(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電流が供給されることで励起光を出射する励起用光源と、前記励起用光源からの励起光を受けてレーザ光を生成する共振器とを備えたレーザ光源装置であって、
当該レーザ光源装置から出射されるレーザ光の光強度を可変とする光学素子を有する光強度変更装置と、
当該レーザ光源装置から出射されるレーザ光の光強度を検出する光強度検出装置と、
前記励起用光源及び前記光学素子を制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、
前記光強度検出装置にて検出されたレーザ光の光強度を２つの周波数成分に分ける周波数分離手段と、
前記２つの周波数成分のうち高周波数成分に基づいて、前記励起用光源に供給する電流値を制御する光源制御手段と、
前記２つの周波数成分のうち低周波数成分に基づいて、前記光学素子を制御する素子制御手段と、を備える
ことを特徴とするレーザ光源装置。
【請求項２】
請求項１に記載のレーザ光源装置であって、
前記共振器の共振器長を変化させるアクチュエータと、
レーザ光が照射される吸収セルと、
前記吸収セルを介したレーザ光を検出して光出力信号を出力する光検出器とを備え、
前記制御装置は、
前記光検出器から出力される光出力信号に含まれる飽和吸収線に基づき前記アクチュエータを制御してレーザ光の波長を制御する波長制御手段を備え、
前記光学素子は、
前記吸収セルに照射されるレーザ光の光強度を可変とする
ことを特徴とするレーザ光源装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のレーザ光源装置において、
前記光学素子は、
配設位置を変更可能に構成され、
前記光強度変更装置は、
前記光学素子の配設位置に応じて前記光強度変更装置から出射されるレーザ光の光強度が異なるように構成され、
前記素子制御手段は、
前記光強度検出装置の検出結果に基づいて、前記光学素子の配設位置を変更する
ことを特徴とするレーザ光源装置。
【請求項４】
請求項１または請求項２に記載のレーザ光源装置において、
前記光学素子は、
前記光学素子の温度に応じて前記光学素子から出射されるレーザ光の光強度が異なるように構成され、
前記素子制御手段は、
前記光強度検出装置の検出結果に基づいて、前記光学素子の温度を制御する
ことを特徴とするレーザ光源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ光源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電流が供給されることで励起光を出射する励起用光源と、励起用光源からの励起光を受けてレーザ光を生成する共振器とを備えたレーザ光源装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図１１は、従来のレーザ光源装置１００を示すブロック図である。
レーザ光源装置１００は、図１１に示すように、励起用光源としての半導体レーザ１０と、共振器２０と、波長調整部３０と、レーザ光検出部４０と、変復調信号発生器５０Ａと、アクチュエータ駆動回路５０Ｂと、ロックインアンプ５０Ｃと、制御装置６０とを備える。
半導体レーザ１０は、制御装置６０による制御の下、電流が供給されることで、波長808nm付近の励起光Ｌ１を出射する。
共振器２０は、半導体レーザ１０から出射され、コリメートレンズ１０Ａにて略平行化され、フォーカスレンズ２０Ａにて集光された励起光Ｌ１を共振させてレーザ光Ｌ２を生成する。
【０００４】
具体的に、共振器２０は、誘導輻射から波長1064nmの光を発光するＮｄ：ＹＶＯ４結晶２１、波長1064nmの光の一部を波長532nmの光とするＫＴＰ結晶（非線形光学結晶）２２、レーザ光の特定周波数のみを透過させるエタロン２３、波長1064nmの光を反射させ波長532nmの光を透過させる反射鏡２４等の光学部品が共振器筐体２５に収納された構成を有する。
そして、共振器筐体２５内部にエタロン２３を配設することで、シングルモードのレーザ光Ｌ２が得られる。
また、共振器筐体２５内部には、電圧の印加により反射鏡２４の位置を変更（共振器長を変更）するピエゾ素子等のアクチュエータ２６が配設されている。
【０００５】
波長調整部３０は、共振器２０からの漏れ光である励起光Ｌ１を減衰させる第１フィルタ３１と、レーザ光源装置１の光路（光軸）に対して傾斜した状態で配設され、共振器２０からの漏れ光である波長1064nmの光を反射させる第２フィルタ３２とを備える。
【０００６】
レーザ光検出部４０は、レーザ光Ｌ２を、λ／２板４１を透過させた後、第１偏光ビームスプリッタ４２で、測長等に使用するレーザ光Ｌ３と、後述する飽和吸収線探索処理（以下、探索処理）及びレーザ光発振周波数固定処理（以下、周波数固定処理）に使用するレーザ光Ｌ４に分離する。
