频率稳定化激光器及频率稳定化方法技术

本发明专利技术提供的是一种能够使激光的振荡频率稳定化的频率稳定化激光器，具有对由参照用激光透过吸收单元而得到的光输出信号实施检测的检测装置（２６）、生成光输出信号的三次微分信号的三次微分信号检测装置（３２、３３）、使谐振器长度变化的第一促动器（１２５）、驱动第一促动器（１２５）的第一驱动装置（３１）、能够使谐振器长度产生变化的第二促动器（１２６）、驱动第二促动器（１２６）的第二驱动装置（３６）、根据光输出信号控制第一促动器的第一控制装置（３０）和根据三次微分信号通过第二促动器控制谐振器长度的第二控制装置（３５）。而且，能够通过第一促动器（１２５）和第二促动器（１２６）控制上述谐振器长度，使上述振荡频率稳定化。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及能够根据光输出信号改变谐振器长度，而使激光的振荡频率稳定化的。
技术介绍
由半导体激光器激励的Nd:YAG晶体等作为放大介质而进行使用的、连续波束振荡位于523nm区域的固体激光波长，被作为长度标准使用。实际上，为了利用激光波长进行长度测量，有必要利用激光单一频率即单一纵模进行振荡。而且，为了利用原子或分子的吸收线分光技术使激光的振荡频率稳定化，还必须能够任意地选择振荡频率。作为选择激光的振荡模式且单一化的方法，目前众所周知的方法包括有在谐振器内使用标准样件的方法、在谐振器内使用衍射光栅的方法等等。为了任意地选择振荡频率，可以通过采用由标准样件等的光学元件构成的频率滤波器，对透过的激光的频率进行选择，进而通过控制谐振器长度，而控制激光的振荡频率。在采用激光的波长进行长度测量的情况，为了降低长度测量的不正确性，有必要提高激光的频率稳定度。对于利用碘分子的吸收线分光技术构造的碘稳定化激光器，通过将振荡频率控制在饱和吸收信号的中心，能得到高频率稳定度的激光(参见日本特开2001-274495、日本特开平10-163549、日本特开2000-261092)。实际上，为了能够把激光作为长度的标准器件，选择任意的振荡频率，而且为了能够使10-10级的频率稳定度成为可能，需要能够控制谐振器长度，使其能够按照数GHz的幅度扫描谐振频率，并将所希望的频率控制在50kHz左右的幅度内。因此，这需要使控制谐振器长度的促动器及其驱动电路的动态区域变大，所以使振荡频率稳定化是困难的。
技术实现思路
本专利技术是鉴于这样的问题而研制的，其目的是提供一种使激光的振荡频率稳定度提高的。本专利技术提供的一种频率稳定化激光器，通过在相对位置配置一对反射镜而构成的谐振器使激励光谐振而生成激光，并根据对吸收单元照射该激光而得到的光输出信号改变上述谐振器长度，从而使上述激光的振荡频率稳定化，其特征在于，具有检测上述光输出信号的光检测装置；检测上述光输出信号的三次微分信号的三次微分信号检测装置；使上述谐振器长度产生变化的第一促动器；驱动上述第一促动器的第一驱动装置；使上述谐振器长度产生变化的第二促动器；驱动上述第二促动器的第二驱动装置；根据上述光输出信号控制上述第一驱动装置的第一控制装置；根据上述三次微分信号控制上述第二驱动装置的第二控制装置，而且通过上述第一促动器和上述第二促动器控制上述谐振器长度，进而控制上述振荡频率。本专利技术提供的一种频率稳定化方法，通过在相对位置配置一对反射镜而构成的谐振器使激励光谐振而生成激光，并根据对吸收单元照射该激光而得到的光输出信号使上述谐振器长度产生变化，从而使上述激光的振荡频率稳定化，其特征在于，具有检测上述光输出信号的光检测工序；检测上述光输出信号的三次微分信号的三次微分信号检测工序；根据上述光输出信号控制上述谐振器长度变动的第一控制工序和根据上述三次微分信号控制上述谐振器长度变动的第二控制工序，而且通过控制上述谐振器的长度变动控制上述振荡频率的。若使用本专利技术，通过组合使用检测光输出信号和其三次微分信号，并且控制谐振器长度的第一和第二促动器的方式，能够在不增大各个动态区域的条件下增大全体的动态区域。因此，能够提高激光的频率稳定度。附图说明图1是表示作为本专利技术一种实施形式的频率稳定化激光器的构成概略图；图2是表示对作为本专利技术一种实施形式的频率稳定化激光器实施控制时检测的光输出信号、三次微分信号的图；图3是表示本专利技术一种实施形式的频率稳定化激光器实施控制时检测的光输出信号的示意图；图4是表示本专利技术一种实施形式的频率稳定化激光器的图2中的A部的放大图。具体实施例方式以下，参照附图说明该专利技术的最佳实施形式。参照图1说明本专利技术的一种实施形式。