(57)【要約】【課題】安価に変調による影響を解消したレーザ周波数安定化装置、方法、及びプログラムを提供する。【解決手段】レーザ周波数安定化装置は、波長の異なる第１，第２縦モード光を生成し出射するレーザ光生成部１０、レーザ光を第１縦モード光Ｌ（１）及び第２縦モード光Ｌ（２）の分光するレーザ光分光部２０、光出力信号Ｓｇ１を検出する第１検出部３１、第１縦モード光Ｌ（１）による第１縦モード信号Ｓｇａを検出する第２検出部４１、第２縦モード光Ｌ（２）による第２縦モード信号Ｓｇｂを検出する第３検出部４２、共振器長を変化させるアクチュエータ１８、光出力信号Ｓｇ１に基づきアクチュエータ１８の駆動を制御する第１駆動制御部３６、第１縦モード信号Ｓｇａの信号強度及び第２縦モード信号Ｓｇｂの信号強度の比が所定値となるようにアクチュエータ１８の駆動を制御する第２駆動制御部４２を備える。【選択図】図１
2009218488.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
共振器により励起光を共振させてレーザ光を生成し、当該レーザ光を吸収セルに照射して得られる光出力信号に含まれる飽和吸収信号に基づき前記共振器長を変化させ前記レーザ光の発振周波数を安定化するレーザ周波数安定化装置であって、
波長の異なる第１縦モード光及び第２縦モード光を含むレーザ光を生成し出射するレーザ光生成部と、
このレーザ光生成部から出射されたレーザ光を前記第１縦モード光及び前記第２縦モード光に分光する分光部と、
前記吸収セルからの光出力信号を検出する第１検出部と、
前記第１縦モード光の信号強度を検出する第２検出部と、
前記第２縦モード光の信号強度を検出する第３検出部と、
前記共振器長を変化させるアクチュエータと、
前記第１検出部で検出された光出力信号から飽和吸収信号を検出し、この飽和吸収信号に基づき前記アクチュエータの駆動を制御する第１駆動制御部と、
前記第２検出部で検出された第１縦モード光の信号強度と前記第３検出部で検出された第２縦モード光の信号強度との比が所定値となるように前記アクチュエータの駆動を制御する第２駆動制御部と、
前記アクチュエータに対する前記第１駆動制御部による制御と前記第２駆動制御部による制御とを切り替える切替部と
を備えたことを特徴とするレーザ周波数安定化装置。
【請求項２】
前記レーザ光生成部は、ピーク波長が隣り合い、互いの偏光面が直交する第１縦モード光及び第２縦モード光を生成し出射する
ことを特徴とする請求項１記載のレーザ周波数安定化装置。
【請求項３】
前記切替部は、前記第１駆動制御部が検出した飽和吸収信号に前記レーザ光の発振周波数が一致したら、前記アクチュエータに対する制御を前記第１駆動制御部による制御から前記第２駆動制御部による制御に切り替える
ことを特徴とする請求項１又は請求項２記載のレーザ周波数安定化装置。
【請求項４】
前記第１駆動制御部は、前記光出力信号に基づく２次微分信号及び前記光出力信号に基づく３次微分信号の少なくとも一方を基に前記アクチュエータを制御する
ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載のレーザ周波数安定化装置。
【請求項５】
共振器により励起光を共振させてレーザ光を生成し、当該レーザ光を吸収セルに照射して得られる光出力信号の微分信号に含まれる飽和吸収信号に基づき前記共振器長を変化させ前記レーザ光の発振周波数を安定化するレーザ周波数安定化方法であって、
前記吸収セルからの光出力信号に基づき前記共振器長を制御する第１制御ステップと、
前記レーザ光に含まれる波長の異なる第１縦モード光及び第２縦モード光を検出し、当該第１縦モード光に基づく信号強度と当該第２縦モード光に基づく信号強度との比が所定値となるように前記共振器長を制御する第２制御ステップと
を備えることを特徴とするレーザ周波数安定化方法。
