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JP3350607B2 - Laser device - Google Patents

Laser device

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Publication number
JP3350607B2
JP3350607B2 JP03001295A JP3001295A JP3350607B2 JP 3350607 B2 JP3350607 B2 JP 3350607B2 JP 03001295 A JP03001295 A JP 03001295A JP 3001295 A JP3001295 A JP 3001295A JP 3350607 B2 JP3350607 B2 JP 3350607B2
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JP
Japan
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frequency
laser
laser light
oscillation
light source
Prior art date
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一也 宮垣
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Ricoh Co Ltd
Original Assignee
Ricoh Co Ltd
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Publication date
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、レーザ光源の発振周波
数を安定化する発振周波数安定化装置およびレーザ装置
に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an oscillation frequency stabilizing device for stabilizing an oscillation frequency of a laser light source and a laser device.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、例えば文献「中川著,光学第19
巻第10号,1990年」には、レーザの周波数安定化
技術として、Pound−Drever法が示されてい
る。
2. Description of the Related Art Conventionally, for example, a document "Nakagawa, Op.
Vol. 10, 1990 ", a Pound-Drever method is shown as a laser frequency stabilization technique.

【0003】図20はこのPound−Drever法
の基本構成を示す図である。図20を参照すると、単一
縦モード発振のレーザ光源101から出射されたレーザ
光は、光アイソレータ102を介して電気光学変調器1
03に入射し、この電気光学変調器103によって周波
数変調される。なお、この周波数変調は、変調信号発生
器110からの変調信号を電気光学変調器103に与え
ることによってなされる。このように周波数変調された
レーザ光は、偏光ビームスプリッタ104,λ/4板1
05を通してファブリペロー共振器などの周波数弁別装
置106に入射する。この際、周波数弁別装置106で
は、レーザ光をこの周波数弁別装置の共振周波数で共振
させることによって、レーザ光の周波数を弁別して、レ
ーザ光の自然放出による位相ゆらぎや外乱による周波数
ゆらぎなどの周波数雑音を除去することができる。
FIG. 20 is a diagram showing a basic configuration of the pound-driver method. Referring to FIG. 20, laser light emitted from a single longitudinal mode oscillation laser light source 101 is transmitted through an optical isolator 102 to an electro-optic modulator 1.
03 and is frequency-modulated by the electro-optic modulator 103. This frequency modulation is performed by applying a modulation signal from the modulation signal generator 110 to the electro-optic modulator 103. The laser light frequency-modulated in this manner is supplied to the polarization beam splitter 104 and the λ / 4 plate 1.
The light enters a frequency discriminating device 106 such as a Fabry-Perot resonator through the line 05. At this time, the frequency discriminating device 106 discriminates the frequency of the laser light by resonating the laser light at the resonance frequency of the frequency discriminating device, and generates frequency noise such as phase fluctuation due to spontaneous emission of the laser light and frequency fluctuation due to disturbance. Can be removed.

【0004】一方、レーザ光源101の発振周波数が温
度などの影響により変動することがあり、このようなレ
ーザ光源101の発振周波数の変動を抑えるため、周波
数弁別装置106の発振周波数を参照周波数として、レ
ーザ光源101に負帰還制御を行なう。すなわち、周波
数弁別装置106により反射された一部の光を偏光ビー
ムスプリッタ104によって受光素子107に入射さ
せ、受光素子107からの信号をプリアンプ108によ
り増幅してダブルバランスドミキサ(DBM)109に与
える。ダブルバランスドミキサ109では、プリアンプ
108からの信号を変調信号発生器110からの変調信
号(変調周波数)で復調し、フィルタ111によってレー
ザ光源101の発振周波数と周波数弁別装置106の共
振周波数すなわち参照周波数との誤差信号を得て、この
誤差信号をサーボ回路112に与え、サーボ回路112
により、レーザ光源101の発振周波数をフィードバッ
ク制御することができる。
On the other hand, the oscillation frequency of the laser light source 101 may fluctuate due to the influence of temperature or the like. In order to suppress such fluctuation of the oscillation frequency of the laser light source 101, the oscillation frequency of the frequency discriminator 106 is set as a reference frequency. Negative feedback control is performed on the laser light source 101. That is, a part of the light reflected by the frequency discriminator 106 is made incident on the light receiving element 107 by the polarization beam splitter 104, and the signal from the light receiving element 107 is amplified by the preamplifier 108 and given to the double balanced mixer (DBM) 109. . In the double balanced mixer 109, the signal from the preamplifier 108 is demodulated with the modulation signal (modulation frequency) from the modulation signal generator 110, and the oscillation frequency of the laser light source 101 and the resonance frequency of the frequency discriminator 106, that is, the reference frequency And an error signal is given to the servo circuit 112.
Thus, the oscillation frequency of the laser light source 101 can be feedback controlled.

【0005】このようにして、単一縦モード発振のレー
ザ光源101の発振周波数を周波数弁別装置106の共
振周波数(参照周波数)にロックさせ、レーザ光源の発振
周波数の安定化を図ることができる。
In this way, the oscillation frequency of the laser light source 101 of single longitudinal mode oscillation can be locked to the resonance frequency (reference frequency) of the frequency discriminator 106, and the oscillation frequency of the laser light source can be stabilized.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の周波数安定化技術では、単一縦モードのレーザ
光源の周波数安定化しか行なうことができず、縦多モー
ド発振のレーザ光源の発振周波数の安定化を図ることが
できないという問題があった。
However, the above-mentioned conventional frequency stabilization technique can only stabilize the frequency of a single longitudinal mode laser light source, and can reduce the oscillation frequency of a longitudinal multimode oscillation laser light source. There was a problem that stabilization could not be achieved.

【0007】本発明は、縦多モード発振のレーザ光源の
発振周波数の安定化を図ることの可能な発振周波数安定
化光装置およびレーザ装置を提供することを目的として
いる。
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide an oscillation frequency stabilizing optical device and a laser device capable of stabilizing the oscillation frequency of a longitudinal multimode oscillation laser light source.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段および作用】上記目的を達
成するために、請求項1乃至請求項3記載の発明では、
縦多モード発振するレーザ光源から出射した縦多モード
のレーザ光を位相変調あるいは周波数変調する変調手段
と、前記変調手段からのレーザ光が入射し、該入射光を
所定の共振周波数で共振させ周波数を弁別する周波数弁
別装置と、前記周波数弁別装置からの光を受光して受光
信号を生成する受光手段と、受光信号を復調する復調手
段と、復調した信号に基づき、前記レーザ光源の発振周
波数をフィードバック制御するサーボ手段とを有し、前
記復調手段とサーボ手段とによって前記レーザ光の縦多
モードの少なくとも1つのスペクトルを前記周波数弁別
装置の共振周波数にロックさせることにより、縦多モー
ド発振するレーザ光源の発振周波数を安定化させるよう
になっており、さらに、前記周波数弁別装置の内部には
非線形光学媒質が配置されており、該周波数弁別装置
は、周波数弁別機能とともに、該周波数弁別装置に入射
する光を基本波として、該基本波を非線形光学媒質によ
り波長変換する波長変換機能をも有している。これによ
り、レーザ光源の発振周波数を安定化させて、高効率に
基本波を発生させ、従って、変換波(例えば高調波)を高
効率に得ることができる。
In order to achieve the above-mentioned object, according to the present invention,
Vertical multimode emitted from a laser light source that oscillates in multiple vertical modes
Modulating means for phase or frequency modulating the laser beam
And the laser light from the modulating means is incident, and the incident light is
Frequency valve that resonates at a predetermined resonance frequency and discriminates the frequency
Receives and receives light from another device and the frequency discriminator
A light receiving means for generating a signal, and a demodulating means for demodulating the received light signal
And an oscillation cycle of the laser light source based on the demodulated signal.
And servo means for feedback controlling the wave number.
The vertical multiplication of the laser light is performed by the demodulation means and the servo means.
Frequency discriminating at least one spectrum of modes
By locking to the resonance frequency of the device,
Stabilize the oscillation frequency of the laser light source that oscillates
In addition, inside the frequency discrimination device
A non-linear optical medium disposed therein, wherein the frequency discriminating apparatus is provided;
Is incident on the frequency discriminator together with the frequency discrimination function
The fundamental light as the fundamental wave, and the fundamental wave through the nonlinear optical medium.
It also has a wavelength conversion function for wavelength conversion. This
Stabilizes the oscillation frequency of the laser light source to achieve high efficiency
Generates a fundamental wave, thus increasing the converted wave (e.g., harmonics).
It can be obtained with efficiency.

