(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザー光を出力するレーザー光源と、
第一の共振器及び当該共振器よりも後段に配置される第二の共振器を含む複数の共振器と、
上記レーザー光源と上記第一の共振器との間の光路上に配置された異なる周波数の変調信号が印加される一又は複数の位相変調器及び当該位相変調器に印加する変調信号を生成する信号発生部と、
上記第一の共振器中に配置された非線形光学素子と、各共振器の光路長をそれぞれ変化させるための光路長可変手段と、
上記レーザー光源と共振器との間及び２つの共振器の間に配置されて両者を結合させるための光学系と、
各共振器からの光をそれぞれ受光する光検出器と、
上記光検出器によって得られる検出信号及び上記変調信号から誤差信号を得て、当該誤差信号を用いたＦＭサイドバンド法に従って上記光路長可変手段を制御するために負帰還の構成を有する制御回路とを備え、
上記レーザー光源から出力されたレーザー光が上記位相変調器に入射されて位相変調を与えられてから上記第一の共振器に入射されるとともに、上記非線形光学素子により発生される光が上記位相変調器を介することなく上記第二の共振器に入射されること、
そして、上記第一及び第二の共振器からの光が上記光検出器によってそれぞれ検出されるとともに、上記誤差信号に基いて共振器毎に光路長が制御されることで、これら複数の共振器が同時に共振状態に保たれることを特徴とするレーザー光発生装置。
【請求項２】
請求項１に記載したレーザー光発生装置において、
第一の共振器内に配置される非線形光学素子によって波長変換が行われることを特徴とするレーザー光発生装置。
【請求項３】
請求項１に記載したレーザー光発生装置において、
第一の共振器内に配置される非線形光学素子によって波長変換が行われることを特徴とするレーザー光発生装置。
【請求項４】
請求項２に記載したレーザー光発生装置において、
レーザー光源により出力される第一の波長のレーザー光に対して、非線形光学素子によって波長変換された第二の波長のレーザー光が第二の共振器に入射されるとともに、
第一の波長のレーザー光について第一の共振器が共振状態に保たれ、かつ、第二の波長のレーザー光について第二の共振器が共振状態に保たれるようにしたことを特徴とするレーザー光発生装置。
【請求項５】
請求項３に記載したレーザー光発生装置において、
レーザー光源により出力される第一の波長のレーザー光に対して、非線形光学素子によって波長変換された第二の波長のレーザー光が第二の共振器に入射されるとともに、
第一の波長のレーザー光について第一の共振器が共振状態に保たれ、かつ、第二の波長のレーザー光について第二の共振器が共振状態に保たれるようにしたことを特徴とするレーザー光発生装置。
【請求項６】
請求項１に記載したレーザー光発生装置において、
第一の共振器について共振状態を保持するために用いる誤差信号を生成するのに必要な発振信号に係る第一の周波数成分及び第二の共振器について共振状態を保持するために用いる誤差信号を生成するのに必要な発振信号に係る第二の周波数成分を有する変調信号を信号発生部が発生させて、当該信号を一又は複数の位相変調器のいずれかに印加することを特徴とするレーザー光発生装置。
【請求項７】
請求項６に記載したレーザー光発生装置において、
第一の周波数成分が第二の周波数成分よりも高周波であることを特徴とするレーザー光発生装置。
【請求項８】
請求項１に記載したレーザー光発生装置において、
第一の共振器が、その内部に利得媒質を有しており、レ−ザー光を増幅して出力することを特徴とするレーザー光発生装置。
【請求項９】
請求項１に記載したレーザー光発生装置において、
第一の共振器の内部に配置された非線形光学素子によって高調波が発生されることを特徴とするレーザー光発生装置。
【請求項１０】
請求項１に記載したレーザー光発生装置において、
第二の共振器内に配置された非線形光学素子が光混合用素子とされ、２つのレーザー光の合波による和周波又は差周波の光を発生させることを特徴とするレーザー光発生装置。
【請求項１１】
請求項１に記載したレーザー光発生装置において、
変調信号が印加された位相変調器を透過した後に、第一の共振器内に配置された非線形光学素子によって波長変換されたレーザー光が、他の位相変調器を経ることなく複数の共振器に順次に入射され、
上記変調信号及び上記複数の共振器に係る光検出信号から生成される誤差信号を用いたＦＭサイドバンド法により各共振器が同時に共振状態に保たれることを特徴とするレーザー光発生装置。
【請求項１２】
請求項１に記載したレーザー光発生装置において、
第一の共振器の透過幅が第二の共振器の透過幅よりも広くされていることを特徴とするレーザー光発生装置。
【請求項１３】
請求項１に記載したレーザー光発生装置において、
第二の共振器の共振状態を保持するために用いられる位相変調信号の周波数が、第一の共振器の透過幅に相当する周波数とほぼ同等であるか又はこれよりも低周波とされ、かつ、第二の共振器の透過幅に相当する周波数とほぼ同等であるか又はこれよりも高周波とされることを特徴とするレーザー光発生装置。
【請求項１４】
請求項１に記載したレーザー光発生装置において、
第一の共振器の共振状態を保持するために用いられる位相変調信号の周波数が、第一の共振器の透過幅より大きくされ、
第二の共振器の共振状態を保持するために用いられる位相変調信号の周波数が、第一の共振器の透過幅以下であることを特徴とするレーザー光発生装置。
【請求項１５】
レーザー光源から出力されたレーザー光についての位相変調の後、第一の共振器とそれよりも後段の第二の共振器を含む複数の共振器に位相変調された光を入射させ、各共振器から得られる光をそれぞれ検出するとともに、検出された信号と位相変調に使用した変調信号から誤差信号を得て、ＦＭサイドバンド法に従って各共振器に係る光路長を可変制御する、レーザー光発生方法であって、
上記レーザー光源から出力され位相変調器によって位相変調されたレーザー光を第一の共振器に入射させた後、当該共振器内に配置された非線形光学素子により発生される光を位相変調することなく第二の共振器に入射させ、
そして、上記第一及び第二の共振器からの光をそれぞれ検出するとともに、各検出信号及び上記変調信号から誤差信号を生成して、共振器毎にそれぞれの光路長を制御することにより、これら複数の共振器を同時に共振状態に保つようにしたことを特徴とするレーザー光発生方法。
【請求項１６】
請求項１５に記載したレーザー光発生方法において、
第一の共振器内に配置される非線形光学素子によってレーザー光についての波長変換を行うことを特徴とするレーザー光発生方法。
【請求項１７】
請求項１６に記載したレーザー光発生方法において、
レーザー光源により出力される第一の波長のレーザー光を受けて、非線形光学素子によって波長変換された第二の波長のレーザー光を第二の共振器に入射するとともに、