【請求項６】
共振器により励起光を共振させてレーザ光を生成し、該レーザ光を吸収セルに照射して得られる光出力信号の微分信号に含まれる飽和吸収信号に基づき前記共振器長を変化させ前記レーザ光の発振周波数を安定化させるためのレーザ周波数安定化プログラムであって、
コンピュータに、
前記吸収セルからの光出力信号に基づき前記共振器長を制御する第１制御ステップと、
前記レーザ光に含まれる波長の異なる第１縦モード光及び第２縦モード光を検出し、当該第１縦モード光に基づく信号強度と当該第２縦モード光に基づく信号強度との比が所定値となるように前記共振器長を制御する第２制御ステップと
を実行させるためのレーザ周波数安定化プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光出力信号に基づき共振器長を変化させレーザ光の発振周波数を安定化させるレーザ周波数安定化装置、レーザ周波数安定化方法、及びレーザ周波数安定化プログラムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体レーザにより励起するＮｄ：ＹＡＧ結晶などを利得媒体として用いた連続波発振の５３２ｎｍ領域の固体レーザの波長は、長さの標準として用いられる。実際に、レーザ光の波長を用いて測長を行うためには、レーザ光が単一周波数、すなわち単一縦モードで発振する必要がある。
【０００３】
さらに、レーザ光の波長を用いて測長を行う場合、測長の不確かさを低減するには、レーザ光の周波数安定度を高くする必要がある。ヨウ素分子の吸収線の分光技術を用いたヨウ素安定化レーザでは、飽和吸収信号の中心に発振周波数を制御することで、高い周波数安定度のレーザ光を得ることができる（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−２７４４９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１は、飽和吸収信号を捉えるため、共振器長に変調を与えながら、レーザ光の発振周波数を制御する。したがって、測長等に使用されるレーザ光の発振周波数に変調が生じる。つまり、従来技術においては、飽和吸収信号の測定に伴う変調の影響により、測定精度等が悪化するという問題がある。
【０００６】
上記問題に対して、従来、電気光学変調器（ＥＯＭ）等の変調器を用いた構成が提案されている。しかしながら、その構成は、高価な光学素子を用いるためコスト高となる。
【０００７】
そこで、本発明は、安価に変調による影響を解消したレーザ周波数安定化装置、レーザ周波数安定化方法、及びレーザ周波数安定化プログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係るレーザ周波数安定化装置は、共振器により励起光を共振させてレーザ光を生成し、当該レーザ光を吸収セルに照射して得られる光出力信号に含まれる飽和吸収信号に基づき前記共振器長を変化させ前記レーザ光の発振周波数を安定化するレーザ周波数安定化装置であって、波長の異なる第１縦モード光及び第２縦モード光を含むレーザ光を生成し出射するレーザ光生成部と、このレーザ光生成部から出射されたレーザ光を前記第１縦モード光及び前記第２縦モード光に分光する分光部と、前記吸収セルからの光出力信号を検出する第１検出部と、前記第１縦モード光の信号強度を検出する第２検出部と、前記第２縦モード光の信号強度を検出する第３検出部と、前記共振器長を変化させるアクチュエータと、前記第１検出部で検出された光出力信号から飽和吸収信号を検出し、この飽和吸収信号に基づき前記アクチュエータの駆動を制御する第１駆動制御部と、前記第２検出部で検出された第１縦モード光の信号強度と前記第３検出部で検出された第２縦モード光の信号強度との比が所定値となるように前記アクチュエータの駆動を制御する第２駆動制御部と、前記アクチュエータに対する前記第１駆動制御部による制御と前記第２駆動制御部による制御とを切り替える切替部とを備えたことを特徴とする。
