飽和吸収線判定方法、及びレーザ周波数安定化装置
【課題】２次微分信号にノイズが重畳しているか否かを判定し、飽和吸収線を良好に認定できる飽和吸収線判定方法を提供する。
【解決手段】飽和吸収線判定方法は、光出力信号Ｓ１の２次微分信号Ｓ２の出力値と第１閾値とを比較する第１比較工程ＳＴ２Ａと、光出力信号Ｓ１の出力値と第２閾値とを比較する第２比較工程ＳＴ２Ｂと、第１比較工程ＳＴ２Ａ及び第２比較工程ＳＴ２Ｂの比較結果に基づいて、飽和吸収線であるか否かを判定する吸収線判定工程ＳＴ２Ｃ，２Ｄとを備える。
【解決手段】飽和吸収線判定方法は、光出力信号Ｓ１の２次微分信号Ｓ２の出力値と第１閾値とを比較する第１比較工程ＳＴ２Ａと、光出力信号Ｓ１の出力値と第２閾値とを比較する第２比較工程ＳＴ２Ｂと、第１比較工程ＳＴ２Ａ及び第２比較工程ＳＴ２Ｂの比較結果に基づいて、飽和吸収線であるか否かを判定する吸収線判定工程ＳＴ２Ｃ，２Ｄとを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、飽和吸収線判定方法、及びレーザ周波数安定化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、レーザ光を吸収セルに照射して得られる光出力信号に含まれる飽和吸収線に基づき共振器長を変化させてレーザ光の発振周波数を特定の飽和吸収線に安定化させるレーザ周波数安定化装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図１３は、従来のレーザ周波数安定化装置１００を示すブロック図である。
レーザ周波数安定化装置１００は、図１３に示すように、レーザ発生部１０と、レーザ光検出部２０と、駆動制御部３０とを備える。
レーザ発生部１０は、波長808nmのレーザ光Ｌ１を放出する励起用半導体レーザ１１と、レーザ光Ｌ１を入力し、波長532nmのレーザ光Ｌ２を出力する共振波生成部１２とを備える。
共振波生成部１２は、誘導輻射から波長1064nmの光を発光するＮｄ：ＹＶＯ４結晶１２１、波長1064nmの光の一部を波長532nmの光とするＫＴＰ結晶（非線形光学結晶）１２２、レーザ光の特定周波数のみを透過させるエタロン１２３、波長1064nmの光を反射させ波長532nmの光を透過させる反射鏡１２４等の光学素子が共振器筐体１２５に収納された構成を有する。
そして、共振器筐体１２５内部にエタロン１２３を配設することで、シングルモードのレーザ光Ｌ２が得られる。
また、共振器筐体１２５内部には、電圧の印加により反射鏡１２４の位置を変更（共振器長を変更）するピエゾ素子等のアクチュエータ１２６が配設されている。
【０００４】
レーザ光検出部２０は、レーザ光Ｌ２を、λ／２板２１を透過させた後、第１偏光ビームスプリッタ２２で、測長等に使用するレーザ光Ｌ３と、後述する飽和吸収線探索処理（以下、探索処理）及びレーザ光発振周波数固定処理（以下、周波数固定処理）に使用するレーザ光Ｌ４に分離する。
また、レーザ光検出部２０は、レーザ光Ｌ４を、第２偏光ビームスプリッタ２３、λ／４板２４、及びヨウ素セル（吸収セル）２５を透過させた後、反射鏡２６にてヨウ素セル２５に向けて反射させる。
そして、レーザ光検出部２０は、レーザ光Ｌ４を、再度、ヨウ素セル２５及びλ／４板２４を通過させた後、第２偏光ビームスプリッタ２３にて変換装置としての光検出器２７に向けて反射させ、光検出器２７にて光電変換することで光出力信号Ｓ１を出力する。
【０００５】
図１４は、光出力信号Ｓ１及び２次微分信号Ｓ２を示す図である。
なお、図１４（Ａ）は、各信号Ｓ１，Ｓ２の出力値を縦軸とし、アクチュエータ１２６への出力電圧Ｖを横軸とし、出力電圧Ｖを変化させた場合（共振器長を変化させた場合）での各信号Ｓ１，Ｓ２の波形をそれぞれ示す図である。図１４（Ｂ）は、図１４（Ａ）の領域Ａｒの２次微分信号Ｓ２を拡大した図である。
