JPH0722681A - Multimode modulation laser system - Google Patents
Multimode modulation laser systemInfo
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- JPH0722681A JPH0722681A JP15945793A JP15945793A JPH0722681A JP H0722681 A JPH0722681 A JP H0722681A JP 15945793 A JP15945793 A JP 15945793A JP 15945793 A JP15945793 A JP 15945793A JP H0722681 A JPH0722681 A JP H0722681A
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Abstract
(57)【要約】 (修正有)
【目的】0次光と1次回折光とを同軸合成し、かつ両者
の偏光面を揃えた複数モード変調レーザシステムを提供
する。
【構成】この複数モード偏調レーザシステムはシングル
モードレーザ装置1から発振されたレーザ光を、偏光ビ
ームスプリッタ2を通して音響光学系5のAOM3に入
射させる。AOM3からは、0次光と1次回折光とが出
射する。出射された0次光と1次回折光とを、反射光学
系10の光学ミラー8,9で反射させ、λ/4波長板
6,7を通してAOM3に再度入射する。これにより、
0次光と1次回折光とが同軸合成され、かつ両者の偏光
面が揃う。この0次光と1次回折光とを、偏光ビームス
プリッタ2で直角に屈折させて取り出す。
(57) [Summary] (Modified) [Objective] To provide a multimode modulation laser system in which the 0th-order light and the 1st-order diffracted light are coaxially combined and the polarization planes of both are aligned. [Structure] In this multimode modulation laser system, laser light oscillated from a single mode laser device 1 is incident on an AOM 3 of an acoustooptic system 5 through a polarization beam splitter 2. The 0th-order light and the 1st-order diffracted light are emitted from the AOM 3. The emitted 0th-order light and 1st-order diffracted light are reflected by the optical mirrors 8 and 9 of the reflection optical system 10, and enter the AOM 3 again through the λ / 4 wavelength plates 6 and 7. This allows
The 0th-order light and the 1st-order diffracted light are coaxially combined, and their polarization planes are aligned. The 0th-order light and the 1st-order diffracted light are refracted at right angles by the polarization beam splitter 2 and extracted.
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は複数モード変調レーザシ
ステムに係り、特に各縦モードのレーザ光の光軸および
偏光面を揃えることができる複数モード変調レーザシス
テムに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a multimode modulation laser system, and more particularly to a multimode modulation laser system capable of aligning the optical axis and polarization plane of laser light of each longitudinal mode.
【0002】[0002]
【従来の技術】一般に、特定の原子や分子にのみ吸収さ
れる特定波長の分離用レーザ光を発振させ、このレーザ
光によって選択的に原子や分子を励起させて電離させ、
電界あるいは化学反応によって分離回収することは、広
く行なわれている。2. Description of the Related Art Generally, a laser beam for separation having a specific wavelength, which is absorbed only by a specific atom or molecule, is oscillated, and the atom or molecule is selectively excited by this laser beam to be ionized.
Separation and recovery by an electric field or a chemical reaction is widely performed.
【0003】ところで、原子や分子の分離用に使用され
るレーザ装置は、波長を選択的にチューニングできる波
長可変のレーザ光を発振させるレーザ発振装置と、発振
レーザ光を励起させ、増幅させるレーザシステムとを用
い、特定の原子や分子を選択して多段励起させるもので
ある。また、原子の中には、超微細構造を有するものが
あり、超微細構造を有する原子を効率よく励起させるた
めには、遷移構造レベルに適した何本かの周波数を有す
るレーザ光を出力するレーザ装置、あるいは複数台のシ
ングルモードレーザ装置が必要となる。By the way, a laser device used for separating atoms and molecules includes a laser oscillator device that oscillates a tunable laser beam whose wavelength can be selectively tuned, and a laser system that excites and amplifies the oscillated laser beam. And are used to select specific atoms or molecules for multi-stage excitation. Further, some atoms have a hyperfine structure, and in order to efficiently excite atoms having a hyperfine structure, laser light having several frequencies suitable for the transition structure level is output. A laser device or a plurality of single mode laser devices is required.
【0004】そこで従来は、これらのレーザ装置を用い
同軸上に2本以上の周波数を形成する方法として、マル
チモード発振となるレーザ共振器を組む方法、あるいは
シングルモードレーザ光をダイクロイックミラー等で合
成する方法が提案されている。Therefore, conventionally, as a method of forming two or more frequencies coaxially using these laser devices, a method of assembling a laser resonator for multimode oscillation or combining single mode laser light with a dichroic mirror or the like is used. The method of doing is proposed.
【0005】また、従来から、レーザ光を用いた測距は
広く行なわれているが、その代表的な方法としては、タ
ーゲットからの戻り光と射出光との間で強度変調波の位
相差を測定する変調測距と、目盛間隔が少しずつ違った
数種類の干渉縞列を被測定物体(ターゲット)にあて、
目盛線からのずれ量を測定して測距する合致法、あるい
は2波長のレーザ光を同時に干渉計に入れ光の干渉強度
信号から測距する合成波長法等レーザ光の干渉を用いた
干渉測距とが知られている。そして、光の変調を用いる
ものとしては、同軸上に変調された光が形成されなくて
はならないため、多くの場合は電気光学変調器(EO
M:Electro Optic Modulator )が利用されている。Conventionally, distance measurement using a laser beam has been widely performed. As a typical method thereof, the phase difference of the intensity-modulated wave between the return light from the target and the emitted light is measured. Apply several types of interference fringes to the measured object (target) that have slightly different scale distances from the measured distance
Interference measurement using laser light interference, such as a matching method that measures the distance from the scale line to measure the distance, or a synthetic wavelength method that measures the distance from the interference intensity signal of the light by simultaneously inserting two wavelengths of laser light into the interferometer. Distance is known. In the case of using light modulation, since modulated light must be formed coaxially, in many cases, an electro-optic modulator (EO) is used.
