(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスレーザ干渉計での動作のために、レーザ管（１）を有するガスレーザの周波数を安定化させる方法であって、安定した動作での連続動作制御手順が、
・レーザ光を放射するようにレーザ管（１）を動作させる工程と、
・放射されたレーザ光の少なくとも１つの周波数成分の強度（Ｉｒ）を測定する工程（８，１３）と、
・測定された光の強度（Ｉｒ）がプリセットされたセットポイント値に制御されるように、レーザ管（１）の管温度（Ｔ２）を調整する工程と、
を有する方法において、
この方法のガスレーザの起動の間、つまり動作が安定する前の起動制御手順が、
・周囲温度（Ｔ０）とレーザ管（１）の管温度（Ｔ２）を測定する工程（５１）と、
セットポイント状態とは、測定された実際の周囲温度の関数であり、加熱又は冷却しない定常状態における測定された実際の周囲温度によって決まるレーザ管（１）の状態であるとして、
・測定された実際の周囲温度と管温度に応じた、測定された実際の管温度に対応する状態とセットポイント状態の間にガスレーザが通過すべき目標モード数を決定する工程（５２）及びガスレーザが通過した実際のモード数とガスレーザが通過すべき目標モード数が少なくとも接近するように、レーザ管（１）の管温度（Ｔ２）を調整する工程（５４，５５，５６）か、測定された実際の周囲温度と管温度に応じた、セットポイント状態でのレーザ管（１）の目標管温度を決定する工程（５２）及びレーザ管（１）の測定された実際の管温度が少なくともセットポイント状態でのレーザ管（１）の目標管温度に接近するように、レーザ管（１）の管温度（Ｔ２）を調整する工程（５４，５５，５６）か、或いは前記の全ての工程と、
・連続動作制御に切り替える工程（５６）と、
から成る方法。
【請求項２】
当該のガスレーザが通過すべき目標モード数を決定する工程（５２）が、
・測定された実際の周囲温度に応じて、プリセットされた関数から、このガスレーザが通過すべき目標モード数を決定する工程と、
・測定された実際の管温度と周囲温度の間の差が、プリセットされた閾値を超えた場合、この差に応じて、このガスレーザが通過すべき目標モード数を修正する工程と、
から成る請求項１に記載の方法。
【請求項３】
当該の起動制御手順が、
・周囲温度（Ｔ０）とレーザ管（１）の管温度（Ｔ２）を測定する工程（５１）と、
・加熱している間のガスレーザが通過すべき目標モード数に関する第１の制御値（ｄ１）と加熱を弱めるか、或いは冷却している間のガスレーザが通過すべき目標モード数に関する第２の制御値（ｄ２）とを実験又はモデル計算によって決定する工程（５２）と、
・レーザ管（１）の動作及び加熱を開始する工程（５３）と、
・測定された光の強度（Ｉｒ）の極大値及び極小値の数から、ガスレーザが通過した実際のモード数を計数する工程（５４）と、
・計数したガスレーザが通過した実際のモード数が第１の制御値（ｄ１）を上回った場合、加熱を弱めるか、或いは冷却を開始する工程（５５）と、
・計数したガスレーザが通過した実際のモード数が第２の制御値（ｄ２）を上回った場合、連続動作制御に切り替える工程（５６）と、
から成る請求項１に記載の方法。
【請求項４】
・連続動作制御の間に加熱電力及び冷却電力を監視する工程（５７）と、
・プリセットされた期間の加熱電力又は冷却電力が、プリセットされた閾値（５８）を超えた場合、測定した実際の管温度に応じて起動制御手順を繰り返す工程と、
を更に有する請求項１に記載の方法。
【請求項５】
・ガスレーザが通過する第１の実際のモード数の間に、プリセットされた最大加熱電力でレーザ管（１）を加熱する工程（５５）と、
・ガスレーザが通過する第２の実際のモード数の間に、プリセットされた低減した加熱電力でレーザ管（１）を加熱する工程（５６）又はプリセットされた冷却電力でレーザ管（１）を冷却する工程と、
を有する請求項１〜４のいずれか一つに記載の方法。
【請求項６】
当該の周囲温度（Ｔ０）が、周りに配置され且つレーザ管（１）に対して固定されたハウジング（２）の外側の温度である請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