また、レーザ光検出部４０は、レーザ光Ｌ４を、第２偏光ビームスプリッタ４３、λ／４板４４、及びヨウ素セル（吸収セル）４５を透過させた後、反射鏡４６にてヨウ素セル４５に向けて反射させる。
そして、レーザ光検出部４０は、レーザ光Ｌ４を、再度、ヨウ素セル４５及びλ／４板４４を透過させた後、第２偏光ビームスプリッタ４３にて光検出器４７に向けて反射させ、光検出器４７にて光電変換することで光出力信号Ｓ１を出力する。
【０００７】
変復調信号発生器５０Ａは、アクチュエータ駆動回路５０Ｂに変調周波数１ｆＨｚの変調信号Ｓｍ１を出力し、ロックインアンプ５０Ｃに周波数２ｆ，３ｆＨｚの変調信号Ｓｍ２，Ｓｍ３を出力する。
アクチュエータ駆動回路５０Ｂは、制御装置６０による制御の下、アクチュエータ２６を駆動させ（アクチュエータ２６に電圧Ｖを印加し）、変復調信号発生器５０Ａからの変調信号Ｓｍ１でレーザ光Ｌ２を変調する。
ロックインアンプ５０Ｃは、アクチュエータ駆動回路５０Ｂにて変調信号Ｓｍ１に基づき変調されたレーザ光Ｌ２の励起により得られる光出力信号Ｓ１を周波数２ｆ，３ｆＨｚの変調信号Ｓｍ２，Ｓｍ３で復調し、２次，３次微分信号Ｓ２，Ｓ３を出力する。
【０００８】
図１２は、光出力信号Ｓ１及び２次微分信号Ｓ２を示す図である。
なお、図１２（Ａ）は、各信号Ｓ１，Ｓ２の出力値を縦軸とし、アクチュエータ２６への出力電圧Ｖを横軸とし、出力電圧Ｖを変化させた場合（共振器長を変化させた場合）での各信号Ｓ１，Ｓ２の波形をそれぞれ示す図である。図１２（Ｂ）は、図１２（Ａ）の領域Ａｒの２次微分信号Ｓ２を拡大した図である。
図１２（Ａ）に示すように、出力電圧Ｖを幅広く走査すると、吸収線Ｍ１〜Ｍ４（以下、説明の便宜上、ピーク群Ｍ１〜Ｍ４と記載）が周期的に繰り返して観測されることがわかる。なお、ピーク群Ｍ１とピーク群Ｍ３とは同一のピーク群であり、ピーク群Ｍ２とピーク群Ｍ４とは同一のピーク群である。
ここで、ピーク群Ｍ１〜Ｍ４は、飽和吸収線群が束となったものである。例えば、ピーク群Ｍ２は、図１２（Ｂ）に示すように、出力電圧Ｖの低い側から順に、飽和吸収線群Ｎ１（飽和吸収線ａ１）と、飽和吸収線群Ｎ２（飽和吸収線ａ２〜ａ５）と、飽和吸収線群Ｎ３（飽和吸収線ａ６〜ａ９）と、飽和吸収線群Ｎ４（飽和吸収線ａ１０）と、飽和吸収線群Ｎ５（飽和吸収線ａ１１〜ａ１４）と、飽和吸収線群Ｎ６（飽和吸収線ａ１５）とで構成されている。
【０００９】
そして、制御装置６０（波長制御手段６１）は、探索処理にて、一度、飽和吸収線を測定し（各ピーク群Ｍ１〜Ｍ４に属する飽和吸収線群の数、及び各飽和吸収線群に属する飽和吸収線の数を測定し）、周波数固定処理にて、再度、飽和吸収線を測定して、発振周波数（波長）を所望の飽和吸収線に固定する。
なお、波長制御手段６１は、探索処理及び周波数固定処理において、出力電圧Ｖを変更しながら、２次微分信号Ｓ２の出力値が所定の電圧値Ｖth1（図１２（Ｂ））以上となった場合に、当該信号を飽和吸収線と認定している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００８−１４１０５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、従来のレーザ光源装置では、レーザ光の波長を所望の飽和吸収線に安定化できるが、レーザ光の光強度の変動を抑制することができない。
そして、レーザ光源装置から出射されるレーザ光の光強度が変動した場合には、レーザ光の光強度の変動が問題とされる用途でレーザ光源装置を使用することができず、レーザ光源装置の用途が限定されてしまう。
【００１２】
そこで、レーザ光の光強度を安定化する方法として、以下の方法が考えられる。
第１の方法としては、レーザ光の光強度を光検出器で検出し、当該光検出器で検出されたレーザ光の光強度の変動を抑制するように、励起用光源に供給する電流値を制御する。
第２の方法としては、レーザ光の光路中に、ＥＯＭ(Electro-Optic Modulator)やＡＯＭ(Acousto-Optic Modulator)等の変調器を配設しておき、上述したように検出したレーザ光の光強度の変動を抑制するように、変調器を制御する。
【００１３】
しかしながら、上述した第１の方法を採用した場合には、励起用光源に供給する電流値を大きく変化させると、共振器内に配設された光学部品の局所的な温度が変化し、共振器内の光路長が変化して発振波長が変化しようとするため、レーザ光の波長安定性が図れない、という問題がある。一方、レーザ光の波長安定性を優先し、励起用光源に供給する電流値の可変幅を小さくした場合には、レーザ光の光強度を効果的に安定化できない、という問題がある。