M: Electro Optic Modulator) is used.
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】レーザ装置を用いて特
定の原子や分子を選択的に効率よく励起させるために
は、各遷移構造に対応するように波長を高精度に調整し
たレーザ光を出力し照射する必要があるが、マルチモー
ド発振のレーザ光では、同軸上に形成された各周波数の
レーザ光の強度および各々の周波数間隔をコントロール
することが殆ど不可能である。一方、複数のシングルモ
ードレーザ装置を用いる場合には、同軸合成する手前
で、各々の周波数および強度をコントロールすることが
できるが、各々のシングルモードレーザ光の波長が近い
場合には、ダイクロイックミラーでは、レーザ光の10
0%近い同軸合成が偏光を利用しなければ不可能であ
る。すなわち、一方のレーザ光の波長(周波数)の反射
率を上げると、透過している他方の波長(周波数)のレ
ーザ光が、波長が近いために反射してしまうからであ
る。レーザ光の偏光を利用し、一方のレーザ光を垂直偏
光とするとともに、他方のレーザ光を水平偏光とすれ
ば、100%近い同軸合成は可能となるが、合成された
レーザビームの偏光面が揃っていないという問題があ
る。In order to selectively and efficiently excite a specific atom or molecule using a laser device, a laser beam whose wavelength is adjusted with high precision so as to correspond to each transition structure is output. However, it is almost impossible to control the intensity of the laser light of each frequency formed coaxially and the frequency interval of each with the laser light of multi-mode oscillation. On the other hand, when using a plurality of single-mode laser devices, it is possible to control each frequency and intensity before coaxial combining, but when the wavelengths of each single-mode laser light are close, dichroic mirrors are used. , Laser light 10
Coaxial synthesis near 0% is not possible without the use of polarized light. That is, if the reflectance of the wavelength (frequency) of one of the laser beams is increased, the laser beam of the other wavelength (frequency) that has been transmitted is reflected because the wavelengths are close to each other. If one laser beam is vertically polarized and the other laser beam is horizontally polarized by using the polarization of the laser beam, nearly 100% coaxial synthesis is possible, but the polarization plane of the synthesized laser beam is There is a problem that they are not available.
【0007】また、測距技術に関しては、大気中におけ
る光利用計測の場合、大きな補正要因は、空気の屈折率
変化である。このため、温度や湿度等の気象条件を正確
に測り、経験式等により補正しなければならないという
問題がある。このような環境変化に対応可能な多色レー
ザ光を用いて干渉法による測距を考える場合、複数の波
長(多色)のレーザ光の各々の波長安定性が問題とな
る。Further, regarding the distance measuring technique, in the case of measurement using light in the atmosphere, a major correction factor is a change in the refractive index of air. Therefore, there is a problem that the weather conditions such as temperature and humidity must be accurately measured and corrected by an empirical formula or the like. When considering distance measurement by an interferometry method using a polychromatic laser beam capable of coping with such an environmental change, wavelength stability of each of the laser beams of a plurality of wavelengths (polychromatic) becomes a problem.
【0008】本発明は、上述した事情を考慮してなされ
たもので、レーザ光の縦モード間隔および各モードの強
度を任意にコントロールできるとともに、偏光面の揃っ
たレーザビームを形成することができる複数モード変調
レーザシステムを提供することを目的とする。The present invention has been made in consideration of the above-mentioned circumstances, and it is possible to arbitrarily control the longitudinal mode interval of laser light and the intensity of each mode and to form a laser beam having a uniform plane of polarization. It is an object to provide a multimode modulation laser system.
【0009】[0009]
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明に係る複数モード変調レーザシステムは、シ
ングルモードのレーザ光の光路上に設置され、レーザ光
の縦モード間隔および各モードの強度を調節可能な音響
光学系と、波長板と光学ミラーとから構成され、前記音
響光学系から出射される各モードのレーザ光を反射して
再度音響光学系に入射する反射光学系とを備えたもので
ある。In order to solve the above-mentioned problems, a multi-mode modulation laser system according to the present invention is installed on the optical path of a single mode laser beam, and the longitudinal mode interval of the laser beam and the mode of each mode. An acousto-optic system whose intensity is adjustable, a reflection optical system including a wave plate and an optical mirror, and reflecting a laser beam of each mode emitted from the acousto-optic system to re-enter the acousto-optic system. It is a thing.
【0010】[0010]
【作用】本発明に係る複数モード変調レーザシステムに
おいて、音響光学系としての音響光学変調器(AOM:
Acoust Optic Modulator)に、シングルモードのレーザ
光を入射させると、レーザ光の回折光の強度や方向が、
超音波の強度や周波数の状態によって変化する。このた
め、レーザ光の縦モード間隔および各モードの強度を、
任意にコントロールすることが可能となる。In the multi-mode modulation laser system according to the present invention, an acousto-optic modulator (AOM: as an acousto-optic system).
When a single mode laser beam is incident on the Acoust Optic Modulator), the intensity and direction of the diffracted light of the laser beam
It changes depending on the strength and frequency of the ultrasonic waves. Therefore, the longitudinal mode interval of laser light and the intensity of each mode are
It can be controlled arbitrarily.
【0011】ところでレーザ光の縦モード間隔や各モー
ドの強度をコントロールした状態では、各モードの偏光
面が同軸上に揃っていないので、反射光学系により再度
音響光学系のAOMに戻す。これにより、偏光面の揃っ
たレーザビームが同軸上に形成される。By the way, when the longitudinal mode interval of the laser light and the intensity of each mode are controlled, the polarization planes of each mode are not coaxially aligned, and therefore the reflection optical system returns the light to the AOM of the acousto-optical system again. As a result, a laser beam having a uniform plane of polarization is formed coaxially.
