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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-08-30
(45)【発行日】2022-09-07
(54)【発明の名称】光吸収装置、及びレーザ装置
(51)【国際特許分類】
H01S 3/137 20060101AFI20220831BHJP
H01S 3/00 20060101ALI20220831BHJP
【ＦＩ】
H01S3/137
H01S3/00 G
【請求項の数】
4
(21)【出願番号】P 2018110218
(22)【出願日】2018-06-08
(65)【公開番号】P2019212863
(43)【公開日】2019-12-12
【審査請求日】2021-05-12
(73)【特許権者】
【識別番号】000137694
【氏名又は名称】株式会社ミツトヨ
(74)【代理人】
【識別番号】110000637
【氏名又は名称】特許業務法人樹之下知的財産事務所
(72)【発明者】
【氏名】増田 裕樹
【審査官】高椋 健司
(56)【参考文献】
【文献】特開平０７－００７４２１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０９－１７９０７８（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許第０４４４０４９７（ＵＳ，Ａ）
【文献】特開平１１－１０３１１７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０４－１１０７４９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００７－０９６７０２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１６－０５２７３８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２０１８－５０６８５５（ＪＰ，Ａ）
【文献】中国特許出願公開第１０１１４７２５４（ＣＮ，Ａ）
【文献】特開２０１０－１０９０９１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１４－１２３１００（ＪＰ，Ａ）
【文献】中国特許出願公開第１０１５６２３０９（ＣＮ，Ａ）
【文献】特表平１０－５０１０６７（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｓ ３／００－４／００
Ｈ０３Ｌ １／００－９／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
所定波長の光を吸収するガスが封入された筒状のセル本体部、及び前記セル本体部から突出し、内部が前記セル本体部に連通するコールドフィンガー部を備えた吸収セルと、前記コールドフィンガー部が挿通される開口を有する容器状に形成され、熱伝導率が所定の閾値以上である壺部と、
前記壺部の温度を調整する温度調整部と、
前記壺部に連結されて、前記セル本体部を保持する保持部と、を備え、
前記壺部には、前記壺部から前記コールドフィンガー部に熱を伝達する熱伝導グリースが充填されている
ことを特徴とする光吸収装置。
【請求項2】
請求項１に記載の光吸収装置において、前記保持部は、前記セル本体部を載置する載置台と、前記載置台に連結され前記セル本体部を覆うカバー部と、を備える
ことを特徴とする光吸収装置。
【請求項3】
請求項２に記載の光吸収装置において、前記載置台は、前記壺部に連結される位置に、前記セル本体部が載置される面から反対側の面まで貫通し、前記壺部の内部と連通する貫通孔を有し、
前記熱伝導グリースは、前記壺部から前記貫通孔内に充填されている
ことを特徴とする光吸収装置。
【請求項4】
レーザ光を出力する共振器と、前記共振器から出力された前記レーザ光が入射される請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の光吸収装置と、
前記光吸収装置を透過した前記レーザ光を検出する光検出部と、
前記光検出部から出力される信号に基づいて前記共振器を制御するコントローラーと、
を備えたことを特徴とするレーザ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、所定波長の光を吸収する吸収セルを備えた光吸収装置、及び当該光吸収装置を備えたレーザ装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、所定波長の光を吸収するガスが封入された吸収セルを用いてレーザ光の周波数を安定化させるレーザ装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１に記載のレーザ光校正装置は、レーザ光発振器から出力されたレーザ光をセルに入射させ、セルを透過した光を吸収信号検出部で受光させる。このようなレーザ光校正装置では、吸収信号検出部から出力される信号に基づいてレーザ光の波長を校正することができる。
この特許文献１では、セルは円筒形状の光学ガラスにより構成され、セルの円筒の両端がレーザ光入出射窓となり、円筒内部により光反応部が構成される。この光反応部の円筒面の外周には、光反応部を加熱保温するためのヒータが設けられている。
