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JPH11317567A - レーザー光発生方法及びその装置 - Google Patents

レーザー光発生方法及びその装置

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Publication number
JPH11317567A
JPH11317567A JP10122156A JP12215698A JPH11317567A JP H11317567 A JPH11317567 A JP H11317567A JP 10122156 A JP10122156 A JP 10122156A JP 12215698 A JP12215698 A JP 12215698A JP H11317567 A JPH11317567 A JP H11317567A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
laser
laser light
signal
resonator
phase modulation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP10122156A
Other languages
English (en)
Inventor
Yuji Kaneda
有史 金田
Yutaka Imai
裕 今井
Takeshi Kaneko
武 金子
Tsutomu Sakashita
努 坂下
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sony Corp filed Critical Sony Corp
Priority to JP10122156A priority Critical patent/JPH11317567A/ja
Priority to US09/292,654 priority patent/US6285691B1/en
Publication of JPH11317567A publication Critical patent/JPH11317567A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
    • H01S3/10084—Frequency control by seeding
    • H01S3/10092—Coherent seed, e.g. injection locking
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/23—Arrangements of two or more lasers not provided for in groups H01S3/02 - H01S3/22, e.g. tandem arrangements of separate active media
    • H01S3/2383—Parallel arrangements
    • H—ELECTRICITY
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    • H01S3/005—Optical devices external to the laser cavity, specially adapted for lasers, e.g. for homogenisation of the beam or for manipulating laser pulses, e.g. pulse shaping
    • H01S3/0085—Modulating the output, i.e. the laser beam is modulated outside the laser cavity
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    • H01S3/005—Optical devices external to the laser cavity, specially adapted for lasers, e.g. for homogenisation of the beam or for manipulating laser pulses, e.g. pulse shaping
    • H01S3/0092—Nonlinear frequency conversion, e.g. second harmonic generation [SHG] or sum- or difference-frequency generation outside the laser cavity
    • H—ELECTRICITY
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    • H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
    • H01S3/08—Construction or shape of optical resonators or components thereof
    • H01S3/081—Construction or shape of optical resonators or components thereof comprising three or more reflectors
