(57)【要約】【課題】可視や近赤外の波長域で使用可能な検出器を用い、中赤外やＴＨｚの波長域の共振状態を持続させる共振器制御装置を提供する。【解決手段】波長が７．７５μｍである共振光λ０を出力する第１の光源と、波長が０．７５μｍである第１の制御光λ１を出力する第２の光源と、波長が０．９３μｍである第２の制御光λ２を出力する第３の光源と、共振器長が１／２（共振光λ０の波長×整数）に設定される高反射のミラー対と、ミラー対から透過した第１の制御光λ１及び第２の制御光λ２の透過光をモニターする光検出器と、光検出器で検出した２つの信号を取り込んで積分する積分器と、ミラー対の共振器長を制御する共振器長制御部と、積分器からの出力信号を取り込み、光検出器で検出される透過率が最大となるようにフィードバック演算して算出した電圧を、共振器長制御部に印加するドライバとを備える。【選択図】図１
2014225694.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長が７．７５μｍである共振光λ０を出力する第１の光源と、
波長が０．７５μｍである第１の制御光λ１を出力する第２の光源と、
波長が０．９３μｍである第２の制御光λ２を出力する第３の光源と、
共振器長が１／２（前記共振光λ０の波長×整数）に設定される高反射のミラー対と、
前記ミラー対から透過した前記第１の制御光λ１及び第２の制御光λ２の透過光をモニターする光検出器と、
前記光検出器で検出した２つの信号を取り込んで積分する積分器と、
前記ミラー対の共振器長を制御する共振器長制御部と、
前記積分器からの出力信号を取り込み、前記光検出器で検出される透過率が最大となるようにフィードバック演算して算出した電圧を、前記共振器長制御部に印加するドライバとを備える共振器制御装置。
【請求項２】
前記ミラー対は、誘電体多層膜をコーティングした合わせ鏡である請求項１に記載の共振器制御装置。
【請求項３】
前記ミラー対の基板材は、ＺｎＳｅ、ＣaＦ２，ＣｄＴｅ、ＫＲＳ−５、ＫＲＳ−６、ＺｎＳ、Ｇｅ、ダイヤモンドのいずれかである請求項１または請求項２に記載の共振器制御装置。
【請求項４】
前記光検出器は、前記第１の制御光λ１と前記第２の制御光λ２  に対して感度を持つ請求項１に記載の共振器制御装置。
【請求項５】
前記共振器長制御部は、ピエゾ素子である請求項１に記載の共振器制御装置。
【請求項６】
前記第１の光源からの共振光λ０は、前記ミラー対の略中心に照射するように配置し、前記第２の光源と、前記第３の光源は、前記第１の制御光λ１及び第２の制御光λ２  が前記共振光λ０の周囲に照射するように配置する請求項１に記載の共振器制御装置。
【請求項７】
前記第１の光源、前記第２の光源２、前記第３の光源３を、前記共振光λ０、第１の制御光λ１及び第２の制御光λ２  も前記ミラー対の略中心に照射するように同軸で配置し、
前記共振光λ０を反射または吸収させ、前記第１の制御光λ１及び前記第２の制御光λ２  を透過させるフィルタと、
前記第１の制御光λ１と前記第２の制御光λ２  を分離させるダイクロイックミラーを備える請求項１に記載の共振器制御装置。
【請求項８】
前記第１の光源、前記第２の光源２、前記第３の光源３を、共振光λ０、第１の制御光λ１及び第２の制御光λ２  も前記ミラー対の略中心に照射するように同軸で配置し、
前記共振光λ０、第１の制御光λ１及び第２の制御光λ２  の光路の向きをそれぞれ変更する光分散素子を備える請求項１に記載の共振器制御装置。
【請求項９】
前記光分散素子は、プリズムである請求項８記載の共振器制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、共振器制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光を高反射ミラーで構成された共振器内に閉じ込め、共振させて強度を高めた（エンハンスメントした）光を利用することが行われている。
【０００３】
エンハンスメント共振器では、共振器長＝１／２（波長×整数）の場合に、光が共振するのでエンハンスメント効果が得られる。エンハンスメントした場合、共振器の透過率が最大になり、その状態が持続するように透過光を検出器でモニターしながら、共振器長を制御している。
【０００４】
共振器において、共振させたい共振光とは別の制御用の光を用い、共振状態を持続する技術が利用されている。
【０００５】
中赤外域やＴＨｚの波長域のエンハンスメント共振器では、共振器長を制御するため、ＭＣＴ（ＨｇＣｄＴｅ）検出器などが使用されている。ところが、これらの検出器は、可視域や近赤外域の波長域で使用される検出器に比べると、液体窒素冷却が必要で価格が高価である。加えて、感度が低いだけでなく、パルスでしか応答せず、リニアリティが狭いなどの問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−２１８４８８号公報
【特許文献２】特開平３−２２７５８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明が解決しようとする課題は、可視や近赤外の波長域で使用可能な検出器を用い、中赤外やＴＨｚの波長域の共振状態を持続させる共振器制御装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