図１４（Ａ）に示すように、出力電圧Ｖを幅広く走査すると、吸収線Ｍ１〜Ｍ４（以下、説明の便宜上、ピーク群Ｍ１〜Ｍ４と記載）が周期的に繰り返して観測されることがわかる。なお、ピーク群Ｍ１とピーク群Ｍ３とは同一のピーク群であり、ピーク群Ｍ２とピーク群Ｍ４とは同一のピーク群である。
ここで、ピーク群Ｍ１〜Ｍ４は、飽和吸収線群が束となったものである。例えば、ピーク群Ｍ２は、図１４（Ｂ）に示すように、出力電圧Ｖの低い側から順に、飽和吸収線群Ｎ１（飽和吸収線ａ１）と、飽和吸収線群Ｎ２（飽和吸収線ａ２〜ａ５）と、飽和吸収線群Ｎ３（飽和吸収線ａ６〜ａ９）と、飽和吸収線群Ｎ４（飽和吸収線ａ１０）と、飽和吸収線群Ｎ５（飽和吸収線ａ１１〜ａ１４）と、飽和吸収線群Ｎ６（飽和吸収線ａ１５）とで構成されている。
【０００６】
駆動制御部３０は、光出力信号Ｓ１に基づいて、アクチュエータ１２６の動作を制御し（共振器長を調整し）、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、駆動制御部３０では、自動ロック装置３１の制御信号により、アクチュエータ制御部３２がアクチュエータ駆動回路３３を制御する（アクチュエータ駆動回路３３に出力する電圧値Ｖ´を調整する）ことで、アクチュエータ１２６への出力電圧Ｖを変更する。
なお、駆動制御部３０は、上述した構成３１〜３３の他、周波数１ｆ、２ｆ、３ｆＨｚの信号を出力する変復調信号発生器３４と、アクチュエータ駆動回路３３にて周波数１ｆＨｚの信号に基づき変調されたレーザ光Ｌ２の励起により得られる光出力信号Ｓ１を周波数２ｆ、３ｆＨｚでそれぞれ変調し、２次，３次微分信号Ｓ２，Ｓ３をそれぞれ出力する生成装置としての２次，３次微分用ロックインアンプ３５，３６を備える。
【０００７】
自動ロック装置３１は、探索処理にて、一度、飽和吸収線を測定し（各ピーク群Ｍ１〜Ｍ４に属する飽和吸収線群の数、及び各飽和吸収線群に属する飽和吸収線の数を測定し）、周波数固定処理にて、再度、飽和吸収線を測定して、発振周波数を所望の飽和吸収線に固定する。
なお、自動ロック装置３１は、探索処理及び周波数固定処理において、出力電圧Ｖを変更しながら、２次微分信号Ｓ２の出力値が所定の電圧値Ｖth１（図１４（Ｂ））以上となった場合に、当該信号を飽和吸収線と認定している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００８−１４１０５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、２次微分信号Ｓ２にはノイズが重畳する場合があり、当該ノイズの影響によっても、２次微分信号Ｓ２の出力値が所定の電圧値Ｖth１以上となる場合がある。
特許文献１に記載のレーザ周波数安定化装置１００では、２次微分信号Ｓ２にノイズが重畳しているか否かを判定する構成を備えていない。このため、ノイズの影響により２次微分信号Ｓ２の出力値が電圧値Ｖth１以上となった場合でも、当該信号を飽和吸収線と認定してしまい、飽和吸収線を良好に認定することが難しい、という問題がある。
【００１０】
本発明の目的は、２次微分信号にノイズが重畳しているか否かを判定し、飽和吸収線を良好に認定できる飽和吸収線判定方法、及びレーザ周波数安定化装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の飽和吸収線判定方法は、レーザ光を吸収セルに照射して得られる光出力信号に含まれる飽和吸収線に基づき共振器長を変化させて前記レーザ光の発振周波数を特定の前記飽和吸収線に安定化させるレーザ周波数安定化装置の飽和吸収線判定方法であって、前記光出力信号の２次微分信号の出力値と第１閾値とを比較する第１比較工程と、前記光出力信号の出力値と第２閾値とを比較する第２比較工程と、前記第１比較工程及び前記第２比較工程の比較結果に基づいて、前記飽和吸収線であるか否かを判定する吸収線判定工程とを備えることを特徴とする。