また、光反応部には、細筒状のトラップ（コールドフィンガー部）が下方に向かって突設されており、校正用元素（ヨウ素等）が貯留される。そして、コールドフィンガー部には、導入ポートが設けられて熱電対等の温度センサが装着されており、コールドフィンガー部の外周には、コールドフィンガー部を加熱又は冷却するための温度調整装置が設けられている。
特許文献１に記載のレーザ光校正装置は、レーザ光発振器から出力されたレーザ光をセルに入射させ、セルを透過した光を吸収信号検出部で受光させる。このようなレーザ光校正装置では、吸収信号検出部から出力される信号に基づいてレーザ光の波長を校正することができる。
この特許文献１では、セルは円筒形状の光学ガラスにより構成され、セルの円筒の両端がレーザ光入出射窓となり、円筒内部により光反応部が構成される。この光反応部の円筒面の外周には、光反応部を加熱保温するためのヒータが設けられている。
また、光反応部には、細筒状のトラップ（コールドフィンガー部）が下方に向かって突設されており、校正用元素（ヨウ素等）が貯留される。そして、コールドフィンガー部には、導入ポートが設けられて熱電対等の温度センサが装着されており、コールドフィンガー部の外周には、コールドフィンガー部を加熱又は冷却するための温度調整装置が設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開平４－１１０７４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
ところで、吸収セルは、一般的に、セル内部にヨウ素等の元素を封入した後、コールドフィンガー部の箇所を封じ切ることで形成される。しかしながら、この場合、例えば図５（Ａ）～（Ｃ）に示すように、個々の吸収セル６１によってコールドフィンガー部６１２の形状が異なる場合がある。また、メーカーによっても、吸収セル６１の製造方法も異なり、例えば、図５（Ｄ）のように、コールドフィンガー部６１２とは別に突出部を設け、その突出部を封じ切ることで吸収セルを形成する場合もある。
ここで、図５（Ａ）（Ｄ）に示すように、比較的長いコールドフィンガー部６１２が形成される場合もあり、この場合、特許文献１に記載のような温度調整装置を装着することが可能となる。しかしながら、図５（Ｂ）（Ｃ）に示すように、コールドフィンガー部６１２の突出寸法が短くなる場合もある。この場合、特許文献１に記載のような、コールドフィンガー部６１２の温度を調整する温度調整装置を設けることができない。
ここで、図５（Ａ）（Ｄ）に示すように、比較的長いコールドフィンガー部６１２が形成される場合もあり、この場合、特許文献１に記載のような温度調整装置を装着することが可能となる。しかしながら、図５（Ｂ）（Ｃ）に示すように、コールドフィンガー部６１２の突出寸法が短くなる場合もある。この場合、特許文献１に記載のような、コールドフィンガー部６１２の温度を調整する温度調整装置を設けることができない。
【0005】
本発明は、コールドフィンガー部の形状によらず、コールドフィンガー部の温度を調節可能な光吸収装置、及び当該光吸収装置を備えたレーザ装置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】
【0006】
本発明の光吸収装置は、所定波長の光を吸収するガスが封入された筒状のセル本体部、及び前記セル本体部から突出し、内部が前記セル本体部に連通するコールドフィンガー部を備えた吸収セルと、前記コールドフィンガー部が挿通される開口を有する容器状に形成され、熱伝導率が所定の閾値以上である壺部と、前記壺部の温度を調整する温度調整部と、を備え、前記壺部には、前記壺部から前記コールドフィンガー部に熱を伝達する熱伝導グリースが充填されていることを特徴とする。
【0007】
本発明では、吸収セルのコールドフィンガー部が、温度調整部により温度制御が可能となる壺部に挿通されており、壺部には、壺部の熱をコールドフィンガー部に伝達する熱伝導グリースが充填されている。壺部は熱伝導率が所定の閾値以上であり、温度調整部によって壺部全体の温度を容易に所定温度に調整することが可能となる。
このような本発明では、コールドフィンガー部は、壺部に充填された熱伝導グリースによって壺部との間で熱交換が可能となり、コールドフィンガー部の形状や長さによらず、温度調整部によって壺部の温度を調整することでコールドフィンガー部の温度を調整することができる。
このような本発明では、コールドフィンガー部は、壺部に充填された熱伝導グリースによって壺部との間で熱交換が可能となり、コールドフィンガー部の形状や長さによらず、温度調整部によって壺部の温度を調整することでコールドフィンガー部の温度を調整することができる。
【0008】
本発明の光吸収装置において、前記壺部に連結されて、前記セル本体部を保持する保持部を備え、前記保持部は、熱伝導率が前記閾値以上であることが好ましい。
本発明では、セル本体部を保持する閾値以上の熱伝導率の保持部を有し、当該保持部が壺部に連結されている。これにより、温度調整部の温度を調整することで、壺部から保持部に熱が伝達され、保持部に保持されるセル本体部の温度を調整できる。つまり、温度調整部を制御することで、コールドフィンガー部のみならず、セル本体部の温度も調整することができる。
本発明では、セル本体部を保持する閾値以上の熱伝導率の保持部を有し、当該保持部が壺部に連結されている。これにより、温度調整部の温度を調整することで、壺部から保持部に熱が伝達され、保持部に保持されるセル本体部の温度を調整できる。つまり、温度調整部を制御することで、コールドフィンガー部のみならず、セル本体部の温度も調整することができる。
【0009】
本発明の光吸収装置において、前記保持部は、前記セル本体部を載置する載置台と、前記載置台に連結され前記セル本体部を覆うカバー部と、を備えることが好ましい。