第一の波長のレーザー光について第一の共振器を共振状態に保持し、かつ、第二の波長のレーザー光について第二の共振器を共振状態に保持することを特徴とするレーザー光発生方法。
【請求項１８】
請求項１５に記載したレーザー光発生方法において、
ＦＭサイドバンド法に用いる変調信号として、位相変調器に印加された原変調信号又は当該信号の高調波信号又はそれらの和周波信号若しくは差周波信号を使用することを特徴とするレーザー光発生方法。
【請求項１９】
請求項１５に記載したレーザー光発生方法において、
第一の共振器について共振状態を保持するために用いる誤差信号を生成するのに必要な発振信号に係る第一の周波数成分と、第二の共振器について共振状態を保持するために用いる誤差信号を生成するのに必要な発振信号に係る第二の周波数成分とが、位相変調器に印加される変調信号又は当該信号の和周波若しくは差周波あるいは高調波の信号に含まれるようにしたことを特徴とするレーザー光発生方法。
【請求項２０】
請求項１９に記載したレーザー光発生方法において、
第一の周波数成分を、第二の周波数成分よりも高い周波数に規定したことを特徴とするレーザー光発生方法。
【請求項２１】
請求項１５に記載したレーザー光発生方法において、
位相変調の後、第一の共振器内に配置された非線形光学素子によって波長変換されたレーザー光を、他の位相変調器を経ることなく複数の共振器に順次に入射し、上記複数の共振器に係る光検出信号及び変調信号から生成される誤差信号を用いたＦＭサイドバンド法により各共振器について同時に共振状態を保持することを特徴とするレーザー光発生方法。
【請求項２２】
請求項１５に記載したレーザー光発生方法において、
第一の共振器の方が、第二の共振器によりも透過幅を広く設定したことを特徴とするレーザー光発生方法。
【請求項２３】
請求項１５に記載したレーザー光発生方法において、
第二の共振器の共振状態を保持するために用いる位相変調信号の周波数を、第一の共振器の透過幅に相当する周波数とほぼ同等であるか又はこれよりも低周波とし、かつ、第二の共振器の透過幅とほぼ同等であるか又はこれよりも高周波に規定したことを特徴とするレーザー光発生方法。
【請求項２４】
請求項１５に記載したレーザー光発生方法において、
第一の共振器の共振状態を保持するために用いる位相変調信号の周波数を、第一の共振器の透過幅より大きくし、第二の共振器の共振状態を保持するために用いる位相変調信号の周波数を、第一の共振器の透過幅以下にしたことを特徴とするレーザー光発生方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザー光源と複数の共振器を用いたレーザー光発生装置において、混変調キャリアを利用して安定なロッキングを実現するための技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
レーザー光発生装置における安定な共振器ロッキング法として、ＦＭサイドバンド法（「Pound-Drever-Hall Locking」法）が知られており、近赤外光から可視光域に亘る外部共振器のロッキングに広く利用されている。
【０００３】
また、この方法以外にも、偏光を用いる方法（Hansch,Couillaud,Optics Communications,1980等の文献を参照されたい。）が挙げられる。例えば、波長板を透過したレーザー光を共振器に入射させるとともに、共振器からの、偏光状態の異なる２つのビームの検出信号に基いて誤差信号を得て、共振器の共振状態を保持するロッキング方法が提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の装置にあっては、下記に示すような問題がある。
【０００５】
・偏光法等においては、共振器への入射光量等に変化が生じた場合や、吸収のある光学素子（特に紫外線領域における光吸収のある素子）を共振器内に有する場合等において、発熱による温度変化に伴って当該光学素子の特性が変わり、位相遅延量が変化してしまうといった理由で波長のオフセットが発生し易く、安定性に問題がある。
【０００６】
・ＦＭサイドバンド法又は「Pound-Drever-Hall Locking」法と称する方法では、誤差信号を発生させるために位相変調器を用いて側波（側帯波）を立てる必要があるが、特に紫外光を変調して側波を立てる場合に必要となるのは、透過率が高く、かつ動作電圧の低い、高性能な位相変調器である。しかし、そのような変調器の入手が困難であるため、入手可能な位相変調器を使用する場合には、高電圧の高周波を駆動する回路等が必要となり、コスト上昇や消費電力の増大を招くといった欠点と、実用性の面で問題がある。
【０００７】
・複数の共振器を用いた構成において各共振器を同時にロッキングする場合に、共振器の数が多くなると、各段階に配置される位相変調器の数も多くなってしまうので、装置の大型化やコスト上昇を招く原因となる。これは、従来の構成では、各共振器の前段にそれぞれ位相変調器が配置されるためであり、その分の配置スペースが大きくなってしまう。
【０００８】
そこで、本発明は、複数の共振器を備えたレーザー光発生装置において、安定したロッキングを実現するとともに、そのためにコスト上昇や消費電力の増大を伴わないようにすることを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るレーザー光発生装置は、上記した課題を解決するために、下記に示す構成要素を備えたものである。
【００１０】
・レーザー光を出力するレーザー光源
・位相変調器及び当該位相変調器に印加する変調信号を生成する信号発生部
・第一の共振器及び当該共振器よりも後段に配置される第二の共振器を含む複数の共振器
・第一の共振器中に配置された非線形光学素子
・各共振器の光路長をそれぞれ変化させるための光路長可変手段
・レーザー光源と共振器との間及び２つの共振器の間に配置されて両者を結合させるための光学系
・各共振器からの光をそれぞれ受光する光検出器
・各光検出器によって得られる検出信号及び変調信号から誤差信号を得て、当該誤差信号を用いたＦＭ（周波数変調）サイドバンド法（「Pound-Drever-Hall Locking」法）に従って光路長可変手段を制御するために負帰還の構成を有する制御回路。
【００１１】
そして、レーザー光が位相変調器に入射されて位相変調を与えられてから第一の共振器に入射されるとともに、非線形光学素子により発生される光が第二の共振器に入射されるように構成し、第一及び第二の共振器からの光が光検出器によってそれぞれ検出されるとともに、誤差信号に基いて共振器毎に光路長が制御されることで、複数の共振器が同時に共振状態に保たれるようにしたものである。
【００１２】
