(57)【要約】【課題】簡単な構成で、しかも容易な制御でコヒーレント光の周波数を変化させることができる。【解決手段】第１の周波数の第１のコヒーレント光を生成する第１のコヒーレント光源と、第２の周波数の第２のコヒーレント光を生成する第２のコヒーレント光源と、第１の周波数と第２の周波数との和周波数を発生させる和周波数発生素子を有し、和周波数発生素子により第３の周波数のコヒーレント光を生成して出射する共振器と、和周波発生素子の温度を制御する温度制御手段と、温度制御手段によって制御された和周波発生素子の温度に応じて、第１のコヒーレント光が共振するように共振器の共振器長を制御する共振器長制御手段と、共振器長制御手段によって制御された共振器の共振器長で、第２のコヒーレント光が共振するように第２のコヒーレント光源の周波数を制御する周波数制御手段とを有する。【選択図】　　　　図１
2004093845.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の周波数の第１のコヒーレント光を生成する第１のコヒーレント光源と、
第２の周波数の第２のコヒーレント光を生成する第２のコヒーレント光源と、
前記第１の周波数と前記第２の周波数との和周波数を発生させる和周波数発生素子を有し、前記第１のコヒーレント光源により生成された第１のコヒーレント光と前記第２のコヒーレント光源により生成された第２のコヒーレント光とを入射して、該入射した前記第１のコヒーレント光と前記第２のコヒーレント光とをそれぞれ共振させて、前記和周波数発生素子により第３の周波数のコヒーレント光を生成して出射する共振器と、
前記和周波発生素子の温度を制御する温度制御手段と、
前記温度制御手段によって制御された前記和周波発生素子の温度に応じて、前記第１のコヒーレント光が共振するように前記共振器の共振器長を制御する共振器長制御手段と、
前記共振器長制御手段によって制御された前記共振器の共振器長で、前記第２のコヒーレント光が共振するように前記第２のコヒーレント光源の周波数を制御する周波数制御手段と
を有するコヒーレント光源装置。
【請求項２】
請求項１に記載のコヒーレント光源装置において、
前記共振器は、
第１の二重反射率ミラーと第２の二重反射率ミラーと第３の二重反射率ミラーと第４の二重反射率ミラーとを有して構成されており、
前記第１の二重反射率ミラーは、前記第１の周波数の光に対して全反射するとともに、前記第２の周波数の光に対して高反射する反射鏡として構成され、
前記第２の二重反射率ミラーは、前記第２の周波数の光に対して全反射するとともに、前記第１の周波数の光に対して高反射する反射鏡として構成され、
前記第３の二重反射率ミラーは、前記第１の周波数の光に対して全反射するとともに、前記第２の周波数の光に対しても全反射する反射鏡として構成され、
前記第４の二重反射率ミラーは、前記第１の周波数の光に対して全反射するとともに、前記第２の周波数の光に対しても全反射する反射鏡であり、かつ、前記第３の周波数の光に対して高透過率をもつ第３の周波数の光の取り出し鏡として構成されるものであり、
前記第１のコヒーレント光源により生成された第１のコヒーレント光が前記第２の二重反射率ミラーに入射され、該入射された前記第２の二重反射率ミラーを透過して前記第３の二重反射率ミラーに進行し、前記第３の二重反射率ミラーから前記第４の二重反射率ミラーに進行し、前記第４の二重反射率ミラーから第１の二重反射率ミラーに進行し、前記第１の二重反射率ミラーから前記第２の二重反射率ミラーに進行する光路となるようにするとともに、前記第２のコヒーレント光源により生成された第２のコヒーレント光が前記第１の二重反射率ミラーに入射され、該入射された前記第１の二重反射率ミラーを透過して前記第２の二重反射率ミラーに進行し、前記第２の二重反射率ミラーから前記第３の二重反射率ミラーに進行し、前記第３の二重反射率ミラーから前記第４の二重反射率ミラーに進行し、前記第４の二重反射率ミラーから前記第１の二重反射率ミラーに進行する光路となるように配置されている
ものであるコヒーレント光源装置。
【請求項３】
請求項２に記載のコヒーレント光源装置において、
前記共振器長制御手段は、前記第３の二重反射率ミラーを移動することにより前記共振器長を制御するものであり、
前記共振器長制御手段により前記第３の二重反射率ミラーを移動させて前記共振器長を制御して前記第１のコヒーレント光を前記共振器で共振させ、
前記周波数制御手段により前記第２のコヒーレント光の周波数を制御することにより前記共振器で前記第２のコヒーレント光を共振させる
ものであるコヒーレント光源装置。
【請求項４】
請求項２または請求項３のいずれか１項に記載のコヒーレント光源装置において、
前記第３の二重反射率ミラーと前記第４の二重反射率ミラーとを結ぶ光路上に前記和周波数発生素子を配置した
ものであるコヒーレント光源装置。
【請求項５】
請求項１、請求項２、請求項３または請求項４のいずれか１項に記載のコヒーレント光源装置において、
前記和周波数発生素子は、非線形結晶である
コヒーレント光源装置。
【請求項６】
共振器内に配置された和周波発生素子により、第１の周波数の第１のコヒーレント光と第２の周波数の第２のコヒーレント光とを和周波混合して第３の周波数の第３のコヒーレント光を発生するコヒーレント光の発生方法において、
和周波発生素子の温度変化に応じて、第１の周波数の第１のコヒーレント光が共振するように前記和周波発生素子が配置された共振器の共振器長を変化させ、
該変化した共振器長で第２の周波数の第２のコヒーレント光が共振するように前記第２のコヒーレント光の周波数を制御し、
前記和周波発生素子による和周波混合によって発生する第３のコヒーレント光の周波数を変化する