【００１２】
ところで、飽和吸収線は、光出力信号の出力値が所定の閾値（上記第２閾値に相当）以上である場合に限って、観測されるものである。
そして、本発明の飽和吸収線判定方法では、上記事項に着目し、以下に示すように、飽和吸収線を認定する。
先ず、２次微分信号の出力値と第１閾値とを比較する（第１比較工程）。
また、光出力信号の出力値と第２閾値とを比較する（第２比較工程）。
そして、上記比較結果に基づいて、２次微分信号の出力値が第１閾値以上であり、かつ、光出力信号の出力値が第２閾値以上となっている場合に、飽和吸収線であると認定する（吸収線判定工程）。一方、２次微分信号の出力値が第１閾値以上であるが、光出力信号の出力値が第２閾値未満である場合に、飽和吸収線ではなく、２次微分信号にノイズが重畳していると認定する（吸収線判定工程）。
以上のように、本発明の飽和吸収線判定方法によれば、２次微分信号にノイズが重畳しているか否かを判定し、飽和吸収線を良好に認定できる。
【００１３】
本発明の飽和吸収線判定方法は、レーザ光を吸収セルに照射して得られる光出力信号に含まれる飽和吸収線に基づき共振器長を変化させて前記レーザ光の発振周波数を特定の前記飽和吸収線に安定化させるレーザ周波数安定化装置の飽和吸収線判定方法であって、前記光出力信号の２次微分信号の出力値と大小関係にある第３閾値及び第４閾値とを比較し、前記共振器長が変化した際での前記２次微分信号の出力波形が、前記第４閾値未満から前記第３閾値以上となり、さらに前記第４閾値未満に変化する挙動を示したか否かを判定する波形判定工程と、前記波形判定工程の判定結果に基づいて、前記飽和吸収線であるか否かを判定する吸収線判定工程とを備えることを特徴とする。
【００１４】
ところで、飽和吸収線と認められる信号としては、共振器長が変化した際での２次微分信号の出力波形が以下の挙動を示す場合である。
すなわち、２次微分信号の出力波形は、大小関係にある２つの閾値のうち小さい方の閾値（上記第４閾値に相当）未満から大きい方の閾値（上記第３閾値に相当）以上となり、さらに小さい方の閾値未満に変化する挙動（以下、第１の挙動）を示す。
一方、２次微分信号にノイズが重畳している場合には、第１の挙動を示さない。
【００１５】
そして、本発明の飽和吸収線判定方法では、上記事項に着目し、以下に示すように、飽和吸収線を認定する。
先ず、共振器長が変化した際に、２次微分信号の出力波形が第１の挙動を示したか否かを判定する（波形判定工程）。
そして、２次微分信号の出力波形が第１の挙動を示した場合には、飽和吸収線であると認定する（吸収線判定工程）。一方、２次微分信号の出力波形が第１の挙動を示していない場合、例えば、当該出力波形のピーク値が第３閾値以上であるが当該出力波形が第１の挙動を示していない場合には、飽和吸収線ではなく、２次微分信号にノイズが重畳していると認定する（吸収線判定工程）。
以上のように、本発明の飽和吸収線判定方法によれば、２次微分信号にノイズが重畳しているか否かを判定し、飽和吸収線を良好に認定できる。
【００１６】
本発明の飽和吸収線判定方法は、レーザ光を吸収セルに照射して得られる光出力信号に含まれる飽和吸収線に基づき共振器長を変化させて前記レーザ光の発振周波数を特定の前記飽和吸収線に安定化させるレーザ周波数安定化装置の飽和吸収線判定方法であって、前記光出力信号の２次微分信号の出力値と第５閾値とを比較し、前記共振器長が変化した際での前記２次微分信号の出力波形が、前記第５閾値未満から前記第５閾値以上となり、さらに前記第５閾値未満に変化する挙動を示したか否かを判定する波形判定工程と、前記波形判定工程にて前記挙動を示したと判定された前記出力波形において、前記２次微分信号の出力値が所定値となった各前記共振器長の差分値と第６閾値とを比較する差分値比較工程と、前記差分値比較工程の比較結果に基づいて、前記飽和吸収線であるか否かを判定する吸収線判定工程とを備えることを特徴とする。