また、本発明に係るレーザー光発生方法は、位相変調されたレーザー光を第一の共振器に入射させた後、当該共振器内に配置された非線形光学素子により発生される光を第二の共振器に入射させ、第一及び第二の共振器からの光をそれぞれ検出するとともに、各検出信号及び変調信号から誤差信号を生成して、共振器毎にそれぞれの光路長を制御することにより、複数の共振器について同時に共振状態に保持するものである。
【００１３】
従って、本発明によれば、ＦＭサイドバンド法を用いることで共振器の安定なロッキングが可能となることは勿論、各共振器に対してそれぞれの前段に位相変調器を設ける必要がないので、従来の構成よりも少ない数の位相変調器を用いて複数の共振器を同時にロックすることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明は、連続発振（ＣＷ）可能なレーザー光源と、複数の共振器を用いたレーザー光発生装置に関するものであり、例えば、複数段階に亘る波長変換等への適用に好適である。
【００１５】
図１は、本発明の基本構成例を概念的に説明するための図である。
【００１６】
レーザー光発生装置１は、ほぼ単一周波数のレーザー光を出力するレーザー光源２を備えている。
【００１７】
レーザー光は、位相変調器３、光学系４を経て複数の共振器５＿Ｘ（Ｘ＝１、２、…、Ｎ）に送られる。尚、光学系４には、モードマッチングのためのレンズ、プリズム、ミラー等の他、必要に応じて、次段の共振器に入射する光を選別して透過させ、不要な光を通さないためのダイクロイックミラーや吸収フィルター等を含める場合がある。また、位相変調器３には、これに印加する変調信号を生成するための信号発生部７（発振信号を発生させるための局部発振器を有する。）が設けられている。
【００１８】
複数の共振器５＿Ｘ（Ｘ＝１、２、…、Ｎ）は縦列配置とされ、第一の共振器（例えば、これを「５＿１」とする。）及び当該共振器よりも後段に配置される第二の共振器（例えば、これを「５＿２」とする。）を有する。尚、第一の共振器を必ずしも初段の共振器とする必要はなく、いずれの共振器でも構わないし、また、第二の共振器についても、第一の共振器よりも後段に位置されていれば、いずれの共振器でも構わない。但し、第一の共振器中には、非線形光学素子（あるいは非線形光学結晶）８が配置されている。例えば、第二高調波発生、和周波発生等に係る波長変換用の素子が挙げられるが、それ以外の素子（記録用の素子等）を使用することもできる。
【００１９】
各共振器のうち、少なくとも第一及び第二の共振器については、光路長をそれぞれ変化させるための光路長可変手段９が設けられており、例えば、共振器の構成素子（ミラーや光学素子）の位置や姿勢を、ＶＣＭ（ボイスコイルモータ）等のアクチュエータ、圧電素子等を用いて制御したり、結晶に電圧等を印加して光学的特性（屈折率等）を制御するものである。
【００２０】
尚、レーザー光源２と共振器との間や、２つの共振器の間にはモードマッチング用の光学系４、４、…が配置されているが、これらは必要な光を両者の間で効率良く結合させるものである。
【００２１】
光検出器６＿Ｘ（Ｘ＝１、２、…、Ｎ）は、各共振器からの光をそれぞれ受光するために設けられたものである。尚、共振器からの反射光を検出する形態と、共振器の透過光を検出する形態が挙げられるが、検出信号の大きさの観点からは前者の形態が好ましい。
【００２２】
信号処理回路１０は、各光検出器６＿Ｘによって得られる検出信号と、信号発生部７による変調信号（所定周波数の発振信号）を受けて、同期検波を行った後に誤差信号を得るための回路であり、その制御信号を光路長可変手段９に送出する。つまり、誤差信号を用いたＦＭサイドバンド法に従って光路長可変手段９を制御するために負帰還の構成を有する制御回路１１が形成されている。
【００２３】
本構成において、レーザー光源２から出射されたレーザー光は、信号発生部７による変調信号が印加される位相変調器３に入射され、位相変調を与えられてから光学系４を経た後で、第一の共振器（例えば、５＿１）に入射される。そして、当該共振器内の非線形光学素子８により発生される光が第二の共振器（例えば、５＿２）に入射される。
【００２４】
第一の共振器や第二の共振器からの光（反射光又は透過光）は、光検出器６＿１、６＿２によってそれぞれ検出され、信号処理回路１０での検波によって得られるそれぞれの誤差信号に基いて光路長可変手段９により共振器毎に光路長が制御される（つまり、誤差信号がゼロとなるように各共振器の光路長が可変制御される。）ことで、これら複数の共振器が同時に共振状態に保たれる（所謂ロッキング状態）。
【００２５】
尚、位相変調器３に印加される変調信号については、異なる周波数の変調信号であっても良いし、また単一周波数の変調信号でも良い。また、図１では、信号発生部７からの変調信号が一つの位相変調器３に供給されるが、これに限らず、変調信号が印加される複数の位相変調器を用いても良い。但し、一つ又は複数の位相変調器が、レーザー光源と第一の共振器との間の光路上に配置されること、そして、第一の共振器から出力される光が、位相変調器による位相変調を介することなく第二の共振器に入射されることを要する。
【００２６】
図２は、１つの位相変調器を用いて、２段階の波長変換用共振器をＦＭサイドバンド法で同時にロックできるように構成した例１２を示している。
【００２７】
本例では、縦単一モードの赤外光（例えば、波長λ＝１０６４ｎｍ）を出力するレーザー光源２Ａを用いており、その出力光ＬＴ２は位相変調器３（例えば、ＫＴＰ等）を透過する。尚、位相変調器３には、例えば、異なる周波数（これらをそれぞれ「ｆ１」、「ｆ２」と記す。）をもった変調信号が印加される。
【００２８】
位相変調器３を透過した光は、レンズ等を含む光学系４を経て第一の共振器５＿１に入射される。尚、このとき、入射光と共振器５＿１に想定される固有モードは良好に重なっているものとする（所謂モードマッチ）。
【００２９】
共振器５＿１については、入射ミラーＭ１と、必要に応じて使用される複数枚のミラーＭ２、Ｍ３、Ｍ４及び非線形光学素子８で構成されている。つまり、図示のように、入射ミラーＭ１と出射ミラーＭ２が主光路上に配置され、両者の間に非線形光学素子８が配置されている。そして、ミラーＭ３がＭ１の側に位置され、ミラーＭ４がＭ２の側に配置されていて、Ｍ１に入射されたレーザー光は、非線形光学素子８を経た後、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４の順でそれぞれ反射されてからＭ１に戻ることにより共振器が形成されている。尚、共振器５＿１の周回光路長についてはその可変制御が可能な構成となっており、共振器を構成するミラーのうちの少なくとも一つ（例えば、Ｍ３）の位置や姿勢を、ＶＣＭ（ボイスコイルモータ）等の移動手段や、ＰＺＴ等の圧電現象を利用した駆動手段によって変化させることができる。また、共振器を構成するミラー以外の光学要素として、プリズムやグレーティング等を移動させる場合もある。この他、非線形光学素子や電気光学結晶に電圧を印加して光路長を変化させる方法もある。