【0012】[0012]
【実施例】以下、本発明を図面を参照して説明する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below with reference to the drawings.
【0013】図1は、本発明に係る複数モード変調レー
ザシステムの一例として、基本的な2モードレーザシス
テムを示すもので、図中、符号1は、波長(モード)が
安定し、しかも制御が可能なシングルモードのレーザ光
を発振させるレーザ装置であり、このシングルモードレ
ーザ装置1から発振されるレーザ光の光路上には、偏光
ビームスプリッタ2およびドライバ4で駆動される音響
光学変調器(AOM)3がそれぞれ設置される。このA
OM3は音響光学系5を構成している。AOM3は、単
結晶やガラス等の媒体中に超音波を発生させて周期的な
屈折率変化を生じさせ、これにより位相型の回折格子を
構成するもので、このAOM3にレーザ光が入射される
と、回折光の強度や方向が、超音波の強度や周波数の状
態によって変化するようになっている。FIG. 1 shows a basic two-mode laser system as an example of a multimode modulation laser system according to the present invention. In the figure, reference numeral 1 indicates a stable wavelength (mode) and control. It is a laser device that oscillates possible single-mode laser light, and an acousto-optic modulator (AOM) driven by the polarization beam splitter 2 and the driver 4 is provided on the optical path of the laser light oscillated from the single-mode laser device 1. ) 3 are installed respectively. This A
The OM 3 constitutes the acousto-optic system 5. The AOM 3 generates ultrasonic waves in a medium such as a single crystal or glass to cause a periodical refractive index change, and thereby constitutes a phase type diffraction grating, and a laser beam is incident on the AOM 3. The intensity and direction of the diffracted light are changed according to the intensity and frequency of the ultrasonic wave.
【0014】このAOM3の下流側には、図1に示すよ
うに、λ/4波長板6,7および光学ミラー8,9で構
成される反射光学系10が設置されており、この反射光
学系10は0次光(入射したレーザ光の周波数)および
1次回折光(超音波の周波数だけシフトした光)のレー
ザ光を再度音響光学系5であるAOM3に戻すようにな
っている。そして、この反射した0次光および1次回折
レーザ光は、前記偏光ビームスプリッタ2により、シン
グルモードレーザ装置1からの入射レーザ光に対し直角
に曲げられ、2本のモードのレーザ光が同軸上でしかも
偏光面が揃ったものとして得られるようになっている。As shown in FIG. 1, a reflecting optical system 10 composed of λ / 4 wave plates 6 and 7 and optical mirrors 8 and 9 is installed on the downstream side of the AOM 3, and the reflecting optical system 10 is provided. Reference numeral 10 is adapted to return the 0th-order light (the frequency of the incident laser light) and the 1st-order diffracted light (the light shifted by the frequency of the ultrasonic wave) to the AOM 3 which is the acoustooptic system 5 again. Then, the reflected 0th-order light and 1st-order diffracted laser light are bent at a right angle to the incident laser light from the single-mode laser device 1 by the polarization beam splitter 2, and the two-mode laser light is coaxial. In addition, it is now possible to obtain it with a uniform plane of polarization.
【0015】次に、本実施例の作用について説明する。Next, the operation of this embodiment will be described.
【0016】音響光学系5のAOM3にレーザ光を入射
させると、回折レーザ光の強度や方向が、超音波の強度
や周波数の状態によって変化する。この動作原理によ
り、超音波の周波数に相当する量だけ、入射レーザ光の
周波数がシフトする。この周波数シフト量は、任意に調
整可能であり、入射レーザ光のそれぞれの強度は、超音
波の出力を調整することで、0次光と1次回折光との比
率を変えることができる。When a laser beam is incident on the AOM 3 of the acoustooptic system 5, the intensity and direction of the diffracted laser beam change depending on the intensity and frequency of the ultrasonic wave. Due to this operation principle, the frequency of the incident laser light is shifted by an amount corresponding to the frequency of the ultrasonic wave. The frequency shift amount can be arbitrarily adjusted, and the intensity of each of the incident laser lights can be changed by adjusting the output of the ultrasonic wave to change the ratio between the 0th-order light and the 1st-order diffracted light.
【0017】すなわち、AOM3に入る入射レーザ光は
その入射波長λと超音波の周波数δとによりBragg 回折
が生じ、入射角θのレーザ光に対し、2θの角度で1次
回折光が発生する。このときのθは、That is, the incident laser light entering the AOM 3 undergoes Bragg diffraction due to the incident wavelength λ and the frequency δ of the ultrasonic wave, and the first-order diffracted light is generated at an angle 2θ with respect to the laser light having the incident angle θ. Θ at this time is
【数1】 で示される。AOM3を1回通ったこの状態では、0次
光と1次回折光との間には、2θの角度で2本のモード
が作れる訳であるが、同軸上にはなっておらず、同軸上
に合成する必要がある。[Equation 1] Indicated by. In this state where the light passes through the AOM 3 once, two modes can be created at an angle of 2θ between the 0th-order light and the 1st-order diffracted light, but they are not coaxial and are coaxial. Need to be synthesized.