    • H01S3/083—Ring lasers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 レーザー共振器間の位相同期制御を高精度に
行い、かつ、これを簡易な構成で実現すること。 【解決手段】 レーザー共振器２２及び２３と、これら
のレーザー共振器毎に独立に周波数同期信号を生成する
制御ループとを有するレーザー発生装置において、複数
の制御ループに共通の制御信号生成回路３３ａを設け、
この制御信号生成回路３３ａにおける分周によって生成
された制御信号を複数の制御ループにそれぞれ供給する
ことによって、レーザー共振器２２及び２３間の位相を
同期させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、複数のレーザー共
振器間の位相を同期させてレーザー光を発生する、レー
ザー光発生方法及びレーザー光発生装置に関するもので
ある。
【０００２】
【従来の技術】複数のレーザー共振器を同時に共鳴させ
るレーザー光発生方法（即ち、複数のレーザー共振器間
の位相を同期させてレーザー光を発生する方法）の例と
して、注入同期チェーンが知られている（E.A.P.Cheng
and T.J.Kane, Opt.Lett. 16,p478-480(1991)参照）。
【０００３】従来の注入同期チェーンについて図３を参
照に説明する。
【０００４】注入同期法は、小型のレーザーをマスター
レーザー１とし、そのレーザー光を、ミラー２、電気光
学変調素子３及びミラー４を介して、共振器光路長制御
手段である精密位置決めミラー１０とミラー５、７及び
９とから構成される大型のスレーブレーザー（スレーブ
共振器）２２に導き、コヒーレンスを失うことなく高い
利得でレーザー光を増幅させる方法である。
【０００５】このとき、スレーブ共振器２２内の周波数
同期を行う上で、スレーブ共振器２２の共振器光路長を
精密に制御して、マスターレーザー光の周波数に同期さ
せなければならない。即ち、電気光学変調素子３に位相
変調信号を供給する周波数供給回路（位相変調信号発振
回路）３０、共振器２２から出射されるレーザー光の一
部を位相検出信号として検出する光検出器３２、及び、
位相検出信号と位相変調信号とを同期検波して精密位置
決めミラー１０に制御信号（誤差信号又は位置決め信
号）を送るミキサー３１からなる制御ループによって、
共振器２２内の周波数を同期させている。
【０００６】このように、周波数同期の方法としては、
位相変調素子としての電気光学変調素子３をスレーブ共
振器２２に入射する前の光路上に配置して、その位相変
調信号とスレーブ共振器２２からの戻り光との同期検波
信号を、誤差信号として共振器２２内に配される精密位
置決め素子１０へ帰還させ、周波数同期を行うＦＭサイ
ドバンド法が用いられている。
【０００７】また、このような注入同期法を行うスレー
ブ共振器が多段階にわたって直列に並べられ（スレーブ
共振器２２及び２３）、レーザー光の高出力化を図る方
法が、注入同期チェーンである。この場合、各スレーブ
共振器毎に独立のＦＭサイドバンド法による制御ループ
を持ち、電気光学変調素子は各スレーブ共振器の入射光
路上に配置されている。注入同期チェーンでは、複数の
レーザー共振器を同時に共鳴させる必要がある。
【０００８】また、複数の共振器を同時に共鳴させるレ
ーザー光発生装置の他の例として、段階的に非線形波長
変換を行って短波長レーザー光を得る、レーザー光発生
装置が知られている（A.Ashkin, G.D.Boyd, and J.M.Dz
iedzic, "Resonant opticalsecond harmonic generatio
n and mixing", IEEE J.Quant.Electron. QE-2, 109-12
4(1966)、W.J.Kozlovsky, C.D.Nabors and R.L.Byer, "
Efficient second harmonic generation of a diode-la
ser-pumped CW Nd:YAG laser using monolithic MgO:Li
NbO3 external resonant cavities", IEEE J.Quantum E
lectron. QE-24, 913-919(1988)、D.C.Gerstenberger,
G.E.Tye and R.W.Wallace, "Efficientsecond-harmonic
conversion of cw single-frequency Nd:YAG laser li
ght byfrequency locking to a monolithic ring frequ
ency doubler", Opt.Lett. 16, 992-994(1991) 参
照）。
【０００９】また、効率良く非線形波長変換を行う方法
として、外部共振器による方法が知られている（Z.Y.O
u, S.F.Pereira, E.S.Polzik and H.J.Kimble, 17, p64
0-642(1992)。外部共振器の共鳴を利用すれば、基本波
レーザー光をレーザー共振器に閉じ込めることで、非線
形波長変換効率の大幅な向上が図られる。なお、外部共
振器を基本波レーザー光に共鳴させるために、注入同期
