(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】2023-10-30
(45)【発行日】2023-11-08
(54)【発明の名称】レーザ装置及びレーザ安定化方法
(51)【国際特許分類】
H01S 3/139 20060101AFI20231031BHJP
【ＦＩ】
H01S3/139
【請求項の数】
2
(21)【出願番号】P 2019150933
(22)【出願日】2019-08-21
(65)【公開番号】P2021034464
(43)【公開日】2021-03-01
【審査請求日】2022-07-13
(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】弁理士法人樹之下知的財産事務所
(72)【発明者】
【氏名】白川 裕介
【審査官】百瀬 正之
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１６－１５２３０８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１１－２３２０５５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１３－０１６７１３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１３－１５３１１１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１９－０８７５５０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００８－１４１０５４（ＪＰ，Ａ）
【文献】実開平０２－１１１４０４（ＪＰ，Ｕ）
【文献】特開平１１－１０２５０７（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２００４／０２１３３０４（ＵＳ，Ａ１）
【文献】中国特許出願公開第１０１６１５７５５（ＣＮ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｓ ３／００－３／３０
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
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吸収セルと、
前記吸収セルを透過した前記レーザ光を検出して光検出信号を出力する光検出部と、
前記光検出信号の２次微分信号を生成する微分演算部と、
印加される駆動電圧に応じて前記共振器の共振器長を変化させるアクチュエータと、
前記駆動電圧を出力するアクチュエータ駆動部と、
制御部と、を備えるレーザ装置であって、
前記制御部は、
前記駆動電圧を増加方向または減少方向である掃引方向に掃引させるアクチュエータ制御部と、
前記駆動電圧が掃引される間、前記２次微分信号に基づいて特異点を検出し、当該特異点が検出された時点の前記駆動電圧の電圧値をメモリに記憶させる探索処理を行う探索部と、
前記探索処理において検出された複数の前記特異点からノイズを判別するノイズ判別部と、を備え、
前記特異点として検出された前記ノイズが存在する場合、前記アクチュエータ制御部は、前記掃引方向において前記ノイズを経過した位置である復帰値に前記駆動電圧を設定し、前記探索部は、前記駆動電圧が前記復帰値から前記掃引方向に再掃引される間、前記探索処理を再度行うことを特徴とするレーザ装置。
【請求項2】
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吸収セルと、
前記吸収セルを透過した前記レーザ光を検出して光検出信号を出力する光検出部と、
前記光検出信号の２次微分信号を生成する微分演算部と、
印加される駆動電圧に応じて前記共振器の共振器長を変化させるアクチュエータと、
前記駆動電圧を出力するアクチュエータ駆動部と、を備えるレーザ装置を用いて、
前記駆動電圧を増加方向または減少方向である掃引方向に変化させる間、前記２次微分信号に基づいて特異点を検出し、当該特異点が検出された時点の前記駆動電圧の電圧値をメモリに記憶させる探索処理を行う探索工程と、
前記探索工程において検出された複数の前記特異点からノイズを判別するノイズ判別工程と、
前記特異点として検出された前記ノイズが存在する場合、前記掃引方向において前記ノイズを経過した位置である復帰値に前記駆動電圧を設定する工程と、
前記駆動電圧を前記復帰値から前記掃引方向に再掃引させる間、前記探索処理を実施する再探索工程と、