ものであるコヒーレント光の発生方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コヒーレント光源装置およびコヒーレント光の発生方法に関し、さらに詳細には、発生するコヒーレント光の周波数を制御する際に用いて好適なコヒーレント光源装置およびコヒーレント光の発生方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、コヒーレントな光としては、例えば、レーザー発振により生成されるレーザー光が知られている。そして、こうしたコヒーレント光を発生するコヒーレント光源の一例が、例えば、本願出願人により平成１２年１月１８日付けで出願された特願２０００−９３６３（特開２００１−２０１５９７）「コヒーレント光源装置」に開示されている。
【０００３】
この特開２００１−２０１５９７に開示されたコヒーレント光源装置は、第１の周波数の第１のレーザー光を生成する第１レーザーと、第２の周波数の第２のレーザー光を生成する周波数可変である第２レーザーと、第１の周波数と第２の周波数との和周波数発生のための和周波数発生素子を備えた共振器とを有して構成されている。
【０００４】
こうした構成のコヒーレント光源装置によりコヒーレント光を発生するには、まず、第１のレーザー光の第１の周波数に共振するように共振器の共振器長を制御して固定する。そして、共振器長を固定された共振器で、第２のレーザー光の第２の周波数を変化させて第２のレーザー光を共振させ、第２のレーザー光の第２の周波数を当該共振した周波数で固定する。こうして第１の周波数と第２の周波数とでそれぞれ同時に共振した第１のレーザー光と第２のレーザー光とを和周波数発生素子に入射し、和周波数発生素子で第１の周波数と第２の周波数とを和周波混合して和周波を発生させ、第３の周波数のコヒーレント光を高効率に発生する。
【０００５】
上記したようなコヒーレント光源装置において、発生する和周波の周波数を変化させるには、例えば、まず、第１のレーザー光の周波数を変化し、この第１のレーザー光の周波数の変化に伴い共振器の共振器長を変化して新たに固定する。次に、当該新たに変化して固定された共振器長の共振器で、第２のレーザー光の周波数を変化させて共振させ、第２のレーザー光の第２の周波数を当該共振した周波数で固定することによって、新たな周波数のコヒーレント光を発生することができる。
【０００６】
しかしながら、上記したコヒーレント光源装置において、発生する和周波の周波数を変化させるために、第１のレーザー光の周波数を調整して変化させるようにすると、その構成が複雑になり、制御が困難になるという問題点があった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記したような従来の技術の有する種々の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、簡単な構成で、しかも容易な制御でコヒーレント光の周波数を変化させることができるコヒーレント光源装置およびコヒーレント光の発生方法しようとするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明のうちの請求項１に記載の発明は、第１の周波数の第１のコヒーレント光を生成する第１のコヒーレント光源と、第２の周波数の第２のコヒーレント光を生成する第２のコヒーレント光源と、上記第１の周波数と上記第２の周波数との和周波数を発生させる和周波数発生素子を有し、上記第１のコヒーレント光源により生成された第１のコヒーレント光と上記第２のコヒーレント光源により生成された第２のコヒーレント光とを入射して、当該入射した上記第１のコヒーレント光と上記第２のコヒーレント光とをそれぞれ共振させて、上記和周波数発生素子により第３の周波数のコヒーレント光を生成して出射する共振器と、上記和周波発生素子の温度を制御する温度制御手段と、上記温度制御手段によって制御された上記和周波発生素子の温度に応じて、上記第１のコヒーレント光が共振するように上記共振器の共振器長を制御する共振器長制御手段と、上記共振器長制御手段によって制御された上記共振器の共振器長で、上記第２のコヒーレント光が共振するように上記第２のコヒーレント光源の周波数を制御する周波数制御手段とを有するようにしたものである。
【０００９】
また、上記共振器は、本発明のうち請求項２に記載の発明に示すように、第１の二重反射率ミラーと第２の二重反射率ミラーと第３の二重反射率ミラーと第４の二重反射率ミラーとを有して構成されており、上記第１の二重反射率ミラーは、上記第１の周波数の光に対して全反射するとともに、上記第２の周波数の光に対して高反射する反射鏡として構成され、上記第２の二重反射率ミラーは、上記第２の周波数の光に対して全反射するとともに、上記第１の周波数の光に対して高反射する反射鏡として構成され、上記第３の二重反射率ミラーは、上記第１の周波数の光に対して全反射するとともに、上記第２の周波数の光に対しても全反射する反射鏡として構成され、上記第４の二重反射率ミラーは、上記第１の周波数の光に対して全反射するとともに、上記第２の周波数の光に対しても全反射する反射鏡であり、かつ、上記第３の周波数の光に対して高透過率をもつ第３の周波数の光の取り出し鏡として構成されるものであり、上記第１のコヒーレント光源により生成された第１のコヒーレント光が上記第２の二重反射率ミラーに入射され、当該入射された上記第２の二重反射率ミラーを透過して上記第３の二重反射率ミラーに進行し、上記第３の二重反射率ミラーから上記第４の二重反射率ミラーに進行し、上記第４の二重反射率ミラーから第１の二重反射率ミラーに進行し、上記第１の二重反射率ミラーから上記第２の二重反射率ミラーに進行する光路となるようにするとともに、上記第２のコヒーレント光源により生成された第２のコヒーレント光が上記第１の二重反射率ミラーに入射され、当該入射された上記第１の二重反射率ミラーを透過して上記第２の二重反射率ミラーに進行し、上記第２の二重反射率ミラーから上記第３の二重反射率ミラーに進行し、上記第３の二重反射率ミラーから上記第４の二重反射率ミラーに進行し、上記第４の二重反射率ミラーから上記第１の二重反射率ミラーに進行する光路となるように配置されているものとしてもよい。