【００３０】
ミラーＭ４による反射光の一部は、Ｍ１を透過した後、光検出器６＿１により受光されて信号検出が行われる。
【００３１】
共振器５＿１の出力光ＬＴ６は、ミラー１３、１４によって反射された後、モードマッチング用の光学系１５を経て第二の共振器５＿２に入射される。
【００３２】
共振器５＿２については、例えば、上記共振器５＿１と同様に、入射ミラーｍ１と複数枚のミラーｍ２、ｍ３、ｍ４及び非線形光学素子１６を用いて構成されている。つまり、図示のように、入射ミラーｍ１と出射ミラーｍ２が主光路上に配置され、両者の間に非線形光学素子１６が配置されている。そして、ミラーｍ３がｍ１の側に位置され、ミラーｍ４がｍ２の側に配置されていて、光学系１５からｍ１に入射されたレーザー光は、非線形光学素子１６を経た後、ｍ２、ｍ３、ｍ４の順でそれぞれ反射されてからｍ１に戻ることにより共振器が形成されている。尚、共振器５＿２の周回光路長についてはその可変制御が可能な構成となっており、共振器を構成するミラーのうちの少なくとも一つ（例えば、ｍ３）の位置や姿勢を、ＶＣＭ等による移動手段やＰＺＴ等の駆動手段によって変化させることができる。
【００３３】
ミラーｍ４による反射光の一部は、ｍ１を透過した後、光検出器６＿２により受光されて信号検出が行われる。
【００３４】
また、ミラーｍ２から出射される光ＬＴ７が、共振器５＿２の出力光となって外部に照射される。
【００３５】
図３は、位相変調器及び光検出器を含む制御系の基本構成例を示したものである。尚、第一及び第二の共振器について同様の回路構成とされるため、図には両回路に共通の部分を併せて示している。
【００３６】
信号源の記号で示す信号発生部７により、上記周波数ｆ１、ｆ２の変調信号が発生され、当該信号が位相変調器３（図に示す「ＥＯＭ」）に印加されて上記したようにレーザー光に位相変調がかけられる。
【００３７】
光検出器（図示の例では、第一の共振器について光検出器６＿１、第二の共振器について光検出器６＿２である。）による検出信号と、変調信号（第一の共振器については周波数ｆ１の信号、第二の共振器については周波数ｆ２の信号）が検波部１７（図には、マルチプライヤとして掛け算器で示す。）に送られて同期検波が行われ、これにより得られた誤差信号（これを「Ｅｒｒ」と記す。）がサーボ制御部１８に送られる。尚、この他、図示は省略するが、全光量モニターからの信号をもとにロッキングを実行するか否かを判定する、所謂「Ｐｕｌｌ−ｉｎ」回路が付帯されても良い。
【００３８】
サーボ制御部１８は誤差信号Ｅｒｒのレベルがゼロとなるように制御信号を生成して、当該信号によって共振器の光路長を制御する。つまり、図２の例において、第一の共振器５＿１ではミラーＭ３の位置や姿勢が制御され、第二の共振器５＿２ではミラーｍ３の位置や姿勢が制御される。尚、ミラーの移動機構、駆動制御回路等については周知の機構を使用すれば良いので、それ以上の説明は割愛する。また、信号処理に必要な回路、例えば、受光後の検出信号から高周波信号を取り出すのに必要なフィルタ等についての図示は省略して（あるいは光検出器等に含まれると考えれば良い。）、処理の基本となる要素だけを示している。
【００３９】
ところで、上記した第一の共振器５＿１（図２参照）において、ミラーＭ１の反射率を「Ｒ1」とし、その他のミラー（Ｍ２乃至Ｍ４）や素子８を経た周回の後に再びミラーＭ１に戻る直前までの合成反射率を「Ｒm」と記すとき、共振器の光路が良好に調整された状態となっている場合に、ミラーＭ１から光を入射した場合における共振器全体の反射光は、光検出器６＿１により検出され、その反射率（これを「Ｒ（δ）」と記す。）が下式で与えられる。
【００４０】
【数１】
0003885511.tif 000002
【００４１】
尚、上式中の「δ」については、「δ＝２π・Ｌ1／λ」である。ここで、「λ」は光源の波長、「Ｌ1」は共振器の周回光路長をそれぞれ示している。「Ｒ1＝Ｒm」のときにインピーダンスマッチング（整合）がとれた状態になる。
【００４２】
図４は上式に従う反射特性（δ依存性）を例示したグラフ図であり、横軸に上記「δ」をとり、縦軸に相対反射率（０乃至１）をとって両者の関係を示したものである。尚、グラフ曲線については、見易さを考慮して「Ｒ1＝Ｒm＝０．９０」とし、かつフィネスを実際よりも低めに設定している。
【００４３】
［数１］式中に正弦関数ｓｉｎ（δ／２）の二乗項が含まれていることから分かるように、「δ＝ｐ・π」（ｐは偶数）のときに、共振器５＿１のみかけの反射率が低下して、入射光が当該共振器内に入って内部の光強度が大きくなる。これを「共振状態」と呼び、共振状態を保持させることを「ロックする」という。
【００４４】
振動や温度変化等の外乱に対して、共振器長が「δ＝２・π・Ｌ1／λ＝ｐ・π」の条件を満たすように維持するためには、光路長Ｌ1の可変制御手段が必要とされる。そのためには、ミラー（例えば、図２のＭ３、ｍ３を参照。）や光学素子の位置等を変化させたり、あるいは電気光学素子を用いてその屈折率等を変化させれば良い。例えば、ＰＺＴ、ＶＣＭ、ステッピングモータ等を用いた移動手段や駆動手段が挙げられる。
【００４５】
共振器の光路長を変化させることでδの値を変化させる場合の、許容周波数半値全幅（半値幅を「δ0.5」と記すとき、その２倍、「２δ0.5」である。）については、共振器のみかけの反射率に係る減少分が、そのピーク点（δ＝０、２π等）での値の半分となる値から求められ、おおよそ下式で与えられる。
【００４６】
【数２】
0003885511.tif 000003
【００４７】
尚、これは共振器のみかけの透過率がピーク点での値の半分になるδからも求められる。
【００４８】
図５は、相対透過率のδ依存性を例示したグラフ図であり、横軸に上記「δ」をとり、縦軸に相対透過率（０乃至１）をとって両者の関係を示したものである。尚、グラフ曲線については、見易さを考慮して「Ｒ1＝Ｒm＝０．９０」とし、かつフィネスを実際よりも低めに設定している。
【００４９】
図に矢印で示すように、相対透過率がそのピーク値の1／２を示すポイントがピークの両側に現れるが、両ポイント間のδ値の差（幅）が許容周波数の半値全幅「２・δ0.5」である。
【００５０】
ＦＭサイドバンド法において共振器５＿１からの反射光を用いる場合には、上記変調信号の周波数ｆ１について透過半幅「δ0.5」よりも大きくとるのが有利である。
【００５１】
図６は相対反射率のδ依存性を示すもので、図４におけるδ＝０の付近を拡大して示したものである。
【００５２】