【0009】[0009]

【0010】[0010]

【0011】[0011]

【0012】[0012]

【0013】[0013]

【0014】特に、請求項3記載の発明によれば、非線
形光学媒質の端面にミラーの働き(ファブリペロー共振
器の働き)をさせるため、本レーザ装置を組付けやすく
し、また、共振器部分を簡素化して装置の小型化を図る
ことができる。
In particular, according to the third aspect of the present invention, since the end face of the nonlinear optical medium functions as a mirror (the function of a Fabry-Perot resonator), the present laser device can be easily assembled. And the size of the device can be reduced.

【0015】[0015]

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図1は本発明に係る発振周波数安定化装置の一実
施例を示す図である。図1を参照すると、この発振周波
数安定化装置は、レーザ光源1からのレーザ光が入射す
る光アイソレータ2と、光アイソレータ2からのレーザ
光を位相変調または周波数変調する光位相変調器(例え
ば電気光学変調器)3と、偏光ビームスプリッタ(PB
S)4と、λ/4板5と、周波数弁別装置6と、受光素
子7と、プリアンプ8と、ミキサ(例えばタブルバラン
スドミキサ(DBM))9と、変調信号発生器(例えば高周
波電源)10と、フェーズシフタ11と、フィルタ12
と、サーボ回路13とを有している。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of an oscillation frequency stabilizing device according to the present invention. Referring to FIG. 1, this oscillation frequency stabilizing device includes an optical isolator 2 on which laser light from a laser light source 1 is incident, and an optical phase modulator (for example, an electric phase modulator) for phase-modulating or frequency-modulating the laser light from the optical isolator 2. An optical modulator 3 and a polarizing beam splitter (PB).
S) 4, a λ / 4 plate 5, a frequency discriminator 6, a light receiving element 7, a preamplifier 8, a mixer (for example, a double balanced mixer (DBM)) 9, and a modulation signal generator (for example, a high frequency power supply) 10, phase shifter 11, and filter 12
And a servo circuit 13.

【0016】このような構成では、前述した図20の発
振周波数安定化装置と同様に、レーザ光源1から出射さ
れたレーザ光は、光アイソレータ2を介して光位相変調
器3に入射し、この光位相変調器3によって位相変調ま
たは周波数変調される。なお、この周波数変調は、変調
信号発生器10からの変調信号を光位相変調器3に与え
ることによってなされる。このように位相変調または周
波数変調されたレーザ光は、偏光ビームスプリッタ4,
λ/4板5を通過して周波数弁別装置6に入射する。こ
の際、周波数弁別装置6では、レーザ光をこの周波数弁
別装置6の共振周波数で共振させることによって、レー
ザ光の周波数を弁別して、レーザ光の自然放出による位
相ゆらぎや外乱による周波数ゆらぎなどの周波数雑音を
除去することができる。
In such a configuration, the laser light emitted from the laser light source 1 enters the optical phase modulator 3 via the optical isolator 2 in the same manner as in the oscillation frequency stabilizing device shown in FIG. Phase modulation or frequency modulation is performed by the optical phase modulator 3. Note that this frequency modulation is performed by giving a modulation signal from the modulation signal generator 10 to the optical phase modulator 3. The phase-modulated or frequency-modulated laser light is supplied to the polarization beam splitter 4,
The light passes through the λ / 4 plate 5 and enters the frequency discriminator 6. At this time, the frequency discriminating apparatus 6 discriminates the frequency of the laser light by resonating the laser light at the resonance frequency of the frequency discriminating apparatus 6, and generates a frequency fluctuation such as a phase fluctuation due to spontaneous emission of the laser light and a frequency fluctuation due to disturbance. Noise can be removed.

【0017】一方、レーザ光源1の発振周波数が温度な
どの影響により変動することがあり、このようなレーザ
光源1の発振周波数の変動を抑えるため、周波数弁別装
置6の発振周波数を参照周波数として、レーザ光源1に
負帰還制御を行なう。すなわち、周波数弁別装置6によ
り反射された一部の光を偏光ビームスプリッタ4によっ
て受光素子7に入射させ(例えば、周波数弁別装置6か
らの反射光の約半分のパワーの光を受光素子7に入射さ
せ)、受光素子7からの受光信号をプリアンプ8により
増幅してダブルバランスドミキサ(DBM)9に与える。
ダブルバランスドミキサ9では、プリアンプ8からの信
号を変調信号発生器10からの変調信号(変調周波数)で
復調する(同期検波する)。なお、図1の例では、変調信
号発生器10からの信号の位相をフェーズシフタ11で
制御してダブルバランスドミキサ9に与えている。
On the other hand, the oscillation frequency of the laser light source 1 may fluctuate due to the influence of temperature or the like. In order to suppress such fluctuation of the oscillation frequency of the laser light source 1, the oscillation frequency of the frequency discriminator 6 is set as a reference frequency. Negative feedback control is performed on the laser light source 1. That is, a part of the light reflected by the frequency discriminator 6 is made incident on the light receiving element 7 by the polarization beam splitter 4 (for example, the light having about half the power of the reflected light from the frequency discriminator 6 is incident on the light receiving element 7). Then, the light receiving signal from the light receiving element 7 is amplified by the preamplifier 8 and supplied to the double balanced mixer (DBM) 9.
In the double balanced mixer 9, the signal from the preamplifier 8 is demodulated (synchronous detection) with the modulation signal (modulation frequency) from the modulation signal generator 10. In the example shown in FIG. 1, the phase of the signal from the modulation signal generator 10 is controlled by the phase shifter 11 and given to the double-balanced mixer 9.

【0018】このように、ダブルバランスドミキサ9に
よって、プリアンプ8からの信号を復調(同期検波)し、
フィルタ12によって、レーザ光源1の発振周波数と周
波数弁別装置6の共振周波数すなわち参照周波数との誤
差信号を得て(すなわち、フィルタ12が変調周波数よ
りも低い周波数の信号のみを透過するローパスフィルタ
である場合、ダブルバランスドミキサ9の出力信号のう
ち変調周波数よりも低い周波数の信号を誤差信号として
得て)、この誤差信号をサーボ回路13に与えることが
できる。
As described above, the signal from the preamplifier 8 is demodulated (synchronous detection) by the double balanced mixer 9,
An error signal between the oscillation frequency of the laser light source 1 and the resonance frequency of the frequency discriminator 6, that is, the reference frequency is obtained by the filter 12 (that is, the filter 12 is a low-pass filter that transmits only a signal having a frequency lower than the modulation frequency). In this case, a signal having a frequency lower than the modulation frequency among the output signals of the double balanced mixer 9 is obtained as an error signal), and this error signal can be given to the servo circuit 13.

【0019】ところで、前述した従来の発振周波数安定
化装置では、レーザ光源が単一縦モード発振のものであ
るとし、従って、この場合には、レーザ光の単一の発振
周波数(モード)と周波数弁別装置の共振周波数(参照周
波数)との差によって誤差信号を得て、単一縦モード発
振のレーザ光の単一発振周波数(単一発振モード)を周波
数弁別装置の共振周波数(参照周波数)にロックさせ、単
一発振周波数の安定化を図ることができる。
In the above-mentioned conventional oscillation frequency stabilizing apparatus, it is assumed that the laser light source is of a single longitudinal mode oscillation. Therefore, in this case, the single oscillation frequency (mode) of the laser light and the frequency An error signal is obtained by a difference from the resonance frequency (reference frequency) of the discriminator, and the single oscillation frequency (single oscillation mode) of the single longitudinal mode oscillation laser light is set to the resonance frequency (reference frequency) of the frequency discriminator. By locking, the single oscillation frequency can be stabilized.