【００１０】
また、本発明のうちの請求項３に記載された発明のように、請求項２に記載の発明において、上記共振器長制御手段は、上記第３の二重反射率ミラーを移動することにより上記共振器長を制御するものであり、上記共振器長制御手段により上記第３の二重反射率ミラーを移動させて上記共振器長を制御して上記第１のコヒーレント光を上記共振器で共振させ、上記周波数制御手段により上記第２のコヒーレント光の周波数を制御することにより上記共振器で上記第２のコヒーレント光を共振させるものであるようにしてもよい。
【００１１】
また、本発明のうちの請求項４に記載された発明のように、請求項２または請求項３のいずれか１項に記載の発明において、上記第３の二重反射率ミラーと上記第４の二重反射率ミラーとを結ぶ光路上に上記和周波数発生素子を配置するようにしてもよい。
【００１２】
また、本発明のうちの請求項５に記載された発明のように、請求項１、請求項２、請求項３または請求項４のいずれか１項に記載の発明において、上記和周波数発生素子は、非線形結晶であるようにしてもよい。
【００１３】
また、本発明のうちの請求項６に記載の発明は、共振器内に配置された和周波発生素子により、第１の周波数の第１のコヒーレント光と第２の周波数の第２のコヒーレント光とを和周波混合して第３の周波数の第３のコヒーレント光を発生するコヒーレント光の発生方法において、和周波発生素子の温度変化に応じて、第１の周波数の第１のコヒーレント光が共振するように上記和周波発生素子が配置された共振器の共振器長を変化させ、当該変化した共振器長で第２の周波数の第２のコヒーレント光が共振するように上記第２のコヒーレント光の周波数を制御し、上記和周波発生素子による和周波混合によって発生する第３のコヒーレント光の周波数を変化するようにしたものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、添付の図面を参照しながら、本発明によるコヒーレント光源装置およびコヒーレント光の発生方法の実施の形態の一例を詳細に説明する。
【００１５】
図１には、本発明によるコヒーレント光源装置の実施の形態の一例の概念構成説明図が示されている。
【００１６】
このコヒーレント光源装置１０は、第１のコヒーレント光としてレーザー光を生成するための第１のコヒーレント光源たる第１レーザー１２と、第２のコヒーレント光としてレーザー光を生成するための第２のコヒーレント光源たる第２レーザー１４との２台のレーザーと、これら２台のレーザーである第１レーザー１２と第２レーザー１４とから出射されたレーザー光を入射して、当該入射されたレーザー光からコヒーレント光としてレーザー光を外部へ出射する共振器システム１６とを有して構成されている。
【００１７】
なお、このコヒーレント光源装置１０は、例えば、アクリル板により形成されるとともに内部に窒素ガスが充填されたケース（図示せず）の内部に収容されるようになされている。
【００１８】
また、以下においては説明を簡略化するために、このコヒーレント光源装置１０から外部へ出射されて照射対象に照射されるレーザー光を、単に「コヒーレント光」と称することとする。そして、第１レーザー１２から出射されるレーザー光の周波数をω１とし、第２レーザー１４から出射されるレーザー光の周波数をω２とし、共振器システム１６から出射されるコヒーレント光の周波数をω３とすることとする。
【００１９】
まず、第１レーザー１２と第２レーザー１４との２台のレーザーについて説明する。
【００２０】
第１レーザー１２は周波数ω１のレーザー光を出射するものであり、一方、第２レーザー１４は周波数ω２のレーザー光を出射するものである。これら第１レーザー１２ならびに第２レーザー１４としては、各種のレーザーを用いることができるものであり、例えば、チタン・サファイヤ・レーザー（Ｔｉ：ｓａｐｐｈｉｒｅ　ｌａｓｅｒ）などを用いることができる。
【００２１】
次に、共振器システム１６について説明すると、共振器システム１６は、共振器本体１８と、当該共振器本体１８に第１レーザー１２から出射されたレーザー光を導入するための光学システム２０と、当該共振器本体１８に第２レーザー１４から出射されたレーザー光を導入するための光学システム２２と、後述する第３二重反射率ミラー１８−３を制御する制御システム２４と、第２レーザー１４を制御する制御システム２６とを有して構成されている。
【００２２】
まず、光学システム２０は、第１レーザー１２から出射されたレーザー光の偏光面を揃えるλ／２板２０−１と、λ／２板２０−１から出射されたレーザー光のモード整合を行うためのモード整合用レンズ（ＭＬ）２０−２と、モード整合用レンズ２０−２から出射されたレーザー光を全反射させて、共振器本体１８の第２二重反射率ミラー１８−２（後述する）へ入射するための全反射ミラー２０−３，２０−４，２０−５とにより構成されている。
【００２３】
また、光学システム２２は、第２レーザー１４から出射されたレーザー光を調整して出射するアイソレータ（ＩＳＲ）２２−１と、アイソレータ２２−１から出射されたレーザー光を全反射させて、共振器本体１８の第２二重反射率ミラー１８−１（後述する）へ入射するための全反射ミラー２２−２，２２−３と、全反射ミラー２２−３によって全反射されたレーザー光の偏光面を揃えるλ／２板２２−４と、λ／２板２２−４から出射されたレーザー光のモード整合を行うためのモード整合用レンズ（ＭＬ）２２−５とにより構成されている。