このような構成では、載置部にセル本体部を載置した後、カバー部でセル本体部を覆うことで吸収セルを保持部に容易に設置することができる。また、セル本体部が載置台及びカバー部により囲われることで、セル本体部の温度を、セル本体部の外周全体から調整することができ、セル本体部内部の温度分布を一様にできる。
このような構成では、載置部にセル本体部を載置した後、カバー部でセル本体部を覆うことで吸収セルを保持部に容易に設置することができる。また、セル本体部が載置台及びカバー部により囲われることで、セル本体部の温度を、セル本体部の外周全体から調整することができ、セル本体部内部の温度分布を一様にできる。
【0010】
本発明の光吸収装置において、前記載置台は、前記壺部に連結される位置に、前記セル本体部が載置される面から反対側の面まで貫通し、前記壺部の内部と連通する貫通孔を有し、前記熱伝導グリースは、前記壺部から前記貫通孔内に充填されていることが好ましい。
本発明では、載置台に壺部の開口と連通する貫通孔が設けられ、当該貫通孔にも熱伝導グリースが充填されている。このため、コールドフィンガー部の長さが短く、壺部まで到達しない場合でも、コールドフィンガー部が熱伝導グリースに接し、壺部とコールドフィンガー部との間で熱交換を行うことができる。
本発明では、載置台に壺部の開口と連通する貫通孔が設けられ、当該貫通孔にも熱伝導グリースが充填されている。このため、コールドフィンガー部の長さが短く、壺部まで到達しない場合でも、コールドフィンガー部が熱伝導グリースに接し、壺部とコールドフィンガー部との間で熱交換を行うことができる。
【0011】
本発明のレーザ装置は、レーザ光を出力する共振器と、前記共振器から出力された前記レーザ光が入射される上述したような光吸収装置と、前記光吸収装置を透過した前記レーザ光を受光する光検出部と、前記光検出部から出力される信号に基づいて前記共振器を制御するコントローラーと、を備えたことを特徴とする。
このようなレーザ装置では、コントローラーによって、例えば共振器長を制御したり、共振器や共振器内の各構成の温度を制御したりすることで、共振器から出力されるレーザ光の周波数を、光吸収装置により吸収される周波数に合わせることができる。また、光吸収装置では、上述したように、コールドフィンガー部の形状や長さによらず、コールドフィンガー部の温度を精度良く調整することができ、これにより、吸収セル内のガス濃度を精度良く調整できる。したがって、光吸収装置で吸収させるレーザ光の周波数帯を高精度に制御でき、レーザ装置から所望の周波数のレーザ光を精度良く出力させることができる。
このようなレーザ装置では、コントローラーによって、例えば共振器長を制御したり、共振器や共振器内の各構成の温度を制御したりすることで、共振器から出力されるレーザ光の周波数を、光吸収装置により吸収される周波数に合わせることができる。また、光吸収装置では、上述したように、コールドフィンガー部の形状や長さによらず、コールドフィンガー部の温度を精度良く調整することができ、これにより、吸収セル内のガス濃度を精度良く調整できる。したがって、光吸収装置で吸収させるレーザ光の周波数帯を高精度に制御でき、レーザ装置から所望の周波数のレーザ光を精度良く出力させることができる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1】本発明の一実施形態に係るレーザ装置の概略構成を示す模式図。
【図2】本実施形態のレーザ装置の検波部の概略構成を示す断面図。
【図3】本実施形態の光吸収部の概略構成を示す平面図。
【図4】本実施形態において、コールドフィンガー部が短い吸収セルを用いた場合の光吸収部の一部の断面図である。
【図5】吸収セルの概略形状を示す図であり、（Ａ）（Ｄ）は突出寸法が長いコールドフィンガー部が設けられた吸収セル、（Ｂ）（Ｃ）は突出寸法が短いコールドフィンガー部が設けられた吸収セルを示す図。
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下、本発明に係る一実施形態について説明する。
［レーザ装置１の全体構成］
図１は、本実施形態のレーザ装置１の概略構成を示す模式図である。
図１に示すように、励起用光源１０と、共振器２０と、導波光学部３０と、検波部４０と、コントローラー５０と、を備えて構成されている。
励起用光源１０は、コントローラー５０の制御により駆動され、駆動電流が流れることにより、例えば８０８ｎｍ付近の励起光Ｌａ１を出射する。
［レーザ装置１の全体構成］
図１は、本実施形態のレーザ装置１の概略構成を示す模式図である。
図１に示すように、励起用光源１０と、共振器２０と、導波光学部３０と、検波部４０と、コントローラー５０と、を備えて構成されている。
励起用光源１０は、コントローラー５０の制御により駆動され、駆動電流が流れることにより、例えば８０８ｎｍ付近の励起光Ｌａ１を出射する。
【0014】
共振器２０は、レーザ媒体２１と、非線形光学結晶２２と、エタロン２３と、共振器ミラー２４と、アクチュエータ２５と、これらを内部に格納する筐体２６とを備えている。
レーザ媒体２１は、例えばＮｄ：ＹＶＯ４結晶等により構成され、励起光Ｌａ１によって励起されて、例えば１０６４ｎｍ付近の波長の光（基本波光）を出射する。また、励起光Ｌａ１が入射される側のレーザ媒体２１の面には、励起光Ｌａ１を透過し、基本波光を反射するコーティングが施されている。