レーザ光を放射するレーザ管（１）と、
レーザ管（１）を収容するハウジング（２）と、
ハウジング（２）の加熱及び冷却部品（４，５）と、
レーザ管（１）の管温度（Ｔ２）を測定する管温度センサ（１４）と、
放射されたレーザ光の少なくとも１つの周波数成分の強度（Ｉｒ）を測定する検出器（８）と、
安定した動作状態で連続動作制御を実施するように構成され、この連続動作制御によって、レーザ管（１）の管温度（Ｔ２）を調整して、測定された光の強度をプリセットされたセットポイント値に制御する制御システム（７）と、
を有する、ガスレーザ干渉計で使用するための周波数安定化ガスレーザにおいて、
このガスレーザが、
ハウジング（２）の外側の周囲温度（Ｔ０）を検出する周囲温度センサ（１６）と、
この周囲温度センサ（１６）によって測定された周囲温度（Ｔ０）に応じてセットポイント状態を決定するセットポイント生成装置（１７）と、
を更に有し、この場合、セットポイント状態とは、加熱又は冷却しない定常状態における測定された実際の周囲温度によって決まるレーザ管（１）の状態であることと、
この制御システム（７）が、ガスレーザの起動の間、つまり動作が安定する前の動作状態で起動制御を実施するように構成され、この起動制御によって、レーザ管（１）の状態が、少なくともほぼこのセットポイント状態に制御され、その結果、連続動作制御に切り替えられ、そのために、
セットポイント生成装置（１７）が、測定された実際の周囲温度と管温度に応じた、測定された実際の管温度に対応する状態とセットポイント状態の間にガスレーザが通過すべき目標モード数を決定するように構成されるとともに、制御システム（７）が、ガスレーザの起動の間にレーザ管（１）の管温度（Ｔ２）を調整して、その結果、ガスレーザが通過した実際のモード数が、少なくともほぼガスレーザが通過すべき目標モード数となるように構成されているか、
セットポイント生成装置（１７）が、測定された実際の周囲温度と管温度に応じた、セットポイント状態でのレーザ管（１）の目標管温度を決定するように構成され、制御システム（７）が、ガスレーザの起動の間にレーザ管（１）の管温度（Ｔ２）を調整して、その結果、レーザ管（１）の測定された実際の管温度が、少なくともほぼセットポイント状態でのレーザ管（１）の目標管温度となるように構成されているか、或いはその両方の形態で構成されていることと、
を特徴とする周波数安定化ガスレーザ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスレーザの周波数安定化の分野、特に周波数安定化ガスレーザ及びガスレーザの周波数安定化の方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザ光による干渉式測定に対しては、レーザ光の波長及び周波数をそれぞれ可能な限り一定に維持する必要がある。この目的に対して利用される周波数安定化は、例えば米国特許第5,617,440 号明細書から公知である。この明細書では、干渉式測定用のガス放電レーザのシリンダ状のレーザ管を加熱・冷却する装置が記されている：レーザ管の温度が、ペルチェ要素によって一定温度に維持される。その結果、管の端部のミラー間の距離も一定に維持される。この目的に利用される制御方法が、"Frequency Stabilization of Internal-Mirror Helium-Neon Lasers", R. Balhorn, H. Kunzmann, F. Lebowsky, Applied Optics Vol. 11, No. 4, April 1972にもさらに記されている。
【特許文献１】米国特許第5,617,440 号明細書
【非特許文献１】"Frequency Stabilization of Internal-Mirror Helium-Neon Lasers", R. Balhorn, H. Kunzmann, F. Lebowsky, Applied Optics Vol. 11, No. 4, April 1972