また、上述した第２の方法を採用した場合には、ＥＯＭやＡＯＭ等の変調器は非常に高価であり、かつ、比較的大型のものであるため、レーザ光源装置の低コスト化及び小型化が図れない、という問題がある。
【００１４】
本発明の目的は、低コスト化及び小型化を図りながら、レーザ光の波長及び光強度を安定化できるレーザ光源装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明のレーザ光源装置は、電流が供給されることで励起光を出射する励起用光源と、前記励起用光源からの励起光を受けてレーザ光を生成する共振器とを備えたレーザ光源装置であって、当該レーザ光源装置から出射されるレーザ光の光強度を可変とする光学素子を有する光強度変更装置と、当該レーザ光源装置から出射されるレーザ光の光強度を検出する光強度検出装置と、前記励起用光源及び前記光学素子を制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記光強度検出装置にて検出されたレーザ光の光強度を２つの周波数成分に分ける周波数分離手段と、前記２つの周波数成分のうち高周波数成分に基づいて、前記励起用光源に供給する電流値を制御する光源制御手段と、前記２つの周波数成分のうち低周波数成分に基づいて、前記光学素子を制御する素子制御手段と、を備えることを特徴とする。
【００１６】
本発明では、レーザ光源装置は、上述した光強度変更装置、光強度検出装置、光源制御手段、及び素子制御手段を備える。
すなわち、（１）励起用光源の電流制御、及び（２）光学素子の制御の２つの手法を組み合わせて、光強度検出装置にて検出されたレーザ光の光強度（レーザ光源装置から出射されるレーザ光の光強度）が一定となるように制御できる。
このため、レーザ光の光強度の変動が問題とされる用途でもレーザ光源装置を使用することができ、レーザ光源装置の用途を拡大できる。
【００１７】
また、上記（１），（２）の２つの手法を組み合わせてレーザ光の光強度を安定化しているので、励起用光源に供給する電流値を大きく変化させることがなく、すなわち、共振器内に配設された光学部品の局所的な温度が変化することがなく、レーザ光の波長も安定化できる。
さらに、ＥＯＭやＡＯＭ等の変調器を用いずにレーザ光の光強度を安定化できるので、レーザ光源装置の低コスト化及び小型化も図れる。
以上のことから、本発明によれば、低コスト化及び小型化を図りながら、レーザ光の波長及び光強度を安定化でき、本発明の目的を達成できる。
【００１８】
本発明のレーザ光源装置では、前記共振器の共振器長を変化させるアクチュエータと、レーザ光が照射される吸収セルと、前記吸収セルを介したレーザ光を検出して光出力信号を出力する光検出器とを備え、前記制御装置は、前記光検出器から出力される光出力信号に含まれる飽和吸収線に基づき前記アクチュエータを制御してレーザ光の波長を制御する波長制御手段を備え、前記光学素子は、前記吸収セルに照射されるレーザ光の光強度を可変とすることが好ましい。
【００１９】
ところで、吸収セルを利用してレーザ光の波長を安定化するレーザ光源装置において、レーザ光源装置から出射されるレーザ光の光強度を安定化しても、吸収セルに照射されるレーザ光の光強度が変動している場合には、以下の問題が生じる恐れがある。
すなわち、吸収セルに照射されるレーザ光の光強度が変動すると、飽和吸収線の認定に用いられる２次微分信号等の振幅等が変化するため、レーザ光の波長を所望の飽和吸収線に安定化することが難しい。
したがって、レーザ光の波長を所望の飽和吸収線に安定化できなくなる等、レーザ光の波長安定化の性能が低下してしまう、という問題が生じる恐れがある。
【００２０】
本発明では、光学素子が吸収セルに照射されるレーザ光の光強度を可変とするので、レーザ光源装置から出射されるレーザ光の光強度のみならず、吸収セルに照射されるレーザ光の光強度をも安定化できる。
したがって、レーザ光の波長を所望の飽和吸収線に安定化できなくなる等、レーザ光の波長安定化の性能が低下してしまう問題が生じることを防止できる。
【００２１】
本発明のレーザ光源装置では、前記光学素子は、配設位置を変更可能に構成され、前記光強度変更装置は、前記光学素子の配設位置に応じて前記光強度変更装置から出射されるレーザ光の光強度が異なるように構成され、前記素子制御手段は、前記光強度検出装置の検出結果に基づいて、前記光学素子の配設位置を変更することが好ましい。
【００２２】
ここで、光学素子としては、配設位置を変更することで入射したレーザ光の偏光状態を変更するλ／４板またはλ／２板等の波長板や、配設位置を変更することで入射したレーザ光の透過光量を変更するＮＤ(Neutral Density)フィルタ等が例示できる。