レーザ媒体２１は、例えばＮｄ：ＹＶＯ４結晶等により構成され、励起光Ｌａ１によって励起されて、例えば１０６４ｎｍ付近の波長の光（基本波光）を出射する。また、励起光Ｌａ１が入射される側のレーザ媒体２１の面には、励起光Ｌａ１を透過し、基本波光を反射するコーティングが施されている。
【0015】
非線形光学結晶２２は、例えばＫＴＰ結晶等により構成され、レーザ媒体２１から出射される基本波光を、例えば５３２ｎｍ付近の波長の光（第２高調波光）に変換する。また、非線形光学結晶２２には、結晶温度制御機構２２１が設けられている。この結晶温度制御機構２２１は、熱電対等により構成された温度センサと、ペルチェ素子等により構成される温度制御部とを含んで構成されており、コントローラー５０の制御の下で、非線形光学結晶２２の温度を調整する。また、非線形光学結晶２２には、レーザ光の光軸に対する非線形光学結晶２２の角度を変化させる角度調整部２２２が設けられている。
【0016】
エタロン２３は、所定波長の光を透過させることにより、基本波光及び第２高調波光をシングルモードにする。また、エタロン２３には、角度調整部２３１及びエタロン温度制御機構２３２が設けられている。角度調整部２３１は、レーザ光の光軸に対するエタロン２３の角度を変化させる機構である。エタロン温度制御機構２３２は、熱電対等により構成された温度センサと、ペルチェ素子等により構成される温度制御部とを含んで構成されており、コントローラー５０の制御の下で、エタロン２３の温度を調整する。エタロン２３の角度や温度が調整されることで、エタロン２３を透過するレーザ光の波長が調整される。
【0017】
共振器ミラー２４は、アクチュエータ２５を介して筐体２６に取り付けられている。共振器ミラー２４のエタロン２３側の面には、基本波光を反射し、第２高調波光を透過させるコーティングが施されている。
アクチュエータ２５は、例えばピエゾ素子等により構成され、コントローラー５０の制御により駆動されて、共振器ミラー２４の位置を変化させる。つまり、アクチュエータ２５は、共振器長を変化させる。
また、共振器２０には、結晶温度制御機構２２１、エタロン温度制御機構２３２の他に、共振器全体の温度を調整する共振器温度制御機構２６１が設けられている。共振器温度制御機構２６１は、結晶温度制御機構２２１及びエタロン温度制御機構２３２と同様に、温度センサと温度制御部とを含んで構成されており、コントローラー５０の制御の下で、筐体２６の温度を調整する。
アクチュエータ２５は、例えばピエゾ素子等により構成され、コントローラー５０の制御により駆動されて、共振器ミラー２４の位置を変化させる。つまり、アクチュエータ２５は、共振器長を変化させる。
また、共振器２０には、結晶温度制御機構２２１、エタロン温度制御機構２３２の他に、共振器全体の温度を調整する共振器温度制御機構２６１が設けられている。共振器温度制御機構２６１は、結晶温度制御機構２２１及びエタロン温度制御機構２３２と同様に、温度センサと温度制御部とを含んで構成されており、コントローラー５０の制御の下で、筐体２６の温度を調整する。
【0018】
このような共振器２０では、レーザ媒体２１から出射した基本波光が、レーザ媒体２１と共振器ミラー２４との間を往復し、非線形光学結晶２２によって第２高調波光に変換される。非線形光学結晶２２に変換された第２高調波光は、共振器ミラー２４を透過し、レーザ光Ｌａ２として共振器２０から出射される。
【0019】
導波光学部３０は、例えば、λ／２板３１、第一偏光ビームスプリッタ３２を含む複数の光学部材により構成される。この導波光学部３０では、レーザ光Ｌａ２が、λ／２板３１に偏光方向を調整されて第一偏光ビームスプリッタ３２に入射する。第一偏光ビームスプリッタ３２に入射した光は、Ｐ偏光の透過光と、Ｓ偏光の反射光に分離され、このうち、Ｓ偏光の反射光（レーザ光Ｌａ３）は、レーザ装置１の外部に出射され、測長等に使用される。第一偏光ビームスプリッタ３２を透過したＰ偏光のレーザ光Ｌａ４は、検波部４０に入射される。
なお、導波光学部３０としては、その他、レーザ光Ｌａ３の光強度を検出する出射光検出部や、レーザ光Ｌａ３の光強度を調整する光量調整機構等を備えていてもよい。
なお、導波光学部３０としては、その他、レーザ光Ｌａ３の光強度を検出する出射光検出部や、レーザ光Ｌａ３の光強度を調整する光量調整機構等を備えていてもよい。
【0020】
検波部４０は、図１に示すように、導波光学部３０のレーザ光が入射する光入射部４２、光入射部４２からのレーザ光が透過される光吸収部６０、光吸収部６０を透過したレーザ光を反射し、光吸収部６０に再入射させる光反射部４３を備える。
光吸収部６０には、封入ガス（例えばヨウ素）が封入されており、入射されたレーザ光のうち、封入ガスの吸光特性に応じた所定波長の光を吸光する。また、光入射部４２は、光吸収部６０側から入射したレーザ光の光強度を検出する光検出部４２４を備える。光検出部４２４は、レーザ光を受光すると、受光量に応じた信号（検出信号）をコントローラー５０に出力する。
なお、検波部４０の詳細な構成については後述する。
光吸収部６０には、封入ガス（例えばヨウ素）が封入されており、入射されたレーザ光のうち、封入ガスの吸光特性に応じた所定波長の光を吸光する。また、光入射部４２は、光吸収部６０側から入射したレーザ光の光強度を検出する光検出部４２４を備える。光検出部４２４は、レーザ光を受光すると、受光量に応じた信号（検出信号）をコントローラー５０に出力する。
なお、検波部４０の詳細な構成については後述する。
【0021】
コントローラー５０は、検波部４０の光検出部４２４から入力された検出信号に基づいて、レーザ装置１から出力されるレーザ光Ｌａ３の周波数を安定化させる周波数安定化処理を実施する。