【００１７】
ところで、飽和吸収線と認められる信号としては、共振器長が変化した際に２次微分信号の出力波形が以下の挙動を示し、かつ、当該信号幅（上記差分値に相当）が所定の閾値（上記第６閾値に相当）以上となるものである。
すなわち、２次微分信号の出力波形は、所定の閾値（上記第５閾値に相当）未満から当該閾値以上となり、さらに当該閾値未満に変化する挙動（以下、第２の挙動）を示す。
一方、２次微分信号にノイズが重畳している場合には、２次微分信号の出力波形が第２の挙動を示した場合であっても、信号幅が所定の閾値未満となるものである。
【００１８】
そして、本発明の飽和吸収線判定方法では、上記事項に着目し、以下に示すように、飽和吸収線を認定する。
先ず、共振器長が変化した際に、２次微分信号の出力波形が第２の挙動を示したか否かを判定する（波形判定工程）。
次に、第２の挙動を示したと判定した２次微分信号の出力波形において、２次微分信号の出力値が所定値となった各共振器長の差分値（例えば、当該出力波形の半値幅）と第６閾値とを比較する（差分値比較工程）。
そして、差分値が第６閾値以上である場合には、飽和吸収線であると認定する（吸収線判定工程）。一方、差分値が第６閾値未満である場合には、飽和吸収線ではなく、２次微分信号にノイズが重畳していると認定する（吸収線判定工程）。
以上のように、本発明の飽和吸収線判定方法によれば、２次微分信号にノイズが重畳しているか否かを判定し、飽和吸収線を良好に認定できる。
【００１９】
本発明のレーザ周波数安定化装置は、レーザ光を吸収セルに照射して得られる光出力信号に含まれる飽和吸収線に基づき共振器長を変化させて前記レーザ光の発振周波数を特定の前記飽和吸収線に安定化させるレーザ周波数安定化装置であって、前記吸収セルを介したレーザ光を前記光出力信号に変換する変換装置と、前記変換装置にて変換された前記光出力信号の２次微分信号を生成する生成装置と、前記共振器長を変化させるアクチュエータと、前記アクチュエータの動作を制御する制御装置とを備え、前記制御装置は、前記２次微分信号の出力値と第１閾値とを比較する第１比較手段と、前記光出力信号の出力値と第２閾値とを比較する第２比較手段と、前記第１比較工程及び前記第２比較工程の比較結果に基づいて、前記飽和吸収線であるか否かを判定する吸収線判定手段とを備えることを特徴とする。
本発明のレーザ周波数安定化装置は、上述した飽和吸収線判定方法を実施する装置であるので、上述した飽和吸収線判定方法と同様の作用及び効果を享受できる。
【００２０】
本発明のレーザ周波数安定化装置は、レーザ光を吸収セルに照射して得られる光出力信号に含まれる飽和吸収線に基づき共振器長を変化させて前記レーザ光の発振周波数を特定の前記飽和吸収線に安定化させるレーザ周波数安定化装置であって、前記吸収セルを介したレーザ光を前記光出力信号に変換する変換装置と、前記変換装置にて変換された前記光出力信号の２次微分信号を生成する生成装置と、前記共振器長を変化させるアクチュエータと、前記アクチュエータの動作を制御する制御装置とを備え、前記制御装置は、前記２次微分信号の出力値と大小関係にある第３閾値及び第４閾値とを比較し、前記共振器長が変化した際での前記２次微分信号の出力波形が、前記第４閾値未満から前記第３閾値以上となり、さらに前記第４閾値未満に変化する挙動を示したか否かを判定する波形判定手段と、前記波形判定手段の判定結果に基づいて、前記飽和吸収線であるか否かを判定する吸収線判定手段とを備えることを特徴とする。
