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周波数安定化He-Neレーザ

周波数安定化He-Neレーザ

一般的に良く知られているHe-Neレーザは、波長λ=632.8nmの赤色光が出力されています。
この波長を周波数に変換するとf=c/λ(cは光の速度)から約f=474THzが導き出されます。
この周波数は不変ではなく、レーザ管の熱膨張等で変化します。

レーザ光を使っての精密な測定を行なうには、この周波数の変化量を無視する事が出来ない場合が数多くあります。
そこで、レーザの発振周波数を一定に保つ[周波数安定化レーザ]という装置が開発され、様々な分野で応用されています。

レーザ光の周波数を安定化するにはいくつかの方法があります。例えば、特定の気体の吸収線を利用する方法。
レーザに磁場を印加する事で起こるゼーマン効果を利用する方法。

また、レーザの発振線の強度を比較し、その強度比を一定に保つ事で周波数を安定化する方法などです。
ここでは、この強度比較方式 [2モード型周波数安定化レーザ] について説明します。

He-Neレーザ

He-Neレーザは、約1.5GHzの幅を持つゲインカーブの中に入る発振線の光のみが、発光できるという特徴HP3810238_Pic1
があります。そして、このゲインカーブの中を発振線が移動する時には発振周波数が変化します。

この発振線の移動は、主にレーザ管自身の熱膨張の変化による光共振器長の変化で生じます。
図1ではf1の所にあった発振線が、熱膨張による共振器長の変化で、周波数がΔf変化しf1+Δfの所に移動する事を表しています。
周波数を安定化させるには、この発振線の移動を極力小さくすれば良い事になります。

 2モード型周波数安定化レーザ

では、2モード型周波数安定化レーザは、どのような方法で発振線の移動を小さくしているのでしょうか。HP3810238_Pic2
レーザの発振線の間隔は共振器の長さで決まります。

2モード型周波数安定化レーザは、ゲインカーブの中に2つだけ(2モード)発振線が入るように設計されてい ます。
(図2)

この2つの発振線の一部を光学的に抽出し、その強度比を電気的に一定(Ip≒Is)になるようフィードバックをかけます。
フィードバックには、レーザ管の駆動電流を変化させる方法や、レーザ管に直接熱をかける方法があります。

これらの制御を行なう事で10-8 以上の周波数安定度が得られます。

(つまり、2モード型周波数安定化レーザは、光の周波数474THz(4.74×1014)に対して、
数MHz(106 Hz)しか周波数が変動しない、安定したレーザだと言うことが出来ます)

 

 

 

 

 

 

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