具体的には、コントローラー５０は、光吸収部６０の温度を調整して、光吸収部６０で吸収されるレーザ光の周波数を設定する。また、コントローラー５０は、アクチュエータ２５を制御して、共振器長をスイープさせて、封止ガスの飽和吸収線を探索する。そして、コントローラー５０は、探索された飽和吸収線から目標とする周波数の飽和吸収線を特定し、レーザ光の周波数が当該飽和吸収線に一致するように、アクチュエータ２５、角度調整部２３１、共振器温度制御機構２６１、結晶温度制御機構２２１、エタロン温度制御機構２３２、及び励起用光源１０（駆動電圧）を制御する。これにより、レーザ装置１から出力されるレーザ光Ｌａ３の周波数が安定化する。
具体的には、コントローラー５０は、光吸収部６０の温度を調整して、光吸収部６０で吸収されるレーザ光の周波数を設定する。また、コントローラー５０は、アクチュエータ２５を制御して、共振器長をスイープさせて、封止ガスの飽和吸収線を探索する。そして、コントローラー５０は、探索された飽和吸収線から目標とする周波数の飽和吸収線を特定し、レーザ光の周波数が当該飽和吸収線に一致するように、アクチュエータ２５、角度調整部２３１、共振器温度制御機構２６１、結晶温度制御機構２２１、エタロン温度制御機構２３２、及び励起用光源１０（駆動電圧）を制御する。これにより、レーザ装置１から出力されるレーザ光Ｌａ３の周波数が安定化する。
【0022】
［検波部４０の構成］
次に、本実施形態における検波部４０の詳細な構成について説明する。
図２は、検波部４０の光軸に沿った概略断面図である。
検波部４０は、図２に示すように、台座部４１と、光入射部４２と、光吸収部６０（本発明の光吸収装置）と、光反射部４３とを備える。
台座部４１は、光入射部４２、光吸収部６０、及び光反射部４３を固定する台座である。
次に、本実施形態における検波部４０の詳細な構成について説明する。
図２は、検波部４０の光軸に沿った概略断面図である。
検波部４０は、図２に示すように、台座部４１と、光入射部４２と、光吸収部６０（本発明の光吸収装置）と、光反射部４３とを備える。
台座部４１は、光入射部４２、光吸収部６０、及び光反射部４３を固定する台座である。
【0023】
光入射部４２は、導波光学部３０の第一偏光ビームスプリッタ３２を透過したＰ偏光のレーザ光Ｌａ４が入射される部分である。この光入射部４２には、図２に示すように、第二偏光ビームスプリッタ４２１と、λ／４板４２２と、レンズ４２３と、光検出部４２４とが設けられている。
第二偏光ビームスプリッタ４２１は、光入射部４２に入射したＰ偏光のレーザ光Ｌａ４を透過させ、吸収セル６１から入射したＳ偏光のレーザ光を光検出部４２４に反射させる。
λ／４板４２２は、第二偏光ビームスプリッタ４２１側から入射されるＰ偏光のレーザ光Ｌａ４を円偏光に変換して吸収セル６１側に出射させる。また、吸収セル６１側から入射した円偏光のレーザ光をＳ偏光に変換して第二偏光ビームスプリッタ４２１側に出射させる。
レンズ４２３は、λ／４板４２２からのレーザ光Ｌａ４を吸収セル６１に導き、吸収セル６１からのレーザ光Ｌａ４をλ／４板４２２に導く。
光検出部４２４は、第二偏光ビームスプリッタ４２１で反射された光を検出し、光強度に応じた検出信号をコントローラー５０に出力する。
第二偏光ビームスプリッタ４２１は、光入射部４２に入射したＰ偏光のレーザ光Ｌａ４を透過させ、吸収セル６１から入射したＳ偏光のレーザ光を光検出部４２４に反射させる。
λ／４板４２２は、第二偏光ビームスプリッタ４２１側から入射されるＰ偏光のレーザ光Ｌａ４を円偏光に変換して吸収セル６１側に出射させる。また、吸収セル６１側から入射した円偏光のレーザ光をＳ偏光に変換して第二偏光ビームスプリッタ４２１側に出射させる。
レンズ４２３は、λ／４板４２２からのレーザ光Ｌａ４を吸収セル６１に導き、吸収セル６１からのレーザ光Ｌａ４をλ／４板４２２に導く。
光検出部４２４は、第二偏光ビームスプリッタ４２１で反射された光を検出し、光強度に応じた検出信号をコントローラー５０に出力する。
【0024】
光反射部４３は、光吸収部６０を介して光入射部４２とは反対側に設けられる。この光反射部４３は、レンズ４３１及び反射ミラー４３２を備える。
レンズ４３１は、吸収セル６１からのレーザ光を反射ミラー４３２に導き、反射ミラー４３２で反射されたレーザ光を吸収セル６１に導く。
本実施形態では、光入射部４２に入射したＰ偏光のレーザ光Ｌａ４は、第二偏光ビームスプリッタ４２１及びλ／４板４２２に透過し、光吸収部６０の吸収セル６１に向かって出射される。吸収セル６１を透過したレーザ光は、光反射部４３の反射ミラー４３２で反射され、再度吸収セル６１に入射される。そして、吸収セル６１の内部の封入ガスに吸収されなかった透過レーザ光が、再度λ／４板４２２を透過して第二偏光ビームスプリッタ４２１に入射される。したがって、第二偏光ビームスプリッタ４２１に再入射したレーザ光は、λ／４板４２２を２度通過することでＳ偏光の光となり、第二偏光ビームスプリッタ４２１で反射されて、光検出部４２４に入射される。
なお、本実施形態では、レーザ光Ｌａ４を反射ミラー４３２で反射させることで、吸収セル６１を往復したレーザ光Ｌａ４を光検出部４２４で検出する例であるが、反射ミラー４３２に替えて光検出部４２４を配置して、吸収セル６１を１回通過したレーザ光Ｌａ４を検出する構成等としてもよい。
レンズ４３１は、吸収セル６１からのレーザ光を反射ミラー４３２に導き、反射ミラー４３２で反射されたレーザ光を吸収セル６１に導く。