本発明のレーザ周波数安定化装置は、上述した飽和吸収線判定方法を実施する装置であるので、上述した飽和吸収線判定方法と同様の作用及び効果を享受できる。
【００２１】
本発明のレーザ周波数安定化装置は、レーザ光を吸収セルに照射して得られる光出力信号に含まれる飽和吸収線に基づき共振器長を変化させて前記レーザ光の発振周波数を特定の前記飽和吸収線に安定化させるレーザ周波数安定化装置であって、前記吸収セルを介したレーザ光を前記光出力信号に変換する変換装置と、前記変換装置にて変換された前記光出力信号の２次微分信号を生成する生成装置と、前記共振器長を変化させるアクチュエータと、前記アクチュエータの動作を制御する制御装置とを備え、前記制御装置は、前記２次微分信号の出力値と第５閾値とを比較し、前記共振器長が変化した際での前記２次微分信号の出力波形が、前記第５閾値未満から前記第５閾値以上となり、さらに前記第５閾値未満に変化する挙動を示したか否かを判定する波形判定手段と、前記波形判定手段にて前記挙動を示したと判定された前記出力波形において、前記２次微分信号の出力値が所定値となった各前記共振器長の差分値と第６閾値とを比較する差分値比較手段と、前記差分値比較手段の比較結果に基づいて、前記飽和吸収線であるか否かを判定する吸収線判定手段とを備えることを特徴とする。
本発明のレーザ周波数安定化装置は、上述した飽和吸収線判定方法を実施する装置であるので、上述した飽和吸収線判定方法と同様の作用及び効果を享受できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】第１実施形態におけるレーザ周波数安定化装置を示すブロック図。
【図２】第１実施形態における制御装置を示すブロック図。
【図３】第１実施形態における探索処理及び周波数固定処理を説明するフローチャート。
【図４】第１実施形態における飽和吸収線判定方法を説明するフローチャート。
【図５】第１実施形態における飽和吸収線判定方法を説明するための図。
【図６】第２実施形態におけるレーザ周波数安定化装置を示すブロック図。
【図７】第２実施形態における制御装置を示すブロック図。
【図８】第２実施形態における飽和吸収線判定方法を説明するフローチャート。
【図９】第２実施形態における飽和吸収線判定方法を説明するための図。
【図１０】第３実施形態における制御装置を示すブロック図。
【図１１】第３実施形態における飽和吸収線判定方法を説明するフローチャート。
【図１２】第３実施形態における飽和吸収線判定方法を説明するための図。
【図１３】従来のレーザ周波数安定化装置を示すブロック図。
【図１４】光出力信号及び２次微分信号を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
[第１実施形態]
以下、本発明の第１実施形態を図面に基づいて説明する。
〔レーザ周波数安定化装置の構成〕
図１は、第１実施形態におけるレーザ周波数安定化装置１を示すブロック図である。
レーザ周波数安定化装置１は、図１に示すように、従来のレーザ周波数安定化装置１００と同様のレーザ発生部１０、レーザ光検出部２０、及び駆動制御部３０を備える。
なお、本実施形態のレーザ周波数安定化装置１は、従来のレーザ周波数安定化装置１００と比較して、探索処理及び周波数固定処理を実施するとともに、当該各処理において、２次微分信号Ｓ２にノイズが重畳しているか否かを判別しながら飽和吸収線を認定する機能を有する制御装置３７を備える点が異なる。
このため、以下では、従来のレーザ周波数安定化装置１００と同様の機能及び構成については同様の符号を付して説明を省略し、本願の要部である制御装置３７について詳細に説明する。