【００２４】
そして、共振器本体１８は、第１二重反射率ミラー１８−１と第２二重反射率ミラー１８−２と第３二重反射率ミラー１８−３と第４二重反射率ミラー１８−４との４枚の二重反射率ミラー（なお、「二重反射率ミラー」とは、２つの波長に対する反射率が高いミラーを意味するものである。）と、和周波数発生のための和周波数発生素子１８−５と、第４二重反射率ミラー１８−４を透過したコヒーレント光を集光する集光レンズ１８−６と、集光レンズ１８−６によって集光されたコヒーレント光を全反射させて共振システム１６の外部へ出射させる全反射ミラー１８−７とを有して構成されている。
【００２５】
なお、上記したように４枚の二重反射率ミラー（第１二重反射率ミラー１８−１、第２二重反射率ミラー１８−２、第３二重反射率ミラー１８−３および第４二重反射率ミラー１８−４）と和周波数発生素子１８−５と全反射ミラー１８−７とを備え、４枚の二重反射率ミラー（第１二重反射率ミラー１８−１、第２二重反射率ミラー１８−２、第３二重反射率ミラー１８−３および第４二重反射率ミラー１８−４）の反射条件ならびに反射光路が以下に示すように構成された共振器本体１８により構成される共振器を、「光増強型和周波発生用共振器」と称することとする。
【００２６】
ここで、４枚の二重反射率ミラー（第１二重反射率ミラー１８−１、第２二重反射率ミラー１８−２、第３二重反射率ミラー１８−３および第４二重反射率ミラー１８−４）の反射条件について説明する。
【００２７】
第１の二重反射率ミラー１８−１は、周波数ω１の光に対して全反射（ここで、全反射とは、周波数ω１の光を所定の割合で反射することを意味するものである。）するとともに、周波数ω２の光に対して高反射（ここで、高反射とは、周波数ω２の光を所定の割合で透過することを意味するものである。）する反射鏡として構成される。
【００２８】
第２の二重反射率ミラー１８−２は、周波数ω２の光に対して全反射（ここで、全反射とは、周波数ω２の光を所定の割合で反射することを意味するものである。）するとともに、周波数ω１の光に対して高反射（ここで、高反射とは、周波数ω１の光を所定の割合で透過することを意味するものである。）する反射鏡として構成される。
【００２９】
第３の二重反射率ミラー１８−３は、周波数ω１の光に対して全反射（ここで、全反射とは、周波数ω１の光を所定の割合で反射することを意味するものである。）するとともに、周波数ω２の光に対しても全反射（ここで、全反射とは、周波数ω２の光を所定の割合で反射することを意味するものである。）する反射鏡として構成される。
【００３０】
そして、第４の二重反射率ミラー１８−４は、周波数ω１の光に対して全反射（ここで、全反射とは、周波数ω１の光を所定の割合で反射することを意味するものである。）するとともに、周波数ω２の光に対しても全反射（ここで、全反射とは、周波数ω２の光を所定の割合で反射することを意味するものである。）する反射鏡であり、かつ、周波数ω３の光に対して高透過率をもつ周波数ω３の光の取り出し鏡として構成されるものである。
【００３１】
上記した４枚の二重反射率ミラー（第１二重反射率ミラー１８−１、第２二重反射率ミラー１８−２、第３二重反射率ミラー１８−３および第４二重反射率ミラー１８−４）は、光学システム２０を介して共振器本体１８に入射された第１レーザー１２のレーザー光が、当該レーザー光を入射された第２二重反射率ミラー１８−２を透過して第３二重反射率ミラー１８−３に進行し、当該第３二重反射率ミラー１８−３から和周波数発生素子１８−５を通過して第４二重反射率ミラー１８−４に進行し、当該第４二重反射率ミラー１８−４から第１二重反射率ミラー１８−１に進行し、当該第１二重反射率ミラー１８−１から第２二重反射率ミラー１８−２に進行する光路となるようにするとともに、光学システム２２を介して共振器本体１８に入射された第２レーザー１４のレーザー光が、当該レーザー光を入射された第１二重反射率ミラー１８−１を透過して第２二重反射率ミラー１８−２に進行し、当該第２二重反射率ミラー１８−２から第３二重反射率ミラー１８−３に進行し、当該第３二重反射率ミラー１８−３から和周波数発生素子１８−５を通過して第４二重反射率ミラー１８−４に進行し、当該第４二重反射率ミラー１８−４から第１二重反射率ミラー１８−１に進行する光路となるように配置されている。
【００３２】
従って、第１二重反射率ミラー１８−１、第２二重反射率ミラー１８−２、第３二重反射率ミラー１８−３および第４二重反射率ミラー１８−４によって囲まれた領域におけるレーザー光の光路は、Ｘ字形状に交差することになる。
【００３３】
ここで、第４二重反射率ミラー１８−４へ進行したレーザー光のなかの周波数ω３のレーザー光は、所定の割合で透過して集光レンズ１８−６へ進行する。
【００３４】
また、第３二重反射率ミラー１８−３は、ピエゾ素子（ＰＺＴ）１８−８により、その配置位置が前後に移動可能とされている。従って、第３二重反射率ミラー１８−３を移動することにより、光増強型和周波発生用共振器たる共振器本体１８の光路長たる共振器長は、変化可能となされているものである。なお、上記した第３二重反射率ミラー１８−３の移動量は適宜に設定すればよく、また、微量ずつ移動可能とすることが好ましい。
【００３５】
また、和周波数発生素子１８−５は、第３二重反射率ミラー１８−３と第４二重反射率ミラー１８−４とを結ぶ光路上に配置されている。
【００３６】