本実施形態では、光入射部４２に入射したＰ偏光のレーザ光Ｌａ４は、第二偏光ビームスプリッタ４２１及びλ／４板４２２に透過し、光吸収部６０の吸収セル６１に向かって出射される。吸収セル６１を透過したレーザ光は、光反射部４３の反射ミラー４３２で反射され、再度吸収セル６１に入射される。そして、吸収セル６１の内部の封入ガスに吸収されなかった透過レーザ光が、再度λ／４板４２２を透過して第二偏光ビームスプリッタ４２１に入射される。したがって、第二偏光ビームスプリッタ４２１に再入射したレーザ光は、λ／４板４２２を２度通過することでＳ偏光の光となり、第二偏光ビームスプリッタ４２１で反射されて、光検出部４２４に入射される。
なお、本実施形態では、レーザ光Ｌａ４を反射ミラー４３２で反射させることで、吸収セル６１を往復したレーザ光Ｌａ４を光検出部４２４で検出する例であるが、反射ミラー４３２に替えて光検出部４２４を配置して、吸収セル６１を１回通過したレーザ光Ｌａ４を検出する構成等としてもよい。
【0025】
次に、光吸収部６０の詳細な構成について説明する。
光吸収部６０は、図２に示すように、吸収セル６１と、保持部６２と、壺部６３と、温度センサ６４と、温度調整部６５と、を備えて構成されている。
光吸収部６０は、図２に示すように、吸収セル６１と、保持部６２と、壺部６３と、温度センサ６４と、温度調整部６５と、を備えて構成されている。
【0026】
吸収セル６１は、内部に所定波長の光を吸光する封入ガス（例えばヨウ素分子等）が封入される部材であり、図２に示すように、セル本体部６１１と、コールドフィンガー部６１２とを備える。
セル本体部６１１は、例えば円筒等の筒状に形成され、筒の軸方向がレーザ光Ｌａ４の主光軸と略一致するように配置される。セル本体部６１１の軸方向の両端に配置された筒端面６１１Ａは、図２に示すように、レーザ光Ｌａ４の主光軸に対して傾斜する光学面となり、レーザ光Ｌａ４が入射及び出射する面となる。また、セル本体部６１１の軸方向に沿った筒状外周面６１１Ｂには、台座部４１側に向かって突出するコールドフィンガー部６１２が設けられている。
セル本体部６１１は、例えば円筒等の筒状に形成され、筒の軸方向がレーザ光Ｌａ４の主光軸と略一致するように配置される。セル本体部６１１の軸方向の両端に配置された筒端面６１１Ａは、図２に示すように、レーザ光Ｌａ４の主光軸に対して傾斜する光学面となり、レーザ光Ｌａ４が入射及び出射する面となる。また、セル本体部６１１の軸方向に沿った筒状外周面６１１Ｂには、台座部４１側に向かって突出するコールドフィンガー部６１２が設けられている。
【0027】
コールドフィンガー部６１２は、セル本体部６１１の内部空間と連通し、突出先端が閉じた形状となる。このコールドフィンガー部６１２は、個々の吸収セル６１によって、それぞれ異なる形状となり、コールドフィンガー部６１２の突出寸法も様々となる。つまり、吸収セル６１は、コールドフィンガー部６１２からヨウ素分子等の封入ガスを内部に封入した後、コールドフィンガー部６１２を封じ切って、コールドフィンガー部６１２の突出先端を閉じることで形成される。このため、コールドフィンガー部６１２の形状は、コールドフィンガー部６１２を封じ切る際の状態によって変化し、例えば図５に示すように、個々の吸収セル６１によって異なる形状となる。
【0028】
図３は、光吸収部６０の概略構成を示す平面図である。
保持部６２は、吸収セル６１のセル本体部６１１を保持する部材であり、図２及び図３に示すように、載置台６２１と、カバー部６２２とを備えて構成される。載置台６２１及びカバー部６２２は、熱伝導率が所定の閾値（例えば５０Ｗ／ｍＫ）以上となる素材（例えば鉄等の金属素材）により構成されている。
保持部６２は、吸収セル６１のセル本体部６１１を保持する部材であり、図２及び図３に示すように、載置台６２１と、カバー部６２２とを備えて構成される。載置台６２１及びカバー部６２２は、熱伝導率が所定の閾値（例えば５０Ｗ／ｍＫ）以上となる素材（例えば鉄等の金属素材）により構成されている。
【0029】
載置台６２１は、板状に形成され、セル本体部６１１に対向する面に、セル本体部６１１を載置する凹部（図示略）を有する。また、載置台６２１には、コールドフィンガー部６１２に対向する位置に、セル本体部６１１側の面から反対側の面（壺部６３に対向する面）までを貫通する貫通孔６２１Ａが設けられている。この貫通孔６２１Ａは、図３に示すように、コールドフィンガー部６１２の断面積よりも大きい開口面積を有する。よって、載置台６２１に吸収セル６１を載置した際に、コールドフィンガー部６１２が貫通孔６２１Ａ内に挿入される。
カバー部６２２は、図３に示すように、セル本体部６１１の筒状外周面６１１Ｂを覆い、載置台６２１に対して例えばボルト締め等によって接合される。このため、セル本体部６１１は、図２に示すように、載置台６２１とカバー部６２２により挟み込まれることで保持され、セル本体部６１１の筒状外周面６１１Ｂが載置台６２１及びカバー部６２２により囲われる。
カバー部６２２は、図３に示すように、セル本体部６１１の筒状外周面６１１Ｂを覆い、載置台６２１に対して例えばボルト締め等によって接合される。このため、セル本体部６１１は、図２に示すように、載置台６２１とカバー部６２２により挟み込まれることで保持され、セル本体部６１１の筒状外周面６１１Ｂが載置台６２１及びカバー部６２２により囲われる。
【0030】
壺部６３は、容器状の部材であり、保持部６２と同様に、熱伝導率が所定閾値（例えば５０Ｗ／ｍＫ）以上となる素材（例えば金属等）により構成されている。壺部６３は、図２に示すように、開口端６３１が載置台６２１の吸収セル６１が載置される面とは反対側の面に接合されており、壺部６３の内部空間が、貫通孔６２１Ａと連通する。