【0020】これに対し、本発明では、レーザ光源1が
縦多モード発振のものである場合を想定しており、この
場合、縦多モード発振のレーザ光の発振周波数(多モー
ド発振周波数)の安定化を図るため、本発明では、多モ
ードのうちの任意の1つのモードを参照周波数にロック
させるようにしている。
On the other hand, in the present invention, it is assumed that the laser light source 1 is of vertical multi-mode oscillation. In this case, the oscillation frequency (multi-mode oscillation frequency) of the laser light of vertical multi-mode oscillation is assumed. For stabilization, in the present invention, one of the multiple modes is locked to the reference frequency.

【0021】より具体的には、参照周波数とこれに一番
近い発振モードとによって誤差信号を得ることができ
る。この場合、それ以外の発振モードは復調(同期検波)
されても誤差信号レベルが“0”となるため、見かけ
上、単一モードレーザの時と同じ形状の誤差信号が得ら
れることになる。この誤差信号をサーボ回路13に与え
て、レーザ光源1にフィードバックすることによって、
多モードのうちの上記1つの発振モードを参照周波数に
ロックし、これによって、この1つの発振モードの発振
周波数を安定させることができる。また、この1つの発
振モードの周波数を安定させることによって、多モード
の残りの発振モードの周波数も同時に安定にさせること
ができる。
More specifically, an error signal can be obtained by the reference frequency and the oscillation mode closest to the reference frequency. In this case, the other oscillation modes are demodulation (synchronous detection)
However, since the error signal level becomes "0", an error signal having the same shape as that of the single mode laser can be obtained. By giving this error signal to the servo circuit 13 and feeding it back to the laser light source 1,
The one oscillation mode among the multiple modes is locked to the reference frequency, whereby the oscillation frequency of this one oscillation mode can be stabilized. Further, by stabilizing the frequency of this one oscillation mode, the frequencies of the remaining oscillation modes of the multi-mode can be simultaneously stabilized.

【0022】なお、図1の発振周波数安定化装置におい
ては、偏光ビームスプリッタ4,λ/4板5を用いてい
るが、これらの部品のかわりに、図2に示すように、ハ
ーフミラー21を用いることもできる。但し、図1のよ
うに偏光ビームスプリッタ4とλ/4板5とを用いる構
成の場合には、偏光ビームスプリッタ4からの偏光(例
えば紙面に垂直な直線偏光)をλ/4板5で円偏光にし
て周波数弁別装置6に入射させ、また、周波数弁別装置
6からの反射光を再びλ/4板5により紙面に平行な直
線偏光にして偏光ビームスプリッタ4で反射させ、受光
素子7に入射させるので、これによって、レーザ光を有
効に利用でき、受光素子7から十分な大きさの受光信号
を出力させることができる。
In the oscillation frequency stabilizing device shown in FIG. 1, the polarizing beam splitter 4 and the λ / 4 plate 5 are used. Instead of these components, as shown in FIG. It can also be used. However, in the case of a configuration using the polarization beam splitter 4 and the λ / 4 plate 5 as shown in FIG. 1, the polarization (for example, linearly polarized light perpendicular to the paper surface) from the polarization beam splitter 4 is circled by the λ / 4 plate 5. The polarized light is made incident on the frequency discriminator 6, and the reflected light from the frequency discriminator 6 is again converted into linearly polarized light parallel to the paper surface by the λ / 4 plate 5, reflected by the polarization beam splitter 4, and incident on the light receiving element 7. Accordingly, the laser light can be used effectively, and a light receiving signal of a sufficient magnitude can be output from the light receiving element 7.

【0023】また、図1,図2において、周波数弁別装
置6には、ファブリペロー共振器,掃引型ファブリペロ
ー共振器,ファブリペローエタロン,原子の吸収線など
を用いることができる。
1 and 2, a Fabry-Perot resonator, a sweep-type Fabry-Perot resonator, a Fabry-Perot etalon, an atomic absorption line, and the like can be used as the frequency discriminator 6.

【0024】図3には、周波数弁別装置6にファブリペ
ロー共振器を用いた場合が示されている。ファブリペロ
ー共振器は、2つのミラー23,24によって構成され
ており、この2つのミラー23,24間が共振器として
機能するようになっている。すなわち、ミラー23,2
4には、いずれも、この共振器の共振スペクトルに対し
て高反射のコーティングが施されている。周波数弁別装
置6にファブリペロー共振器を用いる場合、縦多モード
発振のレーザ光の縦モード間隔を仮に400MHZとす
ると、ファブリペロー共振器の自由スペクトル間隔(F
SR)を厳密にレーザ光の縦モード間隔(400MHZ)の
整数分の1にすれば、レーザ光の全ての縦モードがそれ
ぞれに対応するファブリペロー共振器の共振モードに一
致することになる。
FIG. 3 shows a case where a Fabry-Perot resonator is used for the frequency discriminator 6. The Fabry-Perot resonator is constituted by two mirrors 23 and 24, and the space between the two mirrors 23 and 24 functions as a resonator. That is, the mirrors 23 and 2
Each of the coatings 4 is coated with a high reflection for the resonance spectrum of the resonator. When using a Fabry-Perot resonator frequency discriminator 6, when the multi-longitudinal-mode if 400MH Z a longitudinal mode spacing of the oscillation of the laser light, Free Spectral Range of the Fabry-Perot resonator (F
If the integer portion of the first longitudinal mode spacing strictly laser light SR) (400MH Z), thereby coinciding with the resonance mode of the Fabry-Perot resonators all longitudinal modes of the laser beam corresponding to each.

【0025】なお、この際、レーザ光源1からのレーザ
光に対する変調周波数(光位相変調器3による変調周波
数)は、ファブリペロー共振器の自由スペクトル間隔よ
りも小さく、かつ、レーザ光の一つのモード周波数線幅
(半値幅)よりも大きくなければならない。例えば、レー
ザ光の一つの縦モード周波数線幅(半値幅)が10MHZ
であり、ファブリペロー共振器の自由スペクトル間隔が
100GHZである場合、光位相変調器3による変調周
波数fは、次式の範囲に設定する必要がある。
At this time, the modulation frequency (modulation frequency by the optical phase modulator 3) for the laser light from the laser light source 1 is smaller than the free spectrum interval of the Fabry-Perot resonator, and one mode of the laser light Frequency line width
(Half width). For example, one of the longitudinal mode frequency linewidth of the laser beam (half width) is 10 MHz Z
, And the case free spectral interval of the Fabry-Perot resonator is 100GH Z, the modulation frequency f by the optical phase modulator 3, it is necessary to set the range of the following equation.

【0026】[0026]

【数1】10MHZ<f<100GHZ ## EQU1 ## 10 MH Z <f <100 GH Z

【0027】また、図4には、周波数弁別装置6に掃引
形ファブリペロー共振器を用いた場合が示されている。
掃引形ファブリペロー共振器は、2つのミラー23,2
4の一方のミラー24が掃引手段(例えば圧電素子など
の微調整機能素子)25によって矢印Aの方向に可動に
構成されたファブリペロー共振器であって、ミラー2
3,24には、図3のファブリペロー共振器のミラー2
3,24と同様のコーティングが施されている。
FIG. 4 shows a case where a sweep type Fabry-Perot resonator is used for the frequency discriminator 6.
The swept Fabry-Perot resonator has two mirrors 23, 2
4 is a Fabry-Perot resonator which is configured to be movable in the direction of arrow A by a sweeping means (for example, a fine adjustment function element such as a piezoelectric element) 25,
The mirrors 2 and 3 of the Fabry-Perot resonator shown in FIG.
Coatings similar to 3, 24 are applied.