を行うことを特徴とするレーザ安定化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、レーザ装置及びレーザ安定化方法に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、レーザ光の発振周波数を吸収セルの特定の飽和吸収線に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に記載のレーザ装置は、レーザ光を出射する共振器と、共振器から出射したレーザ光が照射される吸収セルと、吸収セルを透過したレーザ光を検出して光検出信号を出力する光検出器とを備えている。このレーザ装置では、共振器長を所定範囲で変化させながら、光検出信号及び当該光検出信号の２次微分信号に基づいて飽和吸収線を探索し、目標とする飽和吸収線が観測された共振器長を実現することにより、レーザ光の発振周波数を目標とする飽和吸収線に固定している。
例えば、特許文献１に記載のレーザ装置は、レーザ光を出射する共振器と、共振器から出射したレーザ光が照射される吸収セルと、吸収セルを透過したレーザ光を検出して光検出信号を出力する光検出器とを備えている。このレーザ装置では、共振器長を所定範囲で変化させながら、光検出信号及び当該光検出信号の２次微分信号に基づいて飽和吸収線を探索し、目標とする飽和吸収線が観測された共振器長を実現することにより、レーザ光の発振周波数を目標とする飽和吸収線に固定している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開２０１３－０１６７１３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、上述の特許文献１に記載のレーザ装置では、レーザ光がシングルモード発振ではなく多モード発振の状態にある場合や外乱の影響を受けた場合など、ノイズが飽和吸収線として誤検出されてしまう場合がある。ノイズが飽和吸収線として誤検出されると、飽和吸収線のカウント数がメモリに記憶されたパラメータとは異なる値となり、探索処理がエラーとなってしまう。探索処理を問題なく再開するためには、ノイズが落ち着くまで待機する必要があり、探索処理の全体にかかる時間が長くなってしまう。
【0005】
本発明は、目標とする飽和吸収線の探索処理がエラーとなった場合において、待機時間を必要とせずに探索処理を再開できるレーザ装置及びレーザ安定化方法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吸収セルと、前記吸収セルを透過した前記レーザ光を検出して光検出信号を出力する光検出部と、前記光検出信号の２次微分信号を生成する微分演算部と、印加される駆動電圧に応じて前記共振器の共振器長を変化させるアクチュエータと、前記駆動電圧を出力するアクチュエータ駆動部と、制御部と、を備えるレーザ装置であって、前記制御部は、前記駆動電圧を増加方向または減少方向に掃引させるアクチュエータ制御部と、前記駆動電圧が掃引される間、前記２次微分信号に基づいて特異点を検出し、当該特異点が検出された時点の前記駆動電圧の電圧値をメモリに記憶させる探索処理を行う探索部と、前記探索処理において検出された複数の前記特異点からノイズを判別するノイズ判別部と、を備え、前記特異点として検出された前記ノイズが存在する場合、前記探索部は、前記ノイズが検出された電圧値より大きい値から前記駆動電圧が増加方向に掃引される間、または、前記ノイズが検出された電圧値より小さい値から前記駆動電圧が減少方向に掃引される間、前記探索処理を行うことを特徴とする。
【0007】
本発明によれば、直前の探索処理においてノイズが特異点として検出され、目標とする飽和吸収線の探索処理がエラーとなった場合、ノイズが検出される電圧範囲を過ぎた位置から、次回の探索処理が行われる。このため、ノイズが落ち着くまでの待機時間を必要とせず、探索処理を再開することができる。
【0008】
本発明のレーザ装置において、前記特異点として検出された前記ノイズが存在する場合、前記アクチュエータ制御部は、前記駆動電圧を、前記ノイズが検出された電圧値よりも大きい値から増加方向に掃引する、または、前記ノイズが検出された電圧値よりも小さい値から減少方向に掃引することが好ましい。
このような本発明によれば、駆動電圧を最大電圧値から減少させる場合、または、駆動電圧を最小電圧値から増加させる場合と比べて、駆動電圧の掃引時間を短縮化できる。
このような本発明によれば、駆動電圧を最大電圧値から減少させる場合、または、駆動電圧を最小電圧値から増加させる場合と比べて、駆動電圧の掃引時間を短縮化できる。
【0009】