すなわち、載置台６２１に吸収セル６１を載置した際に、コールドフィンガー部６１２の突出寸法が載置台６２１の厚み以上であれば、当該コールドフィンガー部６１２が壺部６３内に挿通される。
そして、壺部６３及び貫通孔６２１Ａには、熱伝導グリース６６が充填されている。
すなわち、載置台６２１に吸収セル６１を載置した際に、コールドフィンガー部６１２の突出寸法が載置台６２１の厚み以上であれば、当該コールドフィンガー部６１２が壺部６３内に挿通される。
そして、壺部６３及び貫通孔６２１Ａには、熱伝導グリース６６が充填されている。
【0031】
また、壺部６３には、例えば熱電対等により構成された温度センサ６４が設けられており、当該温度センサ６４は、コントローラー５０に接続されている。
さらに、壺部６３には、ペルチェ素子等によって構成された温度調整部６５が設けられている。なお、本実施形態では、図２に示すように、温度調整部６５を介して壺部６３が台座部４１に固定される例を示すが、壺部６３が直接台座部４１に固定される構成等としてもよい。
さらに、壺部６３には、ペルチェ素子等によって構成された温度調整部６５が設けられている。なお、本実施形態では、図２に示すように、温度調整部６５を介して壺部６３が台座部４１に固定される例を示すが、壺部６３が直接台座部４１に固定される構成等としてもよい。
【0032】
上記のような本実施形態の光吸収部６０では、コールドフィンガー部６１２は、その形状や突出寸法によらず、高効率で壺部６３との熱交換が可能となる。
例えば、図５（Ａ）のように、コールドフィンガー部６１２の突出寸法が比較的大きい場合、コールドフィンガー部６１２は、図２のように、貫通孔６２１Ａから壺部６３の内部まで挿通される。したがって、壺部６３内の熱伝導グリース６６を介して、壺部６３と熱交換が可能となる。
一方、図４は、コールドフィンガー部６１２の突出寸法が短い場合の光吸収部６０の一部を示す概略断面図である。図５（Ｂ）（Ｃ）のように、コールドフィンガー部６１２の突出寸法が短い場合、図４に示すように、コールドフィンガー部６１２は、貫通孔６２１Ａ内に挿通されるが、壺部６３まで到達しない場合がある。この場合でも、本実施形態では、熱伝導グリース６６が壺部６３から貫通孔６２１Ａに充填されているので、図４のように、コールドフィンガー部６１２は、熱伝導グリース６６に接し、熱伝導グリース６６を介して壺部６３と熱交換が可能となる。
例えば、図５（Ａ）のように、コールドフィンガー部６１２の突出寸法が比較的大きい場合、コールドフィンガー部６１２は、図２のように、貫通孔６２１Ａから壺部６３の内部まで挿通される。したがって、壺部６３内の熱伝導グリース６６を介して、壺部６３と熱交換が可能となる。
一方、図４は、コールドフィンガー部６１２の突出寸法が短い場合の光吸収部６０の一部を示す概略断面図である。図５（Ｂ）（Ｃ）のように、コールドフィンガー部６１２の突出寸法が短い場合、図４に示すように、コールドフィンガー部６１２は、貫通孔６２１Ａ内に挿通されるが、壺部６３まで到達しない場合がある。この場合でも、本実施形態では、熱伝導グリース６６が壺部６３から貫通孔６２１Ａに充填されているので、図４のように、コールドフィンガー部６１２は、熱伝導グリース６６に接し、熱伝導グリース６６を介して壺部６３と熱交換が可能となる。
【0033】
［本実施形態の作用効果］
本実施形態のレーザ装置１は、レーザ光を出力する共振器２０と、共振器２０から出力されたレーザ光が入射される光吸収部６０と、光吸収部６０を透過したレーザ光を検出する光検出部４２４と、光検出部４２４からの検出信号に基づいて共振器２０の温度や共振器長等を制御するコントローラー５０と、を備える。
また、光吸収部６０は、吸収セル６１と、壺部６３と、温度調整部６５と、を備え、吸収セル６１は、封入ガス（例えばヨウ素）が封入された筒状のセル本体部６１１と、セル本体部６１１から突出して、内部がセル本体部６１１に連通するコールドフィンガー部６１２を備える。そして、壺部６３は、コールドフィンガー部６１２が挿通される開口を有する容器状に形成されており、熱伝導率が所定閾値以上となる素材により構成され、その内部に熱伝導グリース６６が充填されている。
本実施形態のレーザ装置１は、レーザ光を出力する共振器２０と、共振器２０から出力されたレーザ光が入射される光吸収部６０と、光吸収部６０を透過したレーザ光を検出する光検出部４２４と、光検出部４２４からの検出信号に基づいて共振器２０の温度や共振器長等を制御するコントローラー５０と、を備える。
また、光吸収部６０は、吸収セル６１と、壺部６３と、温度調整部６５と、を備え、吸収セル６１は、封入ガス（例えばヨウ素）が封入された筒状のセル本体部６１１と、セル本体部６１１から突出して、内部がセル本体部６１１に連通するコールドフィンガー部６１２を備える。そして、壺部６３は、コールドフィンガー部６１２が挿通される開口を有する容器状に形成されており、熱伝導率が所定閾値以上となる素材により構成され、その内部に熱伝導グリース６６が充填されている。
【0034】
このため、本実施形態では、温度調整部６５を制御すれば、壺部６３全体の温度を迅速に所望の温度に調整することができ、壺部６３の温度が熱伝導グリース６６を介してコールドフィンガー部６１２に伝達されることで、コールドフィンガー部６１２の温度も所望の温度に精度良く制御することができる。よって、コールドフィンガー部６１２に貯留された封止ガスを発生させる粒子（例えばヨウ素粒子等）の温度を高精度に調整することで、封止ガスの濃度を所望値に設定することができる。
また、このような構成では、コールドフィンガー部６１２に熱伝導グリース６６が接していればよいので、吸収セル６１の製造方法等や製造元によってコールドフィンガー部６１２の形状や突出寸法が一定とならない場合でも、コールドフィンガー部６１２の温度を調節することができる。