【００２４】
〔制御装置の構成〕
図２は、制御装置３７を示すブロック図である。
制御装置３７は、ＣＰＵ(Central Processing Unit)や、メモリ３７４等を備え、メモリ３７４に記憶されたプログラムにしたがって、種々の処理を実行する。なお、制御装置３７の機能としては、従来の自動ロック装置３１と同様の機能については、説明を省略し、以下では、本願の要部である飽和吸収線を認定する機能についてのみ説明する。
この制御装置３７は、図１または図２に示すように、第１比較手段３７１と、第２比較手段３７２と、吸収線判定手段３７３と、メモリ３７４等を備える。
【００２５】
第１比較手段３７１は、２次微分用ロックインアンプ３５からの２次微分信号Ｓ２の出力値と、第１閾値Ｖth１（図１４（Ｂ））とを比較する。
第２比較手段３７２は、光検出器２７からの光出力信号Ｓ１の出力値と、第２閾値Ｖth２（図５参照）とを比較する。
吸収線判定手段３７３は、第１，第２比較手段３７１，３７２の比較結果に基づいて、飽和吸収線であるか否かを判定する。
【００２６】
〔レーザ周波数安定化装置の動作〕
次に、上述したレーザ周波数安定化装置１の動作について説明する。
なお、以下では、レーザ周波数安定化装置１の動作として、全体の動作（探索処理及び周波数固定処理）を説明した後、探索処理及び周波数固定処理において実施される吸収線判定方法について説明する。
【００２７】
〔探索処理及び周波数固定処理〕
図３は、探索処理及び周波数固定処理を説明するフローチャートである。
なお、本実施形態における探索処理及び周波数固定処理は、従来のレーザ周波数安定化装置１００にて実施される探索処理及び周波数固定処理と略同様であるため、以下では、説明を簡略化する。
また、以下では、説明の便宜上、目標とする飽和吸収線を飽和吸収線ａ４（当該飽和吸収線ａ４が属する飽和吸収線群及びピーク群がそれぞれＮ２，Ｍ２）とする。
先ず、制御装置３７は、アクチュエータ駆動回路３３の動作を制御し、アクチュエータ１２６に印加する出力電圧Ｖを最大電圧値に設定する（ステップＳＴ１Ａ）。
【００２８】
ステップＳＴ１Ａの後、制御装置３７は、出力電圧Ｖを最大電圧値から最小電圧値となるまで徐々に減少させながら、目標とするピーク群Ｍ２を探索する（ステップＳＴ１Ｂ）。
具体的に、ステップＳＴ１Ｂでは、制御装置３７は、以下に示す処理を実行する。
すなわち、制御装置３７は、後述する飽和吸収線判定方法により飽和吸収線を認定し、当該飽和吸収線が観測された際にアクチュエータ１２６に印加していた出力電圧Ｖの電圧値をメモリ３７４の第１記憶部３７４Ａ（図２）に記憶させる。
また、制御装置３７は、第１記憶部３７４Ａから電圧値Ｖnew，Ｖoldを読み出し、当該電圧値Ｖnew，Ｖoldの差分値を算出し、当該差分値と、ΔＶ，ΔＶ´とを比較する。
【００２９】
ここで、電圧値Ｖnewは、飽和吸収線が観測された際（最新で観測された際）の出力電圧Ｖの電圧値である。電圧値Ｖoldは、直前に飽和吸収線が観測された際の出力電圧Ｖの電圧値である。
また、ΔＶ，ΔＶ´は、飽和吸収線群に属する隣接する飽和吸収線間の各出力電圧Ｖの差分値の最大値をＶａ（図１４（Ｂ））、隣接する飽和吸収線群間の各出力電圧Ｖの差分値の最小値をＶｂ（図１４（Ｂ））及び最大値をＶｂ´（図１４（Ｂ））、各ピーク群間の各出力電圧Ｖの差分値の最小値をＶｃ（図１４（Ａ））とした場合に、Ｖａ＜ΔＶ＜Ｖｂ、Ｖｂ´＜ΔＶ´＜Ｖｃの関係を満たすように設定されている。
【００３０】
すなわち、制御装置３７は、電圧値Ｖnew，Ｖoldの差分値とΔＶとを比較することで、現時点で観測された飽和吸収線が直前に観測された飽和吸収線と同一の飽和吸収線群に属するか否かを判別する。