本発明のレーザ安定化方法は、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吸収セルと、前記吸収セルを透過した前記レーザ光を検出して光検出信号を出力する光検出部と、前記光検出信号の２次微分信号を生成する微分演算部と、印加される駆動電圧に応じて前記共振器の共振器長を変化させるアクチュエータと、前記駆動電圧を出力するアクチュエータ駆動部と、を備えるレーザ装置を用いて、前記駆動電圧を増加方向または減少方向に変化させる間、前記２次微分信号に基づいて特異点を検出し、当該特異点が検出された時点の前記駆動電圧の電圧値をメモリに記憶させる探索処理を行う探索工程と、前記探索工程において検出された複数の前記特異点からノイズを判別するノイズ判別工程と、前記特異点として検出された前記ノイズが存在する場合、前記駆動電圧を前記ノイズが検出された時点の前記電圧値よりも大きい値から増加方向に変化させる間、または、前記駆動電圧を前記ノイズが検出された時点の前記電圧値よりも小さい値から減少方向に変化させる間、前記探索処理を実施する再探索工程とを行うことを特徴とする。
本発明のレーザ安定化方法によれば、上述した本発明のレーザ装置と同様の効果が得られる。
本発明のレーザ安定化方法によれば、上述した本発明のレーザ装置と同様の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1】本発明の一実施形態に係るレーザ装置を模式的に示す図。
【図2】前記実施形態のレーザ装置における制御装置を示すブロック図。
【図3】駆動電圧を変化させた場合の光検出信号及び２次微分信号の各出力値の変化を示すグラフ。
【図5】前記実施形態のレーザ安定化方法を説明するためのフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
〔レーザ装置〕
図１に示すように、レーザ装置１は、励起用光源１０と、共振器２０と、導波光学部３０と、検波部４０と、制御装置５０と、を備える。
励起用光源１０は、制御装置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〕
図１に示すように、レーザ装置１は、励起用光源１０と、共振器２０と、導波光学部３０と、検波部４０と、制御装置５０と、を備える。
励起用光源１０は、制御装置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。
【0012】
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。
【0013】
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。
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。
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。
【0014】
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、制御装置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。
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、制御装置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。
【0015】
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。
【0016】
導波光学部３０は、例えば、λ／２板３１及び第１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１偏光ビームスプリッタ３２に入射する。第１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１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。
【0017】
検波部４０は、導波光学部３０のレーザ光Ｌａ４が入射する光入射部４２と、光入射部４２からのレーザ光Ｌａ４が透過される光吸収部４３と、光吸収部４３を透過したレーザ光を反射し、光吸収部４３に再入射させる光反射部４４とを備える。
【0018】
光入射部４２は、導波光学部３０の第１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、第２偏光ビームスプリッタ４２１と、λ／４板４２２と、光検出部４２４とが設けられている。
第２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４３１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２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４３１側に出射させる。また、吸収セル４３１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２偏光ビームスプリッタ４２１側に出射させる。