さらに、このような光吸収部６０を備えたレーザ装置１では、コールドフィンガー部６１２の形状によらず、光吸収部６０におけるレーザ光の吸光波長を所定値に精度良く調整できるので、所望の周波数のレーザ光を精度良く出力させることができる。
また、このような構成では、コールドフィンガー部６１２に熱伝導グリース６６が接していればよいので、吸収セル６１の製造方法等や製造元によってコールドフィンガー部６１２の形状や突出寸法が一定とならない場合でも、コールドフィンガー部６１２の温度を調節することができる。
さらに、このような光吸収部６０を備えたレーザ装置１では、コールドフィンガー部６１２の形状によらず、光吸収部６０におけるレーザ光の吸光波長を所定値に精度良く調整できるので、所望の周波数のレーザ光を精度良く出力させることができる。
【0035】
本実施形態では、光吸収部６０は、さらに、壺部６３に連結される保持部６２を備え、保持部６２によりセル本体部６１１が保持されている。
このため、壺部６３の温度は、保持部６２に迅速に伝達され、保持部６２によって吸収セル６１のセル本体部６１１の温度も所望値に調整することができる。つまり、本実施形態では、コールドフィンガー部６１２と、セル本体部６１１との温度調整をそれぞれ別構成で行う必要がなく、壺部６３の温度を調整すれば、コールドフィンガー部６１２及びセル本体部６１１の双方の温度を調整することができる。
このため、壺部６３の温度は、保持部６２に迅速に伝達され、保持部６２によって吸収セル６１のセル本体部６１１の温度も所望値に調整することができる。つまり、本実施形態では、コールドフィンガー部６１２と、セル本体部６１１との温度調整をそれぞれ別構成で行う必要がなく、壺部６３の温度を調整すれば、コールドフィンガー部６１２及びセル本体部６１１の双方の温度を調整することができる。
【0036】
さらに、保持部６２は、セル本体部６１１が載置される載置台６２１と、載置台６２１
に接してセル本体部６１１を覆うカバー部６２２と、を備える。
このため、セル本体部６１１が載置台６２１及びカバー部６２２により囲われる構成となり、セル本体部６１１の温度を、セル本体部６１１の外周全体から調整することができ、セル本体部６１１の内部の温度分布を一様にできる。
に接してセル本体部６１１を覆うカバー部６２２と、を備える。
このため、セル本体部６１１が載置台６２１及びカバー部６２２により囲われる構成となり、セル本体部６１１の温度を、セル本体部６１１の外周全体から調整することができ、セル本体部６１１の内部の温度分布を一様にできる。
【0037】
そして、載置台６２１は、壺部６３に連結される位置に、壺部６３内と連通する貫通孔６２１Ａを有し、熱伝導グリース６６は、壺部６３から貫通孔６２１Ａ内に亘って充填されている。
このため、コールドフィンガー部６１２の長さが短く、壺部６３まで到達しない場合でも、コールドフィンガー部６１２が貫通孔６２１Ａ内で熱伝導グリース６６に接する。このため、壺部６３の熱をコールドフィンガー部６１２に伝達することができる。
このため、コールドフィンガー部６１２の長さが短く、壺部６３まで到達しない場合でも、コールドフィンガー部６１２が貫通孔６２１Ａ内で熱伝導グリース６６に接する。このため、壺部６３の熱をコールドフィンガー部６１２に伝達することができる。
【0038】
［変形例］
なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
【0039】
上記実施形態では、壺部６３の開口端６３１が、載置台６２１の下面に接合されることで、壺部６３と載置台６２１が接合される例を示したが、これに限定されない。例えば、載置台６２１の貫通孔６２１Ａに、壺部６３の開口端６３１が挿通されて接合される構成や、貫通孔６２１Ａに壺部６３が嵌合される構成としてもよい。
【0040】
保持部６２として、吸収セル６１を載置する載置台６２１と、載置台６２１に接合されて吸収セル６１を覆うカバー部６２２とを備える例を示したが、これに限定されない。例えば、筒状の保持部内に吸収セル６１を挿通させる構成としてもよい。この場合、保持部に、コールドフィンガー部６１２を通過させるスリットを設け、保持部に吸収セル６１を挿通させた後、熱伝導率が所定閾値以上となる部材によりスリットを覆う構成としてもよい。
【0041】
壺部６３から貫通孔６２１Ａに亘って熱伝導グリース６６が充填される例を示したが、さらに、熱伝導グリース６６が載置台６２１の吸収セル６１に対向する面に塗布される構成としてもよい。この場合、載置台６２１と吸収セル６１との僅かな隙間を熱伝導グリース６６で埋めることができる。
【0042】
その他、本発明の実施の際の具体的な構造は、本発明の目的を達成できる範囲で他の構造等に適宜変更できる。
【産業上の利用可能性】
【0043】
本発明は、周波数安定化制御するレーザ装置に利用できる。
【符号の説明】
【0044】
１…レーザ装置、２０…共振器、４０…検波部、４１…台座部、４２…光入射部、４３…光反射部、５０…コントローラー、６０…光吸収部（光吸収装置）、６１…吸収セル、６２…保持部、６３…壺部、６４…温度センサ、６５…温度調整部、６６…熱伝導グリース、４２４…光検出部、４３２…反射ミラー、６１１…セル本体部、６１１Ａ…筒端面、６１１Ｂ…筒状外周面、６１２…コールドフィンガー部、６２１…載置台、６２１Ａ…貫通孔、６２２…カバー部、６３１…開口端。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】