図示するように、半値全幅「２δ0.5」の示す範囲（相対反射率０．５以下の範囲）では、相対反射率が急激に低下する傾向が認められるので、反射光を検出する場合に、周波数ｆ１を当該範囲内に設定したのでは光が透過してしまい都合が悪い。
【００５３】
図７は、光検出信号及び変調信号に基いて生成される誤差信号（Ｅｒｒ）の一例（δ依存性）を拡大して示したものであり、横軸に「δ」をとり、縦軸に信号値（相対値を示し、スケールは任意であり、値そのものに特別な意味はない。）をとって示している。
【００５４】
誤差信号Ｅｒｒは、共振器の共振周波数がレーザー光の周波数付近に近づいたときに、反射する両側帯波信号（両側波）のバランスに基づいて得られる信号であり、共振位置（δ＝０）からのずれに関してその方向と大きさを示している。つまり、図７の右半面においては、δ軸を正方向に進んでいくと値が上昇しての正のピーク値に達し、それから急に値が低下してボトム値を示してからδ軸に漸近していく。また、図７の左半面においては、δ軸を負方向に進んでいくと値が低下してボトム値に達し、それから急に値が上昇してピーク値を示してからδ軸に漸近していく。このように、グラフ曲線がδ＝０の原点回りに１８０゜の回転対称性をほぼ有しているので、共振位置からのずれの方向と大きさを誤差信号から把握することができる。
【００５５】
よって、共振器の構成要素（ミラー等）の位置修正等を行うための負のフィードバック系を、上記制御回路において形成し（誤差がゼロになるように制御を行う。）、共振器の光路長を制御すれば、その共振状態を保つことができる。尚、反射光にサイドバンド（側波帯の成分）がなくべく多く含まれるようにすると、誤差信号の振幅が大きくなり、信号対雑音（Ｓ／Ｎ）比を一般に大きくすることができる。
【００５６】
第一の共振器５＿１内の非線形光学素子８については、例えば、ＫＴＰ、ＢＢＯ、ＬＢＯ、ＬｉＮｂＯ3等が用いられる。また、近年開発されている、Periodically-Poled Crystals（例えば、ＰＰ−ＫＴＰ、ＰＰ−ＬｉＮｂＯ3等）を使うこともできる。波長変換素子を用いる場合には、レーザー光源により出力される第一の波長のレーザー光に対して、当該素子によって波長変換された第二の波長のレーザー光が第一の共振器５＿１から出力された後に、第二の共振器５＿２に入射される。つまり、基本波（例えば、λ＝１０６４ｎｍ）に対して、共振により巡回パワーが高くなって波長変換された出力光が上記ＬＴ６（図２参照）に相当する。
【００５７】
波長変換例として、第二高調波発生（ＳＨＧ）用に位相整合のとれた結晶、又は分極反転等の手段で位相整合のとれた結晶を素子８として用いる場合には、基本波の波長に対して半分の波長（例えば、λ＝５３２ｎｍ）に変換することができる。
【００５８】
第一の共振器の出力光（図２のＬＴ６を参照）については、必要に応じてミラー１３（波長分離ミラー）等により波長変換されなかった光と分離される。
【００５９】
尚、非線形光学素子８により波長変換された基本波成分も、基本波についての損失となることから、上式の反射率「Ｒm」に関して波長変換効率も考慮して計算する必要がある（William Kozlovsky他, IEEE Journal of Quantum Electronics,Vol.24,No.6,p.913(1988）)。
【００６０】
また、第一の共振器５＿１について共振状態を維持するには、例えば、光検出器６＿１による検出出力を低周波成分と高周波成分とに分け、高周波成分を図３の検波部１７に送るとともに、当該検波部には、変調信号の周波数ｆ１と等しい周波数信号を信号発生部７（内の局部発振器）から供給して、両者の位相について同期検波を行えば、誤差信号Ｅｒｒが得られる。ミラーＭ３を駆動するサーボ制御部１８は、共振器長の制御手段を構成しており（正確には光路長Ｌ1の制御手段である。）、上記したように誤差信号に基いて共振器をロックすることができる。
【００６１】
図２のミラー１３、１４や光学系１５は、第一の共振器５＿１の出力光ＬＴ６を、第二の共振器５＿２の空間モードに合わせ込むための調整用に使用することができ、光学系１５を経た光は、第二の共振器５＿２の入射ミラーｍ１に入射される。
【００６２】
第二の共振器５＿２に係る特性について、基本的には共振器５＿１と同様であり、ミラーｍ１の反射率を「ｒ1」とし、その他のミラーや素子を周回して再びミラーｍ１に戻る直前までの合成反射率を「ｒm」とすると、共振器の光路が良好に調整されている場合には、ミラーｍ１から光が入射された共振器全体の反射率は、上記［数１］式において、「Ｒ1」を「ｒ1」に、「Ｒm」を「ｒm」にそれぞれ置換した式（δについては、勿論、第二の共振器の周回光路長Ｌ2や入力光波長等を使用する必要がある。）で与えられ、例えば、「ｒ1＝ｒm」のときにインピーダンスマッチングがとれた状態になる。
【００６３】
共振器５＿２内に置かれた非線形光学素子１６として、例えば、第二高調波発生用の結晶（ＢＢＯ、ＣＬＢＯ、ＬＢ４等）を用いた場合には、共振器の入力光（例えば、λ＝５３２ｎｍ）の一部が、半分の波長（２６６ｎｍ）に変換されて図２に示す光ＬＴ７として出力される。尚、このような波長変換を行う場合には、変換効率を考慮して「ｒm」を計算する必要がある。
【００６４】
第二の共振器について共振状態を維持するには、上記第一の共振器に関する説明において変調信号の周波数「ｆ１」を「ｆ２」に置き換えて適宜に読み替えを行えば良い。つまり、光検出器６＿２による検出出力を低周波成分と高周波成分とに分け、高周波成分を検波部１７に送るとともに、変調信号の周波数ｆ２と等しい周波数信号を信号発生部（局部発振器）７から検波部１７に供給して、両者の位相について同期検波を行えば、誤差信号Ｅｒｒが得られる。ミラーｍ３を駆動するサーボ制御部１８は、共振器長の制御手段（正確には光路長Ｌ2の制御手段）を構成しており、誤差信号Ｅｒｒに基いて共振器をロックすることができる。
【００６５】
図８は、各共振器の反射率の周波数依存性と、変調周波数の関係について示したものであり、（Ａ）図が第一の共振器５＿１に係る相対反射率の入射波長依存性を示し、（Ｂ）図が第二の共振器５＿２に係る相対反射率の入射波長依存性を示し、（Ｃ）図は位相変調器３によって変調を受けて共振器５＿１に入射する光のスペクトラムをそれぞれ示している。尚、（Ａ）図、Ｂ（図）については、特定の波長周辺に限って考えているので、横軸は周波数を表している。また、（Ｃ）図には、説明の簡単化を優先し、光の周波数を「ｆ０」（＝ｃ／λ、ｃは光速度。）とし、当該周波数と上記周波数ｆ１、ｆ２との和周波、差周波のみを示しており（図示の便宜上、線幅を太く示しているが、特に意味はない。）、ｆ１とｆ２の和周波、差周波等を表示していないが、同期検波の際に用いる信号発生部（局部発振器）の周波数を適宜に選択することで、変調光の含まれる所望の変調周波数のみを選ぶことができることを考慮している。また、周波数「ｆ０」が共振器の透過帯域の中央に示されているが、これは説明の簡単化のためである（通常はロッキングを行わない限り、このような位置には固定されない。）。