【0028】この掃引型ファブリペロー共振器では、一
方のミラー24を矢印Aの方向に掃引し、共振器長を変
えることによって、ファブリペロー共振器の共振周波数
を、縦多モード発振のレーザ光の一番大きな発振スペク
トルに容易に近づけることができる。すなわち、図3に
示したファブリペロー共振器の構成では、誤差信号が得
られた時、どの発振スペクトルが共振モードにロックし
たのかを判断するのが難かしい。これに対し、図4の掃
引型ファブリペロー共振器の構成では、まず、ミラー2
4を掃引して共振器長を変えながら(共振周波数を変化
させながら)、誤差信号の振幅が最大となる条件を探
し、その条件の近傍となったときに掃引を停止し、この
ときに、サーボ回路13からのサーボ信号をレーザ光源
1に与えて、レーザ光源1の発振周波数を負帰還制御す
ることで、レーザ光の一番大きな発振モードを参照周波
数(共振モード)にロックすることが可能となる。
In this sweep type Fabry-Perot resonator, one mirror 24 is swept in the direction of arrow A and the resonator length is changed, so that the resonance frequency of the Fabry-Perot resonator is changed by the laser light of longitudinal multimode oscillation. It is easy to approach the largest oscillation spectrum. That is, in the configuration of the Fabry-Perot resonator shown in FIG. 3, when an error signal is obtained, it is difficult to determine which oscillation spectrum has locked in the resonance mode. On the other hand, in the configuration of the sweep type Fabry-Perot resonator shown in FIG.
While sweeping 4 to change the resonator length (changing the resonance frequency), search for a condition that maximizes the amplitude of the error signal, and stop the sweep when the condition becomes close to that condition. By giving a servo signal from the servo circuit 13 to the laser light source 1 and performing negative feedback control on the oscillation frequency of the laser light source 1, it is possible to lock the largest oscillation mode of the laser light to the reference frequency (resonance mode). Becomes

【0029】なお、上述の構成例では、周波数弁別装置
6からの反射光を復調(同期検波)しているが、周波数弁
別装置6からの透過光を復調(同期検波)するようにして
も良い。
In the above configuration example, the reflected light from the frequency discriminator 6 is demodulated (synchronous detection). However, the transmitted light from the frequency discriminator 6 may be demodulated (synchronous detection). .

【0030】また、図5には、周波数弁別装置6にエタ
ロンを用いる場合が示されており、エタロンを用いる場
合には、エタロンの角度θを調整することによって、共
振モードの自由スペクトル間隔を変えることができる。
これにより、装置の調整機構を簡素なものにすることが
できる。なお、エタロンを用いる場合には、エタロンか
らの透過光を受光素子7で受光し、復調している。
FIG. 5 shows a case where an etalon is used for the frequency discriminator 6. When an etalon is used, the free spectral interval of the resonance mode is changed by adjusting the angle θ of the etalon. be able to.
Thereby, the adjustment mechanism of the device can be simplified. When an etalon is used, light transmitted from the etalon is received by the light receiving element 7 and demodulated.

【0031】周波数弁別装置6に、上述のようなファブ
リペロー共振器,掃引型ファブリペロー共振器,エタロ
ンなどが用いられる場合、前述のように、自由スペクト
ル間隔をレーザ光の縦モード間隔の整数分の1にする必
要があるが、これは以下のような仕方でなされる。
When the above-described Fabry-Perot resonator, sweep type Fabry-Perot resonator, etalon, or the like is used for the frequency discriminating device 6, the free spectral interval is set to an integral number of the longitudinal mode interval of the laser light as described above. , Which is done in the following manner.

【0032】すなわち、いま、共振器の自由スペクトル
間隔がレーザ光の縦モード間隔の整数分の1でない場
合、すなわち、例えば、レーザ光の縦モードqmに着目
し、qmの周波数近傍に共振モード(共振周波数)があっ
たとすると、qmのスペクトルに限れば、この発振周波
数と共振モード(共振周波数)との周波数差に対して誤差
信号が図6(a)のように得られる。また、この場合、q
m+1モードについては、誤差信号は図6(b)のようにな
る。なお、図6(a),(b)の誤差信号は、オープンルー
プ時(負帰還制御を行なっていない時)にミキサ9から出
力される信号のうち、変調周波数よりも低い周波数の信
号であるとしている。図6(a),(b)を比べればわかる
ように、自由スペクトル間隔がレーザの縦モード間隔の
整数分の1でないときには、qmとqm+1のモードの誤差
信号は、若干異なったものとなる。
[0032] That is, now, if the free spectral interval of the resonator is not an integral submultiple of the longitudinal mode spacing of the laser beam, i.e., for example, focusing on the longitudinal modes q m of the laser beam, the resonant near the frequency of the q m When there is a mode (resonance frequency), as far to the spectrum of the q m, error signal to the frequency difference between the oscillation frequency and the resonance mode (resonance frequency) is obtained as shown in FIG. 6 (a). In this case, q
For the m + 1 mode, the error signal is as shown in FIG. The error signals shown in FIGS. 6A and 6B are signals of a frequency lower than the modulation frequency among the signals output from the mixer 9 at the time of open loop (when negative feedback control is not performed). And FIG. 6 (a), the as can be seen in comparison to (b), when the free spectral interval is not an integer fraction of the longitudinal mode spacing of the laser, the error signal q m and q m + 1 mode was slightly different It will be.

【0033】これに対し、共振器の自由スペクトル間隔
が縦モード間隔の整数分の1に一致する場合には、qm
モードに関する誤差信号,qm+1モードに関する誤差信
号は、それぞれ図7(a),(b)のようになり、qmモー
ドに関する誤差信号とqm+1モードに関する誤差信号と
は、同じ形状のものとなる(qm,qm+1の大きさが同じ
であれば、誤差信号も同じ値になる)。
On the other hand, when the free spectrum interval of the resonator is equal to an integer fraction of the longitudinal mode interval, q m
The error signal for the mode and the error signal for the q m + 1 mode are as shown in FIGS. 7A and 7B, respectively. The error signal for the q m mode and the error signal for the q m + 1 mode have the same shape. (If the magnitudes of q m and q m + 1 are the same, the error signal also has the same value).

【0034】図8(a)には、レーザ光の縦モードの一例
が示されている。図8(a)の例では、レーザ光源1は、
5本の縦モードq-2,q-1,q0,q+1,q+2で発振し
ているとし、また、モードq0に比べて、モードq-1
+1のスペクトルのパワーは3dB小さく、モード
-2,q+2のスペクトルのパワーは6dB小さいものと
なっている。また、各々のモード間隔は50GHZであ
り、各モードのスペクトル線幅は50MHZとなってい
る。また、図8(b)には、共振器の自由スペクトル間隔
FSRの一例が示されている。図8(b)の例では、自由
スペクトル間隔は9.99GHZであり、また、共振周
波数線幅は50MHZとなっている。
FIG. 8A shows an example of a longitudinal mode of the laser beam. In the example of FIG. 8A, the laser light source 1
Five longitudinal modes q -2 of, q -1, q 0, q +1, and oscillates at q +2, also in comparison with the mode q 0, mode q -1,
The power of the spectrum of q +1 is smaller by 3 dB, and the power of the spectra of modes q -2 and q +2 is smaller by 6 dB. Each of the mode spacing is 50GH Z, the spectral line width of each mode has a 50 mH Z. FIG. 8B shows an example of the free spectrum interval FSR of the resonator. In the example of FIG. 8 (b), the free spectral interval is 9.99GH Z, also the resonance frequency linewidth has a 50 mH Z.

【0035】レーザ光の縦モード間隔,共振器の自由ス
ペクトル間隔FSRがそれぞれ図8(a),(b)に示すよ
うなものとなっているとした場合に、数値計算により誤
差信号を算出した。図9は各縦モードに対する誤差信号
の算出結果を示している。なお、実際には、フィルタ1
2から出力される誤差信号は、この装置においてレーザ
光のすべての縦モードが重ね合わせて処理されるため、
各々のモードに対する誤差信号の和となっている。従っ
て、実際には、図9の信号を観測することはできず、誤
差信号は、図9の信号の和をとり、図10に示すものと
なる。この結果から、縦多モード発振するレーザの場合
でも、縦単一モードレーザにおけると同様に、誤差信号
が得られることがわかる。
When the longitudinal mode interval of the laser beam and the free spectrum interval FSR of the resonator are assumed to be as shown in FIGS. 8A and 8B, an error signal is calculated by numerical calculation. . FIG. 9 shows a calculation result of the error signal for each longitudinal mode. In addition, actually, the filter 1
The error signal output from 2 is processed by overlapping all the longitudinal modes of the laser light in this device.
It is the sum of the error signals for each mode. Therefore, in practice, the signal in FIG. 9 cannot be observed, and the error signal is the sum of the signals in FIG. 9 and is as shown in FIG. From this result, it can be seen that an error signal can be obtained even in the case of a laser that oscillates in longitudinal multimode, as in the case of a longitudinal single mode laser.