実施形態の共振器制御装置は、波長が７．７５μｍである共振光λ０を出力する第１の光源と、波長が０．７５μｍである第１の制御光λ１を出力する第２の光源と、波長が０．９３μｍである第２の制御光λ２を出力する第３の光源と、共振器長が１／２（前記共振光λ０の波長×整数）に設定される高反射のミラー対と、前記ミラー対から透過した前記第１の制御光λ１及び第２の制御光λ２の透過光をモニターする光検出器と、前記光検出器で検出した２つの信号を取り込んで積分する積分器と、前記ミラー対の共振器長を制御する共振器長制御部と、前記積分器からの出力信号を取り込み、前記光検出器で検出される透過率が最大となるようにフィードバック演算して算出した電圧を、前記共振器長制御部に印加するドライバとを備える。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１の実施形態に係わる共振器制御装置の概略構成例を示す構成図である。
【図２】λ１＝０．２５μｍ、λ２＝０．３１μｍの光を制御光とした場合の共振点の出現例を示す図である。
【図３】λ１＝０．７５μｍ、λ２＝０．９３μｍの光を制御光とした場合の共振点の出現例を示す図である。
【図４】第２の実施形態に係わる共振器制御装置の概略構成例を示す構成図である。
【図５】第３の実施形態に係わる共振器制御装置の概略構成例を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の一実施の形態について、図面を参照して説明する。尚、各図において同一箇所については同一の符号を付すとともに、重複した説明は省略する。
【００１１】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係わる共振器制御装置の概略構成例を示す構成図である。
【００１２】
図１に示すように、共振器制御装置１００は、第１の光源１と、第１の制御光λ１を出力する第２の光源２と、第２の制御光λ２を出力する第３の光源３と、ミラー対４と、光検出器５と、積分器６と、共振器長制御部７と、ドライバ８を備えている。
【００１３】
第１の光源１は、共振させたい光、すなわち共振光λ０を出力するものである。本実施形態では、共振光λ０として中赤外の波長域の光を使用する。
【００１４】
第１の制御光λ１、第２の制御光λ２は、後述するエンハンスメント率が最大となるように共振器長を制御するもので、ミラー対４に向けて照射される。第２の光源２から出射される第１の制御光λ１、第３の光源３から出射される第２の制御光λ２は、可視の波長域の光あるいは近赤外の波長域の光を使用する。第１の制御光λ１及び第２の制御光λ２のいずれも、可視の波長域の光であってもよい。同様に、いずれの光も、近赤外の波長域の光であってもよい。さらに、本実施形態では、共振させたい光λ０、第１の制御光λ１、第２の制御光λ２は、次の関係にあるように選択する。
【００１５】
例えば、λ０＝７．７５μｍである場合、λ’１＝０．２５μｍ、λ’２＝０．３１μｍを倍数した光を制御光として選択することができる。本実施形態では、２つの制御光を使用し、かつ両者の積をとるので、単一波長を利用したλ０の共振点のピークアウトに比べλ１×λ２の共振点のピークアウトの検出精度が上がり、高精度に最適な共振器長を得ることができる。
【００１６】
上記したλ’１、λ’２は整数倍したものでもよい。すなわち、
λ１＝λ’１×Ｍ，λ２＝λ’２×Ｎである。  （Ｍ，Ｎ＝整数、Ｍ＝Ｎも可）  
例えば、λ０＝７．７５μｍである場合、Ｍ，Ｎ＝３として、λ１＝０．７５μｍ、λ２＝０．９３μｍの光を制御光として選択することができる。
【００１７】
ミラー対４は、共振光λ０、第１の制御光λ１及び第２の制御光λ２の照射を受ける。ミラー対４は、高反射率のミラーを所定の距離を隔て対向させて構成される。ミラー対４の間隔が共振器長であり、共振器長＝１／２（共振光λ０の波長×整数）の関係にあるときに、第１の光源１からの光λ０は共振させられ、ミラー対４の間に閉じ込められる。
【００１８】
ミラー対４の反射率は、例えばλ０、λ１、λ２それぞれに対して９０乃至９９．９９％が好適である。一方、ミラー対４の透過率は、１０乃至０．０１％となる。ミラー対４の透過率が１％で、入射光の大きさが１であり、透過光の大きさが１であるとき、エンハンスメント率は、１００倍である。
【００１９】
ミラー対４は、例えば、誘電体多層膜をコーティングした合わせ鏡で製作することができる。ミラー対４の基板材としては、例えば、ＺｎＳｅ、ＣaＦ２，ＣｄＴｅ、ＫＲＳ−５、ＫＲＳ−６、ＺｎＳ、Ｇｅ、ダイヤモンドなどが好適である。
【００２０】
光検出器５は、ミラー対４から透過した第１の制御光λ１、第２の制御光λ２の波長域に対して、感度を持つ検出器である。光検出器５からの出力信号は、積分器６に送られる。
【００２１】
積分器６は、光検出器５で検出した２つの信号を取り込んで積分するものである。積分器６からの出力信号は、ドライバ８に送られる。
【００２２】