【0018】従来、この合成は、偏向光ビームスプリッ
タを用い、レーザの偏向光を利用して行なっているた
め、合成されたビームの偏光面が揃わないという問題が
あるが、これを解決するため本実施例では、変調された
1次回折光を、反射光学系10である光学ミラー9を用
いて再度AOM3に戻す方法を採っている。この際、A
OM3と光学ミラー9との間には、λ/4波長板7を入
れ、再度AOM3に入る光の偏光を、垂直から水平偏光
に、あるいは水平から垂直偏光に変える。0次光に対し
ても、同様に光学ミラー8でAOM3に戻し、λ/4波
長板6で偏光方向を変える。Conventionally, since this combination is performed by using a deflected light beam splitter and the deflected light of a laser, there is a problem that the planes of polarization of the combined beams are not aligned. However, in order to solve this problem. In this embodiment, a method of returning the modulated first-order diffracted light to the AOM 3 again by using the optical mirror 9 which is the reflection optical system 10. At this time, A
A λ / 4 wave plate 7 is inserted between the OM 3 and the optical mirror 9 to change the polarization of the light entering the AOM 3 again from vertical polarization to horizontal polarization or from horizontal polarization to vertical polarization. Similarly, for the 0th-order light, the optical mirror 8 returns the light to the AOM 3 and the λ / 4 wavelength plate 6 changes the polarization direction.
【0019】1次回折光が、音響光学系5のAOM3に
再度入射されることで、変調周波数を2倍変化させるこ
とができる。例えば、1GHzの変調を1つのAOM3
で行なえるとすると、2度通すことで2GHzの変調が
可能となる。このとき、Bragg 角θは、変調周波数が波
長λに対し無視できる位小さい(数十MHz〜数GH
z)ので、再度入射するときの角度θは殆ど変わらな
い。When the first-order diffracted light is incident on the AOM 3 of the acousto-optic system 5 again, the modulation frequency can be changed twice. For example, 1 GHz modulation with one AOM3
If it can be performed with, it becomes possible to modulate at 2 GHz by passing it through twice. At this time, the Bragg angle θ is so small that the modulation frequency is negligible with respect to the wavelength λ (several tens MHz to several GH).
z), the angle θ upon re-incident is almost unchanged.
【0020】再度AOM3に入射した0次光および1次
回折光は、AOM3の前に設置した偏光ビームスプリッ
タ2により、入射レーザ光に対し直角に曲げられ、波長
λの0次光と波長λ+2δの1次回折光との2本のモー
ドが、同軸上でしかも偏光面の揃ったものとして得られ
る。The 0th-order light and the 1st-order diffracted light that have entered the AOM 3 again are bent at a right angle to the incident laser light by the polarization beam splitter 2 installed in front of the AOM 3, and the 0th-order light of the wavelength λ and the 1 of the wavelength λ + 2δ. Two modes of the second-order diffracted light are obtained on the same axis and in which the planes of polarization are aligned.
【0021】なお、ここでの光学的損失は、AOM3の
透過の分であり、通常1回の透過で95%以上は確保さ
れるので、2回通してもその損失は10%以下である。
このため、2本のモードを作る方法としては、効率のよ
い方法であり、2本のモードの強度比は、AOM3のド
ライバ4により自由に調整することができる。The optical loss here is the amount of transmission of the AOM 3, and usually 95% or more is ensured by one transmission, so that the loss is 10% or less even if it is passed twice.
Therefore, an efficient method is to create the two modes, and the intensity ratio of the two modes can be freely adjusted by the driver 4 of the AOM 3.
【0022】図2は、図1に示すシステムを複数台組み
合せ、マルチモードのシステムとした場合を示す。FIG. 2 shows a case where a plurality of the systems shown in FIG. 1 are combined to form a multimode system.
【0023】すなわち、図2に示すシステムには、偏光
ビームスプリッタ2、音響光学系5であるAOM3およ
びドライバ4、反射光学系10であるλ/4波長板6,
7および光学ミラー8,9に加え、偏光ビームスプリッ
タ2a,2b、AOM3a,3b、ドライバ4a,4
b、λ/4波長板5a5b,6a,6bおよび光学ミラ
ー7a,7b,8a,8bが追設されており、偏光ビー
ムスプリッタ2bにより取り出されたマルチモードのレ
ーザ光は、励起用レーザ装置11からのレーザ光ととも
にレーザ増幅器12に入射され、レーザ出力を上げるこ
とができるようになっている。That is, in the system shown in FIG. 2, a polarization beam splitter 2, an AOM 3 and a driver 4 which are acousto-optic systems 5, and a λ / 4 wave plate 6 which is a reflection optical system 10.
7 and optical mirrors 8 and 9, as well as polarization beam splitters 2a and 2b, AOMs 3a and 3b, drivers 4a and 4
b, λ / 4 wave plates 5a5b, 6a, 6b and optical mirrors 7a, 7b, 8a, 8b are additionally provided, and the multimode laser light extracted by the polarization beam splitter 2b is emitted from the excitation laser device 11. The laser light is incident on the laser amplifier 12 together with the laser light and the laser output can be increased.
【0024】図3は、図1に示すレーザシステムにおい
て、2本のモードを高速でスイッチングできるようにし
た複数縦モード変調レーザシステムを示すもので、音響
光学系5のAOM3の中心でレーザビームのビームウェ
イトを持つよう、凸レンズ13が偏光ビームスプリッタ
2とAOM3との間に設置されるとともに、光学ミラー
8,9に代えて凹面鏡14,15により反射光学系16
を構成している。そして、この音響光学系5や反射光学
系16により、各モードを、フリップフロップ回路のよ
うに高速でスイッチングさせ、立上りおよび立下り速度
を速くすることができるようになっている。FIG. 3 shows a multi-longitudinal mode modulation laser system capable of switching two modes at high speed in the laser system shown in FIG. 1, and shows the laser beam at the center of the AOM 3 of the acoustooptic system 5. A convex lens 13 is installed between the polarization beam splitter 2 and the AOM 3 so as to have a beam weight, and concave optical mirrors 14 and 15 are used instead of the optical mirrors 8 and 9 to form a reflection optical system 16.