【0036】共振器が例えば図4に示したような掃引型
ファブリペロー共振器である場合には、ミラー24を掃
引しながら共振器の共振周波数を変化させ、その自由ス
ペクトル間隔FSRを変化させる。共振器を掃引するこ
とにより前述のような誤差信号が得られる。さらに、注
入電流やケース温度を微調整することによってレーザ光
の発振波長(周波数)を変化させる。このように、共振器
を掃引して自由スペクトル間隔を変化させ、さらに、レ
ーザ光の発振波長(周波数)を調整し、自由スペクトル間
隔FSRがレーザ光の縦モード間隔の整数分の1になる
とき、誤差信号の振幅が最大となる。誤差信号が最大と
なるところで、共振器の掃引およびレーザ光の周波数掃
引を停止し、このときの誤差信号をサーボ回路13に与
えてフィードバック信号に使う。
When the resonator is a sweep type Fabry-Perot resonator as shown in FIG. 4, for example, the resonance frequency of the resonator is changed while sweeping the mirror 24, and the free spectrum interval FSR is changed. By sweeping the resonator, an error signal as described above is obtained. Further, the oscillation wavelength (frequency) of the laser light is changed by finely adjusting the injection current and the case temperature. As described above, the free spectral interval is changed by sweeping the resonator, and the oscillation wavelength (frequency) of the laser light is further adjusted. When the free spectral interval FSR becomes an integral number of the longitudinal mode interval of the laser light, , The amplitude of the error signal is maximized. When the error signal becomes maximum, the sweep of the resonator and the frequency sweep of the laser beam are stopped, and the error signal at this time is given to the servo circuit 13 and used as a feedback signal.

【0037】このように、周波数弁別装置の自由スペク
トル間隔をレーザの縦モード間隔の整数分の1に一致さ
せるよう調整可能であるので、全ての発振モードが復調
(同期検波)によって誤差信号になり、従って、誤差信号
の振幅を大きくすることができ、発振周波数をより一層
確実に安定化することができる。すなわち、縦多モード
のレーザ光源の全ての発振周波数を共振周波数にロック
させることができて、縦多モードレーザの発振周波数の
安定化を図ることができ、さらには、多モードの全ての
発振スペクトル幅を狭いものにすることができる(各発
振スペクトルを尖鋭化することができる)。
As described above, since the free spectrum interval of the frequency discriminator can be adjusted so as to match an integer fraction of the longitudinal mode interval of the laser, all oscillation modes are demodulated.
(Synchronous detection) results in an error signal, so that the amplitude of the error signal can be increased, and the oscillation frequency can be more reliably stabilized. That is, all the oscillation frequencies of the longitudinal multi-mode laser light source can be locked at the resonance frequency, and the oscillation frequency of the longitudinal multi-mode laser can be stabilized. The width can be narrowed (each oscillation spectrum can be sharpened).

【0038】図11は本発明に係るレーザ装置の構成例
を示す図である。このレーザ装置では、図1あるいは図
2の発振周波数安定化装置において、周波数弁別装置6
が、周波数弁別機能の他に、さらに波長変換機能を備え
たものとして構成されている。すなわち、このレーザ装
置は、上述したようなレーザ光源1の発振周波数の安定
化を図り、レーザ光源1から出射される発振周波数の安
定したレーザ光の波長を変換して出力する機能を有して
いる。このため、この周波数弁別装置6内には、波長変
換部90が設けられている。
FIG. 11 is a diagram showing a configuration example of a laser device according to the present invention. In this laser device, in the oscillation frequency stabilizing device of FIG. 1 or FIG.
However, in addition to the frequency discrimination function, it is configured as having a wavelength conversion function. That is, this laser device has a function of stabilizing the oscillation frequency of the laser light source 1 as described above, and converting and outputting the wavelength of the laser light having the stable oscillation frequency emitted from the laser light source 1. I have. Therefore, a wavelength converter 90 is provided in the frequency discriminator 6.

【0039】図12は図11のレーザ装置の具体例を示
す図である。この例では、周波数弁別装置6は、2つの
ミラー23,24によって画定されるファブリペロー共
振器(例えば掃引型ファブリペロー共振器)と、ファブリ
ペロー共振器内に配置されている非線形光学媒質30と
により構成されており、2つのミラー23,24によっ
て画定されるファブリペロー共振器自体がレーザ光源1
の発振周波数の安定化を図る機能を有するとともに、こ
の共振器に入射するレーザ光を基本波とし、この基本波
のスペクトルを共振器により共振器内に蓄積させて、非
線形光学媒質30によりこの基本波の波長を変換して
(例えば高周波を発生させて)出射する波長変換機能をも
有している。
FIG. 12 is a diagram showing a specific example of the laser device of FIG. In this example, the frequency discriminator 6 includes a Fabry-Perot resonator (eg, a swept Fabry-Perot resonator) defined by two mirrors 23 and 24, and a nonlinear optical medium 30 disposed in the Fabry-Perot resonator. And the Fabry-Perot cavity itself defined by the two mirrors 23 and 24 is the laser light source 1.
And a function of stabilizing the oscillation frequency of the laser beam. The laser beam incident on the resonator is used as a fundamental wave, and the spectrum of the fundamental wave is accumulated in the resonator by the resonator. Convert the wavelength of the waves
It also has a wavelength conversion function for emitting (for example, generating a high frequency).

【0040】このため、ファブリペロー共振器の2つの
ミラー23,24には、基本波となる発振スペクトルに
対しては高反射のコーティングが施され、また、出力側
のミラー24には、波長変換波(例えば高調波)に対して
は高透過となるコーティングが施されている。
For this reason, the two mirrors 23 and 24 of the Fabry-Perot resonator are coated with a high-reflection coating for the oscillation spectrum serving as the fundamental wave. A coating that makes waves (for example, harmonics) highly transparent is applied.

【0041】このような構成のレーザ装置では、レーザ
光源1から出射されたレーザ光は、光アイソレータ2,
光位相変調器(例えば電気光学変調器)3,ハーフミラー
21を介して周波数弁別装置6に基本波として入射す
る。周波数弁別装置6が図12の例のようにファブリペ
ロー共振器とファブリペロー共振器内に配置された非線
形光学媒質30とにより構成されている場合、レーザ光
源1からのレーザ光がファブリペロー共振器に基本波と
して入射すると、この基本波のスペクトルはファブリペ
ロー共振器内に蓄積される(基本波の光強度が共振によ
って高められて共振器の共振周波数(共振スペクトル)を
もつ基本波として蓄積される)。このようにファブリペ
ロー共振器内に蓄積されている基本波は、非線形光学媒
質30によって波長変換され、非線形光学媒質30から
は例えば高調波が発生する。この高調波は、ファブリペ
ロー共振器の他方のミラー24を透過して出射される。
In the laser device having such a configuration, the laser light emitted from the laser light source 1 is
The light enters a frequency discriminator 6 as a fundamental wave via an optical phase modulator (for example, an electro-optic modulator) 3 and a half mirror 21. When the frequency discriminating apparatus 6 is composed of the Fabry-Perot resonator and the nonlinear optical medium 30 disposed in the Fabry-Perot resonator as in the example of FIG. When incident as a fundamental wave, the spectrum of this fundamental wave is accumulated in the Fabry-Perot resonator (the light intensity of the fundamental wave is increased by resonance and accumulated as a fundamental wave having the resonance frequency (resonance spectrum) of the resonator. ). The fundamental wave accumulated in the Fabry-Perot resonator in this manner is subjected to wavelength conversion by the nonlinear optical medium 30, and, for example, a harmonic is generated from the nonlinear optical medium 30. This harmonic passes through the other mirror 24 of the Fabry-Perot resonator and is emitted.