この和周波数発生素子１８−５としては、例えば、非線形結晶を用いることができ、さらに詳細には、β−ＢａＢ２Ｏ４（ＢＢＯ）結晶などの１個の非線形結晶を用いることができる。
【００３７】
なお、和周波数発生素子１８−５は、結晶ホルダー３０の内部に収容された状態で、第３二重反射率ミラー１８−３と第４二重反射率ミラー１８−４とを結ぶ光路上に配設されている。結晶ホルダー３０は、例えば、銅により形成されており、外周側にはヒートシンク３２が取り付けられている。さらに、内部に和周波数発生素子１８−５を収容した結晶ホルダー３０は、ペルチェ素子３４の表面３４ａに配設されるようになされている（図２（ａ）参照）。
【００３８】
そして、ペルチェ素子３４には図２（ｂ）に示すようにリレー回路が接続されており、動作温度規定用固定抵抗を６チャンネル設け、２０℃、２５℃、３０℃、３５℃、４０℃、４５℃のいずれかが選択可能となされている。なお、急激な電流印加によるペルチェ素子のオーバーヒートを防ぐために、レギュレータ回路が設けられている。
【００３９】
こうしたリレー回路に接続されたペルチェ素子３４に電流を供給することにより、ペルチェ素子３４の表面３４ａの温度を所定の温度で安定的に維持することができる（図３参照）。従って、ペルチェ素子３４の表面３４ａに載置された結晶ホルダー３０に収容されているＢＢＯ結晶などの和周波数発生素子１８−５は、ペルチェ素子３４の表面３４ａの温度変化に伴い、その温度が変化自在となされている。
【００４０】
制御システム２４は、共振器本体１８を構成する第２二重反射率ミラー１８−２を透過したレーザー光を全反射する全反射ミラー２４−１と、全反射ミラー２４−１によって全反射されたレーザー光が入射するλ／４板２４−２と、λ／４板２４−２を透過したレーザー光が入射する偏光ビームスプリッター（ＰＢＳ）２４−３と、偏光ビームスプリッター２４−３によって分離された光を検出するフォトダイオード（ＰＤ）２４−４，２４−５と、フォトダイオード２４−４，２４−５の検出結果に応じた誤差信号に基づいて共振器本体１８を構成する第３二重反射率ミラー１８−３の配置位置を移動するピエゾ素子１８−８を駆動するサーボ機構（ｓｅｒｖｏ）２４−６とを有して構成されている。
【００４１】
また、制御システム２６は、共振器本体１８を構成する第１二重反射率ミラー１８−１を透過したレーザー光を全反射する全反射ミラー２６−１と、全反射ミラー２６−１によって全反射されたレーザー光が入射するλ／４板２６−２と、λ／４板２６−２を透過したレーザー光が入射する偏光ビームスプリッター（ＰＢＳ）２６−３と、偏光ビームスプリッター２６−３によって分離された光を検出するフォトダイオード（ＰＤ）２６−４，２６−５と、フォトダイオード２６−４，２６−５の検出結果に応じた誤差信号に基づいて第２レーザー１４の周波数を可変制御するサーボ機構（ｓｅｒｖｏ）２６−６とを有して構成されている。
【００４２】
以上の構成において、コヒーレント光源装置１０によりコヒーレント光を発生するには、まず、ペルチェ素子３４に電流を供給し、結晶ホルダー３０に収容されているＢＢＯ結晶などの和周波数発生素子１８−５の温度を所定の温度にする。
【００４３】
そして、第１レーザー１２から出射された周波数ω１のレーザー光を共振器システム１６内に導入し、光学システム２０の全反射ミラー２０−３，２０−４，２０−５により反射して光路を屈曲させて、光増強型和周波発生用共振器たる共振器本体１８の第２二重反射率ミラー１８−２へ入射する。
【００４４】
この際に、制御システム２４のサーボ機構２４−６によってピエゾ素子１８−８が駆動されることにより、第３二重反射率ミラー１８−３の配置位置が移動されて、第１レーザー１２から出射されたレーザー光の単一周波数の共振を保つようになされる。
【００４５】
つまり、和周波数発生素子１８−５が所定の温度であるときに、周波数ω１のレーザー光が共振器本体１８内で共振するように第３二重反射率ミラー１８−３の配置位置が移動されて、和周波数発生素子１８−５の温度に応じて光増強型和周波発生用共振器たる共振器本体１８の共振器長が可変制御されることになり、共振器本体１８の共振器長が自動的に変化し固定される。
【００４６】
こうして共振器長が固定された共振器本体１８に、第２レーザー１４から出射された周波数ω２のレーザー光を導入する。
【００４７】
この際に、制御システム２６のサーボ機構２６−６によって第２レーザー１４の周波数を可変制御して、周波数ω１のレーザー光の縦モードに対して、周波数ω２のレーザー光の縦モードを重ねるようにする。
【００４８】
そして、周波数ω１のレーザー光の共振を保ちつつ、周波数ω２のレーザー光の周波数を微調整して安定化することによって、光増強型和周波発生用共振器たる共振器本体１８において両周波数（周波数ω１および周波数ω２）を二重に共振させる。この二周波数を同時に共振させることにより、各々の周波数のレーザー光の光強度が同時に増大されて、共振器本体１８内の和周波数発生素子１８−５による和周波混合により周波数ω３のレーザー光が高効率に発生される。
【００４９】
ここで、リレー回路（図２（ｂ）参照）によりペルチェ素子３４に供給する電流を変化させることにより、結晶ホルダー３０に収容されているＢＢＯ結晶などの和周波数発生素子１８−５の温度を変化させる。
【００５０】
そうすると、和周波数発生素子１８−５たるＢＢＯ結晶などの屈折率が変わるので、第１レーザー１２から出射された周波数ω１のレーザー光に対する和周波数発生素子１８−５の屈折率が変化する。
【００５１】