本発明では、光強度変更装置が光学素子の配設位置に応じて出射するレーザ光の光強度が異なるように構成されているので、素子制御手段は、光学素子の配設位置を変更することで、レーザ光の光強度を安定化できる。
また、光学素子の配設位置を変更してレーザ光の光強度を可変とする構成を採用することで、レーザ光の光強度を高速に可変できる。
【００２３】
本発明のレーザ光源装置では、前記光学素子は、前記光学素子の温度に応じて前記光学素子から出射されるレーザ光の光強度が異なるように構成され、前記素子制御手段は、前記光強度検出装置の検出結果に基づいて、前記光学素子の温度を制御することが好ましい。
【００２４】
ここで、光学素子としては、温度に応じて入射したレーザ光の透過光量を変更する複屈折性材料から構成された複屈折素子やエタロン等が例示できる。
本発明では、光学素子が温度に応じて出射するレーザ光の光強度が異なるように構成されているので、素子制御手段は、光学素子の温度を制御することで、レーザ光の光強度を安定化できる。
また、光学素子の温度を制御してレーザ光の光強度を可変とする構成を採用することで、光学素子を移動する必要がなく、移動に伴う振動等が発生することがない。
【００２５】
本発明のレーザ光源装置では、上述のように、前記制御装置は、前記光強度検出装置にて検出されたレーザ光の光強度を２つの周波数成分に分ける周波数分離手段を備え、前記光源制御手段は、前記２つの周波数成分のうち高周波数成分に基づいて、前記励起用光源に供給する電流値を制御し、前記素子制御手段は、前記２つの周波数成分のうち低周波数成分に基づいて、前記光学素子を制御することを特徴とする。
【００２６】
ところで、レーザ光の光強度は、以下に示す挙動（時間変化）を示すものである。
すなわち、レーザ光は、数千秒程度の周期のゆっくりとした大きな変動の上に、周期の短い小さな変動が重畳する。
そして、本発明では、制御装置が上述した周波数分離手段を備えるので、光強度検出装置にて検出されたレーザ光の光強度を２つの周波数成分に分け、光強度の変動の小さい高周波数成分を光源制御手段による励起用光源の電流制御によって低減し、光強度の変動の大きい低周波数成分を素子制御手段による光学素子の制御によって低減できる。
したがって、励起用光源に供給する電流値を大きく変える必要がなく、すなわち、共振器内に配設された光学部品の局所的な温度が変化することがなく、レーザ光の波長の安定化を効果的に実現できる。
【００２７】
また、上記のように低周波数成分を光学素子の制御によって低減することで、光学素子の制御速度を低く設定できる。
したがって、光学素子の制御として、光学素子の配設位置を変更する場合には、光学素子の移動を低速に設定できるので、光学素子の移動に伴う振動等が発生することがない。また、光学素子の制御として、光学素子の温度を制御する場合であっても、制御速度を低く設定できるので、十分に対応できる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】第１実施形態におけるレーザ光源装置を示すブロック図。
【図２】第１実施形態における制御装置を示すブロック図。
【図３】第１実施形態におけるレーザ光の光強度の時間変化を示す図。
【図４】第１実施形態におけるレーザ光の光強度の制御構造を示すブロック図。
【図５】第２実施形態における光強度変更装置を示すブロック図。
【図６】第３実施形態における光強度変更装置を示すブロック図。
【図７】第３実施形態におけるＮＤフィルタの構成を示す模式図。
【図８】第４実施形態における光強度変更装置を示すブロック図。
【図９】第４実施形態におけるエタロンの特性を示す図。
【図１０】第５実施形態における光強度変更装置を示すブロック図。
【図１１】従来のレーザ光源装置を示すブロック図。
【図１２】光出力信号及び２次微分信号を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
[第１実施形態]
以下、本発明の第１実施形態を図面に基づいて説明する。
〔レーザ光源装置の構成〕
図１は、第１実施形態におけるレーザ光源装置１を示すブロック図である。
レーザ光源装置１は、図１に示すように、従来のレーザ光源装置１００と同様の半導体レーザ１０、共振器２０、波長調整部３０、レーザ光検出部４０、変復調信号発生器５０Ａ、アクチュエータ駆動回路５０Ｂ、ロックインアンプ５０Ｃ、及び制御装置６０の他、光強度検出装置７０と、光強度変更装置８０とを備える。
また、本実施形態の制御装置６０は、従来のレーザ光源装置１００に搭載された制御装置６０と同様の機能（波長制御手段６１）の他、レーザ光Ｌ２の光強度を安定化する機能等も有するものである。
以下では、従来のレーザ光源装置１００と同様の機能及び構成については同様の符号を付して説明を省略し、本願の要部である光強度検出装置７０、光強度変更装置８０、及び制御装置６０について詳細に説明する。