图1是表示本专利技术一种实施形式的频率稳定化激光器的构成概略图。如图1所示，这种频率稳定化激光器具有激光发生部1、激光检测部2、驱动控制部3和计算机4。激光发生部1具有激励用半导体激光器10、用多个光学零部件构成的聚光系统11、生成特定波长谐振波的谐振波生成部12和对谐振波生成部12进行温度控制的温度控制部13。在激光发生部1中，可以通过给激励用半导体激光器10提供规定电流，发射出波长为808nm的激光L1。该发射出的激光L1由聚光系统11实施聚光，并被引导到谐振波生成部12处。在谐振波生成部12的激光入射侧(如图1所示的谐振波生成部12的左侧部)，还配置着Nd:YVO4晶体121a、KTP晶体(非线性光学晶体)122a。Nd:YVO4晶体121a是一种二极管激光器激励固体，通过激光L1的照射，可以激励Nd原子，进而可以通过感应辐射而发射出波长为1064nm的光。而且，在该Nd:YVO4晶体121a的聚光系统11侧的面(图1左侧)处，形成有能够对波长为1064nm的光实施反射的涂层。KTP晶体122a是一种非线性光学晶体，通过感应辐射能够将波长为1064nm的一部分光生成为作为其2次高频谐波的波长为532nm的光。这里，若波长为1064nm的光是单一纵模，则作为其第二高频谐波的波长为532nm的光也具有单一纵模。这些Nd:YVO4晶体121a和KTP晶体122a分别安装在线膨胀率较大的黄铜制的Nd:YVO4晶体座121b和KTP晶体座122b(非线性光学晶体存储部)处。在谐振波生成部12的中央部配置着第一标准样件123a和第二标准样件123b。这些标准样件123a、123b具有仅能够使特定频率的激光透过的特性。在谐振波生成部12的激光出射侧(如图1所示的谐振波生成部12的右侧部)处，设置有反射镜124、第一促动器125和第二促动器126。Nd:YVO4晶体121a～第二促动器126被收装在激光器谐振器框体127内。反射镜124形成有能够反射波长为1064nm的光，并且使波长为532nm的光透过的涂层。因此，仅相对于波长为1064nm的光，Nd:YVO4晶体121a和反射镜124构成为谐振器。第一促动器125和第二促动器126是压电晶体，能够通过施加电压产生变形，而使反射镜124的位置产生变化。而且，第二促动器126与第一促动器125进行比较，相对施加电压的形状变化较小地设定。温度控制部13具有温度计130、珀尔帖元件131、散热器132和温度控制电路133。温度计130测定谐振波生成部12的温度。温度控制电路133依据由温度计130得到的谐振波生成部12的温度，决定施加在珀尔帖元件131上的电压。珀尔帖元件131根据该施加电压的值和其极性，对激光器谐振器框体127实施冷却或加热。而且，珀尔帖元件131的外侧与激光器谐振器框体127相反地进行加热或冷却，并可以用散热器132抑制温度变化。由于是上述光学系统的结构，透过Nd:YVO4晶体121a和KTP晶体122a的光，成为包含波长为532nm、808nm、1064nm的光L2。通过调整第一标准样件123a和第二标准样件123b的旋转角度，使实际的标准样件的光学长度变化，能够对透射过的光L2的频率进行调整。采用这种构成方式，能够通过标准样件及谐振器对光L2实施放大和波长选择，而得到波长1064nm和532nm的单一纵模的激光L3。即使通过例如在Nd:YVO4晶体121a的KTP晶体122a侧和KTP晶体122a的两面设置防止本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种频率稳定化激光器，该激光器通过在相对位置配置一对反射镜构成的谐振器使激励光谐振而生成激光，并根据对吸收单元照射该激光而得到的光输出信号改变上述谐振器长度，从而使上述激光的振荡频率稳定化，其特征在于，具有：检测上述光输出信号的光检 测装置；检测上述光输出信号的三次微分信号的三次微分信号检测装置；使上述谐振器长度变化的第一促动器；驱动上述第一促动器的第一驱动装置；使上述谐振器长度变化的第二促动器；驱动上述第二促动器的第二驱动装置； 根据上述光输出信号控制上述第一驱动装置的第一控制装置；以及根据上述三次微分信号控制上述第二驱动装置的第二控制装置，通过上述第一促动器和上述第二促动器控制上述谐振器长度，从而控制上述振荡频率。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：大关衡和，石井恭，
申请(专利权)人：三丰株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]