こうした和周波数発生素子１８−５の温度の変化に伴って、第１レーザー１２から出射されたレーザー光の共振を維持するように、制御システム２４により第３二重反射率ミラー１８−３の配置位置が自動的に可変制御され、共振器本体１８の共振器長が自動的に変化して新たに固定される。つまり、周波数ω１のレーザー光に対する和周波数発生素子１８−５の屈折率が変化してしまい、実効的な光路長が変化したのを補償するようにして共振器本体１８の第３二重反射率ミラー１８−３が追随して微動され、第１レーザー１２から出射されたレーザー光の単一周波数の共振が保たれる。
【００５２】
そして、新たに固定された共振器長で、第２レーザー１４から出射された周波数ω２のレーザー光が共振するように、制御システム２６により第２レーザー１４の周波数が自動的に変化されるので、この変化した第２レーザー１４によって生成されるレーザー光の周波数だけ、和周波発生素子１８−５による和周波混合によって発生するコヒーレント光の周波数が変化する。こうして二周波数同時に共振したそれぞれの集光位置を重ね合わせて、新たな和周波が発生される。
【００５３】
より詳細には、図４には、和周波数発生素子１８−５としてＢＢＯ結晶を用いた場合の和周波発生に関する説明図が示されている。
【００５４】
ここで、和周波数発生素子１８−５たるＢＢＯ結晶長をＬとし、ＢＢＯ結晶に入射する２つの正常光（例えば、第１レーザー１２から出射されるレーザー光と第２レーザー１４から出射されるレーザー光）それぞれの周波数をω１、ω２とし、ＢＢＯ結晶から出射する異常光（例えば、共振器システム１６から出射されるコヒーレント光）の周波数をω３とすると、「結晶温度Ｔ＝Ｔ０」の場合には、次の式（１）となる。
【００５５】
【数１】
2004093845.tif 000003
ただし、
【数２】
2004093845.tif 000004
である。
【００５６】
ここで、結晶温度が△Ｔだけ上昇して「Ｔ＝Ｔ０＋△Ｔ」になると、屈折率ｎｏ１、ｎｏ２、ｎｅ３（θ）はそれぞれ、次の式（３）〜（５）に示すｎｏ１、ｎｏ２、ｎｅ３に変化する。
【００５７】
【数３】
2004093845.tif 000005
【数４】
2004093845.tif 000006
【数５】
2004093845.tif 000007
ところで、ω２の周波数を固定した場合には、次の式（６）となり、
【数６】
2004093845.tif 000008
「ω１＋ω２＝ω３」なので、
【数７】
2004093845.tif 000009
となり、「結晶温度Ｔ＝Ｔ０＋△Ｔ」に対して、次の式（８）となる。
【００５８】
【数８】
2004093845.tif 000010
そして、式（８）より、
【数９】
2004093845.tif 000011
「ｎｏ１＞＞△ｎｏ１」および「ｎｏ２＞＞△ｎｏ２」なので、
【数１０】
2004093845.tif 000012
それゆえ、次の式（１０）となる。
【００５９】
【数１１】
2004093845.tif 000013
ただし、
【数１２】
2004093845.tif 000014
である。
【００６０】
ここで、「θ＝４７．４６．．．」の場合には、
【数１３】
2004093845.tif 000015
をそれぞれ、上記した式（１０）に代入すると、
ｄω３／ｄＴ＝２π×２．２８×１０１１Ｈｚ／Ｋ
となる。
【００６１】
このように二周波数同時共振を考慮しない場合には、温度を変化させたときに周波数を細かく変化できないことが明らかである。
【００６２】
次に、二周波数同時共振を考慮に入れると、ＢＢＯ結晶の温度変化はω２の光周波数に対して共振しつづけるように、共振器長を変化させる。変化量（（ｎｏ２＋△ｎｏ２）ω２）はω３の周波数変化によって補償される。
【００６３】
【数１４】
2004093845.tif 000016
この式（１２）を上記した式（８）に代入すると、
【数１５】
2004093845.tif 000017
となる。ここで、「△ω１＝△ω３」だから、
【数１６】
2004093845.tif 000018
となる。他方、上記した式（１２）は、次の式（１５）にように展開される。
【００６４】
【数１７】
2004093845.tif 000019
ここで、「ｄ２ω３／ｄＴ２」を仮定すると、上記した式（１４）は以下のように展開される。
【００６５】
【数１８】
2004093845.tif 000020
それゆえ、次の式（１７）が得られる。
【００６６】
【数１９】
2004093845.tif 000021
この式（１７）に
【数２０】
2004093845.tif 000022
をそれぞれ代入すると、
ｄω３／ｄＴ＝２π（１．０５）×１０９（ＨｚＫ−１）
となる。
【００６７】
このように二周波数同時共振を考慮した場合には、温度を変化させたときに周波数を細かく変化できることが明らかであり、周波数の微調整が可能になる。
【００６８】
ここで、以下においては、具体的に、このコヒーレント光源装置１０から出射されたコヒーレント光をシリコンに照射して、シリコンの共鳴線（３ｓ２３ｐ２３Ｐ，Ｊ＝１　→　３ｓ２３ｐ４ｓ　３Ｐ０，Ｊ＝０）を利用することにより、シリコン原子ビームの運動方向を変化させたりするなどのシリコン原子ビームの運動制御や、シリコンの同位体の中から所望の同位体の運動方向を変化させて所望の同位体のみを選択するなどの同位体制御を行う場合に用いる例について説明する。
【００６９】
即ち、以下において説明する具体的な数値条件については、このコヒーレント光源装置１０から照射されるコヒーレント光の照射対象をシリコンとした場合に適したものである。
【００７０】