【0042】また、このファブリペロー共振器内に蓄積
されている基本波(共振器の共振周波数をもつ基本波)
は、例えば、一方のミラー23から僅かに漏れ、反射光
としてハーフミラー21に戻り、ハーフミラー21から
受光素子7に入射する。この基本波の反射光を利用し
て、前述の発振周波数安定化装置と同様に、レーザ光源
1の発振周波数を安定化させることができる(レーザ光
源1の発振周波数をファブリペロー共振器内の基本波の
共振周波数にロックすることができる)。これによっ
て、ファブリペロー共振器内に基本波を効率良く入射さ
せて蓄積し、高調波を効率良く発生させることができる
(高パワーの高調波を発生させることができる)。
The fundamental wave (fundamental wave having the resonance frequency of the resonator) stored in the Fabry-Perot resonator
For example, the light slightly leaks from one mirror 23, returns to the half mirror 21 as reflected light, and enters the light receiving element 7 from the half mirror 21. The reflected light of the fundamental wave can be used to stabilize the oscillation frequency of the laser light source 1 in the same manner as in the above-described oscillation frequency stabilization device (the oscillation frequency of the laser light source 1 Can lock to the resonant frequency of the wave). As a result, the fundamental wave can be efficiently incident and accumulated in the Fabry-Perot resonator, and the harmonic can be efficiently generated.
(Can generate high power harmonics).

【0043】なお、図11,図12のレーザ装置は図2
の発振周波数安定化装置と対応したものとなっており、
ハーフミラー21が用いられているが、ハーフミラー2
1のかわりに、偏光ビームスプリッタ4,λ/4板5を
用いることもできる。
The laser devices shown in FIGS. 11 and 12 correspond to FIG.
It is compatible with the oscillation frequency stabilization device of
Although the half mirror 21 is used, the half mirror 2
Instead of 1, a polarizing beam splitter 4 and a λ / 4 plate 5 can be used.

【0044】図13は偏光ビームスプリッタ4,λ/4
板5を用いたレーザ装置の具体例を示す図であり、図1
の発振周波数安定化装置と対応したものとなっている。
なお、この場合、非線形光学媒質30を基本波に対して
λ/2板として機能させるため(基本波が非線形光学媒
質30を往復するとき全波長板として機能させるた
め)、図13のレーザ装置では、温度調節装置31によ
り非線形光学媒質30を温度コントロールしている。す
なわち、一般に、非線形光学媒質30には複屈折結晶が
用いられることにより、非線形光学媒質30に入射した
光の偏光状態を維持することができず、非線形光学媒質
30によって光の偏光状態は楕円偏光になる。ところ
で、非線形光学結晶の屈折率は温度依存性があるため、
非線形光学結晶を最適な温度に設定することによって、
結晶を所望の波長板として機能させることが可能であ
る。従って、基本波が非線形光学結晶を往復するときに
非線形光学結晶が全波長板として機能するような温度に
この非線形光学結晶の温度を設定すれば、非線形光学結
晶に入射するときの偏光状態を保って、基本波の反射光
をλ/4板5に戻すことができる。これにより、この基
本波の反射光は、λ/4板5,偏光ビームスプリッタ4
から受光素子7に入射する際、その光強度が差程減少せ
ず、従って、充分な光強度の基本波を用いて発振周波数
の安定化を信頼性良く行なうことができ、これによっ
て、基本波を共振器内に効率良く入射させて蓄積し、高
調波を効率良く発生することができる。
FIG. 13 shows the polarization beam splitters 4 and λ / 4.
FIG. 1 is a view showing a specific example of a laser device using a plate 5, and FIG.
Of the oscillation frequency stabilizing device.
In this case, in order to cause the nonlinear optical medium 30 to function as a λ / 2 plate with respect to the fundamental wave (to function as a full-wave plate when the fundamental wave reciprocates in the nonlinear optical medium 30), the laser device of FIG. The temperature of the nonlinear optical medium 30 is controlled by the temperature controller 31. That is, in general, by the nonlinear optical medium 30 birefringent crystal is used, it is impossible to maintain the polarization state of light incident on the nonlinear optical medium 30, the polarization state of light by the nonlinear optical medium 30 It becomes elliptically polarized light. By the way, since the refractive index of a nonlinear optical crystal has temperature dependence,
By setting the nonlinear optical crystal to the optimal temperature,
The crystal can function as a desired wave plate. Therefore, if the temperature of the nonlinear optical crystal is set to a temperature at which the nonlinear optical crystal functions as a full-wave plate when the fundamental wave reciprocates through the nonlinear optical crystal, the polarization state when entering the nonlinear optical crystal is maintained. Thus, the reflected light of the fundamental wave can be returned to the λ / 4 plate 5. As a result, the reflected light of the fundamental wave is converted into a λ / 4 plate 5, a polarization beam splitter 4
When the light enters the light receiving element 7 from above, the light intensity does not decrease so much, so that the oscillation frequency can be stabilized stably using the fundamental wave having a sufficient light intensity. Can efficiently enter the resonator and accumulate, thereby efficiently generating harmonics.

【0045】このようなレーザ装置については、さらに
種々の変形が可能である。例えば、図14の装置では、
非線形光学媒質30の両端面に、基本波に対して高反射
のコーティング膜35a,35bを施して、このコーテ
ィング膜35a,35bをファブリペロー共振器のミラ
ーとして機能させるようにしている。なお、必要であれ
ば、非線形光学媒質30の両端面を曲面形状に研磨する
こともできる。また、非線形光学媒質30の温度を調整
する温度調整装置31を掃引装置34によって制御し、
温度を変化(掃引)させて非線形光学媒質30に掃引形フ
ァブリペロー共振器としての機能をもたせることもでき
る。但し、図14の装置では、偏光ビームスプリッタ
4,λ/4板5を用いることは一般的にはできない。
Various modifications can be made to such a laser device. For example, in the device of FIG.
Coating films 35a and 35b having high reflection with respect to the fundamental wave are applied to both end surfaces of the nonlinear optical medium 30, so that the coating films 35a and 35b function as mirrors of the Fabry-Perot resonator. If necessary, both end faces of the nonlinear optical medium 30 can be polished into a curved shape. Further, a temperature adjusting device 31 for adjusting the temperature of the nonlinear optical medium 30 is controlled by a sweeping device 34,
By changing (sweeping) the temperature, the nonlinear optical medium 30 can also function as a swept Fabry-Perot resonator. However, it is not generally possible to use the polarizing beam splitter 4 and the λ / 4 plate 5 in the apparatus shown in FIG.

【0046】上述の発振周波数安定化装置,レーザ装置
の各実施例,構成例において、レーザ光源1としては、
例えば縦多モード発振の半導体レーザ(LD)を用いるこ
とができる。図15にはレーザ光源1に縦多モード発振
の半導体レーザを用いる場合が示されている。なお、図
15において、符号33はLD駆動回路である。レーザ
光源1に半導体レーザを用いる場合、半導体レーザは、
これへの注入電流を変調することによって位相変調(周
波数変調)することが可能である。従って、図15の例
では、変調信号発生器10からの変調信号により半導体
レーザ1への注入電流を変調し、半導体レーザ1から出
射される光の位相変調あるいは周波数変調を行なってお
り、これにより、図15の構成では、半導体レーザ1自
体で変調機能を実現でき、光位相変調(電気光学変調
器)3が不要になる。すなわち、図15の例では、サー
ボ回路13からのサーボ信号をLD駆動回路33に与
え、半導体レーザ1の注入電流の直流成分をこのサーボ
信号により負帰還制御(フィードバック制御)することに
よって発振周波数の安定化を図ることができる。
In each embodiment and configuration example of the oscillation frequency stabilizing device and the laser device described above, the laser light source 1 is
For example, a semiconductor laser (LD) of vertical multimode oscillation can be used. FIG. 15 shows a case where a semiconductor laser of longitudinal multimode oscillation is used as the laser light source 1. In FIG. 15, reference numeral 33 denotes an LD drive circuit. When a semiconductor laser is used for the laser light source 1, the semiconductor laser
It is possible to perform phase modulation (frequency modulation) by modulating the injection current to this. Therefore, in the example of FIG. 15, the injection current to the semiconductor laser 1 is modulated by the modulation signal from the modulation signal generator 10, and the phase modulation or the frequency modulation of the light emitted from the semiconductor laser 1 is performed. 15, the modulation function can be realized by the semiconductor laser 1 itself, and the optical phase modulation (electro-optic modulator) 3 becomes unnecessary. That is, in the example of FIG. 15, the servo signal from the servo circuit 13 is supplied to the LD drive circuit 33, and the DC component of the injection current of the semiconductor laser 1 is subjected to negative feedback control (feedback control) by the servo signal to thereby reduce the oscillation frequency. Stabilization can be achieved.