【０００９】
このような構成により、レーザ周波数安定化装置は、共振器長に変調を与えることなく周波数を安定化させることができる。
【００１０】
また、前記レーザ光生成部は、ピーク波長が隣り合い、互いの偏光面が直交する第１縦モード光及び第２縦モード光を生成し出射する構成が望ましい。また、前記切替部は、前記第１駆動制御部が検出した飽和吸収信号に前記レーザ光の発振周波数が一致したら、前記アクチュエータに対する制御を前記第１駆動制御部による制御から前記第２駆動制御部による制御に切り替える構成が望ましい。また、前記第１駆動制御部は、前記光出力信号に基づく２次微分信号及び前記光出力信号に基づく３次微分信号の少なくとも一方を基に前記アクチュエータを制御する構成が望ましい。
【００１１】
本発明に係るレーザ周波数安定化方法は、共振器により励起光を共振させてレーザ光を生成し、当該レーザ光を吸収セルに照射して得られる光出力信号の微分信号に含まれる飽和吸収信号に基づき前記共振器長を変化させ前記レーザ光の発振周波数を安定化するレーザ周波数安定化方法であって、前記吸収セルからの光出力信号に基づき前記共振器長を制御する第１制御ステップと、前記レーザ光に含まれる波長の異なる第１縦モード光及び第２縦モード光を検出し、当該第１縦モード光に基づく信号強度と当該第２縦モード光に基づく信号強度との比が所定値となるように前記共振器長を制御する第２制御ステップとを備えることを特徴とする。
【００１２】
本発明に係るレーザ周波数安定化プログラムは、共振器により励起光を共振させてレーザ光を生成し、該レーザ光を吸収セルに照射して得られる光出力信号の微分信号に含まれる飽和吸収信号に基づき前記共振器長を変化させ前記レーザ光の発振周波数を安定化させるためのレーザ周波数安定化プログラムであって、コンピュータに、前記吸収セルからの光出力信号に基づき前記共振器長を制御する第１制御ステップと、前記レーザ光に含まれる波長の異なる第１縦モード光及び第２縦モード光を検出し、当該第１縦モード光に基づく信号強度と当該第２縦モード光に基づく信号強度との比が所定値となるように前記共振器長を制御する第２制御ステップとを実行させるためのものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、安価に変調による影響を解消したレーザ周波数安定化装置、レーザ周波数安定化方法、及びレーザ周波数安定化プログラムを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係るレーザ周波数安定化装置について説明する。
【００１５】
（本実施形態に係るレーザ周波数安定化装置の構成）
本発明の実施形態に係るレーザ周波数安定化装置の構成を説明する。図１は、本発明の実施形態に係るレーザ周波数安定化装置の構成概略図である。図１に示すように、レーザ周波数安定化装置は、レーザ光生成部１０、レーザ光分光部２０、第１制御部３０、第２制御部４０、及び切替部５０を備える。レーザ光生成部１０は、レーザ光を生成する機能を有する。レーザ光分光部２０は、レーザ光生成部１０にて生じたレーザ光を分光する機能を有する。第１制御部３０、及び第２制御部４０は、レーザ光を検出すると共にレーザ光の発振周波数を制御する機能を有する。切替部５０は、レーザ光の周波数制御を第１制御部３０の制御、又は第２制御部４０の制御に切り替える機能を有する。
【００１６】
レーザ光生成部１０は、励起用半導体レーザ１１、集光系１２、及び筐体１３を有する。励起用半導体レーザ１１は、所定の電流を与えられることにより波長８０８ｎｍの光Ｌ（０）を放出する。集光系１２は、複数の光学部材により構成されている。集光系１２は、励起用半導体レーザ１１からの光Ｌ（０）を筐体１３内に導光する。