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の課題は、レーザの全エネルギー消費を低減する周波数安定化ガスレーザ及び上述した種類のガスレーザの周波数を安定化する方法に関する。さらに本発明の課題は、レーザの始動時間を短縮することにある。さらに本発明の課題は、レーザ及びその支援に関する熱負荷を最小限にすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
この課題は、本発明による周波数安定化ガスレーザ及びガスレーザの周波数を安定化する方法によって解決される。
【０００５】
レーザ管を有するガスレーザの周波数を安定化する方法、特に定常操作の間にレーザ干渉計で操作する方法は、以下のステップによる連続した操作制御から成る：
・レーザ光を放射するためにガスレーザを操作し；
・放射したレーザ光のうちの少なくとも１つの成分の強度を測定し；
・レーザ管の管温度を調整する。その結果、測定された強度が、プリセットされたセットポイント値に制御される；
この場合、ガスレーザの起動の間、つまり定常操作前の方法が、以下のステップによる起動制御手続きから成る：
・周囲温度を測定し；
・レーザ管の条件を少なくともほぼセットポイント状態に制御し、この場合、このセットポイント状態は、追加の加熱又は冷却なしの定常状態の周囲温度でのレーザ管の温度に相当する。
・連続操作制御に切り替える。
【０００６】
したがって、特別な加熱又は冷却なしにガスレーザの連続操作から長期間後に得られる条件にできるだけ一致するように、セットポイント状態が選択される。この条件では、レーザ管は、レーザの電力消費だけによって加熱される。周囲温度に応じて平衡状態に達する。この平衡状態では、レーザ管の温度が、周囲温度よりも幾分高い。ガスレーザの連続動作でこの条件をセットポイント状態として選択することによって、非常に僅かなエネルギーが、管の温度を一定に維持するために要求される。
【０００７】
このことは、管の温度がプリセットされた値に一定に維持される場合の公知の制御手続き及びシステムとは相違する。一般にこの温度は、周囲温度よりかなり高い。その結果、管は、連続して加熱する必要がある。レーザ及びそのキャリア上の熱負荷の変化にしたがって、必要な加熱電力はこれに応じて大きい。
【０００８】
本出願の文脈では、用語「周囲温度」は、測定器具の外部、つまり周りに配置されレーザ管に固定されたハウジング部の外側の温度を示す。一般に周囲温度は、装置が操作される部屋内の温度である。
【０００９】
システムの最終温度が既知であるので、この制御システムでは、従来の技術にしたがってこの温度に不規則に上昇する場合よりも、かなり速くこの温度に意図的に上昇する。
【００１０】
始動制御手続きは、好ましくは以下のステップから成る：
・周囲温度を測定し；
・レーザ管の管温度を測定し；
・周囲温度及び管温度にしたがって作動制御変数を決定し；
・作動制御変数が少なくともほぼ零に制御されるように、ガスレーザの温度を調整し；
・連続操作制御に切り替える。
【００１１】
したがって、制御偏差及び差動値が十分に小さいか、又は、プリセットされた長さの時間窓内の作動制御変数の変化がプリセットされた限界未満になるまで、作動制御変数を安定化するためのガスレーザの温度の調整が繰り返される。
【００１２】
本発明の方法の第１の好適な実施の形態では、作動制御変数はガスレーザのモードの数である。この実施の形態は、温度変化時の放射されるレーザ光によって幾つかの振動モードが通過するレーザ管の長さの変化を検出すること、及び、通過するモードの所定の数に相当する、通電する管の温度とセットポイント状態での温度との間の温度変化を検出することに基づく。したがってレーザ管をセットポイント状態にするため、レーザ管が加熱され、加熱中に通過するモードがカウントされる。レーザ管及びそのハウジングが、熱配分の特定の妨害を招くので、通過するモードの完全な数に達する前に、加熱出力が低減されるか又は加熱が完全に停止される。
【００１３】