Are configured. The acousto-optic system 5 and the reflection optics system 16 can switch each mode at high speed like a flip-flop circuit to increase the rising and falling speeds.
【0025】次に、図1および図3に示す基本的な2縦
モード変調レーザシステムを用い、超微細構造を有する
ナトリウム原子(Na)のD1レベルにおける励起につ
き、図4を参照して説明する。Excitation of sodium atom (Na) having a hyperfine structure at the D1 level using the basic two-longitudinal mode modulation laser system shown in FIGS. 1 and 3 will be described with reference to FIG. .
【0026】図4は、Na−D1におけるある偏向光の
レーザ光を用いた励起を示すもので、図中、符号mFは
磁気量子数を表わし、また符号F,F′はエネルギレベ
ルを示している。FIG. 4 shows the excitation using a certain polarized light laser beam in Na-D1, in which the symbol mF represents a magnetic quantum number and the symbols F and F'represent energy levels. There is.
【0027】F=1からF′=1に励起する波長をλと
すると、F=1とF=2のレベル差1772MHz、
F′=1とF′=2とのレベル差が192MHzである
から、各エネルギレベルからの励起波長は、When the wavelength excited from F = 1 to F ′ = 1 is λ, the level difference between F = 1 and F = 2 is 1772 MHz,
Since the level difference between F ′ = 1 and F ′ = 2 is 192 MHz, the excitation wavelength from each energy level is
【数2】 となり、最大の差は、1772MHz+192MHz=
1964MHz=1.964GHzとなる。[Equation 2] And the maximum difference is 1772MHz + 192MHz =
It becomes 1964 MHz = 1.964 GHz.
【0028】すなわち、本発明の2モード変調レーザシ
ステムを用いることにより、モード間隔を約2GHz、
音響光学系5のAOM3の超音波の周波数を約1GHz
とし、効率よくNa原子を励起することができる。That is, by using the two-mode modulation laser system of the present invention, the mode interval is about 2 GHz,
The frequency of the ultrasonic wave of the AOM 3 of the acousto-optic system 5 is about 1 GHz.
Therefore, the Na atom can be efficiently excited.
【0029】なお、各励起波長毎に詳細に見ると、約2
00MHz程度の差が生じているが、実際Naの蒸気と
レーザ光との間には、ドップラー効果やパワーブロード
ニング等があり、この程度の差は、殆ど影響されずに効
率的に励起させることができる。It should be noted that the details of each excitation wavelength are about 2
Although there is a difference of about 00 MHz, there is a Doppler effect, power broadening, etc. between the vapor of Na and the laser beam, and the difference of about this degree is effectively influenced without being affected. You can
【0030】同様な複数縦モードレーザシステムを用い
て、他にウラン(U)原子においても、超微細構造を有
する特定の同位体原子、例えばU−235同位体を選択
的に励起する場合に利用することができる。また、図3
に示す縦モードシステムの場合には、ある時間波長λで
特定のウラン同位体を励起させ、次の時間にはλ+δだ
けレーザ光の波長をシフトさせたもので励起させるよう
な、レーザ光の波長をジャンピングする励起の仕方も可
能である。この場合は、1つのモード(波長)のピーク
強度を強くすることができる特徴があり、短時間の間で
特定のウラン同位体励起が充分行なわれる場合には有利
な方法である。The same multi-longitudinal mode laser system is used to selectively excite a specific isotope atom having a hyperfine structure, for example, U-235 isotope, also in uranium (U) atom. can do. Also, FIG.
In the case of the longitudinal mode system shown in Fig. 2, the wavelength of the laser light is such that a specific uranium isotope is excited at a wavelength λ for a certain time and is excited by shifting the wavelength of the laser light by λ + δ at the next time. An exciting method of jumping is also possible. In this case, there is a feature that the peak intensity of one mode (wavelength) can be increased, and this is an advantageous method when specific uranium isotope excitation is sufficiently performed in a short time.
【0031】次に、精密測距に適用される基本的な複数
モード変調レーザシステムにつき、図5および図6を参
照して説明する。これらのシステムは、図1および図3
に示す2モード変調レーザシステムを測距用に発展させ
たもので、測距の基本的原理は、マイケルソンの干渉計
を用い、2本のモード、すなわち2波長による干渉測定
を行なうことで空気の揺ぎや屈折率を補正するようにし
たものである。Next, a basic multimode modulation laser system applied to precision distance measurement will be described with reference to FIGS. These systems are shown in FIGS.
The two-mode modulation laser system shown in Fig. 2 was developed for distance measurement. The basic principle of distance measurement is that the Michelson interferometer is used to perform interferometric measurement in two modes, that is, two wavelengths. It is designed to correct the fluctuation and the refractive index of.
【0032】すなわち、図5に示す複数縦モードレーザ
システムは、基本的には図1に示すレーザシステムが用
いられ、そのシングルモードレーザ装置1と偏光ビーム
スプリッタ2との間には、回転式のλ/2波長板21が
設置され、偏光ビームスプリッタ2において、水平偏光
成分の一部が直角に反射し、反射光学系21を形成する
光学ミラー22に入射するようになっている。この光学
ミラー22に入射する割合は、前記λ/2波長板20の
角度で調整できるようになっている。That is, the multi-longitudinal mode laser system shown in FIG. 5 basically uses the laser system shown in FIG. 1, and between the single mode laser device 1 and the polarization beam splitter 2 there is a rotary type. A λ / 2 wavelength plate 21 is installed, and in the polarization beam splitter 2, a part of the horizontal polarization component is reflected at a right angle and is incident on an optical mirror 22 forming a reflection optical system 21. The rate of incidence on the optical mirror 22 can be adjusted by the angle of the λ / 2 wave plate 20.