法と同様のＦＭサイドバンド法を用いて共振器内精密位
置決め素子の制御が行われている。
【００１０】また、このようにして発生させた第２高調
波（ＳＨＧ：Second Harmonic Generation）を、さらに
非線形光学効果を利用して波長変換し、基本波レーザー
光に対する第４高調波を発生させることができる。この
とき、第２高調波発生過程と同様に外部共振器を使って
非線形波長変換を行えば、効率良く短波長化が行われ
る。なお、この段階的な非線形波長変換による短波長レ
ーザー光発生の場合も、複数の共振器を同時に共鳴させ
る必要がある。
【００１１】言うまでもないが、上記の注入同期レーザ
ーと非線形波長変換過程とを組み合わせたレーザー光発
生装置においても、複数の共振器を同時に共鳴させる必
要がある。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】このように、複数のレ
ーザー共振器を同時に共鳴させ、位相を同期させること
によってレーザー光を発生させるレーザー光発生方法に
おいて、従来は、複数のレーザー共振器の共振器長を制
御するための各制御ループに対してそれぞれ制御回路を
独立に作製し、さらに、各制御ループでの位相変調信号
の周波数は、すべて互いに異なるように設定していた。
【００１３】しかしながら、複数の信号発振回路で発生
した同じ周波数の位相変調信号を互いに異なる制御ルー
プで同時に使用する場合、前段の変調信号が後段の誤差
信号に混入して、正常に制御できないことがある。ま
た、１つの信号発生回路で生成した位相変調信号を異な
る制御ループで同時に使った場合、後段の制御ループの
誤差信号が正しく生成できない。さらに、信号発振器の
数に従って、同期のかからない複数の周波数のビート
（うなり）が起こり、不要輻射が増大することがある。
【００１４】一般に、レーザー共振器の高精度な制御
（ロッキング）には、通常、Pound-Drever法（ＦＭサイ
ドバンド法）が使われている。このPound-Drever法は、
「位相変調器を使ったヘテロダイン法によるビート（う
なり）信号の発生（１００ＴＨｚ信号→１００ＭＨｚ信
号）」と「同期検波（１０ＭＨｚ信号→１ｋＨｚ信
号）」との２重の周波数ダウンコンバートによって、共
振器の位相信号から、共振器長を制御するアクチュエー
ターの制御周波数帯域程度の誤差信号を作りだし、これ
により、１００ＴＨｚ程度の位置精度（つまり波長以下
の精度）を確定する方法である（但し、「ヘテロダイン
法によるビート信号の発生」も一種の同期検波であ
る）。
【００１５】ここで、複数の共振器を、それぞれ異なる
信号発振器で発生させた同一周波数の信号で制御する場
合、後段の共振器の信号に前段の共振器の位相変化によ
る信号が混入してしまい、精度の高い制御が困難になる
ことがある。また、複数の共振器を、同一の信号発振器
で発生させた位相信号で制御する場合でも、前段の共振
器への入力と後段の共振器への入力との間に時間のずれ
があるため、各共振器間で位相が変化してしまい、前例
と同様に、誤差信号を正しく発生させることができない
ことがある。
【００１６】さらに、現実に回路を構成する場合、回路
内の高周波ノイズ成分やそれらのビートによって発生す
る低周波のノイズは、回路自体に悪影響を及ぼすノイズ
〔デジタル回路におけるデジタルノイズ（不要輻射）
等〕になることがある。一般に、クロック発生器を同一
回路に複数個配置することは、前述の如きノイズを発生
させてしまうため、望ましくない。
【００１７】また、複数の異なる信号発振回路を使用す
る場合、おのおの各１式毎に、周波数発振器、周波数発
振器の分周器、及び、周波数発振器の増幅器などの各回
路部品が必要になり、基板実装面積が増加してしまう。
特に、複数の共振器を同時に制御する場合には、複数の
信号発振器が必要となるが、同一回路内での回路作成は
困難であった。
【００１８】つまり、複数のレーザー共振器を同時に制
御する必要のあるレーザー光発生装置の制御システムを
作製するに際し、その位相変調信号の発振器部分の同一
基板上でのコンパクト化が困難であった。
【００１９】本発明は、上述した実情に鑑みてなされた
ものであり、その目的は、レーザー共振器間の位相を正
常に同期（制御）させ、かつ、これを簡易な構成で実現
できるレーザー光発生方法及びレーザー光発生装置を提
供することにある。
【００２０】
【課題を解決するための手段】即ち、本発明は、共振器
光路長が制御可能な複数のレーザー共振器と、前記複数
のレーザー共振器毎に独立に周波数同期信号を生成する
複数の制御ループとを有し、前記複数の制御ループに共
通の制御信号生成回路を設け、この制御信号生成回路に
て分周された制御信号を前記複数の制御ループに供給す
ることにより、前記複数のレーザー共振器間の位相を同
期させてレーザー光を発生する、レーザー光発生方法
（以下、本発明のレーザー光発生方法と称する。）に係
るものである。
【００２１】本発明のレーザー光発生方法によれば、複
数のレーザー共振器間の位相を同期させて所定レーザー
光を発生するに際し、前記複数の制御ループに共通の制
御信号生成回路を設け、この制御信号生成回路にて分周
された制御信号を前記複数の制御ループに供給すること
により、前記複数のレーザー共振器間の位相を同期させ
るので、レーザー共振器における制御信号が他のレーザ
ー共振器に混入することなく、レーザー共振器間の位相
の同期、つまり複数のレーザー共振器間の共鳴を正常に