【００６６】
（Ａ）図と（Ｂ）図との比較から分かるように、この例では透過幅に関して、第一の共振器の方が、第二の共振器よりも広くなっている。
【００６７】
（Ｃ）図において、ｆ０の右脇には、上方に延びる線でそれぞれ示すように、ｆ２による周波数「ｆ０＋ｆ２」の上側波が位置され、これからやや離れたところに、ｆ１による周波数「ｆ０＋ｆ１」の上側波が位置されている。また、ｆ０の左脇には、下方に延びる線でそれぞれ示すように、周波数「ｆ０−ｆ２」の下側波が位置され、これからやや離れたところに周波数「ｆ０−ｆ１」の下側波が位置されている。
【００６８】
第一の共振器５＿１において、周波数「ｆ０＋ｆ１」や「ｆ０−ｆ１」は透過帯域の外側に位置するので、変調された光成分はほとんど透過せずに反射されてしまう。つまり、第一の共振器を透過しないような周波数ｆ１を用いて位相変調を行えば、第一の共振器からの反射光を取り出して（ｆ０±ｆ１）、Ｓ／Ｎ比の高い、ＦＭサイドバンド法の誤差信号を得ることができる。
【００６９】
また、位相変調器３においてｆ１よりも周波数の低いｆ２で変調された光成分については、第一の共振器５＿１がロックしたときに透過率が高いので、かなりの部分が第一の共振器に入射される。例えば、図２に示す非線形光学素子８が第二高調波発生用結晶であるとし、基本波の波長に対してその半分である波長の光が発生する場合に、高い割合の位相変調成分についても第一の共振器内に入射されて、波長変換を受けることになる。このときキャリア（搬送波）である光の周波数ｆ０（＝ｃ／λ）と、変調信号の周波数ｆ２とが干渉して、ｆ０の周囲にｆ０±ｆ２の側波が発生する。そして、これらが第二の共振器５＿２において反射率の高い周波数であれば、当該共振器から当該成分を含む反射光を取り出して、誤差信号を得ることができる。即ち、周波数ｆ２については、「ｆ０±ｆ２」の光成分が第一の共振器５＿１をほぼ透過するが、第二の共振器５＿２では反射されるように選ばれており、これを第二の共振器のロックに用いることができる。
【００７０】
従って、上記のように波長変換を行う場合に、レーザー光源により出力される光の波長を「第一の波長」とし、第一の共振器内の非線形光学素子によって波長変換された光の波長を「第二の波長」として、当該波長の光が第二の共振器に入射されるとき、第一の波長のレーザー光についてはその反射光を利用して誤差信号を得て第一の共振器をロックするとともに、第二の波長のレーザー光については、その反射光を利用して誤差信号を得て第二の共振器を同時にロックすることができる。
【００７１】
このように、図２ではレーザー光源２に対して、２段階の外部共振器５＿１、５＿２を設けるとともに、ＦＭサイドバンド法を用いて各共振器を共振状態に保つことができ、しかも、そのために、各共振器の前段に位相変調器をそれぞれ配置させる必要がなく、第一の共振器５＿１の前段に配置される一つの位相変調器３だけで済むことになる。但し、その際に望ましい変調周波数の割り当てに関して、上記したように、周波数ｆ１により変調を受けた光が第一の共振器５＿１で反射されること、そして、周波数ｆ２により変調を受けた光が第一の共振器５＿１を透過し、かつ波長変換後に第二の共振器５＿２で反射されることが望ましく、そのときには２段階の共振器においてそれぞれの反射光を利用して誤差信号を生成することができる。尚、反射光を用いることにより制御に必要な信号を大きくとれるので、透過光を用いる場合よりも有利なロッキングが可能になる。
【００７２】
上記の説明では、各共振器についての、より安定したロッキングを実現するために、異なる周波数ｆ１、ｆ２の変調信号を用いたが、これに限らず、単一周波数の変調信号を用いて、当該信号を位相変調器３に印加するようにした構成でも良い（構成の簡単化やコスト面で有利となる。）。即ち、変調を受けた光について、側波の一部が第一の共振器で反射されること、そして、他の側波が第一の共振器を透過し、かつ波長変換後に第二の共振器で反射されるという条件を満たせば良い。
【００７３】
また、信号発生部７により発生される変調信号については、第一の共振器について共振状態を保持するために用いる誤差信号を生成するのに必要な第一の周波数成分と、第二の共振器について共振状態を保持するために用いる誤差信号を生成するのに必要な第二の周波数成分を有しているか、又はこれらの周波数成分を和周波若しくは差周波あるいは高調波の成分として含むように規定されていれば、如何なる周波数を用いても構わない。
【００７４】
尚、混変調の際に発生する可能性のある和周波や差周波が原信号と干渉しないためには、第一の共振器と第二の共振器とでそれぞれ使用する位相変調の周波数が、互いに他方の高調波でないこと、さらには周波数の比が、例えば１０桁以下の整数比として表されないこと等が望ましい（これらの事項は周波数の選択に際して有効である。）。また、和周波数や差周波数が、原信号の周波数と異なるように設定した場合において、これらの和周波や差周波を用いて誤差信号を生成することも可能である。
【００７５】
位相変調器については、上記のように１つの位相変調器を、第一の共振器よりも手前に配置してこれに変調信号に印加する方法と、複数の位相変調器を設けるとともに、そのうちのいずれかに変調信号を印加する方法とが挙げられるが、構成の簡単化の観点からは前者が好ましい。
【００７６】
異なる周波数(例えば、ｆ１、ｆ２）を用いる場合に、第一の周波数成分が第二の周波数成分よりも高周波であること（ｆ１＞ｆ２）、また、互いに他方の高調波の関係とならないことが望ましいが、ＦＭサイドバンド法は極めてノイズに強い方法であるため、ｆ１がほぼｆ２に近い場合（ｆ１≒ｆ２）、あるいはｆ２がｆ１より高周波の場合（ｆ１＜ｆ２）であっても、上記した２段階のロッキングを行うことができる。但し、これらの場合には、Ｓ／Ｎ比が下がったり、利得が上がらずに外乱の影響が大きくなること、あるいは利得を無理に上げてもノイズ成分の増加により不安定化を招くこと等の問題に配慮すべきである。
【００７７】
本発明は、２以上の共振器を備えたレーザー光発生装置において、それぞれの共振器を同時にロックするための制御に一般化して適用することができるが、各共振器については、例えば、下記に示す形態が挙げられる。
【００７８】
（Ａ）第一の共振器の内部に利得媒質を有しており、レ−ザー光を増幅して出力する形態
（Ｂ）第一の共振器の内部に配置された非線形光学素子によって、第二高調波又は第三高調波が発生される形態
（Ｃ）第二の共振器内に配置された非線形光学素子が光混合用素子とされ、２つのレーザー光の合波による和周波又は差周波の光を発生させる形態。
【００７９】
尚、ここで、第一の共振器とは、複数の共振器のいずれかであり、第二の共振器とは、第一の共振器以外の共振器である。