光検出部４２４は、第２偏光ビームスプリッタ４２１で反射された光を検出し、光強度に応じた光検出信号ＳＬ１を制御装置５０に出力する。
第２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４３１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２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４３１側に出射させる。また、吸収セル４３１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２偏光ビームスプリッタ４２１側に出射させる。
光検出部４２４は、第２偏光ビームスプリッタ４２１で反射された光を検出し、光強度に応じた光検出信号ＳＬ１を制御装置５０に出力する。
【0019】
光吸収部４３は、吸収セル４３１を備えている。吸収セル４３１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。
光反射部４４は、光吸収部４３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４４は、吸収セル４３１を透過したレーザ光を反射する反射ミラー４４２を備える。
光反射部４４は、光吸収部４３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４４は、吸収セル４３１を透過したレーザ光を反射する反射ミラー４４２を備える。
【0020】
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２偏光ビームスプリッタ４２１及びλ／４板４２２を透過し、光吸収部４３の吸収セル４３１に向かって出射される。吸収セル４３１を透過したレーザ光は、光反射部４４の反射ミラー４４２で反射され、再度吸収セル４３１に入射される。そして、吸収セル４３１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２偏光ビームスプリッタ４２１に入射される。したがって、第２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２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。
【0021】
なお、本実施形態では説明を省略しているが、非線形光学結晶２２及びエタロン２３には、それぞれ、制御装置５０によって制御される角度調整機構が設けられてもよい。また、非線形光学結晶２２、エタロン２３、筐体２６及び光吸収部４３には、それぞれ、制御装置５０によって制御される温制御機構が設けられてもよい。
【0022】
制御装置５０は、光検出部４２４から入力された光検出信号ＳＬ１に基づいて、アクチュエータ２５の動作を制御し、レーザ光Ｌａ２の発振周波数を特定の飽和吸収線に安定化させる。
具体的に、制御装置５０は、図２に示すように、アクチュエータ２５に対して駆動電圧Ｖを印加するアクチュエータ駆動部５１と、光検出信号ＳＬ１に基づいて２次微分信号ＳＬ２及び３次微分信号ＳＬ３を生成する微分演算部５２と、各信号ＳＬ１～ＳＬ３に基づいてアクチュエータ駆動部５１へ制御信号Ｓｃを出力する制御部５３と、メモリ５４とを備えている。
具体的に、制御装置５０は、図２に示すように、アクチュエータ２５に対して駆動電圧Ｖを印加するアクチュエータ駆動部５１と、光検出信号ＳＬ１に基づいて２次微分信号ＳＬ２及び３次微分信号ＳＬ３を生成する微分演算部５２と、各信号ＳＬ１～ＳＬ３に基づいてアクチュエータ駆動部５１へ制御信号Ｓｃを出力する制御部５３と、メモリ５４とを備えている。
【0023】
制御部５３は、メモリ５４に記憶されたプログラムを読み込み実行することで、アクチュエータ制御部５３１、探索部５３２及びノイズ判別部５３３として機能する。
アクチュエータ制御部５３１は、アクチュエータ駆動部５１に対して制御信号Ｓｃを出力することにより、アクチュエータ駆動部５１からアクチュエータ２５に印加される駆動電圧Ｖを制御する。これにより、共振器２０の共振器長が制御される。
探索部５３２は、２次微分信号ＳＬ２に現れる飽和吸収線とみられる特徴点を検出し、検出された特徴点から目標とする飽和吸収線を探索する探索処理を実施する。
ノイズ判別部５３３は、探索部５３２により検出された各特徴点がノイズであるか否かを判別する。
アクチュエータ制御部５３１は、アクチュエータ駆動部５１に対して制御信号Ｓｃを出力することにより、アクチュエータ駆動部５１からアクチュエータ２５に印加される駆動電圧Ｖを制御する。これにより、共振器２０の共振器長が制御される。
探索部５３２は、２次微分信号ＳＬ２に現れる飽和吸収線とみられる特徴点を検出し、検出された特徴点から目標とする飽和吸収線を探索する探索処理を実施する。
ノイズ判別部５３３は、探索部５３２により検出された各特徴点がノイズであるか否かを判別する。