制御でき、かつ、これを簡易な構成で実現できる。
【００２２】なお、本発明のレーザー光発生方法におい
て、前記分周とは、周波数ｆの入力信号に同期した周波
数（ｍ／ｎ）・ｆ（但し、ｍ、ｎは互いに素となる２以
上の整数）の出力信号を、前記複数の制御ループに供給
するための制御信号として生成、出力することである
（以下、同様）。この分周の手段は、例えば、デジタル
回路のクロックカウンター分周、発振器の同期現象の利
用、帰還分周、自動制御、マルチバイブレータ及びブロ
ッキング発振器など、通常の分周手段が用いられる。な
お、本発明のレーザー光発生方法においては、特に、前
記制御信号生成回路において分周される制御信号の周波
数は、互いの周波数の整数倍とならないように生成する
ことが望ましい。
【００２３】また、本発明は、本発明のレーザー光発生
方法を再現性良く実施する装置として、共振器光路長が
制御可能な複数のレーザー共振器と、前記複数のレーザ
ー共振器毎に独立に周波数同期信号を生成する複数の制
御ループとを有するレーザー光発生装置において、前記
複数の制御ループに共通の制御信号生成回路が設けられ
ており、この制御信号生成回路にて分周された制御信号
が前記複数の制御ループに供給されて、前記複数のレー
ザー共振器間の位相同期が行われることを特徴とする、
レーザー光発生装置（以下、本発明のレーザー光発生装
置と称する。）を提供するものである。
【００２４】本発明のレーザー光発生装置によれば、複
数のレーザー共振器間の位相を同期させて所定レーザー
光を発生する装置であって、前記複数の制御ループに共
通の制御信号生成回路が設けられており、この制御信号
生成回路にて分周された制御信号が前記複数の制御ルー
プに供給されることにより、前記複数のレーザー共振器
間の位相が同期されるので、レーザー共振器における制
御信号が他のレーザー共振器に混入することなく、レー
ザー共振器間の位相の同期、つまり、複数のレーザー共
振器間の共鳴が正常に制御され、かつ、この制御が簡易
な装置構成で実現される。
【００２５】
【発明の実施の形態】本発明のレーザー光発生方法及び
レーザー光発生装置においては、前記レーザー共振器に
レーザー光が入射する前段に、前記レーザー光の位相変
調を行う位相変調素子を配し、この位相変調素子に供給
する位相変調信号と、前記レーザー共振器から得られる
位相検出信号との同期検波信号を、誤差信号として前記
レーザー共振器内の共振器光路長制御手段に帰還させ、
前記共振器光路長を制御することができる。
【００２６】即ち、レーザー共振器の手前に位相変調素
子を配し、レーザー光を位相変調するために前記位相変
調素子に供給される位相変調信号と、前記レーザー共振
器から得られる位相検出信号とを例えばミキサー等で演
算処理することによって同期検波信号を得て、この同期
検波信号を誤差信号として、前記レーザー共振器の共振
器光路長を制御する制御手段にフィードバックさせるこ
とにより、各レーザー光共振器内の周波数同期が実現で
きる（ＦＭサイドバンド法）。
【００２７】また、本発明においては、前記制御信号生
成回路にて分周された前記制御信号を、前記位相変調信
号を出力する位相変調信号発振回路に入力し、次いで、
この位相変調信号発振回路から出力された位相変調信号
を前記位相変調素子に入力することができる。また、レ
ーザー共振器内の周波数同期を行う前記制御ループにお
いて、この位相変調信号発振回路から出力される位相変
調信号と、前記レーザー共振器から出射されるレーザー
光の位相が検出された位相検出信号とをミキシング（特
に同期検波）し、これを誤差信号（位置決め信号）とし
て、前記共振器光路長制御手段にフィードバックするこ
とができる。
【００２８】また、前記位相検出信号は、前記レーザー
共振器からの戻り光、或いは、前記レーザー共振器から
の透過光による検出信号とすることができる。
【００２９】本発明においては、上述したように、前記
各レーザー共振器の周波数同期を行う制御ループを、
（１）位相変調素子に位相変調信号を出力するための位
相変調信号発振回路、（２）レーザー共振器からの戻り
光、或いは、前記レーザー共振器からの透過光を検出
し、位相検出信号として出力する光検出回路、（３）前
記位相変調信号と前記位相検出信号とを演算処理（同期
検波）し、この演算結果をもとに、レーザー共振器内の
共振器光路長制御手段に共振器光路長の制御信号（前記
誤差信号又は誤差調節信号）を供給するミキシング回路
の３つの主回路で構成し、さらに、複数の前記制御ルー
プに共通に設けられている前記制御信号生成回路から、
前記位相変調信号発振回路に所定の制御信号を送ること
によって、各レーザー共振器内の周波数同期と、各レー
ザー共振器間の位相同期とが正常に制御され、かつ、簡
易な回路構成で行われる。
【００３０】前記位相変調素子は電気光学変調素子（Ｅ
ＯＭ：Electro Optic Modulator ）であってよい。但
し、その他の位相変調素子（例えば音響光学素子）の応
用も可能である。
【００３１】また、上述した如き、デジタル回路のクロ
ックカウンター分周などの分周手段によれば、発生した
信号は矩形波であるが、例えば、前記位相変調素子への
入力前段にローパスフィルターを介することによって正
弦波に変えることができる。しかしながら、逓倍の周波
数成分を完全に除去することは困難であり、複数のレー
ザー共振器の変調周波数をそれぞれｆ1 、ｆ2 とし、ｆ
1 ＝ｍｆ2 となるように互いの周波数が整数倍の関係を