【００８０】
先ず、形態（Ａ）は、レ−ザー光を増幅するインジェクションロッキングを行うものである。
【００８１】
また、形態（Ｂ）について、既述のように、第二高調波発生では、入射波の波長に対して半分の波長変換（あるいは２倍周波数を得ること）が行われ、また、第三高調波発生では、入射波の波長に対して３分の１の波長変換（あるいは３倍周波数を得ること）が行われる。
【００８２】
形態（Ｃ）では、例えば、２つの（角）周波数ω１、ω２の光を素子に照射して両者の和周波ω（＝ω１＋ω２）の光を得ることができる。
【００８３】
図９は、そのような構成の一例１９を示したものであり、２つのレーザー光源２Ｂ、２Ｃと、３つの共振器５＿１、５＿２、５＿３を用いている。
【００８４】
単一周波数のレーザー光源２Ｂ（例えば、波長λ１＝５３２ｎｍ）の出力光は、位相変調器３、モードマッチング用光学系４を経て、第一の共振器５＿１に入射される。
【００８５】
共振器５＿１には、４枚のミラーＭ１乃至Ｍ４と波長変換素子２０が設けられていて、Ｍ１、素子２０、Ｍ２が主光路上に配置されている。尚、Ｍ１から素子２０を介してＭ２に達した後、ここで反射された光がＭ３、Ｍ４の順に反射されて再びＭ１に戻る光路が形成されている。また、ミラーＭ４による反射光の一部がＭ１を透過して光検出器６＿１により検出される。
【００８６】
第一の共振器５＿１に係る共振器長の制御については、Ｍ１乃至Ｍ４のうち、少なくとも１つにＰＺＴやＶＣＭ等の移動手段及び可動機構が設けられている。
【００８７】
第一の共振器５＿１の出力光ＬＴ６は、波長分離ミラー２１で２分されて、その一方が受光部２２に送られる。尚、受光部２２には、光検出器（監視用等。）又はビームダンプ（減衰器）が用いられる。また、波長分離ミラー２１で分かれた他方の光がモードマッチング用光学系２３を経て第二の共振器５＿２に入射される。
【００８８】
第二の共振器５＿２には、４枚のミラーｍ１乃至ｍ４及び和周波混合用の素子２４が設けられている。即ち、ｍ１から入射された光が、ｍ２、ｍ３で順次反射されてから、素子２４を経た後、ｍ４で反射されて再びＭ１に戻る光路が形成されている。また、ミラーｍ４による反射光の一部がｍ１を透過して光検出器６＿２により検出される。そして、第二の共振器５＿２に係る共振器長の制御を行うために、ｍ１乃至ｍ４のうち、少なくとも１つにＰＺＴやＶＣＭ等の移動手段及び可動機構が設けられている。
【００８９】
単一周波数のレーザー光源２Ｃ（例えば、波長λ２＝７５０ｎｍ）の出力光は、位相変調器２５で変調を受けてから、モードマッチング用光学系２６を経て第三の共振器５＿３に入射される。
【００９０】
第三の共振器５＿３には、４枚のミラーｋ１乃至ｋ４及び素子２４が設けられており、素子２４が共振器５＿２との間で共有されている。
【００９１】
共振器５＿３において、ミラーｋ１に入射された光は、ｋ２、ｋ３で順次反射されてから、素子２４を経た後、ｋ４で反射されて再びｋ１に戻る光路が形成されている。また、ミラーｋ４による反射光の一部がｋ１を透過して光検出器６＿３により検出される。尚、共振器５＿３について、その共振器長の制御を行う必然性はないが、当該制御を行う場合には、ｋ１乃至ｋ４のうち、少なくとも１つにＰＺＴやＶＣＭ等の移動手段及び可動機構が設けられる。
【００９２】
共振器５＿１、５＿２に係るロッキングのための制御については、既に説明した方法と同様であって、例えば、周波数ｆ１、ｆ２の変調信号を位相変調器３に印加するとともに、ｆ１の信号による光の変調成分が第一の共振器５＿１で反射されるようにし、ｆ２の信号による光の変調成分が第一の共振器５＿１を透過して第二の共振器５＿２で反射されるようにする。そして、共振器５＿１のミラーＭ４で反射された光を光検出器６＿１で検出するとともに、共振器５＿２のミラーｍ４で反射された光を光検出器６＿２で検出し、同期検波によってそれぞれの誤差信号を得て、各共振器長を可動ミラーの制御により変化させれば良い。勿論、ｆ１、ｆ２ではなく単一周波数の変調信号を位相変調器３に印加しても良い。また、位相変調器３と２５にそれぞれ印加する変調信号の周波数については、両者を独立に決めて、共振器５＿２、５＿３を各別にロックしても良いし、また、周波数を同じにして同一の局部発振器を使っても良い。
【００９３】
本構成では、第一の共振器５＿１内の波長変換素子２０による第二高調波発生の結果、当該共振器の出力光ＬＴ６の波長が基本波の波長の半分（λ１／２＝２６６ｎｍ）となる。
【００９４】
そして、レーザー光源２Ｃから光と上記ＬＴ６が光混合用の素子２０において、周波数加算された結果、当該素子から出力光ＬＴ８が得られる。光ＬＴ６の波長を改めて「λ１」と記すとき、光ＬＴ８の波長（λ）は、「ω＝ω１＋ω２」を波長についての関係式に書き直した、「１／λ＝１／λ１＋１／λ２」において、λ１＝２６６（第二高調波）、λ２＝７５０をそれぞれ代入することにより求まり、λが約１９６ｎｍとなる。
【００９５】
このように、レーザー光は、変調信号が印加された位相変調器を透過した後に、第一の共振器内に配置された非線形光学素子によって波長変換され、その後に、他の位相変調器を経ることなく、複数の共振器（例えば、縦列配置とされた共振器）に順次に入射されるようにした構成を用いることができる。そして、この場合にも、変調信号及び各共振器に係る光検出信号から生成される誤差信号を用いたＦＭサイドバンド法により各共振器を同時に共振状態に保つことができる。
【００９６】
尚、図９に示す構成において、レーザー光源２Ｃを用いずに、レーザー光源２Ｂの出力光を用いて第三の共振器５＿３に入射させると、和周波発生による３倍周波数の出力光を得ることができる。
【００９７】
例えば、レーザー光源２Ｂから位相変調器３を経た光を、ハーフミラー等によって２分し、その一方の光についてはモードマッチング用光学系４を介して第一の共振器５＿１に入射させ、他方の光については、モードマッチング用光学系２６あるいは位相変調器２５及びモードマッチング用光学系２６を介して第三の共振器５＿３に入射させる。第一の共振器５＿１内の素子２０により、基本周波数（ω）の２倍の周波数（２ω）が得られ、和周波混合用の素子２４により、さら「ω＋２ω＝３ω」の周波数が得られるので、出力光ＬＴ８の波長はレーザー光源２Ｂによる元の波長に対して３分の１となる（例えば、５３２／３≒１７７ｎｍ）。
【００９８】
尚、この場合に使用する位相変調器については、１つの位相変調器３を、第一及び第二の共振器あるいは第一乃至第三の共振器に対して共通に用いても良いし、また、第一及び第二の共振器に対して位相変調器３を用い、第三の共振器に対して位相変調器２５を専用に用いても良い。そして、各共振器をロックするための制御に用いる変調信号の周波数については、それぞれの共振器に対して異なる周波数を用いても良いし、また、２以上の共振器に対して同一の周波数を用いても良い。