好ましくは、最大電力による加熱が、通過するモードの第１の数の後に停止され、そしてモードの第２の数の間に、加熱が低減された加熱電力で実施されるか、又は、冷却が、全電力又は低減された電力で実施される。その結果、熱伝導状態の管及びこの管に連結された要素の全体が、セットポイント状態に相当する目標温度に最適な時間で達する。両加熱及び冷却を可能にするため、ペルチェ要素がこの目的のために利用される。
【００１４】
温度変化を最適にする時間に対するモードの第１の数及び第２の数は、実験的に及び／又はシステム内の熱配分のモデル計算によって決定することができる。本発明の簡単で好適な実施の形態では、通過するモードの総数が実験的に決定される。この場合、システムの全体が、最初に特定の周囲温度にされる。つまりレーザ管及びそのハウジングの温度が、周囲温度に等しい。その結果レーザは、レーザ管の温度が一定の値で安定化されるまで冷却又は追加の加熱なしに操作される。この安定化には、例えば20〜30分かかる。通過するモードの数が、加熱の間にカウントされる。これによって、この周囲温度に対して通過するモードの数が既知になり、レーザ管の目標温度に等しい。１本の管に対して、１℃の変化で幾つのモードが通過するかが既知になりかつ測定可能である。この温度係数Ｆは、一般に１℃当たり２〜３に達する。
【００１５】
与えられた加熱，低減した電力による加熱又は冷却に対して、モードの第１の数及び第２の数が、経験的に一定の比に基づいて又はシミュレーションによって又は実験によって確定される。この種類の一定の比の例は、例えば（この場合、結果はそれぞれ整数値に丸められる）：
１．モードの数の95％が（特に最大電力の）加熱に対し、
２．５％が低減された電力による加熱又は冷却に対する。
【００１６】
ステップ２の後に又は既にステップ１の後に、制御装置が、連続操作制御に相当するモード制御に切り替わる。その結果、光学上の光出力中の残りの制御誤差が、加熱及び／又は冷却によって平均化され、その結果できるだけ一定に維持される。
【００１７】
本発明の好適な実施の形態では、通過するモードの総数及び第１の数及び／又は第２の数が、管の温度の測定に基づいて適応される。これによって、操作の中断を伴う部分的な加熱条件が考慮することができる。つまり、始動制御の開始時の管の温度と周囲温度との間の差が、プリセットされた閾値を超えた時に、通過するモードの数が、この差にしたがって低減される。このことは、例えば以下の方法で実施される：１本の管に対して、幾つのモードが１℃の温度変化時に通過するかが、既知になるか又は測定可能である。この温度係数Ｆは、一般に１℃当たり２〜３に達する。したがって、管の温度と周囲温度との間の差が、ｄＴに達した時に、好ましくは通過するモードの総数が、ｄＴ・Ｆによって低減される（整数値に丸められる）。
【００１８】
２つの変数である周囲温度及び管の温度に対する通過するモードの数の依存性が、関数的に同等に示され再現することができる。したがって例えば、２次元表（アレイ），多項式近似又はこれらの組み合わせを利用することが可能である。より高精度な制御システムでは、オーブンの温度をさらに考慮することが可能である。
【００１９】
本発明の方法の第２の実施の形態では、作動制御変数が、温度の差であり、セットポイント状態での測定された管の温度とレーザ管の温度との間の差に等しい。セットポイント状態でのレーザ管の温度は、例えば上述したように実験的に確定される。管の温度が、管の温度の測定に基づいて、及び選択的にオーブンの温度の測定に基づいてセットポイント値に制御される。セットポイント値の近くに達した直後に、又は、セットポイント値が、プリセットされた期間にもう変化しない時に、制御装置が、連続操作制御に相当するモード制御に切り替えられる。
【００２０】
本発明の好適な実施の形態では、定常状態にある装置が実際に最小限だけで加熱又は冷却されたのかが、操作の間に監視される。モデルの偏差に基づいて又は特により長い操作の場合に、周囲温度の変化に基づいて、連続した冷却又は加熱が可能である。次いでスイッチがオンにされたか、定常状態にあるモード制御が操作されたか、ペルチェが通電したか、及び、ペルチェ要素の冷却又は加熱プリセットされた閾値を超えたかが検査される。このことが起きた場合、制御システムの再調整を実施してもよいかが、ユーザに問い合わされる。再調整の間に干渉計によって測定を実施することは不可能であるので、このことは必要である。再調整が可能である場合、通過するモードの数が、例えば上述したように管の温度を考慮して決定される。