【００１７】
筐体１３は、その内部であって、光Ｌ（０）の光路に順次配置されたＮｄ：ＹＶＯ４結晶１４ａ、ＫＴＰ結晶１４ｂ、波長板１５、エタロン１６、反射鏡１７、及びアクチュエータ１８を有する。
【００１８】
Ｎｄ：ＹＶＯ４結晶１４ａは、ダイオードレーザ励起固体レーザ用の結晶である。Ｎｄ：ＹＶＯ４結晶１４ａは、光Ｌ（０）の照射により、Ｎｄ原子が励起され、誘導輻射から波長１０６４ｎｍの光を発光する。Ｎｄ：ＹＶＯ４結晶１４ａは、集光系１２の側面に、波長１０６４ｎｍの光を反射するようにコーティングがなされている。
【００１９】
ＫＴＰ結晶１４ｂは、非線形光学結晶である。ＫＴＰ結晶１４ｂは、誘導輻射による波長１０６４ｎｍの光の一部を２次高調波である５３２ｎｍの光とする。
【００２０】
波長板１５は、光Ｌ（０）の垂直偏光の軸を位相シフトさせ、その光Ｌ（０）の偏光を変える。
【００２１】
エタロン１６は、高反射フィルタを向かい合わせに配置した構成を有する。エタロン１６は、周波数フィルタの機能を有し、予め、周波数（波長）の異なる２つの光（第１，第２縦モード光）、より具体的にはピーク波長が隣り合う第１及び第２縦モード光を生じさせるように調整されている。
【００２２】
反射鏡１７は、波長１０６４ｎｍの光を反射し、波長５３２ｎｍの光を透過するようにコーティングがなされている。したがって、波長１０６４ｎｍの光に対してのみ、Ｎｄ：ＹＶＯ４結晶１４ａと反射鏡１７によって共振器が構成される。
【００２３】
アクチュエータ１８は、ピエゾ素子にて構成されている。アクチュエータ１８は、筐体１３と反射鏡１７の間に設けられている。アクチュエータ１８は、印加する電圧により変形（膨張、伸縮）する。つまり、アクチュエータ１８は、その変形により反射鏡１７をＮｄ：ＹＶＯ４結晶１４ａに対して相対移動させ、共振器長を変化させる。
【００２４】
レーザ光生成部１０は、エタロン１６の調整によって、波長方向のピーク位置が隣り合う第１縦モード光Ｌ（１）及び第２縦モード光Ｌ（２）を生成し出射させる。レーザ光生成部１０は、第１縦モード光Ｌ（１）及び第２縦モード光Ｌ（２）をレーザ光分光部２０へと照射する。
【００２５】
第１縦モード光Ｌ（１）の偏光の向きは、第２縦モード光Ｌ（２）の偏光の向きと直交する。例えば、第１縦モード光Ｌ（１）は、π光であり、第２縦モード光Ｌ（２）は、σ光である。また、例えば、第１縦モード光Ｌ（１）は、σ光であり、第２縦モード光Ｌ（２）は、π光である。
【００２６】
レーザ光分光部２０は、ビームスプリッタ２０１、偏光板２０２、１／２波長板２０３、第１偏光ビームスプリッタ２０４、プリズム２０５、１／２波長板２０６、第２偏光ビームスプリッタ２０７、１／４波長板２０８、ヨウ素セル２０９、反射鏡２１０、及び第３偏光ビームスプリッタ２１１を有する。
【００２７】
ビームスプリッタ２０１は、レーザ光生成部１０からの第１縦モード光Ｌ（１）及び第２縦モード光Ｌ（２）が入射される位置に設けられている。ビームスプリッタ２０１は、第１縦モード光Ｌ（１）及び第２縦モード光Ｌ（２）を分割する。ビームスプリッタ２０１は、第１縦モード光Ｌ（１）の一部を透過して第１縦モード光Ｌ（１Ａ）とし、残りを反射して第１縦モード光Ｌ（１Ｂ）とする。また、ビームスプリッタ２０１は、第２縦モード光Ｌ（２）の一部を透過して第２縦モード光Ｌ（２Ａ）とし、残りを反射して第２縦モード光Ｌ（２Ｂ）とする。
【００２８】
偏光板２０２、１／２波長板２０３、及び第１偏光ビームスプリッタ２０４は、第１縦モード光Ｌ（１Ａ）及び第２縦モード光Ｌ（２Ａ）の光路に順次配置されている。偏光板２０２は、第１縦モード光Ｌ（１Ａ）のみを透過し、第２縦モード光Ｌ（２Ａ）は遮断するように構成されている。１／２波長板２０３は、直線偏光の第１縦モード光Ｌ（１Ａ）の偏光方向を変える。第１偏光ビームスプリッタ２０４は、偏光された第１縦モード光Ｌ（１Ａ）を分割する。第１偏光ビームスプリッタ２０４は、偏光された第１縦モード光Ｌ（１Ａ）の一部を透過して第１縦モード光Ｌ（１Ａａ）を生成し、残りを反射して第１縦モード光Ｌ（１Ａｂ）を生成する。ここで、第１偏光ビームスプリッタ２０４を透過した第１縦モード光Ｌ（１Ａａ）は、測長等に用いられる。