【0024】
〔飽和吸収線〕
図３は、光検出信号ＳＬ１及び２次微分信号ＳＬ２を示す図である。この図３は、各信号ＳＬ１，ＳＬ２の出力値を縦軸とし、アクチュエータ２５への駆動電圧Ｖを横軸とし、駆動電圧Ｖを変化させた場合（共振器長を変化させた場合）における各信号ＳＬ１，ＳＬ２の変化を示す図である。
なお、光検出信号ＳＬ１は、光検出部４２４により光電変換された信号を反転増幅しているため、電圧極性が反転している。すなわち、吸収セル４３１に対するレーザ光の吸収率が高いと、光検出信号ＳＬ１の出力値は増大する。
図３は、光検出信号ＳＬ１及び２次微分信号ＳＬ２を示す図である。この図３は、各信号ＳＬ１，ＳＬ２の出力値を縦軸とし、アクチュエータ２５への駆動電圧Ｖを横軸とし、駆動電圧Ｖを変化させた場合（共振器長を変化させた場合）における各信号ＳＬ１，ＳＬ２の変化を示す図である。
なお、光検出信号ＳＬ１は、光検出部４２４により光電変換された信号を反転増幅しているため、電圧極性が反転している。すなわち、吸収セル４３１に対するレーザ光の吸収率が高いと、光検出信号ＳＬ１の出力値は増大する。
【0025】
図３に示すように、駆動電圧Ｖを所定範囲で変化させた場合、光検出信号ＳＬ１の出力値が増大する範囲、すなわちレーザ光が吸収セル４３１に吸収される範囲（以下、吸収領域Ｒｖ１～Ｒｖ４）が所定周期で観測される。２次微分信号ＳＬ２には、吸収領域Ｒｖ１～Ｒｖ４毎に、飽和吸収線のまとまりであるピーク群Ｍ１～Ｍ４が現れる。
本実施形態では、１以上の飽和吸収線が飽和吸収線群を構成している。例えば、図４に示すピーク群Ｍ２には、飽和吸収線群Ｎ１（飽和吸収線ａ１）、飽和吸収線群Ｎ２（飽和吸収線ａ２～ａ５）、飽和吸収線群Ｎ３（飽和吸収線ａ６～ａ９）、飽和吸収線群Ｎ４（飽和吸収線ａ１０）、飽和吸収線群Ｎ５（飽和吸収線ａ１１～ａ１４）、飽和吸収線群Ｎ６（飽和吸収線ａ１５）が観測される。
以上の各ピーク群Ｍ１～Ｍ４に属する飽和吸収線群の数及び組み合わせ、ならびに、各飽和吸収線群に属する飽和吸収線の数は、パラメータとして、メモリ５４に記憶されている。
本実施形態では、１以上の飽和吸収線が飽和吸収線群を構成している。例えば、図４に示すピーク群Ｍ２には、飽和吸収線群Ｎ１（飽和吸収線ａ１）、飽和吸収線群Ｎ２（飽和吸収線ａ２～ａ５）、飽和吸収線群Ｎ３（飽和吸収線ａ６～ａ９）、飽和吸収線群Ｎ４（飽和吸収線ａ１０）、飽和吸収線群Ｎ５（飽和吸収線ａ１１～ａ１４）、飽和吸収線群Ｎ６（飽和吸収線ａ１５）が観測される。
以上の各ピーク群Ｍ１～Ｍ４に属する飽和吸収線群の数及び組み合わせ、ならびに、各飽和吸収線群に属する飽和吸収線の数は、パラメータとして、メモリ５４に記憶されている。
【0026】
〔レーザ安定化方法〕
レーザ装置１におけるレーザ安定化方法について、図５に示すフローチャートを参照して説明する。なお、以下では、説明の便宜上、目標とする飽和吸収線を、ピーク群Ｍ２に属する飽和吸収線ａ１０とする。
レーザ装置１におけるレーザ安定化方法について、図５に示すフローチャートを参照して説明する。なお、以下では、説明の便宜上、目標とする飽和吸収線を、ピーク群Ｍ２に属する飽和吸収線ａ１０とする。
【0027】
（探索処理）
まず、アクチュエータ制御部５３１は、アクチュエータ２５に印加する駆動電圧Ｖを最大電圧値に設定する（ステップＳ１）。
まず、アクチュエータ制御部５３１は、アクチュエータ２５に印加する駆動電圧Ｖを最大電圧値に設定する（ステップＳ１）。
【0028】
ステップＳ１の後、アクチュエータ制御部５３１は、駆動電圧Ｖを最大電圧値から最小電圧値まで徐々に掃引する。駆動電圧Ｖが掃引される間、探索部５３２は、目標となる飽和吸収線ａ１０が属するピーク群Ｍ２を探索する（ステップＳ２；探索工程）。
【0029】
ステップＳ２において、探索部５３２は、例えば、２次微分信号ＳＬ２の出力値が所定の閾値Ｖｔｈ１以上であるときに特異点を検出し、当該特異点が検出された時点の駆動電圧Ｖの電圧値を記憶させる（例えば図４参照）。
【0030】
ステップＳ２の後、制御部５３は、ピーク群Ｍ２を探索できたか否かを判定する（ステップＳ３）。具体的には、制御部５３は、ピーク群Ｍ２に関する各種パラメータをメモリ５４から参照し、この各種パラメータに合致する特異点のまとまりが検出されたか否かを判定する。
【0031】
ステップＳ３においてＮｏと判定された場合、ステップＳ１２に進む。なお、ステップＳ１２以降の処理については後述する。
【0032】
一方、ステップＳ３においてＹｅｓと判定された場合、アクチュエータ制御部５３１は、駆動電圧Ｖを、次の駆動電圧Ｖの掃引方向において、ピーク群Ｍ２に対応する吸収領域Ｒｖ２よりも少し手前となる値に設定する（ステップＳ４）。
【0033】
次いで、アクチュエータ制御部５３１は、吸収領域Ｒｖ２の手前となる値から当該吸収領域Ｒｖ２の後ろとなる値まで、例えば増加方向に駆動電圧Ｖを掃引する。駆動電圧Ｖが掃引される間、探索部５３２は、目標となる飽和吸収線ａ１０が属するピーク群Ｍ２を探索する（ステップＳ５）。ピーク群Ｍ２を探索する方法は、上述のステップＳ２と同様である。