【００２１】
したがって、特にレーザ干渉計で利用するための周波数安定化ガスレーザは以下から構成される：
・レーザ光を放射するレーザ管，
・放射されたレーザ光のうちの少なくとも１つの成分の強度を測定する検出器
・第１操作条件で連続操作制御として実施される制御システム，レーザ管の管の温度を調整するこの連続操作制御の場合、測定される強度が、プリセットされたセットポイント値に制御される。
・周囲温度センサ，及び
・セットポイント状態を決定するセットポイント生成装置，この場合、定常状態で測定された周囲温度にあるレーザ管の温度のセットポイント状態が、さらなる加熱又は冷却なしのレーザ管の温度に相当する。
・この場合、第２操作条件にある制御システムが、始動制御システムとして提供されている。この始動制御システムの場合、レーザ管の状態が、少なくともほぼこのセットポイントの状態に制御され、その結果連続制御システムに切り替えられる。
【００２２】
再スタート用のガスレーザが、さらに管温度センサを有する。このガスレーザの場合、管が、例えば操作の短い中断後に周囲温度に冷却されない。この場合、セットポイント生成装置が、周囲温度及び管の温度にしたがって作動制御変数を決定するために構成されている。ガスレーザの温度を調整する第２操作状態にある制御システムは、作動制御変数が零の近くに制御されるように構成されている。
【００２３】
その他の好適な実施の形態は、従属請求項に記載されている。この場合、一般的に、方法の請求項の特徴は、装置の請求項に結合することができ、装置の請求項の特徴は、方法の請求項に結合できる。
【００２４】
以下に、本発明の課題を図面に記載の実施の形態の好適な例に基づいて詳しく説明する。
【００２５】
図面中で使用される参照符号及びそれらの意味は、参照符号のリストにまとめて記載されている。基本的に、図中では、同じ参照符号が、同じ部分に対して使用される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
図１は、本発明の周波数安定化用の制御システムを有するガスレーザの構造を示す。レーザ管１、例えばＨｅＮｅレーザは、オーブンとも呼ばれる金属管又は金属ハウジング２内に収容されている。レーザ管１と金属ハウジング２との間の空間が、熱伝導ペースト３によって充填されている。金属ハウジング２を加熱又は冷却するペルチェ要素４が、金属ハウジング２上に付着されている。このペルチェ要素４は、制御装置７にしたがう出力増幅器６によって操作される。ペルチェ要素４によって伝えられた熱を放射及び吸収するため、これらのペルチェ要素４は、ペルチェ冷却要素５を有する。レーザ管１は、後ミラー１２及び前ミラー１１を有する。この場合、放射した大部分のレーザ光が、前ミラー１１を通じてレーザ管１から放出する。
【００２７】
周波数及び波長を安定化するため、偏光スプリッタ９が、この放射光のビーム路内に配置されている。この偏光スプリッタ９は、光Ｉout を偏光の第１方向に送り、光Ｉr をこの第１方向に対して直角な偏光の第２方向に偏向させ、この光Ｉr を検出ダイオード８に導く。送られた光Ｉout からの一部、例えば10％が、随意のビームスプリッタ１０中で分離され、第２検出ダイオード１３に導かれる。したがって、放射レーザ光の絶対値の測定が、第２検出ダイオード１３によって可能である。本発明の別の実施の形態では、検出ダイオード８及び／又は第２検出ダイオード１３が、レーザ管１の他方の側に配置され、後ミラー１２を通じて放射される光を検出する。
【００２８】
制御システム７は、管温度センサ１４，随意のオーブン温度センサ１５及び周囲温度センサ１６によって温度を検出するために設計されている。
【００２９】
