[发明专利]激光设备和激光稳定方法

说明书

一种激光设备，包括：激发光源；谐振器，接收来自激发光源的激发光并生成激光；吸收单元，激光被发射到该吸收单元；光转换器，将通过吸收单元的激光转换成光输出信号；三阶微分锁定放大器，生成光输出信号的三阶微分信号；以及控制器。当检测到三阶微分信号的预定波形时，该控制器包括：返回控制器，基于该预定波形确定谐振器长度的返回方向；以及谐振器长度控制器，将谐振器长度改变到返回方向。

相关申请的交叉引用

本申请依据35U.S.C.§119要求于2017年11月1日提交的日本申请No.2017-212034的优先权，其公开内容明确地通过引用整体并入本文。

技术领域

本发明涉及激光设备和激光稳定方法。

背景技术

传统地，已知一种激光设备，其中谐振器的振荡频率被稳定到吸收单元的具体(specific)饱和吸收线(参见例如日本专利特许公开No.2008-141054)。为了稳定振荡频率，这种激光设备包括驱动控制器，该驱动控制器基于从谐振器发射的激光的光输出信号来控制谐振器长度。

具体而言，驱动控制器首先在预定范围内改变谐振器长度，并基于光输出信号的二阶微分信号和三阶微分信号搜索饱和吸收线(饱和吸收线搜索处理)。在饱和吸收线搜索的处理中，二阶微分信号和三阶微分信号示出如图10中所示的波形。当二阶微分信号的输出值等于或高于预定电压值Vth并且三阶微分信号的输出值在0V附近时，驱动控制器确定已经观察到饱和吸收线(参见图11)。

接下来，通过实现已经观察到具体饱和吸收线的谐振器长度，驱动控制器将振荡频率锁定到与该具体饱和吸收线相对应的频率(频率锁定处理)。然后，驱动控制器使用三阶微分信号的输出值作为指数(index)并控制谐振器长度，使得三阶微分信号的输出值在0V附近。因而，振荡频率稳定在具体饱和吸收线的中心频率附近(频率稳定控制)。

在由传统的激光设备进行的频率稳定控制中，如上所述，通过控制谐振器长度使谐振器长度保持在目标值Lo，使得三阶微分信号的输出值在0V附近(参见图12)。

但是，当对谐振器壳体发生诸如振动之类的外部干扰等时，由于谐振器长度的突然改变，输出值可能超过控制范围Rc。例如，如图12中所示，当谐振器长度具有控制范围Rc之外的值L1或L2时，即使谐振器长度从目标值Lo显著改变，三阶微分信号的输出值也接近0V。在这种情况下，不能基于三阶微分信号的输出值来控制谐振器长度，并且不能继续频率稳定控制。因此，需要花费时间和精力来重新启动激光设备等。

发明内容

本发明提供允许稳定的频率稳定控制得以继续的激光设备和激光稳定方法。

根据本发明的激光设备包括：激发光源；谐振器，接收来自激发光源的激发光并生成激光；吸收单元，激光发射到吸收单元；光转换器，将通过吸收单元的激光转换成光输出信号；微分信号发生器，生成光输出信号的三阶微分信号；返回控制器，当检测到三阶微分信号的预定波形时基于该预定波形确定谐振器长度的返回方向；以及谐振器长度控制器，将谐振器长度改变到返回方向。

在本发明中，类似于传统技术，在具体饱和吸收线出现的谐振器长度的范围(控制范围)内，基于三阶微分信号将谐振器长度控制为目标值(频率稳定控制)。因而，激光的振荡频率被稳定到具体饱和吸收线。在这个示例中，三阶微分信号在谐振器长度由于外部干扰等引起的突然改变而偏离控制范围的时刻示出预定波形。例如，三阶微分信号的预定波形包括等于或大于预定范围的峰波形，并且波形的形状取决于由于外部干扰等引起的谐振器长度的改变处于增加的方向还是减少的方向而不同。鉴于上述情况，在本发明中，返回控制器基于检测到的三阶微分信号的波形确定用于将谐振器长度返回到原始状态的返回方向。谐振器长度控制器将谐振器长度改变到返回方向，并且由此，谐振器长度可以返回到具体饱和吸收线出现的原始控制范围。因此，根据本发明的激光设备，即使在发生外部干扰等时，也可以稳定地继续频率稳定控制。