【0047】また、レーザ光源1としては、前述したよ
うに、外部に光変調器3を配置すれば、半導体レーザ以
外のものを用いることもできる。
As described above, a laser light source other than a semiconductor laser can be used if the optical modulator 3 is disposed outside as described above.

【0048】また、上述の各実施例,各構成例では、レ
ーザ光源(例えば半導体レーザ)に縦多モード発振するも
のを用いる場合について説明したが、レーザ光源(例え
ば半導体レーザ)に従来のように単一モード発振するも
のが用いられる場合にも、同様にして本発明を適用する
ことができ、同様に、単一モード発振周波数を安定化さ
せることができる。但し、上述の各実施例,構成例のよ
うに、レーザ光源(例えば半導体レーザ)に縦多モード発
振のものを用いる場合には、単一縦モード発振のレーザ
光源に比べてパワーが大きく、しかも、発振スペクトル
を全て対応する外部共振器の共振周波数にロックさせる
ことが可能なので、波長変換を行なわせる場合、波長変
換を高効率に行なうことができ、高パワーの変換波(高
周波)を得ることができる。
Further, in each of the above-described embodiments and configuration examples, the case where a laser light source (for example, a semiconductor laser) that oscillates in vertical multi-mode is used. The present invention can be similarly applied to a case where a single mode oscillation is used, and similarly, a single mode oscillation frequency can be stabilized. However, when a laser light source (for example, a semiconductor laser) having a longitudinal multi-mode oscillation is used as in the above-described embodiments and configuration examples, the power is larger than that of a single longitudinal mode oscillation laser light source, and Since all the oscillation spectra can be locked to the resonance frequency of the corresponding external resonator, when performing wavelength conversion, wavelength conversion can be performed with high efficiency and a high-power converted wave (high frequency) can be obtained. Can be.

【0049】また、上述の各実施例,構成例では、受光
素子7からの信号をプリアンプ8で増幅しているが、プ
リアンプ8は、必ずしも必要とされず、場合に応じ、こ
れを省略することもできる。
Further, in each of the above embodiments and configuration examples, the signal from the light receiving element 7 is amplified by the preamplifier 8, but the preamplifier 8 is not necessarily required, and may be omitted as occasion demands. Can also.

【0050】また、図1乃至図5の発振周波数安定化装
置において、レーザ光源1からのレーザ光を出力光とし
て取出すには、以下のような種々の仕方がある。
In the oscillation frequency stabilizing devices shown in FIGS. 1 to 5, there are various methods for extracting laser light from the laser light source 1 as output light as follows.

【0051】すなわち、レーザ光源1が半導体レーザチ
ップである場合には、図16に示すように、この半導体
レーザチップ1からは、その両端面1a,1bからレー
ザ光が出射されるので、一方の端面1aからのレーザ光
を発振周波数の安定のために用い、他方の端面1bから
のレーザ光をそのまま出力させ、これを安定化されたレ
ーザ光として取り出し、利用することができる。
That is, when the laser light source 1 is a semiconductor laser chip, as shown in FIG. 16, the semiconductor laser chip 1 emits laser light from both end surfaces 1a and 1b, so that one of the two The laser light from the end face 1a is used for stabilizing the oscillation frequency, the laser light from the other end face 1b is output as it is, and this can be extracted and used as stabilized laser light.

【0052】また、レーザ光源1が半導体レーザチップ
以外のレーザである場合、このレーザ光源1の出射端面
は1ヶ所であるので、図16に示したような取り出し方
はできない。従って、この場合には、レーザ光源1から
のレーザ光を、図17に示すように例えばレーザ光源1
と光アイソレータ2との間に配置したハーフミラー41
などで分配させてそのまま出力させるか、あるいは、図
18に示すように図2の構成例におけるハーフミラー2
1で分配させて、そのまま出力させ、これを安定化され
たレーザ光として利用することができる。
When the laser light source 1 is a laser other than the semiconductor laser chip, the laser light source 1 has only one emission end face, so that it cannot be extracted as shown in FIG. Therefore, in this case, the laser light from the laser light source 1 is, for example, as shown in FIG.
Half mirror 41 arranged between optical isolator 2 and
For example, as shown in FIG. 18, the half mirror 2 in the configuration example of FIG.
1 and output as it is, which can be used as stabilized laser light.

【0053】また、周波数弁別装置6に、図5に示した
ようなファブリペローエタロンや図3に示したようなフ
ァブリペロー共振器を用いる場合には、この周波数弁別
装置6からの出力光を取り出して利用することもでき
る。すなわち、例えばファブリペロー共振器のミラー2
3,24のいずれにも、レーザ光に対して高反射のコー
ティングが施されている場合、共振器内部,ミラー内部
さらにはコーティング内部でレーザ光の損失(吸収)がな
ければ、レーザ光の発振周波数と共振周波数とが一致す
るとき、ファブリペロー共振器の透過率は“1”に近い
値となり、図19に示すようにファブリペロー共振器か
らの透過光(出力光)を、安定化されたレーザ光として
利用することができる。
When a Fabry-Perot etalon as shown in FIG. 5 or a Fabry-Perot resonator as shown in FIG. 3 is used for the frequency discriminator 6, the output light from the frequency discriminator 6 is extracted. It can also be used. That is, for example, the mirror 2 of the Fabry-Perot resonator
In any of the cases 3 and 24, when a coating highly reflecting the laser light is applied, if there is no loss (absorption) of the laser light inside the resonator, inside the mirror or inside the coating, the laser light oscillates. When the frequency coincides with the resonance frequency, the transmittance of the Fabry-Perot resonator becomes a value close to “1”, and the transmitted light (output light) from the Fabry-Perot resonator is stabilized as shown in FIG. It can be used as laser light.

【0054】[0054]

【発明の効果】以上に説明したように、請求項1乃至請
求項3記載の発明によれば、縦多モード発振するレーザ
光源から出射した縦多モードのレーザ光を位相変調ある
いは周波数変調する変調手段と、前記変調手段からのレ
ーザ光が入射し、該入射光を所定の共振周波数で共振さ
せ周波数を弁別する周波数弁別装置と、前記周波数弁別
装置からの光を受光して受光信号を生成する受光手段
と、受光信号を復調する復調手段と、復調した信号に基
づき、前記レーザ光源の発振周波数をフィードバック制
御するサーボ手段とを有し、前記復調手段とサーボ手段
とによって前記レーザ光の縦多モードの少なくとも1つ
のスペクトルを前記周波数弁別装置の共振周波数にロッ
クさせることにより、縦多モード発振するレーザ光源の
発振周波数を安定化させるようになっており、さらに、
前記周波数弁別装置の内部には非線形光学媒質が配置さ
れており、該周波数弁別装置は、周波数弁別機能ととも
に、該周波数弁別装置に入射する光を基本波として、該
基本波を非線形光学媒質により波長変換する波長変換機
能をも有しているので、レーザ光源の発振周波数を安定
化させて、高効率に基本波を発生させ、従って、変換波
(例えば高調波)を高効率に得ることができる。
As described above, claims 1 to 3 are described.
According to the invention as set forth in claim 3, a laser that oscillates in longitudinal multimode.
Phase modulation of longitudinal multimode laser light emitted from light source
A frequency modulating means, and a signal from the modulating means.
Laser light is incident, and the incident light is resonated at a predetermined resonance frequency.
A frequency discriminating device for discriminating the frequency
Light receiving means for receiving light from the device and generating a light receiving signal
Demodulating means for demodulating the received light signal;
The oscillation frequency of the laser light source is feedback controlled.
Controlling the demodulating means and the servo means.
And at least one of multiple longitudinal modes of the laser light
Of the spectrum to the resonance frequency of the frequency discriminator.
The laser light source that oscillates in multiple longitudinal modes.
It is designed to stabilize the oscillation frequency,
A nonlinear optical medium is disposed inside the frequency discriminator.
The frequency discrimination device has a frequency discrimination function.
The light incident on the frequency discriminator as a fundamental wave,
A wavelength converter that converts the wavelength of a fundamental wave using a nonlinear optical medium
Function to stabilize the oscillation frequency of the laser light source
To generate a fundamental wave with high efficiency, and
(For example, harmonics) can be obtained with high efficiency.