持つとき、同じ信号発生器から信号を分周すると、この
逓倍の信号成分がレーザー共振器のロッキング（レーザ
ー共振器簡の位相同期）に悪影響を与えることがある。
【００３２】従って、本発明においては、前記制御信号
生成回路において分周された制御信号の周波数を、互い
の周波数の整数倍とならないように生成することが望ま
しい。つまり、前記複数のレーザー共振器に共通の前記
制御信号生成回路を設け、この生成回路からの信号を分
周し、さらに、これらが互いに整数倍とならないような
分周比の周波数の信号を複数作り出し、制御対象となる
各制御ループに、この互いに異なる周波数成分を有する
信号を割り当てることで、前記複数のレーザー共振器に
他のレーザー共振器からの制御信号を混入させることな
く、レーザー共振器間の位相同期を正常に制御できる。
【００３３】さらに、本発明において、前記複数のレー
ザー共振器は、レーザー光源から出射されたレーザー光
を増幅する増幅器として構成されていることが望まし
い。或いは、前記複数のレーザー共振器は、レーザー光
源から出射されたレーザー光の非線形波長変換を行う波
長変換器として構成されていてもよい。
【００３４】次に、本発明を望ましい実施の形態例に従
い説明する。
【００３５】〔第１の実施の形態〕本実施の形態は、図
１に示すように、Ｎｄ：ＹＡＧ結晶を用いた注入同期レ
ーザー（増幅器）に関するものである。
【００３６】まず、マスターレーザー１ａから出射され
たレーザー光を、折り返しミラー２及び４を使って、共
振器光路長位置決めミラー（共振器光路長制御素子）１
０と、平面折り返しミラー５、７及び９とによって構成
されるスレーブレーザーＡ（スレーブ共振器）２２に入
射させる。但し、ミラー９は全反射ミラーであるが、ミ
ラー５及びミラー７はハーフミラー又は波長選択性ミラ
ーである。
【００３７】スレーブ共振器２２内には、レーザー媒質
として例えばＮｄ：ＹＡＧ結晶６を配し、このＮｄ：Ｙ
ＡＧ結晶６に励起用半導体レーザー８からの励起用レー
ザー光を照射することによって、マスターレーザーから
出射されたレーザー光を励起、増幅する。
【００３８】また、スレーブ共振器２２への入射レーザ
ー光の光路上には、前述したＦＭサイドバンド法を実施
するための位相変調素子として、電気光学位相変調器
（ＥＯＭ）３ａを配置する。
【００３９】ここで、スレーブ共振器２２から出射した
レーザー光は、部分反射鏡（ハーフミラー）１１によっ
て部分的に反射され、ここで反射したレーザー光が光検
出器３２ａで受光され、共振器２２から出射されたレー
ザー光の位相を検出する位相検出信号に変換される。
【００４０】即ち、スレーブ共振器２２の周波数同期を
行う第１の制御ループにおいて、光受光器３２ａにて検
出された情報をもとに、電気光学位相変調器３ａへの変
調信号発振器３０ａからの分波をミキサー３１ａで同期
検波することで、共振器光路長位置決め素子（全反射ミ
ラー）１０への誤差調節信号が送られる。
【００４１】次いで、スレーブ共振器２２から出射され
たレーザー光は、折り返しミラー１２及び１４を経て、
共振器光路長位置決め素子２０と平面折り返しミラー１
５、１７及び１９とによって構成されるスレーブレーザ
ーＢ（スレーブ共振器）２３に入射させる。但し、ミラ
ー１９は全反射ミラーであるが、ミラー１５及びミラー
１７はハーフミラー又は波長選択性ミラーである。
【００４２】スレーブ共振器２３内には、レーザー媒質
として例えばＮｄ：ＹＡＧ結晶１６を配し、このＮｄ：
ＹＡＧ結晶１６に励起用半導体レーザー１８からの励起
用レーザー光を照射することによって、スレーブ共振器
２２から出射されたレーザー光をさらに励起、増幅す
る。
【００４３】また、スレーブ共振器２２からスレーブ共
振器２３へ入射するレーザー光の光路上には、ＦＭサイ
ドバンド法を実施する位相変調素子としての電気光学位
相変調器（ＥＯＭ）１３ａを配置する。
【００４４】ここで、スレーブ共振器２３から出射した
レーザー光は、部分反射鏡（ハーフミラー）２１によっ
て部分的に反射され、ここで反射したレーザー光が光検
出器３６ａで受光され、共振器２３から出射されたレー
ザー光の位相を検出する位相検出信号に変換される。
【００４５】即ち、スレーブ共振器２３の周波数同期を
行う第２の制御ループにおいて、光受光器３６ａにて検
出された情報をもとに、電気光学位相変調器１３ａへの
変調信号発振器３４ａからの分波をミキサー３５ａで同
期検波することで、共振器光路長位置決め素子（全反射
ミラー）２０への誤差調節信号が送られる。
【００４６】なお、信号発振器（位相変調信号発振回
路）３０ａ及び３４ａから電気光学位相変調器３ａ及び
１３ａにそれぞれ供給される変調信号（制御信号）は、
別個の信号発振器を用いずに、それぞれの制御ループに
共通の信号発振器（制御信号生成回路）３３ａにて、特
定周波数の分周を利用してそれぞれ作り出される。例え
ば、特定周波数ｆの入力信号を周波数（ｍ／ｎ）・ｆ
（但し、ｍ、ｎは互いに素となる２以上の整数）の出力
信号に分周し、これを前記複数の制御ループにそれぞれ
供給する。
【００４７】ここで、信号発振器３３ａから第１の制御
ループに供給される制御信号の周波数をｆ1 とし、第２
の制御ループに供給される制御信号の周波数をｆ2 とす
ると、この信号発振器３３ａにて作り出される周波数ｆ
1 、ｆ2 は互いに異なり、かつ、互いに整数倍にならな
いように設定することが望ましい。例えば、もとの信号