ステップＳ５の後、制御部５３は、ステップＳ３と同様に、目標とするピーク群Ｍ２を探索できたか否かを判定する（ステップＳ６）。
ステップＳ５の後、制御部５３は、ステップＳ３と同様に、目標とするピーク群Ｍ２を探索できたか否かを判定する（ステップＳ６）。
【0034】
ステップＳ６においてＮｏと判定された場合、ステップＳ１５に進み、エラー処理を実施する。エラー処理は、例えば、ユーザにエラーを知らせる情報を出力する。
【0035】
一方、ステップＳ６においてＹｅｓと判定された場合、アクチュエータ制御部５３１は、吸収領域Ｒｖ２の手前となる値から当該吸収領域Ｒｖ２の後ろとなる値に向かって、例えば減少方向に駆動電圧Ｖを掃引する。駆動電圧Ｖが掃引される間、探索部５３２は、目標とする飽和吸収線ａ１０を探索する（ステップＳ７）。
このステップＳ７において、探索部５３２は、上述のステップＳ２と同様の方法によって特異点を検出しつつ、特異点の検出回数をカウントする。そして、駆動電圧Ｖの掃引方向が減少方向である場合には５回目に検出される特異点を、目標とする飽和吸収線ａ１０として検出し、検出時点の電圧値Ｖｇをメモリ５４に記憶させる。
このステップＳ７において、探索部５３２は、上述のステップＳ２と同様の方法によって特異点を検出しつつ、特異点の検出回数をカウントする。そして、駆動電圧Ｖの掃引方向が減少方向である場合には５回目に検出される特異点を、目標とする飽和吸収線ａ１０として検出し、検出時点の電圧値Ｖｇをメモリ５４に記憶させる。
【0036】
次に、制御部５３は、目標とする飽和吸収線ａ１０が探索できたか否かを判定する（ステップＳ８）。このステップＳ８では、例えば、飽和吸収線ａ１０となる特異点が検出された時点の電圧値Ｖｇが予め定められた理想範囲内である場合に、目標とする飽和吸収線ａ１０が探索できたと判定することができる。
【0037】
ステップＳ８においてＮｏと判定された場合、ステップＳ１５に進み、エラー処理を実施する。
一方、ステップＳ８においてＹｅｓと判定された場合、アクチュエータ制御部５３１は、駆動電圧Ｖを、目標とする飽和吸収線ａ１０が検出された電圧値Ｖｇに固定する（ステップＳ９）。これにより、レーザ光Ｌａ２の発振周波数は、目標とする飽和吸収線ａ１０に合わせられる。
一方、ステップＳ８においてＹｅｓと判定された場合、アクチュエータ制御部５３１は、駆動電圧Ｖを、目標とする飽和吸収線ａ１０が検出された電圧値Ｖｇに固定する（ステップＳ９）。これにより、レーザ光Ｌａ２の発振周波数は、目標とする飽和吸収線ａ１０に合わせられる。
【0038】
ステップＳ９の後、制御部５３は、２次微分信号ＳＬ２の出力値が例えば閾値Ｖｔｈ１以上に安定しているか否かを監視する（ステップＳ１０）。これにより、レーザ光Ｌａ２の発振周波数が目標とする飽和吸収線ａ１０に安定化しているか否かを監視する。仮に、２次微分信号ＳＬ２の出力値が閾値Ｖｔｈ１よりも小さいと判定された場合（ステップＳ１０：Ｎｏの場合）、ステップＳ１１の復帰処理を行う。なお、復帰処理は、従来技術と同様であるため、本実施形態では説明を省略する。
【0039】
（再探索処理）
上述のステップＳ３でＮｏと判定された場合、ノイズ判別部５３３は、ステップＳ２で検出された複数の特異点からノイズを判別する（ステップＳ１２；ノイズ判別工程）。
上述のステップＳ３でＮｏと判定された場合、ノイズ判別部５３３は、ステップＳ２で検出された複数の特異点からノイズを判別する（ステップＳ１２；ノイズ判別工程）。
【0040】
ノイズ判別部５３３の具体的手法については、特に限定されないが、光検出信号ＳＬ１の出力値やメモリ５４に記憶されたパラメータを利用することで、ノイズを判別できる。
例えば、レーザ光がシングルモード発振ではなく多モード発振の状態にある場合や外乱の影響を受けた場合、レーザ光が吸収セル４３１に吸収され始める駆動電圧Ｖの範囲でノイズが生じ易い。このノイズは、２次微分信号ＳＬ２の各出力値が閾値Ｖｔｈ１以上となることで特異点として検出されてしまうことがある。例えば、図６には、吸収領域Ｒｖ２のプラス側の境界付近に生じたノイズを例示している。本実施形態では、このようなノイズの性質に基づいて、吸収領域Ｒｖ１～Ｒｖ４の各境界付近で検出された特異点をノイズとして判別してもよい。
また、飽和吸収線は、レーザ光が吸収セル４３１に吸収される間に観測されるものである。このため、ノイズ判別部５３３は、光検出信号ＳＬ１が閾値Ｖｔｈ２以下である場合に検出された特異点をノイズとして判別してもよい。
また、ノイズ判別部５３３は、検出された複数の特異点から、メモリ５４に記憶されたパラメータに合致する特異点を選択し、選択されない残りの特異点をノイズとして判別してもよい。