制御システム７は、レーザの周波数を安定化するために設計されている。この目的のため、制御システム７は、２つの操作モードから成る：
・第１操作モードは、最初に説明した特許文献１による連続操作制御処理又はモード制御処理から成る。この処理では、ペルチェ要素４によるレーザ管１の加熱及び冷却が、検出ダイオード８によって測定される強度にしたがって制御される。
・第２操作モードは、開始制御処理から成る。この処理では、レーザ管１，金属ハウジング２，熱伝導ペースト３及びペルチェ要素４から成るシステムの加熱が、周囲温度センサ１６，管温度センサ１４及び可能ならばオーブン温度センサ１５の温度にしたがって制御又は閉ループ制御される。この処理では、加熱が、検出ダイオード８によって測定された強度及びこの検出ダイオード８に起因したモードにしたがって制御又は閉ループ制御される。
【００３０】
以下に、第１操作モードを完全にする目的のため簡単に説明する。図２は、モード制御による波長安定化原理の例に関する増幅曲線２１を示す。この増幅曲線は、レーザによって放射された光の強度Ｉをレーザの波長λの関数で示す。増幅曲線２１の重心は、利用されるレーザの共振周波数にある。レーザ管１の長さ及びミラー間の距離に応じて、線形に偏光された発振モード２２，２３が生成される。２つの隣り合う発振モードがそれぞれ、互いに直角に発振する。このことは、図２中では発振モード２２，２３の上の二重矢印によって示されている。隣り合った発振モード２２，２３の周波数及び波長は、固定周波数値又は波長値Δλによって互いに異なる。この固定周波数値又は波長値Δλ自体が、レーザ管１の長さの関数である。個々のモード２２，２３の振幅が、振幅曲線２１によって与えられる。図２中には、このことは、比較的短いレーザ管１の例によって示されている。この例の場合には、２つのモード２２，２３だけが、レーザの振幅曲線の下で生じる。両縦モード２２，２３は、僅かに異なる波長を有する。これらの波長のうちの１つの波長だけが、干渉式測定に利用される。これらの２つのモード２２，２３の光が、レーザ管１の出口及び外側の偏光するビームスプリッタ９によって分離される。90°偏向されたビームの一部の強度Ｉr が、測定され、Ａ／Ｄ変換され、ペルチェ要素４の制御電流を制御するために制御システム７によって利用される。制御システム７は、分離された光の強度Ｉr がセットポイント値で一定に維持されるように構成されている。レーザ管１の長さが、この維持中にハウジング２の操作温度によって制御される。モード２２，２３が、レーザ管１の長さによってレーザの増幅曲線の下に移動する。例えば、分離された光の一部Ｉr の強度が、利用される光の一部Ｉout の強度より僅かに低いように、セットポイント値が選択される。例えば、分離された光の一部Ｉr は、利用される光の一部Ｉout の１／５〜１／２に相当する値に制御される。セットポイント値は、プリセットされる。分離された光の一部が、このセットポイント値に制御される。これによって、増幅曲線に対する分離モード２２の位置が安定化される。したがって、利用される光の一部のモード２３の位置も間接的に安定化される。
【００３１】
振幅曲線２１が老化のために低下する場合を考慮した場合、利用される光の一部Ｉout の強度をビームスプリッタ１０及び第２検出ダイオード１３によって測定することも可能である。この強度Ｉout の低下は、増幅曲線２１が最初よりも低い位置にあることを示す。その結果、分離された光の一部Ｉr をセットポイント値にしたがって一定の強度に制御する時に、波長が非常に高精度に調整される。全ての光部分を最初の波長に再び到達させるため、セットポイント値がこれに応じて下げられる。
【００３２】
温度が上昇する場合、各モードが、右に移動し、その強度が最初に増加し、そして再び減少する。連続するモードが、互いに直角に偏光されるので、利用される光の信号Ｉout の強度が変化し、減衰された光の部分Ｉr の強度が、信号Ｉout に対して位相反転に（すなわち、180 °の位相差で）変化する。したがって、通過する極限値、すなわち分離した光の一部Ｉr の最大値及び最小値の数は、通過するモードの数に等しい。この場合、偏光の１方向だけのモードの数をカウントするのか又は偏光の両方向のモードの数をカウントするのかは、取り決め事項である−偏光の両方向のモードの数は、偏光の１方向だけのモードの数の常に２倍である。