【００３０】
〔光強度検出装置の構成〕
光強度検出装置７０は、レーザ光の光強度を検出する。
この光強度検出装置７０は、図１に示すように、第３偏光ビームスプリッタ７１と、光検出器７２とを備える。
第３偏光ビームスプリッタ７１は、第１偏光ビームスプリッタ４２で分離されたレーザ光Ｌ３を、測長等に使用するレーザ光Ｌ５と、光強度の検出に使用するレーザ光Ｌ６とに分離する。
光検出器７２は、照射されたレーザ光Ｌ６を光電変換することで、レーザ光Ｌ６の光強度に応じた光強度信号Ｓ４を出力する。
【００３１】
〔光強度変更装置の構成〕
光強度変更装置８０は、図１に示すように、波長調整部３０（第２フィルタ３２）及びレーザ光検出部４０（λ／２板４１）の間に配設され、制御装置６０による制御の下、レーザ光Ｌ２の光強度を変更する。
すなわち、本実施形態では、光強度変更装置８０は、ヨウ素セル４５の光路前段に配設されているため、レーザ光Ｌ２の光強度を変更することで、レーザ光源装置１から出射されるレーザ光Ｌ５や、ヨウ素セル４５に照射されるレーザ光Ｌ４の光強度を変更する。
この光強度変更装置８０は、図１に示すように、光学素子としてのλ／４板８１と、偏光子８２とを備える。
【００３２】
λ／４板８１は、具体的な図示は省略したが、光学軸がレーザ光源装置１の光軸に直交する平面に沿うように配設されるとともに、当該光軸を中心として回転可能に構成されている。
そして、λ／４板８１は、制御装置６０による制御の下、光軸を中心として回転することで、レーザ光Ｌ２の偏光状態を変更する。
例えば、λ／４板８１は、所定の回転位置に設定されると入射した楕円偏光のレーザ光Ｌ２を直線偏光のレーザ光Ｌ２に変更し、他の回転位置に設定されると他の偏光状態のレーザ光Ｌ２に変更する。
偏光子８２は、所定の透過軸を有し、当該透過軸と同一の偏光方向を有する直線偏光成分のみを透過させる。
以上のように、光強度変更装置８０は、λ／４板８１が光軸を中心として回転することで、偏光子８２に入射するレーザ光Ｌ２の偏光状態が変わり、すなわち、偏光子８２を透過する光量が変わり、レーザ光Ｌ２の光強度を変更する。
すなわち、光強度変更装置８０は、λ／４板８１の配設位置（回転位置）に応じて、当該光強度変更装置８０から出射されるレーザ光Ｌ２の光強度が異なるように構成されている。
【００３３】
〔制御装置の構成〕
図２は、第１実施形態における制御装置６０を示すブロック図である。
制御装置６０は、ＣＰＵ(Central Processing Unit)や、メモリ等を備え、メモリに記憶されたプログラムにしたがって、種々の処理を実行する。
この制御装置６０は、図２に示すように、波長制御手段６１の他、周波数分離手段としてのフィルタ６２と、光源制御手段６３と、素子制御手段６４と、温度制御手段６５等を備える。
【００３４】
図３は、レーザ光の光強度の時間変化を示す図である。
なお、図３では、説明の便宜上、光源制御手段６３及び素子制御手段６４が後述する処理を実行していない場合に光強度検出装置７０にて検出されたレーザ光Ｌ５の光強度の変動率の時間変化を示している。
レーザ光Ｌ５の光強度は、図３に示す挙動（時間変化）を示す。
すなわち、レーザ光Ｌ５は、図３に示すように、数千秒程度の周期のゆっくりとした大きな変動の上に、周期の短い小さな変動が重畳する。
そして、本実施形態では、レーザ光Ｌ５の光強度が上述した挙動を示すことを利用して、以下に示すように、当該光強度の変動を抑制する制御構造を採用している。
【００３５】
図４は、レーザ光の光強度の制御構造を示すブロック図である。
フィルタ６２は、光強度検出装置７０から出力された光強度信号Ｓ４を２つの周波数成分に分離する。
そして、フィルタ６２は、２つの周波数成分のうち、高周波数成分を光源制御手段６３に出力し、低周波数成分を素子制御手段６４に出力する。
光源制御手段６３は、フィルタ６２にて分離された高周波数成分に基づいて、半導体レーザ１０に供給する電流値を制御し、周期の短い小さな変動（図３）を低減する。
素子制御手段６４は、フィルタ６２にて分離された低周波数成分に基づいて、光軸を中心としてλ／４板８１を回転させ、周期のゆっくりとした大きな変動（図３）を低減する。
【００３６】
温度制御手段６５は、半導体レーザ１０、ＫＴＰ結晶２２、共振器筐体２５、及びヨウ素セル４５の温度を制御する。
なお、具体的な図示は省略したが、半導体レーザ１０、ＫＴＰ結晶２２、共振器筐体２５、及びヨウ素セル４５には、温度を検出するためのサーミスタや、温度を調整するためのペルチェ素子等で構成される温度調整器が取り付けられている。
そして、温度制御手段６５は、各温度調整器を制御することで、各構成１０，２２，２５，４５の温度を制御する。
【００３７】