の周波数をｆとするとき、 ｆ1 ＝（３／５）ｆ、ｆ2 ＝（４／５）ｆ となるように設定する。
【００４８】このように、本発明の第１の実施の形態に
よれば、各スレーブ共振器の周波数同期を行う各制御ル
ープに共通の制御信号生成回路を設け、この制御信号生
成回路にて分周された制御信号を前記の各制御ループに
供給しているので、各スレーブ共振器間の位相を同期さ
せて、つまり、各スレーブ共振器を同時に共鳴させて、
正常な同期制御を行うことができ、従って、複数のスレ
ーブ共振器を用いたレーザー光増幅を効率的に行うこと
ができる。
【００４９】〔第２の実施の形態〕本実施の形態は、図
２に示すように、Ｎｄ：ＹＡＧレーザーによるレーザー
光を基本波レーザー光とし、ＬＢＯ（ホウ酸リチウム）
結晶を用いた第２高調波発生過程と、ＢＢＯ（β−ホウ
酸バリウム）結晶を用いた第４高調波発生過程とからな
る、段階的な非線形波長変換過程に関するものである。
【００５０】まず、Ｎｄ：ＹＡＧ基本波レーザー１ｂか
ら発振される基本波レーザー光を、共振器光路長制御手
段としての共振器光路長位置決めミラー４１と、平面折
り返しミラー４０、４２及び４４とによって構成される
外部共振器Ａ（第２高調波発生過程部）５１に入射させ
る。但し、ミラー４２は全反射ミラーであるが、ミラー
４０はハーフミラー（又は波長選択性ミラー）であり、
ミラー４４は波長選択性ミラーである。
【００５１】第２高調波発生過程部５１内には、非線形
光学結晶（ＬＢＯ結晶）４３を配し、例えばＮｄ：ＹＡ
Ｇ基本波レーザー１ｂから発振される基本波レーザー光
（波長１０６４ｎｍ）がＬＢＯ結晶４３を通過すること
によって、非線形光学効果に基づき波長変換が行われ、
第２高調波（波長５３２ｎｍ）が発生する。
【００５２】また、第２高調波発生過程部５１へ入射す
るレーザー光（基本波レーザー光）の光路上には、ＦＭ
サイドバンド法を実施する位相変調素子としての電気光
学位相変調器（ＥＯＭ）３ｂを配置する。
【００５３】ここで、第２高調波発生過程部５１に入射
される基本波レーザー光は、部分反射鏡（ハーフミラ
ー）４０によって部分的に反射され、反射したレーザー
光が光検出器３２ｂで受光され、第２高調波発生過程部
５１から出射されたレーザー光の位相を検出する位相検
出信号に変換される。
【００５４】即ち、第２高調波発生過程における周波数
同期を行う第１の制御ループにおいて、光受光器３２ｂ
にて検出された情報をもとに、電気光学位相変調器３ｂ
への変調信号発振器３０ｂからの分波をミキサー３１ｂ
で同期検波することで、共振器光路長位置決めミラー
（全反射ミラー）４１への誤差調節信号が得られる。
【００５５】次いで、第２高調波発生過程部５１から出
射されたレーザー光（第２高調波）は、共振器光路長位
置決めミラー４６と平面折り返しミラー４５、４７及び
４９とによって構成される外部共振器Ｂ（第４高調波発
生過程部）５２に入射する。但し、ミラー４７及び４９
は全反射ミラーであり、ミラー４５はハーフミラー（又
は波長選択性ミラー）である。
【００５６】第４高調波発生過程部５２内には、非線形
光学結晶（ＢＢＯ結晶）４８を配し、第２高調波発生過
程部５１から導かれるレーザー光（波長５３２ｎｍ）が
ＢＢＯ結晶４８を通過することによって、非線形光学効
果に基づき波長変換が行われ、第４高調波（波長２６６
ｎｍ）が発生する。
【００５７】また、第４高調波発生過程部５２へ入射す
るレーザー光（第２高調波）の光路上には、ＦＭサイド
バンド法を実施する位相変調素子としての電気光学位相
変調器（ＥＯＭ）３ｂを配置する。
【００５８】ここで、第４高調波発生過程部５２に入射
するレーザー光は、部分反射鏡（ハーフミラー）４５に
よって部分的に反射され、反射したレーザー光が光検出
器３６ｂで受光され、第２高調波発生過程部５１から出
射されたレーザー光の位相を検出する位相検出信号に変
換される。
【００５９】即ち、第４高調波発生過程における周波数
同期を行う第２の制御ループにおいて、光受光器３６ｂ
にて検出された情報をもとに、電気光学位相変調器１３
ｂへの変調信号発振器３４ｂからの分波をミキサー３５
ｂで同期検波することで、共振器光路長位置決めミラー
４６への誤差調節信号が得られる。
【００６０】なお、信号発振器（位相変調信号発振回
路）３０ｂ及び３４ｂから電気光学位相変調器３ｂ及び
１３ｂにそれぞれ供給される変調信号（制御信号）は、
別個の信号発振器を用いずに、それぞれの制御ループに
共通の信号発振器（制御信号生成回路）３３ｂにて、特
定周波数の分周を利用してそれぞれ作り出される。例え
ば、特定周波数ｆの入力信号を周波数（ｍ／ｎ）・ｆ
（但し、ｍ、ｎは互いに素となる２以上の整数）の出力
信号に分周し、これを前記複数の制御ループにそれぞれ
供給する。
【００６１】ここで、信号発振器３３ｂから第１の制御
ループに供給される制御信号の周波数をｆ1 とし、第２
の制御ループに供給される制御信号の周波数をｆ2 とす
ると、この信号発振器３３ａにて作り出される周波数ｆ
1 、ｆ2 は互いに異なり、かつ、互いに整数倍にならな
いように設定することが望ましい。例えば、もとの信号
の周波数をｆとするとき、 ｆ1 ＝（３／５）ｆ、ｆ2 ＝（４／５）ｆ となるように設定する。
【００６２】このように、本発明の第２の実施の形態に
よれば、各レーザー共振器（波長変換過程部）の周波数
同期を行う各制御ループに共通の制御信号生成回路を設
け、この制御信号生成回路にて分周された制御信号を前