【００３３】
したがって周期的に変化する信号の場合、通過するモードの数をカウントする装置が、極限値の数を決定する。実際の理由から、プリセットされた絶対閾値を超え及び／又は逆符号を有する最後の極限値に対する差から成る極限値だけが優先してカウントされる。
【００３４】
本発明によれば、周囲温度Ｔ０が、開始の間に周囲温度センサ１６によって測定される。本発明の第１の好適な実施の形態では、周囲温度Ｔ０に属する通過するモードの総数が、セットポイント生成装置１７によって周囲温度Ｔ０から、表から又は多項式近似にしたがって決定される。管温度Ｔ２が、周囲温度Ｔ０にほぼ等しい場合、この総数は変更されない。
【００３５】
管の温度が、制御の開始で周囲温度Ｔ０より高い場合、直前の段階後のレーザ管１が、周囲温度Ｔ０にまだ冷却されていない。したがって、通過するモードの総数が、管温度Ｔ２と周囲温度Ｔ０との間の差にしたがって低減される。
【００３６】
ペルチェ要素４による金属ハウジング２の加熱が、できるだけ高い加熱出力によって操作される。後続する熱が、システムのその他の部分にわたって再び分散するので、オーブンつまり金属ハウジング２が、この操作中に短期間に過熱されることが可能である。通過するモードが、レーザ管１の加熱の間にカウントされる。通過するモードの数が、例えば通過するモードの総数の１つ、２つ又は３つ下にあるプリセットされた数に達すると、加熱が低減されるか又は完全に停止される。ペルチェ要素４の極を変更すること、及び金属ハウジング２に対する最大冷却出力又は低減された冷却出力でペルチェ要素４を操作することも原理上は可能である。２番目のモードを通過した後に、制御システムが、上述したモード制御に切り替えられる。優先して、加熱出力が、最後の１つのモード又は２つのモードの間にほぼ１／４に低減される。次いでモード制御処理が、シングル・モード内で安定化可能である。
【００３７】
プリセットされた時間周期後に、又は、温度が、プリセットされた期間にプリセットされた範囲から外れない場合、最後に切り替えを実行することも可能である。
【００３８】
この場合、管１は、その電力消費に基づいて支配する周囲温度の条件に近い条件にある。したがって、モードの制御に必要な加熱又は冷却が最小である。
【００３９】
開始モードでは、通過するモードの数にしたがって切り替える代わりに、制御システムをＰＩＤ制御装置として又は状態制御装置として又はモデルに基づく制御装置として構成することが可能である。一方では通過するモードの総数が、できるだけ迅速に通過し、他方ではこの総数に達した後に、温度ができるだけ一定に維持されるように、この制御装置が、加熱及び冷却を制御する。
【００４０】
図３及び４は、周波数を安定化する方法を実施する間の温度の軌跡の例及び光の強度を示す。この方法では、最上の軌跡３１が、金属ハウジング２の温度Ｔ１を示す。中央の軌跡３２が、検出ダイオード８によって検出された分離された光の強度Ｉr を示す。下の軌跡３３が、ペルチェ要素４の出力消費Ｐを示す。この場合、正の値は、金属ハウジング２の加熱に対応する。負の値は、金属ハウジング２の冷却に対応する。横座標上の数値が、測定点の数に相当する。この場合、図３中では、150 測定ポイントが、75秒に相当する。図４中では、 300測定ポイントが、 150秒の期間に相当する。
【００４１】
図３中には、どのようにしてペルチェ要素４が、11個のモード後にほぼ 100番目の測定点で開始制御から連続操作制御に切り替わるかを示す。温度的に過熱された金属ハウジング２のオーブン温度Ｔ１が、その後に低下して30℃より少し下の最終温度に不規則に近づく。管の温度Ｔ２は示されていない。しかしながら、状態が既に測定点２２０でほぼ安定していることが、強度の測定値Ｉr 及び電力出力Ｐの値から明らかである。
【００４２】