例えば、レーザ光がシングルモード発振ではなく多モード発振の状態にある場合や外乱の影響を受けた場合、レーザ光が吸収セル４３１に吸収され始める駆動電圧Ｖの範囲でノイズが生じ易い。このノイズは、２次微分信号ＳＬ２の各出力値が閾値Ｖｔｈ１以上となることで特異点として検出されてしまうことがある。例えば、図６には、吸収領域Ｒｖ２のプラス側の境界付近に生じたノイズを例示している。本実施形態では、このようなノイズの性質に基づいて、吸収領域Ｒｖ１～Ｒｖ４の各境界付近で検出された特異点をノイズとして判別してもよい。
また、飽和吸収線は、レーザ光が吸収セル４３１に吸収される間に観測されるものである。このため、ノイズ判別部５３３は、光検出信号ＳＬ１が閾値Ｖｔｈ２以下である場合に検出された特異点をノイズとして判別してもよい。
また、ノイズ判別部５３３は、検出された複数の特異点から、メモリ５４に記憶されたパラメータに合致する特異点を選択し、選択されない残りの特異点をノイズとして判別してもよい。
【0041】
次に、アクチュエータ制御部５３１は、ステップＳ１２で判別されたノイズが存在するか否かを判定する（ステップＳ１３）。
ノイズが存在する場合（ステップＳ１３でＹｅｓの場合）、アクチュエータ制御部５３１は、ステップＳ２の終了時点で最小電圧値になっていた駆動電圧Ｖを増加させ、ノイズが検出された電圧値よりも少し小さい値（復帰値）に駆動電圧Ｖを設定する。すなわち、駆動電圧Ｖを、ステップＳ２の電圧掃引方向（減少方向）においてノイズを経過した位置の値に設定する（ステップＳ１４）。
ノイズが存在する場合（ステップＳ１３でＹｅｓの場合）、アクチュエータ制御部５３１は、ステップＳ２の終了時点で最小電圧値になっていた駆動電圧Ｖを増加させ、ノイズが検出された電圧値よりも少し小さい値（復帰値）に駆動電圧Ｖを設定する。すなわち、駆動電圧Ｖを、ステップＳ２の電圧掃引方向（減少方向）においてノイズを経過した位置の値に設定する（ステップＳ１４）。
【0042】
なお、ステップＳ１４において、ノイズが複数存在する場合には、ノイズが検出された電圧値のうち、最も大きい電圧値を基準として、当該電圧値よりも少し小さい値を復帰値Ｖｒとする。
また、「ノイズが検出された電圧値よりも少し小さい値」とは、ノイズの影響を避けることができる程度に、ノイズが検出された電圧値から所定量だけ小さい値であればよい。
例えば、図６には、吸収領域Ｒｖ２のプラス側の境界付近にノイズが存在する場合に設定される復帰値Ｖｒを例示している。
また、「ノイズが検出された電圧値よりも少し小さい値」とは、ノイズの影響を避けることができる程度に、ノイズが検出された電圧値から所定量だけ小さい値であればよい。
例えば、図６には、吸収領域Ｒｖ２のプラス側の境界付近にノイズが存在する場合に設定される復帰値Ｖｒを例示している。
【0043】
その後、ステップＳ２に戻る。このステップＳ２において、アクチュエータ制御部５３１は、駆動電圧Ｖを復帰値から最小電圧値まで徐々に減少させ、探索部５３２は、目標となる飽和吸収線ａ１０が属するピーク群Ｍ２を探索する（再探索工程）。
【0044】
一方、ノイズが存在しない場合（ステップＳ１３でＮｏの場合）、待機時間を挟んでステップＳ１に戻り、フローを再開する。
【0045】
〔本実施形態の効果〕
本実施形態のレーザ装置１において、制御部５３は、駆動電圧Ｖを掃引させるアクチュエータ制御部５３１と、駆動電圧Ｖが掃引される間、２次微分信号ＳＬ２に基づいて特異点を検出し、当該特異点が検出された時点の駆動電圧Ｖの電圧値をメモリ５４に記憶させる探索処理を行う探索部５３２と、探索処理において検出された複数の特異点からノイズを判別するノイズ判別部５３３と、を有する。そして、探索部５３２は、特異点として検出されたノイズが存在する場合、ノイズが検出された時点の電圧値よりも小さい値から駆動電圧Ｖが減少方向に変化する間、探索処理を行う。
本実施形態のレーザ装置１において、制御部５３は、駆動電圧Ｖを掃引させるアクチュエータ制御部５３１と、駆動電圧Ｖが掃引される間、２次微分信号ＳＬ２に基づいて特異点を検出し、当該特異点が検出された時点の駆動電圧Ｖの電圧値をメモリ５４に記憶させる探索処理を行う探索部５３２と、探索処理において検出された複数の特異点からノイズを判別するノイズ判別部５３３と、を有する。そして、探索部５３２は、特異点として検出されたノイズが存在する場合、ノイズが検出された時点の電圧値よりも小さい値から駆動電圧Ｖが減少方向に変化する間、探索処理を行う。
【0046】
このような本実施形態では、直前の探索処理においてノイズが特異点として検出され、目標とする飽和吸収線の探索処理がエラーとなった場合、ノイズが検出される電圧範囲を過ぎた位置から、次回の探索処理が行われる。このため、ノイズが落ち着くまでの待機時間を必要とせず、探索処理を再開することができる。
また、本実施形態では、再探索処理においてノイズを記憶することが回避されるため、メモリ５４の容量が不要に消費されることを抑制できる。