記の各制御ループに供給するので、波長変換用の各共振
器間の位相を同期させて、つまり、波長変換用の各共振
器を同時に共鳴させて、正常な同期制御を行い、段階的
な波長変換を効率良く実施することができる。
【００６３】以上、第１の実施の形態及び第２の実施の
形態のように、複数のレーザー共振器間の同期制御を行
うためには、各レーザー共振器に複数の変調周波数信号
を発振させる必要があるが、本発明の特徴的構成に基づ
いて、特定周波数の分周を利用し、変調周波数信号を発
生することにより、複数の周波数信号の混入を回避し、
同一光路内での制御が可能となる。
【００６４】さらに、上述したように、複数の共振器の
ロッキングを同時に行う場合、その変調信号は、互いに
整数倍とならないように分周するのが望ましい。これ
は、変調信号を発生させたとき、前述した如き逓倍の周
波数を完全に抑圧することは困難であり、その逓倍周波
数が他の共振器に混入し、その誤差信号に対してノイズ
となることがあるからである。しかしながら、前段の共
振器での変調周波数が後段の共振器の変調周波数の整数
倍に相当する場合、前段の逓倍周波数信号は後段に混入
しても問題にならない。例えば、Ｎｄ：ＹＡＧレーザー
の基本波発振共振器を前段とし、後段の共振器にて外部
共振器型の波長変換を行う場合、そのときの前段共振器
に入力する変調信号の周波数をｆ1 、後段共振器に入力
する変調信号の周波数をｆ2 とすると、ここで、ｆ1 ＝
ｍｆ2 （ｍは２以上の整数）が成立すれば、後段の変調
周波数のほうが低い周波数であるため、前段の逓倍周波
数が混入することはない。
【００６５】以上、本発明を望ましい実施の形態につい
て説明したが、本発明は上述した第１の実施の形態及び
第２の実施の形態に限定されるものではない。
【００６６】例えば、スレーブ共振器に用いるレーザー
媒質は、Ｎｄ：ＹＡＧの固体レーザーに限定されるもの
ではなく、レーザー光源の発振波長に見合った適当なレ
ーザー媒質を使用できる。また、レーザー光源について
も、Ｎｄ：ＹＡＧの固体レーザーに限定されるものでは
なく、その他の固体レーザー、半導体レーザー、気体レ
ーザー、色素レーザーなど種々のレーザー光源が適用可
能である。
【００６７】また、本発明による前記複数のレーザー共
振器は、レーザー光を増幅する増幅器とレーザー光の波
長変換を行う波長変換器とが混在したものであってもよ
い。また、本発明に従い、３つ以上のレーザー共振器を
並べ、これらの共振器間の周波数同期を行うことももち
ろん可能である。
【００６８】
【発明の作用効果】本発明のレーザー光発生方法によれ
ば、共振器光路長が制御可能な複数のレーザー共振器
と、前記複数のレーザー共振器毎に独立に周波数同期信
号を生成する複数の制御ループとを有し、前記複数の制
御ループに共通の制御信号生成回路を設け、この制御信
号生成回路にて分周された制御信号を前記複数の制御ル
ープに供給することにより、前記複数のレーザー共振器
間の位相を同期させてレーザー光を発生させるので、レ
ーザー共振器における制御信号が他のレーザー共振器に
混入することなく、レーザー共振器間の位相の同期、つ
まり、複数のレーザー共振器間の共鳴を正常に制御で
き、かつ、この制御を簡易な構成で実現できる。
【００６９】本発明のレーザー光発生装置によれば、共
振器光路長が制御可能な複数のレーザー共振器と、前記
複数のレーザー共振器毎に独立に周波数同期信号を生成
する複数の制御ループとを有するレーザー光発生装置に
おいて、前記複数の制御ループに共通の制御信号生成回
路が設けられており、この制御信号生成回路にて分周さ
れた制御信号が前記複数の制御ループに供給されて、前
記複数のレーザー共振器間の位相同期が行われるので、
本発明のレーザー光発生方法を再現性良く実施されると
同時に、レーザー共振器における制御信号が他のレーザ
ー共振器に混入することなく、レーザー共振器間の位相
の同期、つまり、複数のレーザー共振器間の共鳴が正常
に制御され、かつ、この制御が簡易に実現される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態によるレーザー光発
生装置の概略構成図である。
【図２】同、第２の実施の形態によるレーザー光発生装
置の概略構成図である。
【図３】従来のレーザー光発生装置（注入同期チェー
ン）の概略構成図である。
【符号の説明】
１、１ａ…Ｎｄ：ＹＡＧマスターレーザー、２、４、
５、７、９、１２、１４、１５、１７、１９…平面折り
返しミラー、１１、２１…ハーフミラー、３ａ、１３ａ
…電気光学位相変調器（ＥＯＭ）、１０、２０…共振器
精密位置決め素子（共振器光路長制御用ミラー）、６、
１６…Ｎｄ：ＹＡＧ結晶、８、１８…励起用半導体レー
ザー、２２…スレーブレーザーＡ、２３…スレーブレー
ザーＢ、３０、３０ａ、３４、３４ａ…周波数分周器、
３０、３１ａ、３５３５ａ…ミキサー、３２、３２ａ、
３６、３６ａ…光検出器、３３ａ…信号発振器、１ｂ…
Ｎｄ：ＹＡＧ基本波レーザー、４２、４４、４７、４９
…平面折り返しミラー、４０、４５…ハーフミラー、３
ｂ、１３ｂ…電気光学位相変調器（ＥＯＭ）、４１、４
６…共振器精密位置決め素子（共振器光路長制御用ミラ
ー）、４３…非線形光学結晶（ＫＴＰ結晶）、４８…非
線形光学結晶（ＢＢＯ結晶）、３０ｂ、３４ｂ…周波数
分周器、３１ｂ、３５ｂ…ミキサー、３２ｂ、３６ｂ…
光検出器、３３ｂ…信号発振器、５１…外部共振器Ａ
（第２高調波発生過程）、５２…外部共振器Ｂ（第４高