【0033】この光学ミラー22と偏光ビームスプリッ
タ2との間には、図5に示すように、λ/4波長板23
が設置されており、このλ/4波長板23により、前記
光学ミラー22からの戻り光が水平から垂直偏光され、
偏光ビームスプリッタ2を透過するようになっている。
そしてこの透過光は、音響光学系5のAOM3からの戻
りレーザ光とともに、位相計25を接続した光検出器2
4に入射され、光検出器24で干渉が測定されるように
なっている。Between the optical mirror 22 and the polarization beam splitter 2, as shown in FIG. 5, is a λ / 4 wave plate 23.
The λ / 4 wavelength plate 23 polarizes the return light from the optical mirror 22 from horizontal to vertical,
It is adapted to pass through the polarization beam splitter 2.
Then, this transmitted light, together with the return laser light from the AOM 3 of the acousto-optic system 5, the photodetector 2 to which the phase meter 25 is connected.
4 and the photodetector 24 measures the interference.
【0034】なお、前記光学ミラー22からのレーザ光
は垂直偏光であるのに対し、AOM3からの戻りレーザ
光は水平偏光であり、両レーザ光は直線偏光で偏光面が
互いに直交しているため、これらの光を直接光検出器2
4に入射しても、ビート信号(干渉の強弱信号)は検出
されない。Since the laser light from the optical mirror 22 is vertically polarized, the return laser light from the AOM 3 is horizontally polarized, and both laser lights are linearly polarized and their polarization planes are orthogonal to each other. , These light direct photo detector 2
Even when the light beam is incident on No. 4, a beat signal (a signal having a strong or weak interference) is not detected.
【0035】そこで、図5に示す複数縦モードレーザシ
ステムでは、偏向光ビームスプリッタ2と光検出器24
との間にλ/4波長板26を設置し、偏光面が45度傾
いた軸をもって両偏光がλ/4波長板26を通過するよ
うになっている。そして、これにより、両偏光から等量
の同一成分が取り出され、ビート信号を光検出器24で
検出できるようになっている。Therefore, in the multiple longitudinal mode laser system shown in FIG. 5, the deflected light beam splitter 2 and the photodetector 24 are used.
A λ / 4 wavelength plate 26 is installed between the two, and both polarizations pass through the λ / 4 wavelength plate 26 with an axis having a polarization plane inclined by 45 degrees. Then, the same amount of the same component is extracted from both polarizations, and the beat signal can be detected by the photodetector 24.
【0036】一方、測距する部分は、図5に示すよう
に、AOM3の下流側に設定されている。すなわち、A
OM3の下流側には、図1に示すシステムにおける反射
光学系10の光学ミラー8,9に代え、1次回折光を0
次光と平行な光軸とするための反射鏡27および被測定
物体としての反射体28が反射光学系29として設置さ
れており、この反射体28で反射した0次光および1次
光の各戻り光は、AOM3に再度入射されて同軸合成さ
れ、さらに偏光ビームスプリッタ2で反射されて光検出
器24に入射するようになっている。図5に示す複数縦
モードレーザシステムでは、反射体28の位置調整によ
り、反射光学系29からの反射光がAOM3に再入射す
る点のアライメントがし易くなるようになっている。On the other hand, the distance measuring portion is set on the downstream side of the AOM 3, as shown in FIG. That is, A
On the downstream side of OM3, instead of the optical mirrors 8 and 9 of the reflective optical system 10 in the system shown in FIG.
A reflecting mirror 27 for setting an optical axis parallel to the next light and a reflector 28 as an object to be measured are installed as a reflection optical system 29. Each of the 0th-order light and the 1st-order light reflected by the reflector 28 is installed. The return light is re-incident on the AOM 3 to be coaxially combined, further reflected by the polarization beam splitter 2, and incident on the photodetector 24. In the multi-longitudinal mode laser system shown in FIG. 5, the position of the reflector 28 is adjusted to facilitate the alignment of the point where the reflected light from the reflective optical system 29 re-enters the AOM 3.
【0037】また、図6に示す複数縦モードレーザシス
テムは、基本的には図3に示すレーザシステムが用いら
れ、そのシングルモードレーザ装置1と偏光ビームスプ
リッタ2との間には、回転式のλ/2波長板20が設置
され、偏光ビームスプリッタ2において、水平偏光成分
の一部が直角に反射し、光検出器24に入射するように
なっている。The multi-longitudinal mode laser system shown in FIG. 6 basically uses the laser system shown in FIG. 3, and between the single mode laser device 1 and the polarization beam splitter 2 there is a rotary type. A λ / 2 wavelength plate 20 is installed, and in the polarization beam splitter 2, a part of the horizontal polarization component is reflected at a right angle and is incident on the photodetector 24.
【0038】一方、測距する部分は、図6に示すよう
に、音響光学系5であるAOM3の上流側に設定されて
いる。すなわち、被測定物体としてのコーナキューブプ
リズム38は、前記λ/4波長板26の下流側に設置さ
れており、AOM3で2波長に合成された後の戻りレー
ザ光が測距に用いられるようになっている。On the other hand, the distance measuring portion is set on the upstream side of the AOM 3 which is the acousto-optic system 5, as shown in FIG. That is, the corner cube prism 38 as the object to be measured is installed on the downstream side of the λ / 4 wavelength plate 26 so that the return laser light after being combined into two wavelengths by the AOM 3 is used for distance measurement. Has become.
【0039】図7は、図6のAOM基本システムを複数
設け、多数の波長(モード)を用いることができるよう
にしたシステムを示すものである。AOM基本システム
40は、例えば音響光学系5と反射光学系16から構成
される。FIG. 7 shows a system in which a plurality of AOM basic systems of FIG. 6 are provided and a large number of wavelengths (modes) can be used. The AOM basic system 40 is composed of, for example, the acousto-optic system 5 and the catoptric system 16.