【００２９】
プリズム２０５は、第１偏光ビームスプリッタ２０４で反射された第１縦モード光Ｌ（１Ａｂ）が照射される位置に設けられている。プリズム２０５は、第１偏光ビームスプリッタ２０４からの第１縦モード光Ｌ（１Ａｂ）を所定角度に反射する。
【００３０】
１／２波長板２０６、第２偏光ビームスプリッタ２０７、１／４波長板２０８、ヨウ素セル２０９、及び反射鏡２１０は、プリズム２０５にて反射された第１縦モード光Ｌ（１Ａｂ）の光路に順次設けられている。
【００３１】
上記構成により、第１縦モード光Ｌ（１Ａｂ）は、１／２波長板２０６、第２偏光ビームスプリッタ２０７、１／４波長板２０８、及びヨウ素セル２０９を介して反射鏡２１０に照射される。続いて、第１縦モード光Ｌ（１Ａｂ）は、ヨウ素セル２０９、及び１／４波長板２０８を介して第２偏光ビームスプリッタ２０７にて反射される。そして、上記光路にて、第１縦モード光Ｌ（１Ａｂ）は、ヨウ素セル２０９を透過することにより、特定周波数領域の光が吸収された吸収光Ｌ（１Ａｂ）’となる。
【００３２】
第３偏光ビームスプリッタ２１１は、第１縦モード光Ｌ（１Ｂ）、及び第２縦モード光Ｌ（２Ｂ）の光路に配置されている。第３偏光ビームスプリッタ２１１は、第１縦モード光Ｌ（１Ｂ）、及び第２縦モード光Ｌ（２Ｂ）を分光する。第３偏光ビームスプリッタ２１１は、第１縦モード光Ｌ（１Ｂ）を反射させ、第２縦モード光Ｌ（２Ｂ）を透過させる。
【００３３】
第１制御部３０は、第１検出部３１、２次微分用ロックインアンプ３２、３次微分用ロックインアンプ３３、主制御部３４、変復調用信号発生器３５、及び第１駆動制御部３６を有する。
【００３４】
第１検出部３１は、第２偏光ビームスプリッタ２０７からの吸収光Ｌ（１Ａｂ）’を検出する。第１検出部３１は、検出した吸収光Ｌ（１Ａｂ）’に基づき光出力信号Ｓｇ１を生成する。第１検出部３１は、光出力信号Ｓｇ１を２次微分用ロックインアンプ３２及び３次微分用ロックインアンプ３３へと出力する。
【００３５】
２次微分用ロックインアンプ３２は、入力された光出力信号Ｓｇ１を周波数２ｆＨｚで復調し、２次微分信号Ｓｇ２を生成する。２次微分用ロックインアンプ３２は、生成した２次微分信号Ｓｇ２を主制御部３４へと出力する。
【００３６】
３次微分用ロックインアンプ３３は、入力された光出力信号Ｓｇ１を周波数３ｆＨｚで復調し、３次微分信号Ｓｇ３を生成する。３次微分用ロックインアンプ３３は、生成した３次微分信号Ｓｇ３を主制御部３４へと出力する。
【００３７】
主制御部３４は、例えば、ＰＣ（Personal Computer）にて構成されている。主制御部３４は、各種プログラムを格納する記憶部を有する。主制御部３４は、格納した各種プログラムに従って、レーザ光の周波数を制御する。主制御部３４は、入力された２次微分信号Ｓｇ２及び３次微分信号Ｓｇ３に基づき、切替部５０の状態を制御する。主制御部３４は、入力された３次微分信号Ｓｇ３に基づき、第１アクチュエータ制御信号Ｓｃ１を生成する。第１アクチュエータ制御信号Ｓｃ１は、第１駆動制御部３６に入力され、第１駆動制御部３６を制御する。
【００３８】
変復調用信号発生器３５は、周波数１ｆＨｚの信号を第１駆動制御部３６へと出力する。変復調用信号発生器３５は、周波数２ｆＨｚの信号を２次微分用ロックインアンプ３２へと出力する。変復調用信号発生器３５は、周波数３ｆＨｚの信号を３次微分用ロックインアンプ３３へと出力する。
【００３９】