上述した第１実施形態によれば、以下の効果がある。
本実施形態では、レーザ光源装置１は、光強度変更装置８０、光強度検出装置７０、光源制御手段６３、及び素子制御手段６４を備える。
すなわち、（１）半導体レーザ１０の電流制御、及び（２）λ／４板８１の制御の２つの手法を組み合わせて、光強度検出装置７０にて検出されたレーザ光Ｌ６の光強度（レーザ光源装置１から出射されるレーザ光Ｌ５の光強度）が一定となるように制御できる。
このため、レーザ光Ｌ５の光強度の変動が問題とされる用途でもレーザ光源装置１を使用することができ、レーザ光源装置１の用途を拡大できる。
【００３８】
また、上記（１），（２）の２つの手法を組み合わせてレーザ光Ｌ５の光強度を安定化しているので、半導体レーザ１０に供給する電流値を大きく変化させることがなく、すなわち、共振器２０内に配設されたＫＴＰ結晶２２等の光学部品の局所的な温度が変化することがなく、レーザ光Ｌ５の波長も安定化できる。
さらに、ＥＯＭやＡＯＭ等の変調器を用いずにレーザ光Ｌ５の光強度を安定化できるので、レーザ光源装置１の低コスト化及び小型化も図れる。
【００３９】
また、レーザ光源装置１を長期的に使用することでＫＴＰ結晶２２等の光学部品が経時劣化して特性が変化し、レーザ光Ｌ５の光強度が変動した場合等であっても、上述した制御により、当該レーザ光Ｌ５の光強度を安定化できる。
したがって、レーザ光源装置１の長期的な信頼性や品質を向上できる。
さらに、レーザ光源装置１の使用環境（環境温度等）が変化してＫＴＰ結晶２２等の光学部品の特性が変化し、レーザ光Ｌ５の光強度が変動した場合等であっても、上述した制御により、当該レーザ光Ｌ５の光強度を安定化できる。
したがって、レーザ光源装置１の耐環境性を向上できる。
【００４０】
また、λ／４板８１がヨウ素セル４５に照射されるレーザ光Ｌ４の光強度を可変とするので、レーザ光源装置１から出射されるレーザ光Ｌ５の光強度のみならず、ヨウ素セル４５に照射されるレーザ光Ｌ４の光強度をも安定化できる。
したがって、波長制御手段６１による探索処理及び周波数固定処理によりレーザ光Ｌ５の波長を所望の飽和吸収線に良好に安定化することができ、レーザ光Ｌ５の波長安定化の性能が低下してしまう問題が生じることを防止できる。
【００４１】
さらに、光強度変更装置８０がλ／４板８１の回転位置に応じて出射するレーザ光Ｌ２の光強度が異なるように構成されているので、素子制御手段６４は、λ／４板８１の回転位置を変更することで、レーザ光Ｌ５の光強度を安定化できる。
また、λ／４板８１の回転位置を変更してレーザ光Ｌ５の光強度を可変とする構成を採用することで、レーザ光Ｌ５の光強度を高速に可変できる。
【００４２】
また、制御装置６０がフィルタ６２を備えるので、光強度検出装置７０にて検出されたレーザ光Ｌ６の光強度を２つの周波数成分に分け、光強度の変動の小さい高周波数成分を光源制御手段６３による半導体レーザ１０の電流制御によって低減し、光強度の変動の大きい低周波数成分を素子制御手段６４によるλ／４板８１の制御によって低減できる。
したがって、半導体レーザ１０に供給する電流値を大きく変える必要がなく、すなわち、共振器２０内に配設されたＫＴＰ結晶２２等の光学部品の局所的な温度が変化することがなく、レーザ光Ｌ５の波長の安定化を効果的に実現できる。
【００４３】
さらに、上記のように低周波数成分をλ／４板８１の制御によって低減することで、λ／４板８１の制御速度を低く設定できる。
すなわち、λ／４板８１の回転速度を低速に設定できるので、λ／４板８１の回転に伴う振動等が発生することがない。
【００４４】
[第２実施形態]
次に、本発明の第２実施形態について説明する。
なお、以下では、前記第１実施形態と同様の構成には同一の符号を付し、その詳細な説明については省略する。
図５は、第２実施形態における光強度変更装置８０を示すブロック図である。
本実施形態では、前記第１実施形態に対して、図５に示すように、光強度変更装置８０の構成が異なるのみである。その他の構成は、前記第１実施形態と同様である。
【００４５】
第２実施形態における光強度変更装置８０は、図５に示すように、前記第１実施形態で説明したλ／４板８１及び偏光子８２の他、光学素子としてのλ／２板８３を備える。
なお、本実施形態におけるλ／４板８１は、前記第１実施形態と異なり、入射した楕円偏光のレーザ光Ｌ２を直線偏光のレーザ光Ｌ２に変更する回転位置で回転不能に固定されているものである。
λ／２板８３は、λ／４板８１及び偏光子８２の間に配設され、具体的な図示は省略したが、光学軸がレーザ光源装置１の光軸に直交する平面に沿うように配設されるとともに、当該光軸を中心として回転可能に構成されている。
【００４６】
そして、λ／２板８３は、素子制御手段６４による制御の下、光軸を中心として回転することで、λ／４板８１を透過したレーザ光Ｌ２を直線偏光の状態で、光軸を中心として当該直線偏光の偏光方向を回転する。