調波発生過程）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 金子 武 東京都品川区西五反田３丁目９番17号 ソ ニー・プレシジョン・テクノロジー株式会 社内 (72)発明者 坂下 努 東京都品川区西五反田３丁目９番17号 ソ ニー・プレシジョン・テクノロジー株式会 社内

Claims (16)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 共振器光路長が制御可能な複数のレーザ
    ー共振器と、前記複数のレーザー共振器毎に独立に周波
    数同期信号を生成する複数の制御ループとを有し、 前記複数の制御ループに共通の制御信号生成回路を設
    け、この制御信号生成回路にて分周された制御信号を前
    記複数の制御ループに供給することにより、前記複数の
    レーザー共振器間の位相を同期させてレーザー光を発生
    する、レーザー光発生方法。
  2. 【請求項２】 前記レーザー共振器にレーザー光が入射
    する前段に、前記レーザー光の位相変調を行う位相変調
    素子を配し、この位相変調素子に供給する位相変調信号
    と、前記レーザー共振器から得られる位相検出信号との
    同期検波信号を、誤差信号として前記レーザー共振器内
    の共振器光路長制御手段に帰還させ、前記共振器光路長
    を制御する、請求項１に記載したレーザー光発生方法。
  3. 【請求項３】 前記制御信号生成回路にて分周された前
    記制御信号を、前記位相変調信号を出力する位相変調信
    号発振回路に入力し、この位相変調信号発振回路から出
    力された位相変調信号を前記位相変調素子に入力する、
    請求項２に記載したレーザー光発生方法。
  4. 【請求項４】 前記位相検出信号を、前記レーザー共振
    器からの戻り光、或いは、前記レーザー共振器からの透
    過光による検出信号とする、請求項２に記載したレーザ
    ー光発生方法。
  5. 【請求項５】 前記位相変調素子を電気光学変調素子と
    する、請求項２に記載したレーザー光発生方法。
  6. 【請求項６】 前記制御信号生成回路において分周され
    た制御信号の周波数を、互いの周波数の整数倍とならな
    いように生成する、請求項１に記載したレーザー光発生
    方法。
  7. 【請求項７】 前記複数のレーザー共振器を、レーザー
    光源から出射されたレーザー光を増幅する増幅器として
    構成する、請求項１に記載したレーザー光発生方法。
  8. 【請求項８】 前記複数のレーザー共振器を、レーザー
    光源から出射されたレーザー光の非線形波長変換を行う
    波長変換器として構成する、請求項１に記載したレーザ
    ー光発生方法。
  9. 【請求項９】 共振器光路長が制御可能な複数のレーザ
    ー共振器と、前記複数のレーザー共振器毎に独立に周波
    数同期信号を生成する複数の制御ループとを有するレー
    ザー光発生装置において、 前記複数の制御ループに共通の制御信号生成回路が設け
    られており、この制御信号生成回路にて分周された制御
    信号が前記複数の制御ループに供給されて、前記複数の
    レーザー共振器間の位相同期が行われることを特徴とす
    る、レーザー光発生装置。
  10. 【請求項１０】 前記レーザー共振器にレーザー光が入
    射する前段に、前記レーザー光の位相変調を行う位相変
    調素子が配されており、この位相変調素子に供給する位
    相変調信号と、前記レーザー共振器から得られる位相検
    出信号との同期検波信号を、誤差信号として前記レーザ
    ー共振器内の共振器光路長制御手段に帰還させ、前記共
    振器光路長が制御される、請求項９に記載したレーザー
    光発生装置。
  11. 【請求項１１】 前記制御信号生成回路にて分周された
    前記制御信号が、前記位相変調信号を出力する位相変調
    信号発振回路に入力され、この位相変調信号発振回路か
    ら出力された位相変調信号が前記位相変調素子に入力さ
    れる、請求項１０に記載したレーザー光発生装置。
  12. 【請求項１２】 前記位相検出信号が、前記レーザー共
    振器からの戻り光、或いは、前記レーザー共振器からの
    透過光による検出信号である、請求項１０に記載したレ
    ーザー光発生装置。
  13. 【請求項１３】 前記位相変調素子が電気光学変調素子
    である、請求項１０に記載したレーザー光発生装置。
  14. 【請求項１４】 前記制御信号生成回路において分周さ
    れた制御信号の周波数が、互いの周波数の整数倍となら
    ないように生成される、請求項９に記載したレーザー光
    発生装置。
  15. 【請求項１５】 前記複数のレーザー共振器が、レーザ
    ー光源から出射されたレーザー光を増幅する増幅器とし
    て構成されている、請求項９に記載したレーザー光発生
    装置。
  16. 【請求項１６】 前記複数のレーザー共振器が、レーザ
    ー光源から出射されたレーザー光の非線形波長変換を行
    う波長変換器として構成されている、請求項９に記載し
    たレーザー光発生装置。
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