ここで、第１レーザー１２から出射されるレーザー光の波長をλ１とし、第２レーザー１４から出射されるレーザー光の波長をλ２とし、共振器システム１６から出射されたコヒーレント光の波長をλｘとすると、「１／λ１＋１／λ２＝１／λｘ」の関係が成立するように、第１レーザー１２から出射されるレーザー光の波長λ１を設定し、第２レーザー１４から出射されるレーザー光の波長λ２を設定する。なお、共振器システム１６から出射されたコヒーレント光の照射対象がシリコンである場合には、「λｘ＝２５２．４ｎｍ」とすることが必要となり、その場合には、例えば、「λ１＝３７３ｎｍ」であり、「λ２＝７８０ｎｍ」である。
【００７１】
なお、「λ１＝３７３ｎｍ」、「λ２＝７８０ｎｍ」、「λｘ＝２５２．４ｎｍ」である場合は、換言すれば、第１レーザー１２から出射されるレーザー光の周波数ω１は５．０５×１０１５［Ｈｚ］であり、第２レーザー１４から出射されるレーザー光の周波数ω２は２．４１×１０１５［Ｈｚ］であり、共振器システム１６から出射されたコヒーレント光の周波数ω３は７．４６×１０１５［Ｈｚ］となる。
【００７２】
そして、第１レーザー１２としては、波長λ１、単一縦モード（４．８ＭＨｚ＠０．２５ｓ）、単一横モード、応用に応じて高出力（例えば、出力は４５０ｍＷ、和周波発生にとって第１レーザー１２の出力が高いほどよい。）のものを用いる。ものである。
【００７３】
なお、周波数は、原子の吸収線や参照共振器を利用することにより安定化されているものとする。
【００７４】
ここで、共振器システム１６から出射されたコヒーレント光の波長λｘを２５２．４ｎｍとする場合には、上記したように、第１レーザー１２から出射されるレーザー光の波長λ１は３７３ｎｍに設定することができる。
【００７５】
そして、波長λ１を３７３ｎｍに設定する場合には、具体的には、出力が１．５Ｗであり、かつ、波長が７４６ｎｍのリング型チタン・サファイヤ・レーザーを用い、その第２高調波を第１レーザー１２から出射されるレーザー光として用いるようにすればよい。
【００７６】
第２レーザー１４としては、波長λ２、単一縦モード、周波数可変（２ＧＨｚ以上）、単一横モード、高出力（例えば、出力は１Ｗ）のものを用いる。
【００７７】
ここで、共振器システム１６から出射されたコヒーレント光の波長λｘを２５２．４ｎｍとし、かつ、波長λ１を３７３ｎｍに設定した場合には、上記したように、第２レーザー１４から出射されるレーザー光の波長λ２は７８０ｎｍに設定するものである。
【００７８】
そして、波長λ２を７８０ｎｍに設定する場合には、具体的には、出力が１．５Ｗのリング型チタン・サファイヤ・レーザーを用いるようにすればよい。
【００７９】
また、４枚の二重反射率ミラー（第１二重反射率ミラー１８−１、第２二重反射率ミラー１８−２、第３二重反射率ミラー１８−３および第４二重反射率ミラー１８−４）の反射条件はそれぞれ、　第１二重反射率ミラー１８−１は、２重に多層膜コーディングが施されていて、波長７８０ｎｍのレーザー光の２％を透過し、波長３７３ｎｍのレーザー光の０．０２％を透過し、波長７８０ｎｍのレーザー光の９８％を反射し、波長３７３ｎｍのレーザー光の９９．８％を反射するように設定されている。
【００８０】
また、第２二重反射率ミラー１８−２は、２重に多層膜コーディングが施されていて、波長３７３ｎｍのレーザー光の２％を透過し、波長７８０ｎｍのレーザー光の０．０２％を透過し、波長３７３ｎｍのレーザー光の９８％を反射し、波長７８０ｎｍのレーザー光の９９．８％を反射するように設定されている。
【００８１】
また、第３二重反射率ミラー１８−３は、波長３７３ｎｍならびに波長７８０ｎｍのレーザー光を透過せず、波長３７３ｎｍならびに波長７８０ｎｍのレーザー光の９９．９％を反射するように設定されている。
【００８２】
また、第４二重反射率ミラー１８−４は、３重に多層膜コーディングが施されていて、波長２５２ｎｍのレーザー光に対しては８４％透過するが、波長３７３ｎｍならびに波長７８０ｎｍのレーザー光に対しては９９．８％以上の反射率をもつ。
【００８３】
そして、コヒーレント光源装置１０において、和周波数発生素子１８−５としてＢＢＯ結晶を用いた場合には、上記したようにして和周波混合により波長２５２ｎｍのレーザー光を発生するものである。こうして発生した波長２５２ｎｍのレーザー光は単一周波数、広帯域波長可変（２ＧＨｚ程度）、連続波、単一横モード、高出力（１０ｍＷ以上）、長寿命、高安定なコヒーレント光である。
【００８４】
例えば、和周波数発生素子１８−５たるＢＢＯ結晶の温度が３０℃であるときに、周波数５．０５×１０１５［Ｈｚ］（＝ω１）のレーザー光が共振器本体１８内で共振するように、和周波数発生素子１８−５の温度に応じて光増強型和周波発生用共振器たる共振器本体１８の共振器長が制御されて自動的に変化し固定されると、入射角５°で共振器長は２８５ｍｍとなる。
【００８５】
そして、この２８５ｍｍの共振器長で、周波数５．０５×１０１５［Ｈｚ］（＝ω１）のレーザー光の共振を保ちつつ、周波数２．４１×１０１５［Ｈｚ］（＝ω２）のレーザー光の周波数を微調整して変化させて共振を維持することにより、安定的に両周波数を二重に共振させると、ＢＢＯ結晶による和周波混合により周波数７．４６×１０１５［Ｈｚ］（＝ω３）のコヒーレント光たるレーザー光が高効率に発生する。
【００８６】
こうした場合に、ＢＢＯ結晶の和周波混合により得られるコヒーレント光の周波数を１．８ＧＨｚ程度の可変することが可能であり、シリコンの自然幅２８．８ＭＨｚなども対応するものである。
【００８７】
上記したように、本発明によるコヒーレント光源装置１０においては、第１レーザー１２の周波数を変化させることなしに、また、和周波数発生素子１８−５自体を動かすことなしに、和周波数発生素子１８−５の温度を変化させるとともに第２レーザー１４の周波数を変化させることにより、和周波混合により得られるコヒーレント光の周波数を変化するようにしたため、簡単な構成で、しかも容易な制御で自動的かつ連続的に発生するコヒーレント光の周波数を変化させることができる。