第１駆動制御部３６は、第１アクチュエータ制御信号Ｓｃ１及び周波数１ｆＨｚの信号に基づき、第１制御電圧Ｃ１を生成し、この第１制御電圧Ｃ１を切換部５０へと印加する。第１制御電圧Ｃ１は、周波数１ｆＨｚにて変調された電圧である。上記構成を換言すると、第１駆動制御部３６は、光出力信号Ｓｇ１から生成される３次微分信号Ｓｇ３に基づきアクチュエータ１８を制御する。
【００４０】
第２制御部４０は、第２検出部４１、第３検出部４２、差動アンプ４３、及び第２駆動制御部４４を有する。
【００４１】
第２検出部４１は、第３偏光ビームスプリッタ２１１からの第１縦モード光Ｌ（１Ｂ）を検出する。第２検出部４１は、検出した第１縦モード光Ｌ（１Ｂ）に基づき、第１モード信号Ｓｇａを生成する。第２検出部４１は、第１モード信号Ｓｇａを差動アンプ４３へと出力する。
【００４２】
第３検出部４２は、第３偏光ビームスプリッタ２１１からの第２縦モード光Ｌ（２Ｂ）を検出する。第３検出部４２は、検出した第２縦モード光Ｌ（２Ｂ）に基づき、第２モード信号Ｓｇｂを生成する。第３検出部４２は、第２モード信号Ｓｇｂを差動アンプ４３へと出力する。
【００４３】
差動アンプ４３は、第１モード信号Ｓｇａ、第２モード信号Ｓｇｂを差動増幅し、第２アクチュエータ制御信号Ｓｃ２を生成する。第２アクチュエータ制御信号Ｓｃ２は、第２駆動制御部４４を制御するための信号である。第２アクチュエータ制御信号Ｓｃ２は、第１モード信号Ｓｇａの信号強度と第２モード信号Ｓｇｂの信号強度との比を示す信号である。差動アンプ４３は、第２アクチュエータ制御信号Ｓｃ２を第２駆動制御部４４へと出力する。
【００４４】
第２駆動制御部４４は、第２アクチュエータ制御信号Ｓｃ２に基づき、第２制御電圧Ｃ２を生成し、この第２制御電圧Ｃ２を切替部５０へと印加する。第２制御電圧Ｃ２は、第１モード信号Ｓｇａの信号強度と第２モード信号Ｓｇｂの信号強度との比に基づく電圧である。
【００４５】
切替部５０は、第１〜第３端子５１〜５３を有する。第１端子５１は、アクチュエータ１８に接続されている。第２端子５２には、第１制御電圧Ｃ１が印加される。第３端子５３には、第２制御電圧Ｃ２が印加される。
【００４６】
つまり、切替部５０において、第１端子５１と第２端子５２とを接続すると、アクチュエータ１８に対して第１制御電圧Ｃ１による駆動制御がなされる。また、切替部５０において、第１端子５１と第３端子５３とを接続すると、アクチュエータ１８に対して第２制御電圧Ｃ２による駆動制御がなされる。また、切替部５０は、主制御部３４の制御により第１〜第３端子５１〜５３の間の接続の切り替えを行う。
【００４７】
（本実施形態に係るエタロン１６の調整）
次に、上述したレーザ光生成部１０から隣り合う２本の縦モード光Ｌ（１Ｂ）、Ｌ（２Ｂ）を出射させるためのエタロン１６の調整方法について説明する。エタロン１６の調整は、例えば、以下のように行う。先ず、ビームスプリッタ２０１と第３偏光ビームスプリッタ２１１との間に光スペクトルアナライザを設置する。また、第１偏光ビームスプリッタ２０４の後に波長計を設置する。そして、設置した光スペクトルアナライザによって隣り合う２本の縦モード光Ｌ（１Ｂ）、Ｌ（２Ｂ）を読み取り、これらの縦モード光Ｌ（１Ｂ）、Ｌ（２Ｂ）が出射されるように共振器内のエタロン１６の回転角度を調整した後、波長計による測定結果に基づき第１縦モード光Ｌ（１Ａ）が所望の周波数になるように調整を行う。
【００４８】
（本実施形態に係るレーザ周波数安定化装置の制御）
次に、図２及び図３を参照して、本実施形態におけるレーザ周波数を安定化する制御（レーザ周波数安定化制御）について説明する。図２は、本実施形態に係るレーザ周波数安定化制御を説明するフローチャートである。図３は、光出力信号Ｓｇ１及び３次微分信号Ｓｇ３を示す図である。
【００４９】