【0040】すなわち、この複数縦モードレーザシステ
ムは、図7に示すように、1つのシングルモードレーザ
装置1に対して3つのAOM基本システム40が用いら
れ、かつこれら各AOM基本システム40からの光を同
軸合成するため、偏光ビームスプリッタ2に加え、偏光
ビームスプリッタ42a,42bが追設されている。That is, in this multi-longitudinal mode laser system, as shown in FIG. 7, three AOM basic systems 40 are used for one single mode laser device 1, and light from each of these AOM basic systems 40 is used. In addition to the polarization beam splitter 2, polarization beam splitters 42a and 42b are additionally provided for coaxially synthesizing.
【0041】しかして、この複数縦モードレーザシステ
ムは、シングルモードレーザ装置1が1つであり、モー
ド間隔の安定性は超音波の周波数に依存するため、シン
グルモードレーザ装置1そのものの周波数安定化に、そ
れ程影響を与えないという特徴があり、複数の波長を用
いることで、空気の揺ぎや屈折率の変化に対応し易いだ
けでなく、図3に示すシステムで説明した方法により各
モードをスイッチングして用いることで、パルス測距も
可能となる。In this multi-longitudinal mode laser system, however, the single mode laser device 1 is one, and the stability of the mode interval depends on the frequency of the ultrasonic wave. Therefore, the frequency stabilization of the single mode laser device 1 itself is performed. The feature is that it does not affect so much, and by using multiple wavelengths, not only is it easy to deal with air fluctuations and changes in the refractive index, but each mode is switched by the method described in the system shown in FIG. Then, pulse distance measurement becomes possible.
【0042】すなわち、被測定物体までの距離Lは、パ
ルスレーザ光が被測定物体までの間を往復する時間をτ
とすると、That is, the distance L to the object to be measured is τ, which is the time required for the pulsed laser light to travel back and forth to the object to be measured.
Then,
【数3】L=C・/τ2 但し、C:光速度 で求められる。## EQU00003 ## L = C.multidot..tau.2 where C is the speed of light.
【0043】このように、図7のシステムは、1つだけ
の測距方法だけでなく、複数の測距技術を時間に取り込
めため、得られる情報量(測定量)を異なる方法で確認
でき、また補正することができ、より精密な測距が可能
となる。As described above, the system of FIG. 7 can check not only one distance measuring method but also a plurality of distance measuring techniques in time, so that the obtained information amount (measurement amount) can be confirmed by different methods. In addition, it can be corrected, and more precise distance measurement becomes possible.
【0044】[0044]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
レーザ光の縦モードの間隔および各モードの強度を任意
にコントロールできるとともに、偏光面の揃ったレーザ
ビームを形成することができる。このため、同位体分離
用レーザシステムに適用した場合には、レーザ光が音響
光学系による周波数変調作用により、原子や分子に最適
な共鳴吸収線に対応するように設定されるため、ラム範
囲の遷移構造において効果的に励起することが可能とな
る。そのため、各共鳴吸収線と一致せず励起に寄与しな
いレーザ光の割合が多い従来のレーザシステムと異な
り、本発明に係る複数モード変調レーザシステムにおい
ては、レーザ出力に対する励起レーザ光への変換効率が
極めて高くエネルギ損失を大幅に低減することができ
る。また、それぞれのレーザ光のモードにおける分配比
率を適宜変えることにより各遷移構造に対応して最適な
強度に調整することができる。そのためレーザ光の全出
力に対する利用効率の最適化が容易であり、レーザ装置
の運転管理および経済性を大幅に改善することてができ
る。As described above, according to the present invention,
It is possible to arbitrarily control the interval between the longitudinal modes of laser light and the intensity of each mode, and it is possible to form a laser beam having a uniform plane of polarization. Therefore, when applied to a laser system for isotope separation, the laser light is set so as to correspond to the optimum resonance absorption line for atoms and molecules due to the frequency modulation action of the acousto-optic system. It becomes possible to effectively excite in the transition structure. Therefore, unlike a conventional laser system in which the ratio of laser light that does not match each resonance absorption line and does not contribute to pumping is large, in the multimode modulation laser system according to the present invention, the conversion efficiency of pumping laser light with respect to laser output is high. It is extremely high and the energy loss can be greatly reduced. In addition, by appropriately changing the distribution ratio of each laser light mode, it is possible to adjust the intensity to an optimum level corresponding to each transition structure. Therefore, it is easy to optimize the utilization efficiency with respect to the total output of the laser light, and it is possible to greatly improve the operational management and economical efficiency of the laser device.
【0045】さらに測距技術に適用する場合には、大き
な課題である大気の揺ぎ、すなわち空気の屈折率変化に
対し2波長あるいは多波長型の干渉技術とレーザ周波数
変調による位相検波法ならびにパルス測距を総合的に用
いることにより屈折率補正の精度を向上し分解能を高め
ることができる。Further, when it is applied to a distance measuring technique, it is a big problem that the fluctuation of the atmosphere, that is, a change in the refractive index of air, is affected by a two-wavelength or multi-wavelength type interference technique, a phase detection method by laser frequency modulation and a pulse By using distance measurement comprehensively, the accuracy of refractive index correction can be improved and the resolution can be increased.
【図1】本発明に係る複数モード変調レーザシステムの
基本的な一例を示す構成図。FIG. 1 is a configuration diagram showing a basic example of a multi-mode modulation laser system according to the present invention.
【図2】図1の複数モード変調レーザシステムを複数組
み合せてマルチモード変調レーザシステムとした場合の
例を示す構成図。FIG. 2 is a configuration diagram showing an example of a case where a plurality of multimode modulation laser systems of FIG. 1 are combined to form a multimode modulation laser system.