図４は、どのようにして加熱電力が、モード２８後に、約 230番目の測定点で１つのモードの間で低下するかを示す。その結果、連続制御への切り替えが実施される。ここでは、制御が約 400番目の測定点後に安定している。しかしながらこの測定点では、−１つだけの周期の間の−加熱電力の低下はまだ不十分である。その結果、連続操作モードへの切り替えが、さらに３モード続く。しかしこのことは、安定状態にあるペルチェ電力にさほど影響しない。
【００４３】
本発明の第２の好適な実施の形態では、セットポイント生成装置１７が、周囲温度に基づいて及び表検索又は多項式近似によって管の温度に対するセットポイント温度を決定する。その結果、管の温度が、制御システム７によってセットポイント温度に制御される。この場合、測定された管の温度及び選択的に測定されたオーブンの温度が、実際値及び測定値として制御に利用される。好ましい時間最適制御に対しては、ＰＩＤ制御システム，状態制御，モデルベース制御システム等を利用することが可能である。
【００４４】
図５は、周波数を安定化する方法のフローチャートを示：スタート５０に後続する第１ステップ５１「−＞Ｔ０，Ｔ２」で、周囲温度Ｔ０，選択的に管の温度Ｔ２及び可能ならばオーブンの温度Ｔ１が測定される。次のステップ５２「−＞ｄ１，ｄ２」では、作動制御変数が、この温度から計算される。ここでは、作動制御変数は、加熱が実施される間のモードの数に関する第１の値ｄ１及び低下した加熱及び冷却が実施される間のモードの数に関する第２の値ｄ２である。後続するステップ５３「pwr on」では、レーザ管１及びペルチェ要素４が操作又は開始される、つまりエネルギーが供給される。
【００４５】
次の４番目のステップ５４「cnt on」では、モードカウンタが、開始して加熱の間に通過するモードをカウントする。５番目のステップ５５「cnt=d1」では、通過するモードの数が第１の値ｄ１を超えた時を、比較器が検出し、この場合に加熱出力を低減するか又は冷却を起動する。次の６番目のステップ５６「cn=d2 」では、通過するモードの数が第２の値ｄ２を超えた時を、比較器が検出し、この場合にモード制御又は連続操作制御に切り替える。
【００４６】
システムが遮断されない場合、後続する７番目のステップ５７「pwrchk」で、ペルチェ要素４の出力がプリセットされた閾値を超えたかどうかが繰り返し検査される。この閾値を超えた場合、周囲温度が変化したか、又は、周囲温度での定常操作条件が、もはやｄ１及びｄ２を最初に決定した時のものではない。できるだけエネルギーを節約して操作するため、後続する分岐５８「adapt?」で、手動で提起可能な適応に関してユーザに提案し、ユーザの入力が検査される。そのユーザが適応に同意した場合、後続する９番目のステップ５９「−＞ｄ１，ｄ２」で、ｄ１及びｄ２に対する値が再計算される。次いで操作が、新しい値のｄ１及びｄ２によって４番目のステップ５４で継続する。ステップ５４〜５６による更新した調整の間は、干渉式測定が実施できない。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の周波数安定化用の制御システムを有するガスレーザの構造を示す。
【図２】波長安定化原理の例に関する増幅曲線を示す。
【図３】周波数を安定化する方法を実施する間の温度及び光の強度の変化の例を示す。
【図４】周波数を安定化する方法を実施する間の温度及び光の強度の変化の例を示す。
【図５】方法のフローチャートを示す。
【符号の説明】
【００４８】
１    レーザ管
２    金属ハウジング
３    熱伝導ペースト
４    ペルチェ要素
５    ペルチェ冷却要素
６    出力増幅器
７    制御システム
８    検出ダイオード
９    偏光スプリッタ
１０  ビームスプリッタ
１１  前ミラー
１２  後ミラー
１３  第２検出ダイオード
１４  管温度センサ
１５  オーブン温度センサ
１６  周囲温度センサ
１７  セットポイント生成装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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