【0055】[0055]

【0056】[0056]

【0057】[0057]

【0058】[0058]

【0059】[0059]

【0060】特に、請求項3記載の発明によれば、非線
形光学媒質の端面にミラーの働き(ファブリペロー共振
器の働き)をさせるため、本レーザ装置を組付けやすく
し、また、共振器部分を簡素化して装置の小型化を図る
ことができる。
In particular, according to the third aspect of the present invention, a mirror function (a function of a Fabry-Perot resonator) is provided on the end face of the nonlinear optical medium, so that the laser device can be easily assembled. And the size of the device can be reduced.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明に係る発振周波数安定化装置の一実施例
を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing one embodiment of an oscillation frequency stabilizing device according to the present invention.

【図2】図1の発振周波数安定化装置の変形例を示す図
である。
FIG. 2 is a diagram showing a modification of the oscillation frequency stabilizing device of FIG.

【図3】周波数弁別装置にファブリペロー共振器を用い
た発振周波数安定化装置を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing an oscillation frequency stabilizing device using a Fabry-Perot resonator as a frequency discriminating device.

【図4】周波数弁別装置に掃引形ファブリペロー共振器
を用いた発振周波数安定化装置を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing an oscillation frequency stabilization device using a sweep type Fabry-Perot resonator as a frequency discrimination device.

【図5】周波数弁別装置にエタロンを用いた発振周波数
安定化装置を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing an oscillation frequency stabilizing device using an etalon for a frequency discriminating device.

【図6】誤差信号を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing an error signal.

【図7】誤差信号を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing an error signal.

【図8】レーザ光の縦モード,共振器の自由スペクトル
間隔を示す図である。
FIG. 8 is a diagram showing a longitudinal mode of a laser beam and a free spectrum interval of a resonator.

【図9】誤差信号の計算結果を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing a calculation result of an error signal.

【図10】誤差信号の計算結果を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing a calculation result of an error signal.

【図11】本発明に係るレーザ装置の構成例を示す図で
ある。
FIG. 11 is a diagram showing a configuration example of a laser device according to the present invention.

【図12】図11のレーザ装置の具体例を示す図であ
る。
FIG. 12 is a diagram showing a specific example of the laser device of FIG. 11;

【図13】図11,図12のレーザ装置の変形例を示す
図である。
FIG. 13 is a view showing a modification of the laser device of FIGS. 11 and 12;

【図14】レーザ装置の変形例を示す図である。FIG. 14 is a view showing a modification of the laser device.

【図15】レーザ光源に半導体レーザを用いる場合の構
成例を示す図である。
FIG. 15 is a diagram illustrating a configuration example when a semiconductor laser is used as a laser light source.

【図16】レーザ光源からのレーザ光を出力光として取
り出す仕方を説明するための図である。
FIG. 16 is a diagram for explaining how to extract laser light from a laser light source as output light.

【図17】レーザ光源からのレーザ光を出力光として取
り出す仕方を説明するための図である。
FIG. 17 is a diagram for explaining how to extract laser light from a laser light source as output light.

【図18】レーザ光源からのレーザ光を出力光として取
り出す仕方を説明するための図である。
FIG. 18 is a diagram for explaining how to extract laser light from a laser light source as output light.

【図19】レーザ光源からのレーザ光を出力光として取
り出す仕方を説明するための図である。
FIG. 19 is a diagram for explaining how to extract laser light from a laser light source as output light.

【図20】従来の発振周波数安定化装置を示す図であ
る。
FIG. 20 is a diagram showing a conventional oscillation frequency stabilizing device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 レーザ光源 2 光アイソレータ 3 光位相変調器 4 偏光ビームスプリッタ 5 λ/4板 6 周波数弁別装置 7 受光素子 8 プリアンプ 9 ダブルバランスドミキサ 10 変調信号発生器 11 フェーズシフタ 12 フィルタ 13 サーボ回路 21 ハーフミラー 23,24 ミラー 25 掃引手段 30 非線形光学媒質 33 LD駆動回路 35a,35b 高反射のコーティング膜 90 波長変換部 Reference Signs List 1 laser light source 2 optical isolator 3 optical phase modulator 4 polarizing beam splitter 5 λ / 4 plate 6 frequency discriminator 7 light receiving element 8 preamplifier 9 double balanced mixer 10 modulation signal generator 11 phase shifter 12 filter 13 servo circuit 21 half mirror 23, 24 Mirror 25 Sweep means 30 Nonlinear optical medium 33 LD drive circuit 35a, 35b High reflection coating film 90 Wavelength conversion unit

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01S 5/00 - 5/50 G02F 1/37 H01S 3/00 - 3/30 JICSTファイル(JOIS)────────────────────────────────────────────────── ─── Continued on the front page (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) H01S 5/00-5/50 G02F 1/37 H01S 3/00-3/30 JICST file (JOIS)

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 縦多モード発振するレーザ光源から出射
した縦多モードのレーザ光を位相変調あるいは周波数変
調する変調手段と、前記変調手段からのレーザ光が入射
し、該入射光を所定の共振周波数で共振させ周波数を弁
別する周波数弁別装置と、前記周波数弁別装置からの光
を受光して受光信号を生成する受光手段と、受光信号を
復調する復調手段と、復調した信号に基づき、前記レー
ザ光源の発振周波数をフィードバック制御するサーボ手
段とを有し、前記復調手段とサーボ手段とによって前記
レーザ光の縦多モードの少なくとも1つのスペクトルを
前記周波数弁別装置の共振周波数にロックさせることに
より、縦多モード発振するレーザ光源の発振周波数を安
定化させるようになっており、さらに、前記周波数弁別
装置の内部には非線形光学媒質が配置されており、該周
波数弁別装置は、周波数弁別機能とともに、該周波数弁
別装置に入射する光を基本波として、該基本波を非線形
光学媒質により波長変換する波長変換機能をも有してい
ることを特徴とするレーザ装置。
1. A modulating means for phase-modulating or frequency-modulating a longitudinal multi-mode laser light emitted from a laser light source which oscillates in a longitudinal multi-mode. A laser light from the modulating means is incident, and the incident light is subjected to a predetermined resonance. A frequency discriminating device that resonates at a frequency to discriminate the frequency, a light receiving unit that receives light from the frequency discriminating device to generate a light receiving signal, a demodulating unit that demodulates the light receiving signal, and the laser based on the demodulated signal. Servo means for feedback-controlling the oscillation frequency of the light source, and the demodulation means and the servo means lock at least one spectrum of the longitudinal multimode of the laser light to the resonance frequency of the frequency discriminating apparatus, whereby the longitudinal The oscillation frequency of the laser light source that oscillates in multiple modes is stabilized, and furthermore, a non-linear The frequency discriminator has a wavelength discriminating function, in which light incident on the frequency discriminator is used as a fundamental wave and the fundamental wave is wavelength-converted by a non-linear optical medium. A laser device.
【請求項2】 請求項1記載のレーザ装置において、前
記周波数弁別装置は、2つのミラーによって構成された
ファブリペロー共振器を備え、ファブリペロー共振器を
構成する2つのミラー間に非線形光学媒質が配置された
構成となっていることを特徴とするレーザ装置。
2. A laser apparatus according to claim 1 , wherein said frequency discriminator includes a Fabry-Perot resonator constituted by two mirrors, and a nonlinear optical medium is provided between the two mirrors constituting the Fabry-Perot resonator. A laser device characterized by being arranged.
【請求項3】 請求項1記載のレーザ装置において、前
記周波数弁別装置は、非線形光学媒質の両端面に基本波
に対して高反射コーティングを施した構成のものとなっ
ていることを特徴とするレーザ装置。
3. A laser apparatus according to claim 1 , wherein said frequency discriminating apparatus has a structure in which a high-reflection coating is applied to both end faces of a nonlinear optical medium with respect to a fundamental wave. Laser device.
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