図２に示すように、先ず、主制御部３４は、切替部５０を第１状態に切り替える（ステップＳ１１）。ここで、第１状態とは、第１端子５１が、第２端子５２に接続された状態とする。つまり、主制御部３４は、アクチュエータ１８を第１駆動制御部３６にて制御するように設定する。
【００５０】
続いて、第１駆動制御部３６は、アクチュエータ１８の駆動を光出力信号Ｓｇ１に基づき制御する（ステップＳ１２）。つまり、第１駆動制御部３６は、共振器長を光出力信号Ｓｇ１に基づき制御する。
【００５１】
上記ステップＳ１２の制御にて、先ず、第１駆動制御部３６は、アクチュエータ１８を駆動させ、所定の周波数領域における３次微分信号Ｓｇ３を測定する。上記測定により、図３に示すように、所定の周波数領域における３次微分信号Ｓｇ３には、ピーク及びバレーにて構成される複数の飽和吸収信号Ｐ１〜Ｐｎ（ｎは自然数）が観測される。
【００５２】
そして、第１駆動制御部３６は、アクチュエータ１８を駆動させ、任意の飽和吸収信号Ｐｋの中心周波数に一致するように、３次微分信号Ｓｇ３の発振周波数を設定する。これにより、測長に用いられる第１縦モード光Ｌ（１Ａａ）は、設定した飽和吸収信号Ｐｋの中心周波数と一致する発振周波数となる。ここで、第１駆動制御部３６から出力される第１制御電圧Ｃ１は、周波数１ｆＨｚの信号により変調されたものである。したがって、第１縦モード光Ｌ（１Ａａ）は、変調された光となる。
【００５３】
次に、主制御部３４は、切替部５０を第２状態に切り替える（ステップＳ１３）。ここで、第２状態とは、第１端子５１が第３端子５３に接続された状態とする。つまり、主制御部３４は、アクチュエータ１８を第２駆動制御部４４にて制御するように設定する。
【００５４】
続いて、第２駆動制御部４４は、アクチュエータ１８を第１モード信号Ｓｇａの信号強度、及び第２モード信号Ｓｇｂの信号強度に基づき制御する（ステップＳ１４）。つまり、第２駆動制御部４４は、共振器長を第１モード信号Ｓｇａの信号強度、及び第２モード信号Ｓｇｂの信号強度に基づき制御する。第２駆動制御部４４は、第１モード信号Ｓｇａの信号強度と第２モード信号Ｓｇｂの信号強度が同等、若しくは両者の比が一定（所定値）となるように制御する。
【００５５】
次に、主制御部３４は、制御を終了する終了命令を受け付けたか否かを判断する（ステップＳ１５）。ここで、主制御部３４は、終了命令を受け付けたと判断すると（ステップＳ１５，Ｙ）、上記制御を終了する。一方、主制御部３４は、終了命令を受け付けていないと判断すると（ステップＳ１５，Ｎ）、繰り返しステップＳ１４の処理を実行する。
【００５６】
（本実施形態に係るレーザ周波数安定化装置の効果）
次に、本実施形態に係るレーザ周波数安定化装置の効果を説明する。上記のように、本実施形態に係るレーザ周波数安定化装置は、第１駆動制御部３６にて、共振器長を変調させながら、飽和吸収信号を測定し、任意の飽和吸収信号の中心周波数に３次微分信号Ｓｇ３の発振周波数が一致するようにアクチュエータ１８を制御する。続いて、レーザ周波数安定化装置は、第２駆動制御部４４にて、第１モード信号Ｓｇａの信号強度及び第２モード信号Ｓｇｂの信号強度に基づき、アクチュエータ１８を制御する。このように、本実施形態に係るレーザ周波数安定化装置は、最終的に、共振器長を変調させることなく、レーザ周波数を安定化させることができる。すなわち、本実施形態に係るレーザ周波数安定化装置は、変調されていないレーザ光を安定して生成することができるので、そのレーザ光を用いて、高精度の測長が可能となる。また、本実施形態に係るレーザ周波数安定化装置は、高価な光学素子を必要としないため、安価に製造することができる。
【００５７】
（その他実施形態）
以上、レーザ周波数安定化装置の一実施形態を説明してきたが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲内において種々の変更、追加、置換等が可能である。
【００５８】