共振器長制御部７は、ミラー対４間の距離である共振器長を制御するための駆動部（アクチュエータ）である。共振器長制御部７は、例えばピエゾ素子が好適で、ミラー対４の1箇所または複数箇所に取り付けられる。また、光を透過させるため円筒型のピエゾを使うこともできる。共振器長の駆動量は、数ミクロン単位の微量である。
【００２３】
ドライバ８は、積分器６からの出力信号を取り込み、透過率が最大となるようにフィードバック演算して算出した電圧を、共振器長制御部７に印加するものである。目標値（ロックポイント）と実際値の偏差に応じて、偏差を解消するようにフィードバックをかける。制御方法には、ＰＩＤ制御が好適である。
【００２４】
第１の光源１からの共振光λ０は、ミラー対４の略中心に照射するように配置し、第１の制御光λ１を出力する第２の光源２と、第２の制御光λ２を出力する第３の光源３は、第１の光源１からの光λ０の周囲に照射するように配置するのが好適である。このような配置とすることにより、光検出器５や積分器６などの配置がやり易くなる。
【００２５】
以上のように構成された共振器制御装置１００において、共振光λ０＝７．７５μｍを制御した場合を説明する。λ１＝０．２５μｍ、λ２＝０．３１μｍの光を制御光とした場合の共振点の出現例を示している。図２の横軸は共振器長（μｍ）、縦軸はエンハンスメント率を表している。図２に示すように、共振光λ０の共振点のピークアウトは、５０００３μｍ、５０００７μｍに出現している。一方、λ１×λ２の共振点は多く出現しているが、最大のピークアウトは５０００３μｍ、５０００７μｍの近傍に出現し、共振光λ０の共振点のピークアウトと近似した値となっている。
【００２６】
図３は、λ１、λ２をそれぞれ３倍した、λ１＝０．７５μｍ、λ２＝０．９３μｍの光を制御光とした場合の共振点の出現例を示している。図３に示すように、共振光λ０の共振点のピークアウトは、５００１１μｍ、５００３３μｍ等に出現している。一方、λ１×λ２の共振点は多く出現しているが、例えばピークアウトは５００１３μｍ、５００３５μｍ等に出現している。このように、中赤外域の波長のλ０の共振を、可視域の波長のλ１及び赤外域の波長のλ２を制御光として利用して制御することができる。
【００２７】
本実施形態によれば、中赤外域で働く検出器を使用しなくとも、感度・応答性・価格で利点の多い可視域あるいは近赤外域で働く検出器を利用でき、共振器長を制御することができる。
【００２８】
（第２の実施形態）
図４は、第２の実施形態に係わる共振器制御装置２００の概略構成例を示す構成図である。第２の実施形態では、図４に示すように、第１の光源１からの光λ０だけでなく、第１の制御光λ１を出力する第２の光源２と第２の制御光λ２を出力する第３の光源３を、第１の制御光λ１及び第２の制御光λ２もミラー対４の略中心に照射するように同軸で配置している。
【００２９】
また、図１に示した構成に加えて、フィルタ９、ダイクロイックミラー１０を備えるものである。フィルタ９は、第１の光源１からの光λ０を反射または吸収させ、第１の制御光λ１及び第２の制御光λ２を透過させるものである。
【００３０】
ダイクロイックミラー１０は、第１の制御光λ１、第２の制御光λ２を分離させるものである。図４では、一例として、第１の制御光λ１を反射させ、第２の制御光λ２を透過させるものである。
【００３１】
第２の実施形態によれば、３つの光を同軸に配置するので、ミラー対４をコンパクトなものとすることができ、また、不可視の中赤外光ではなく、可視光を用い光軸調整することができる。
【００３２】
（第３の実施形態）
図５は、第３の実施形態に係わる共振器制御装置３００の概略構成例を示す構成図である。第３の実施形態では、図５に示すように、第１の光源１からの光λ０だけでなく、第１の制御光λ１を出力する第２の光源２と第２の制御光λ２を出力する第３の光源３を、第１の制御光λ１及び第２の制御光λ２もミラー対４の略中心に照射するように同軸で配置している。
【００３３】
また、図１に示した構成に加えて、光分散素子１１を備えるものである。光分散素子１１は、例えば、プリズムが好適である。
【００３４】
プリズムは、各第１の光源からの光λ０、第１の制御光λ１、第２の制御光λ２の光路の向きをそれぞれ変更するものである。
【００３５】
第３の実施形態によれば、３つの光を同軸に配置するので、ミラー対４をコンパクトなものとすることができ、また、不可視の中赤外光ではなく、可視光を用い光軸調整することができ、さらに、光を分散させる構成を簡素なものとすることができる。
【００３６】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００３７】
１００、２００、３００・・・共振器制御装置
１・・・第１の光源
２・・・第２の光源
３・・・第３の光源
４・・・ミラー対
５・・・光検出器
６・・・積分器
７・・・共振器長制御部
８・・・ドライバ
９・・・フィルタ
１０・・・ダイクロイックミラー
１１・・・光分散素子
【図１】
2014225694.tif 000003
【図２】
2014225694.tif 000004
【図３】
2014225694.tif 000005
【図４】
2014225694.tif 000006
【図５】
2014225694.tif 000007