【００８８】
しかも、コヒーレント光源装置１０によれば、電気光学素子や音響光学素子では不可能な範囲、例えば、１．８ＧＨｚ程度の微調整が可能になる。
【００８９】
なお、上記した実施の形態は、以下の（１）乃至（６）に示すように変形してもよい。
【００９０】
（１）上記した実施の形態においては、第１レーザー１２ならびに第２レーザー１４としてチタン・サファイヤ・レーザーを用いるようにしたが、これに限られるものではないことは勿論であり、第１レーザー１２ならびに第２レーザー１４としては、半導体レーザーやガスレーザーなどの各種のレーザーから適宜に選択したレーザーを用いるようにしてよい。
【００９１】
（２）上記した実施の形態においては、ペルチェ素子３４の表面３４ａに載置された結晶ホルダー３０に和周波数発生素子１８−５が収容されるようにしたが、これに限られるものではないことは勿論であり、和周波数発生素子１８−５の温度が変化自在となるようにして和周波数発生素子１８−５を共振器本体１８内に配設すればよく、例えば、ヒーターなどを配設して、一層効率的に和周波数発生素子１８−５の温度を変化させるようにしてもよい。
【００９２】
（３）上記した実施の形態においては、和周波数発生素子１８−５としてＢＢＯ結晶を用いるようにしたが、これに限られるものではないことは勿論であり、ＢＢＯ結晶の他にもＫＴＰ結晶など各種非線形結晶を用いるようにしてもよい。
【００９３】
（４）上記した実施の形態における第１レーザー１２と第２レーザー１４と共振器システム１６との構成に加えて、共振器システム１６から出射されたコヒーレント光の周波数を変調する周波数変調装置を当該共振器システム１６の後段に接続するようにしてもよい。
【００９４】
このようにすると、共振器システム１６から出射されたコヒーレント光の周波数を、当該周波数変調装置の許容範囲において変調することができるようになる。
【００９５】
また、こうした周波数変調装置には、共鳴線からの離調度を測定するために用いる放電励起されたシリコン原子の飽和吸収分光を測定するために、シリコン飽和吸収分光モニターを内蔵するようにしてもよい。
【００９６】
（５）上記した実施の形態における第１レーザー１２と第２レーザー１４と共振器システム１６との具体的な数値条件については、このコヒーレント光源装置１０から照射されるコヒーレント光の照射対象をシリコンとした場合に適したものであるが、シリコン以外の元素やポジトロニウムとして、例えば、ベリリウム（Ｂｅ）、ホウ素（Ｂ）、マグネシウム（Ｍｇ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、金（Ａｕ）および水銀（Ｈｇ）やポジトロニウムに照射するコヒーレント光を出射するコヒーレント光源装置として本発明によるコヒーレント光源装置を用いるには、「１／λ１＋１／λ２＝１／λｘ　（なお、λｘは、照射対象の元素の共鳴線の波長である。）」の条件が成立するなどように、照射対象の元素に対応するように数値条件を変更すればよい。
【００９７】
（６）上記した実施の形態ならびに上記した（１）乃至（５）に示す変形例は、適宜に組み合わせるようにしてもよい。
【００９８】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したように構成されているので、簡単な構成で、しかも容易な制御でコヒーレント光の周波数を変化させることができるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるコヒーレント光源装置の実施の形態の一例の概念構成説明図である。
【図２】（ａ）は、本発明によるコヒーレント光源装置の和周波数発生素子を中心に示した概略構成説明図であり、（ｂ）は、ペルチェ素子に接続されたリレー回路などを示す回路図である。
【図３】ペルチェ素子の表面の温度変化を示すグラフである。
【図４】和周波数発生素子としてＢＢＯ結晶を用いた場合の和周波発生に関する説明図である。
【図５】（ａ）（ｂ）和周波数発生素子たるＢＢＯ結晶の和周波混合によるコヒーレント光の発生に関する説明図である。
【符号の説明】
１０　　　　　コヒーレント光源装置
１２　　　　　第１レーザー
１４　　　　　第２レーザー
１６　　　　　共振器システム
１８　　　　　共振器本体
１８−１　　　第１二重反射率ミラー
１８−２　　　第２二重反射率ミラー
１８−３　　　第３二重反射率ミラー
１８−４　　　第４二重反射率ミラー
１８−５　　　和周波数発生素子
１８−６　　　集光レンズ
１８−７　　　全反射ミラー
１８−８　　　ピエゾ素子
２０，２２　　光学システム
２０−１　　　λ／２板
２０−２　　　モード整合用レンズ（ＭＬ）
２０−３，２０−４，２０−５　　　　　全反射ミラー
２２−１　　　アイソレータ（ＩＳＲ）
２２−２，２２−３　　　全反射ミラー
２２−４　　　λ／２板
２２−５　　　モード整合用レンズ（ＭＬ）
２４，２６　　制御システム
２４−１，２６−１　　　全反射ミラー
２４−２，２６−２　　　λ／４板
２４−３，２６−３　　　偏光ビームスプリッター（ＰＢＳ）
２４−４，２４−５，２６−４，２６−５　　　フォトダイオード（ＰＤ）
２４−６，２６−６　　　サーボ機構（ｓｅｒｖｏ）
３０　　　　　結晶ホルダー
３２　　　　　ヒートシンク
３４　　　　　ペルチェ素子
３４ａ　　　　表面
【図１】
2004093845.tif 000023
【図２】
2004093845.tif 000024
【図３】
2004093845.tif 000025
【図４】
2004093845.tif 000026
【図５】
2004093845.tif 000027