例えば、上記実施形態においては、第１駆動制御部３６は、３次微分信号Ｓｇ３に基づく主制御部３４からの第１アクチュエータ制御信号Ｓｃ１にてアクチュエータ１８を駆動させるものである。しかしながら、上記構成に限られるものではなく、第１駆動制御部３６は、２次微分信号Ｓｇ２に基づく主制御部３４からの制御信号にてアクチュエータ１８を駆動させるものであってもよい。つまり、第１駆動制御部３６は、光出力信号Ｓｇ１に基づき制御させるものであればよい。
【００５９】
また、例えば、上記実施形態は、エタロン１６にて、第１縦モード光Ｌ（１）及び第２縦モード光Ｌ（２）を生成させる構成である。しかしながら、上記構成に限られるものではなく、エタロン１６の代わりに、第１縦モード光Ｌ（１）及び第２縦モード光Ｌ（２）を生成するように共振器長を調整可能なレーザチューブを用いた構成であってもよい。ここで、レーザチューブは、例えば、その外周にヒータを巻かれ、そのヒータの温度制御により伸縮可能に構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の実施形態に係るレーザ周波数安定化装置の構成概略図である。
【図２】本発明の実施形態に係るレーザ周波数安定化装置のレーザ周波数安定化制御を示すフローチャートである。
【図３】本発明の実施形態に係るレーザ周波数安定化装置の制御時に検出する光出力信号Ｓｇ１、及び３次微分信号Ｓｇ３を示す図である。
【符号の説明】
【００６１】
１０…レーザ光生成部、２０…レーザ光分光部、３０…第１制御部、４０…第２制御部、５０…切替部。
【図１】
2009218488.tif 000003
【図２】
2009218488.tif 000004
【図３】
2009218488.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成21年3月13日(2009.3.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項３】
前記切替部は、前記第１駆動制御部の制御により飽和吸収信号に前記レーザ光の発振周波数が一致したら、前記アクチュエータに対する制御を前記第１駆動制御部による制御から前記第２駆動制御部による制御に切り替える
ことを特徴とする請求項１又は請求項２記載のレーザ周波数安定化装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
Ｎｄ：ＹＶＯ４結晶１４ａは、ダイオードレーザ励起固体レーザ用の結晶である。Ｎｄ：ＹＶＯ４結晶１４ａは、光Ｌ（０）の照射により、Ｎｄ原子が励起され、誘導輻射から波長１０６４ｎｍの光Ｌ’（０）を発光する。Ｎｄ：ＹＶＯ４結晶１４ａは、集光系１２の側面に、光Ｌ’（０）を反射するようにコーティングがなされている。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】
ＫＴＰ結晶１４ｂは、非線形光学結晶である。ＫＴＰ結晶１４ｂは、誘導輻射による光Ｌ’（０）の一部を２次高調波である５３２ｎｍの光とする。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
波長板１５は、光Ｌ’（０）の垂直偏光の軸を位相シフトさせ、その光Ｌ’（０）の偏光を変える。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２２】
反射鏡１７は、光Ｌ’（０）を反射し、波長５３２ｎｍの光を透過するようにコーティングがなされている。したがって、光Ｌ’（０）に対してのみ、Ｎｄ：ＹＶＯ４結晶１４ａと反射鏡１７によって共振器が構成される。
【手続補正６】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2009218488.tif 000006