以上のように、本実施形態の光強度変更装置８０は、λ／２板８３が光軸を中心として回転することで、偏光子８２に入射するレーザ光Ｌ２（直線偏光）の偏光方向が回転し、すなわち、偏光子８２を透過する光量が変わり、レーザ光Ｌ２の光強度を変更する。
すなわち、光強度変更装置８０は、λ／２板８３の配設位置（回転位置）に応じて、当該光強度変更装置８０から出射されるレーザ光Ｌ２の光強度が異なるように構成されている。
【００４７】
上述した第２実施形態によれば、前記第１実施形態と同様の効果の他、以下の効果がある。
ここで、前記第１実施形態では、λ／４板８１を回転させても、入射した楕円偏光であるレーザ光Ｌ２を直線偏光に変更する等、偏光状態を変更することができるのみであり、直線偏光に変更できても、その偏光方向までも自由に変えることができないため、レーザ光Ｌ５の光強度の可変幅が制限されてしまう。
これに対して、本実施形態では、λ／４板８１及び偏光子８２の間にλ／２板８３を配設し、当該λ／２板８３を回転することで、レーザ光Ｌ５の光強度を可変とする構成を採用している。
すなわち、λ／２板８３を回転することで、入射した直線偏光であるレーザ光Ｌ２の偏光方向を自由に変えることができるため、レーザ光Ｌ５の光強度の可変幅を大きく設定できる。
【００４８】
[第３実施形態]
次に、本発明の第３実施形態について説明する。
なお、以下では、前記第１実施形態と同様の構成には同一の符号を付し、その詳細な説明については省略する。
図６は、第３実施形態における光強度変更装置８０を示すブロック図である。
本実施形態では、前記第１実施形態に対して、図６に示すように、光強度変更装置８０の構成が異なるのみである。その他の構成は、前記第１実施形態と同様である。
【００４９】
第３実施形態における光強度変更装置８０は、図６に示すように、前記第１実施形態で説明したλ／４板８１及び偏光子８２の他、光学素子としてのＮＤフィルタ８４を備える。
なお、本実施形態におけるλ／４板８１は、前記第１実施形態と異なり、入射した楕円偏光のレーザ光Ｌ２を直線偏光のレーザ光Ｌ２に変更し、かつ、当該直線偏光の偏光方向が偏光子８２の透過軸に一致する回転位置で回転不能に固定されているものである。
【００５０】
図７は、ＮＤフィルタ８４の構成を示す模式図である。
ＮＤフィルタ８４は、図６に示すように、λ／４板８１の光路前段に配設され、レーザ光Ｌ２の入射位置に応じて透過する光量が異なるように構成されている。
そして、ＮＤフィルタ８４は、素子制御手段６４による制御の下、配設位置が変更されることで、透過するレーザ光Ｌ２の光量を変更する。
なお、ＮＤフィルタ８４の構成としては、例えば、図７に示す構成を採用できる。
例えば、ＮＤフィルタ８４としては、図７（Ａ）に示すように、レーザ光源装置１の光軸を中心として回転可能に構成される。そして、ＮＤフィルタ８４は、素子制御手段６４による制御の下、回転することで、透過するレーザ光Ｌ２の光量を変更する。
【００５１】
また、例えば、ＮＤフィルタ８４としては、図７（Ｂ）に示すように、レーザ光源装置１の光軸に直交する平面内で直線的に移動可能に構成される。そして、ＮＤフィルタ８４は、素子制御手段６４による制御の下、移動することで、透過するレーザ光Ｌ２の光量を変更する。
すなわち、本実施形態の光強度変更装置８０は、ＮＤフィルタ８４の配設位置に応じて、当該光強度変更装置８０から出射されるレーザ光Ｌ２の光強度が異なるように構成されている。
【００５２】
上述した第３実施形態のように本発明に係る光学素子としてＮＤフィルタ８４を採用した場合であっても、前記第１，第２実施形態と同様の効果を享受できる。
【００５３】
[第４実施形態]
次に、本発明の第４実施形態について説明する。
なお、以下では、前記第３実施形態と同様の構成には同一の符号を付し、その詳細な説明については省略する。
図８は、第４実施形態における光強度変更装置８０を示すブロック図である。
本実施形態では、前記第３実施形態に対して、図８に示すように、光強度変更装置８０の構成が異なるのみである。その他の構成は、前記第３実施形態と同様である。
第４実施形態における光強度変更装置８０では、図８に示すように、前記第３実施形態で説明したＮＤフィルタ８４の代わりに、エタロン８５を用いている。
【００５４】
図９は、エタロン８５の特性を示す図である。
エタロン８５は、図９に示すように、波長フィルタとしての機能を有する。
具体的に、エタロン８５は、図９（Ａ）に示すようにレーザ光源装置１の光軸に直交する平面に対して面外方向に回転すると、図９（Ｂ）に示すように波長透過特性が変化する特性を有する。
本実施形態では、上述したエタロン８５の特性を利用して、本発明に係る光学素子としてエタロン８５を採用している。