また、本実施形態では、再探索処理においてノイズを記憶することが回避されるため、メモリ５４の容量が不要に消費されることを抑制できる。
【0047】
本実施形態のレーザ装置１において、アクチュエータ制御部５３１は、特異点として検出されたノイズが存在する場合、駆動電圧Ｖをノイズが検出された電圧値よりも小さい値から減少方向に掃引する。
このような本実施形態によれば、駆動電圧Ｖを最大電圧値から減少させる場合と比べて、駆動電圧Ｖの掃引時間を短縮化できる。
このような本実施形態によれば、駆動電圧Ｖを最大電圧値から減少させる場合と比べて、駆動電圧Ｖの掃引時間を短縮化できる。
【0048】
〔変形例〕
本発明は、前記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。
本発明は、前記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。
【0049】
例えば、前記実施形態において、アクチュエータ制御部５３１は、特異点として検出されたノイズが存在する場合、駆動電圧Ｖをノイズが検出された電圧値よりも大きい値から増加方向に掃引してもよい。同様に、探索部５３２は、特異点として検出されたノイズが存在する場合、ノイズが検出された時点の電圧値よりも大きい値から駆動電圧Ｖが増加方向に変化する間、探索処理を行ってもよい。
このような変形例によっても、前記実施形態と同様の効果を奏することができる。
このような変形例によっても、前記実施形態と同様の効果を奏することができる。
【0050】
前記実施形態において、探索部５３２は、特異点として検出されたノイズが存在する場合（ステップＳ１３でＹｅｓの場合）、ステップＳ１４で復帰値を設定する処理の替わりに、ノイズが検出された電圧値を含む領域を記録禁止領域に設定してもよい。また、記録禁止領域が設定された後、ステップＳ１に戻り、アクチュエータ制御部５３１は、駆動電圧Ｖを最大電圧値に設定してもよい。
このような変形例によれば、前記実施形態と同様、ノイズが検出される電圧範囲を過ぎた位置から特異点を記憶する処理が行われるため、ノイズが落ち着くまでの待機時間を必要とせず、探索処理を再開することができる。また、このような変形例によれば、駆動電圧Ｖを最大電圧値から掃引することによって共振器長の制御を安定的に行うことができる。
このような変形例によれば、前記実施形態と同様、ノイズが検出される電圧範囲を過ぎた位置から特異点を記憶する処理が行われるため、ノイズが落ち着くまでの待機時間を必要とせず、探索処理を再開することができる。また、このような変形例によれば、駆動電圧Ｖを最大電圧値から掃引することによって共振器長の制御を安定的に行うことができる。
【0051】
前記実施形態のステップＳ６においてＮｏの場合、ステップＳ１５でエラー処理を行う替わりに、上述のステップＳ１２～Ｓ１４と同様の処理を行ってもよい。この変形例では、特異点として検出されたノイズが存在する場合、ノイズを経過した位置の値に駆動電圧Ｖを設定した後、ステップＳ５に戻る。そして、ノイズが検出される電圧値を過ぎた位置から探索処理を行うことができる。
同様に、前記実施形態のステップＳ８においてＮｏの場合、ステップＳ１５でエラー処理を行う替わりに、上述のステップＳ１２～Ｓ１４と同様の処理を行ってもよい。この変形例では、特異点として検出されたノイズが存在する場合、ノイズを経過した位置の値に駆動電圧Ｖを設定した後、ステップＳ７に戻る。そして、ノイズが検出される電圧範囲を過ぎた位置から探索処理を行うことができる。
同様に、前記実施形態のステップＳ８においてＮｏの場合、ステップＳ１５でエラー処理を行う替わりに、上述のステップＳ１２～Ｓ１４と同様の処理を行ってもよい。この変形例では、特異点として検出されたノイズが存在する場合、ノイズを経過した位置の値に駆動電圧Ｖを設定した後、ステップＳ７に戻る。そして、ノイズが検出される電圧範囲を過ぎた位置から探索処理を行うことができる。
【符号の説明】
【0052】
１…レーザ装置、１０…励起用光源、２０…共振器、２１…レーザ媒体、２２…非線形光学結晶、２３…エタロン、２４…共振器ミラー、２５…アクチュエータ、２６…筐体、３０…導波光学部、３２…第１偏光ビームスプリッタ、４０…検波部、４２…光入射部、４２１…第２偏光ビームスプリッタ、４２４…光検出部、４３…光吸収部、４３１…吸収セル、４４…光反射部、４４２…反射ミラー、５０…制御装置、５１…アクチュエータ駆動部、５２…微分演算部、５３…制御部、５３１…アクチュエータ制御部、５３２…探索部、５３３…ノイズ判別部、５４…メモリ、Ｌａ１…励起光、Ｌａ２～Ｌａ４…レーザ光、Ｍ１～Ｍ４…ピーク群、Ｒｖ１～Ｒｖ４…吸収領域、ＳＬ１…光検出信号、ＳＬ２…２次微分信号、Ｖ…駆動電圧、Ｖｇ…電圧値、Ｖｔｈ１，Ｖｔｈ２…閾値。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】