【図3】図1のレーザシステムで2本のモードを高速で
スイッチングすることができるようにした複数モード変
調レーザシステムを示す構成図。3 is a configuration diagram showing a multimode modulation laser system capable of switching two modes at high speed in the laser system of FIG.
【図4】ナトリウム原子のD1レベルの超微細構造にお
ける励起の一例を示す説明図。FIG. 4 is an explanatory diagram showing an example of excitation in a D1 level hyperfine structure of a sodium atom.
【図5】図1のレーザシステムを測距用に対応させた複
数モード変調レーザシステムを示す構成図。5 is a configuration diagram showing a multi-mode modulation laser system in which the laser system of FIG. 1 is adapted for distance measurement.
【図6】図3のレーザシステムを測距用に対応させた複
数モード変調レーザシステムを示す構成図。6 is a configuration diagram showing a multi-mode modulation laser system in which the laser system of FIG. 3 is adapted for distance measurement.
【図7】図6のレーザシステムを複数組み合せて多色の
干渉測距用とした場合の複数モード変調レーザシステム
の例を示す構成図。7 is a configuration diagram showing an example of a multi-mode modulation laser system when a plurality of laser systems in FIG. 6 are combined for multi-color interference distance measurement.
1 シングルモードレーザ装置 2,2a,2b,42a,42b 偏光ビームスプリッ
タ 3,3a,3b 音響光学変調器(AOM) 4,4a,4b ドライバ 5 音響光学系 6,6a,6b,7a,7b,23,26 λ/4波長
板 8,8a,8b,9,9a,9b,22 光学ミラー 10,10a,10b,16,29 反射光学系 11 凸レンズ 12,13 凹面鏡 20 λ/2波長板 24 光検出器 27 反射鏡 28 反射体 38 コーナキューブプリズム 40 AOM基本システム1 Single Mode Laser Device 2, 2a, 2b, 42a, 42b Polarization Beam Splitter 3, 3a, 3b Acousto-optic Modulator (AOM) 4, 4a, 4b Driver 5 Acousto-optic System 6, 6a, 6b, 7a, 7b, 23 , 26 λ / 4 wave plate 8, 8a, 8b, 9, 9a, 9b, 22 Optical mirror 10, 10a, 10b, 16, 29 Reflective optical system 11 Convex lens 12, 13 Concave mirror 20 λ / 2 wave plate 24 Photodetector 27 Reflector 28 Reflector 38 Corner Cube Prism 40 AOM Basic System
Claims (1)
置され、レーザ光の縦モード間隔および各モードの強度
を調節可能な音響光学系と、波長板と光学ミラーとから
構成され、前記音響光学系から出射される各モードのレ
ーザ光を反射して再度音響光学系に入射する反射光学系
とを備えたことを特徴とする複数モード変調レーザシス
テム。1. An acousto-optic system installed on the optical path of a single-mode laser beam and capable of adjusting the longitudinal mode interval of the laser beam and the intensity of each mode, a wave plate and an optical mirror, A multi-mode modulation laser system, comprising: a reflection optical system that reflects laser light of each mode emitted from the system and re-enters the acousto-optic system.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15945793A JPH0722681A (en) | 1993-06-29 | 1993-06-29 | Multimode modulation laser system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15945793A JPH0722681A (en) | 1993-06-29 | 1993-06-29 | Multimode modulation laser system |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0722681A true JPH0722681A (en) | 1995-01-24 |
Family
ID=15694187
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15945793A Pending JPH0722681A (en) | 1993-06-29 | 1993-06-29 | Multimode modulation laser system |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0722681A (en) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114566854A (en) * | 2020-11-27 | 2022-05-31 | 株式会社爱德万测试 | Laser beam output device |
| CN116131081A (en) * | 2023-04-13 | 2023-05-16 | 中国人民解放军国防科技大学 | Pulse timing laser power amplification device and timing controllable multi-laser system |
| CN118693606A (en) * | 2024-05-23 | 2024-09-24 | 中国人民解放军海军工程大学 | Laser frequency shifting and power stabilization device and atomic optical device |
| CN119045223A (en) * | 2024-08-26 | 2024-11-29 | 复旦大学 | Device and method for overlapping 0-order light and diffracted light based on acousto-optic modulator |
| CN119045222A (en) * | 2024-08-26 | 2024-11-29 | 复旦大学 | Combined acousto-optic modulation method based on retro-reflection interference |
-
1993
- 1993-06-29 JP JP15945793A patent/JPH0722681A/en active Pending
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114566854A (en) * | 2020-11-27 | 2022-05-31 | 株式会社爱德万测试 | Laser beam output device |
| JP2022085423A (en) * | 2020-11-27 | 2022-06-08 | 株式会社アドバンテスト | Laser light output device |
| CN114566854B (en) * | 2020-11-27 | 2025-05-02 | 株式会社爱德万测试 | Laser beam output device |
| CN116131081A (en) * | 2023-04-13 | 2023-05-16 | 中国人民解放军国防科技大学 | Pulse timing laser power amplification device and timing controllable multi-laser system |
| CN116131081B (en) * | 2023-04-13 | 2023-07-18 | 中国人民解放军国防科技大学 | Pulse timing laser power amplification device and timing controllable multi-laser system |
| CN118693606A (en) * | 2024-05-23 | 2024-09-24 | 中国人民解放军海军工程大学 | Laser frequency shifting and power stabilization device and atomic optical device |
| CN119045223A (en) * | 2024-08-26 | 2024-11-29 | 复旦大学 | Device and method for overlapping 0-order light and diffracted light based on acousto-optic modulator |
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