【００５５】
そして、エタロン８５は、レーザ光源装置１の光軸に直交する平面に対して面外方向に回転可能に構成される。そして、エタロン８５は、素子制御手段６４による制御の下、回転することで、透過するレーザ光Ｌ２の光量を変更する。
すなわち、本実施形態の光強度変更装置８０は、エタロン８５の配設位置（回転位置）に応じて、当該光強度変更装置８０から出射されるレーザ光Ｌ２の光強度が異なるように構成されている。
【００５６】
上述した第４実施形態のように本発明に係る光学素子としてエタロン８５を採用した場合であっても、前記第１，第２実施形態と同様の効果を享受できる。
【００５７】
[第５実施形態]
次に、本発明の第５実施形態について説明する。
なお、以下では、前記第３実施形態と同様の構成には同一の符号を付し、その詳細な説明については省略する。
図１０は、第５実施形態における光強度変更装置８０を示すブロック図である。
本実施形態では、前記第３実施形態に対して、図１０に示すように、光強度変更装置８０の構成が異なるのみである。その他の構成は、前記第３実施形態と同様である。
第５実施形態における光強度変更装置８０では、図１０に示すように、前記第３実施形態で説明したＮＤフィルタ８４の代わりに、複屈折性材料から構成された複屈折素子８６を用いている。
【００５８】
複屈折性材料は、温度に応じて偏光特性が変化する特性を有する。
本実施形態では、上述した複屈折性材料の特性を利用して、本発明に係る光学素子として複屈折素子８６を採用している。
なお、具体的な図示は省略したが、複屈折素子８６には、温度を検出するためのサーミスタや、温度を調整するためのペルチェ素子等で構成される温度調整器が取り付けられている。
そして、素子制御手段６４は、フィルタ６２にて分離された低周波数成分に基づいて、温度調整器を制御することで、複屈折素子８６の温度を制御し、周期のゆっくりとした大きな変動を抑制する。
【００５９】
上述した第５実施形態によれば、前記第１，第２実施形態と同様の効果の他、以下の効果がある。
本実施形態では、複屈折素子８６が温度に応じて出射するレーザ光Ｌ２の光強度が異なるように構成されているので、素子制御手段６４は、複屈折素子８６の温度を制御することで、レーザ光Ｌ５の光強度を安定化できる。
また、複屈折素子８６の温度を制御してレーザ光Ｌ５の光強度を可変とする構成を採用することで、複屈折素子８６を移動する必要がなく、移動に伴う振動等が発生することがない。
【００６０】
なお、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
前記各実施形態では、ヨウ素セル４５を利用してレーザ光Ｌ５の波長を安定化する（共振器２０の共振器長を変更する）レーザ光源装置１に本発明を適用したが、これに限らず、ヨウ素セル４５を利用してレーザ光Ｌ５の波長を安定化する（共振器２０の共振器長を変更する）レーザ光源装置１以外のレーザ光源装置にも適用可能である。
前記第５実施形態では、本発明に係る光学素子として複屈折素子８６を採用していたが、これに限らず、温度に応じて偏光特性や透過率が変化する特性を有していれば、その他の構成、例えば、前記第４実施形態で説明したエタロン８５等を採用しても構わない。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
本発明は、電流が供給されることで励起光を出射する励起用光源と、励起用光源からの励起光を共振させてレーザ光を生成する共振器とを備えたレーザ光源装置に利用できる。
【符号の説明】
【００６２】
１・・・レーザ光源装置
１０・・・半導体レーザ（励起用光源）
２０・・・共振器
２６・・・アクチュエータ
４５・・・ヨウ素セル（吸収セル）
４７・・・光検出器
６０・・・制御装置
６１・・・波長制御手段
６２・・・フィルタ（周波数分離手段）
６３・・・光源制御手段
６４・・・素子制御手段
７０・・・光強度検出装置
８０・・・光強度変更装置
８１・・・λ／４板（光学素子）
８３・・・λ／２板（光学素子）
８４・・・ＮＤフィルタ（光学素子）
８５・・・エタロン（光学素子）
８６・・・複屈折素子
【図１】
0005758732.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図８】
0005758732.tif 000008
【図９】
0005758732.tif 000009
【図１０】
0005758732.tif 000010
【図１１】
0005758732.tif 000011
【図１２】
0005758732.tif 000012
【図７】
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