【００９９】
この他にも、各種の形態で本発明を実施することができるが、複数の共振器に係る透過帯域の幅に関しては、上記第一の共振器の透過幅が第二の共振器の透過幅よりも広い設定にされていることが好ましい（図８（Ａ）、（Ｂ）を参照。）。
【０１００】
また、第二の共振器の共振状態を保持するために用いられる位相変調信号の周波数ｆ２を、第一の共振器の透過幅に相当する周波数（これを「Δ1」と記す。）とほぼ同等か又はこれよりも低周波とし、かつ、第二の共振器の透過幅に相当する周波数（これを「Δ2」と記す。）とほぼ同等か又はこれよりも高周波とする。つまり、「ｆ２≦Δ1」は、ｆ２による側波が第一の共振器をほぼ透過するための条件であり、「ｆ２≧Δ2」は側波が第二の共振器においてほぼ反射されるための条件である。
【０１０１】
そして、「ｆ１≧Δ1」、「ｆ２≦Δ1」が好ましいが、前者は、周波数ｆ１による側波が、第一の共振器の透過帯の外側帯域に存在するための条件であり、後者は、周波数ｆ２による側波が、第一の共振器の透過帯域内にあるための条件である。
【０１０２】
共振器の安定したロッキングのためには、複数の変調周波数又はそれらの和周波信号若しくは差周波信号の各々が、対応する変調信号の周波数（信号発生部７による発振周波数）に対して安定した位相関係にあることが必要である。そのためには、同期検波の際にそれぞれの変調周波数に対して独立に位相遅延量を調整できるようにすることが好ましい。例えば、図３において、光検出器６＿１、６＿２と検波部１７との間に遅延（ディレイ）回路を介挿して、光検出信号の位相遅延について調整を行えるように構成すれば良い。
【０１０３】
しかして、本発明では、位相変調されたレーザー光を第一の共振器に入射させた後、当該共振器中に配置された非線形光学素子により発生される光を、位相変調器を経ることなく第二の共振器に入射させ、そして、第一及び第二の共振器からの光をそれぞれ検出するとともに、各検出信号及び変調信号から誤差信号を生成して、共振器毎にそれぞれの光路長を制御することにより、複数の共振器を同時に共振状態に保つことができる。
【０１０４】
従って、下記に示す各種の利点が得られる。
【０１０５】
・従来よりも少ない数の位相変調器を用いて、複数の共振器をＦＭサイドバンド法で安定にロックすることができるため、装置構成が簡素化され、小型化やコストの低減に好適である。
【０１０６】
・紫外光や紫外線への適用において有用である。例えば、上記第一の共振器により波長変換された出力光の波長が４００ｎｍ以下である場合において、高性能な位相変調器を使う必要がない。つまり、紫外線等の変調に利用できる位相変調器については、高電圧を必要としたり、素子サイズが大きいこと、電源を含めたコストが嵩むといった不都合を伴い、素子の入手経路が限られてしまうが、上記の構成では、このような問題は一切なく、安価で使い易い位相変調器で済むため、コストの低減が可能となり、また、装置の製造に要する時間を短縮できる。
【０１０７】
・効率の上昇や小型化に適した構成及び方法を提供でき、消費電力の低減や配置スペースの低減にとって有効である。
【０１０８】
【発明の効果】
以上に記載したところから明らかなように、請求項１や請求項１６に係る発明によれば、ＦＭサイドバンド法を用いることで共振器の安定なロッキングが可能となることは勿論、各共振器に対してそれぞれの前段に位相変調器を設ける必要がないので、従来よりも少ない数の位相変調器を用いて複数の共振器を同時にロックすることができる。また、紫外線等への適用において、特別な位相変調を用いる必要がない。
【０１０９】
請求項２や請求項１７に係る発明によれば、異なる周波数の変調信号を用いることによって各共振器をより安定にロックすることができる。
【０１１０】
請求項３乃至６や、請求項１８及び１９に係る発明によれば、非線形光学素子の温度変化等による影響を受け難いので、当該素子を使った波長変換をより安定して効率良く行うことができる。
【０１１１】
請求項７や請求項２０、２１に係る発明によれば、各共振器に対応する周波数成分をもった信号を使って、それぞれの共振器を同時にロックすることができる。
【０１１２】
請求項８や請求項２２に係る発明によれば、信号対ノイズ比が高く、外乱に対して安定したロッキングが可能になる。
【０１１３】
請求項９に係る発明によれば、レーザー光の増幅により所望の出力を得ることができる。
【０１１４】
請求項１０に係る発明によれば、高調波発生により短波長の出力光を得ることができる。
【０１１５】
請求項１１に係る発明によれば、和周波や差周波の発生により各種波長の出力光を得ることができる。
【０１１６】
請求項１２や請求項２３に係る発明によれば、位相変調器を経ることなく配置された共振器に対して順次にレーザー光を入射させて各共振器を同時にロックすることができ、光量の損失が少なく効率が良い。
【０１１７】
請求項１３乃至１５、請求項２４乃至２６によれば、第一の共振器と第二の共振器について、それぞれの変調周波数を区別して使用できるとともに、反射光の検出信号を用いて誤差信号を得ることができるので、共振器のロッキングにとって有利である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る基本構成例を示す説明図である。
【図２】図３とともに本発明の構成例を示す図であり、本図は全体構成についてその要部を示す。
【図３】位相変調器及び光検出器を含む制御系の構成例を示す図である。
【図４】相対反射率のδ依存性を示すグラフ図である。
【図５】相対透過率のδ依存性を示すグラフ図である。
【図６】相対反射率のδ依存性について要部を拡大して示す図である。
【図７】誤差信号のδ依存性を示す図である。
【図８】反射率の周波数依存性と変調周波数との関係について説明するための図である。
【図９】本発明に係る別の構成例を示す図である。
【符号の説明】
１、１２、１９…レーザー光発生装置、２、２Ａ、２Ｂ、２Ｃ…レーザー光源、３、２５…位相変調器、４、１５、２３、２６…光学系、５＿１…第一の共振器、５＿２…第二の共振器、６＿Ｘ（Ｘ＝１、２、…）…光検出器、７…信号発生部、８、２０…非線形光学素子、９…光路長可変手段、１１…制御回路
【図１】
0003885511.tif 000004
【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７】
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【図８】
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【図９】
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