また、制御装置３７は、電圧値Ｖnew，Ｖoldの差分値とΔＶ´とを比較することで、現時点で観測された飽和吸収線が直前に観測された飽和吸収線と同一のピーク群に属するか否かを判別する。
【００３１】
制御装置３７は、上記判別により、属する飽和吸収線群の数が６（Ｎ１〜Ｎ６）であり、かつ、当該各飽和吸収線群に属する飽和吸収線の数が、出力電圧Ｖの小さい方から順に、１本（ａ１）、４本（ａ２〜ａ５）、４本（ａ６〜ａ９）、１本（ａ１０）、４本（ａ１１〜ａ１４）、１本（ａ１５）となるピーク群Ｍ２を探索する。
そして、制御装置３７は、出力電圧Ｖを最大電圧値から最小電圧値まで減少させた後、ピーク群Ｍ２を探索できたか否かを判定する（ステップＳＴ１Ｃ）。
ステップＳＴ１Ｃにおいて、制御装置３７は、「Ｎ」と判定した場合には、エラー処理を実行する（ステップＳＴ１Ｄ）。
ここで、エラー処理としては、例えば、ＬＥＤ(Light Emitting Diode)等の点灯制御、あるいは、音声による報知制御により、エラーが生じた旨を作業者に知らせる処理が挙げられる。
【００３２】
一方、ステップＳＴ１Ｃにおいて、「Ｙ」と判定した場合には、制御装置３７は、出力電圧Ｖを、ピーク群Ｍ２に属する飽和吸収線群Ｎ１〜Ｎ６のうち、飽和吸収線ａ１が観測される電圧値よりも若干、小さい電圧値Ｖ０（図１４）に設定する（ステップＳＴ１Ｅ）。
ステップＳＴ１Ｅの後、制御装置３７は、出力電圧Ｖを電圧値Ｖ０から徐々に増加させながら、ステップＳＴ１Ｂと同様に、ピーク群Ｍ２を再度、探索する（ステップＳＴ１Ｆ）。
そして、制御装置３７は、出力電圧Ｖを増加させた結果、ピーク群Ｍ２を探索できたか否かを判定する（ステップＳＴ１Ｇ）。
ステップＳＴ１Ｇにおいて、制御装置３７は、「Ｎ」と判定した場合には、ステップＳＴ１Ｄのエラー処理に移行する。
【００３３】
一方、制御装置３７は、「Ｙ」と判定した場合には、以下に示すように、目標とする飽和吸収線ａ４を探索する（ステップＳＴ１Ｈ）。
先ず、制御装置３７は、後述する飽和吸収線判定方法による飽和吸収線の認定、及び上記判別を行いながら、最初に観測されるピーク群に属する飽和吸収線群として、当該飽和吸収線群が５回観測されるまで、出力電圧Ｖを減少させる。
なお、ステップＳＴ１Ｆにおいて、ピーク群Ｍ２を再度、探索した後の出力電圧Ｖは、飽和吸収線ａ１５が観測される電圧値よりも若干、大きい電圧値Ｖ１（図１４）である。このため、上記最初に観測されるピーク群は、ピーク群Ｍ２である。また、当該ピーク群Ｍ２に属する飽和吸収線群として、１回目に観測される飽和吸収線群は、飽和吸収線群Ｎ６であり、５回目に観測される飽和吸収線群は、飽和吸収線群Ｎ２である。
【００３４】
次に、制御装置３７は、後述する飽和吸収線判定方法による飽和吸収線の認定、及び上記判別を行いながら、５回目に観測された飽和吸収線群Ｎ２に属する飽和吸収線として、当該飽和吸収線が２回観測されるまで、出力電圧Ｖを減少させる。
なお、上記飽和吸収線群Ｎ２に属する飽和吸収線として、１回目に観測される飽和吸収線は、飽和吸収線ａ５であり、２回目に観測される飽和吸収線は、飽和吸収線ａ４である。
そして、制御装置３７は、出力電圧Ｖを減少させた結果、飽和吸収線ａ４を探索できたか否かを判定する（ステップＳＴ１Ｉ）。
ステップＳＴ１Ｉにおいて、制御装置３７は、「Ｎ」と判定した場合には、ステップＳＴ１Ｄのエラー処理に移行する。
【００３５】
一方、ステップＳＴ１Ｉにおいて、制御装置３７は、「Ｙ」と判定した場合には、出力電圧Ｖの減少を止め、出力電圧Ｖを、当該飽和吸収線ａ４が観測された電圧値に固定する（ステップＳＴ１Ｊ）。
そして、ステップＳＴ１Ｊの処理により、レーザ光Ｌ２の発振周波数は、目標とする飽和吸収線ａ４に合致することとなる。
ステップＳＴ１Ｊの後、制御装置３７は、２次微分用ロックインアンプ３５からの２次微分信号Ｓ２の出力値と第１閾値Ｖth１とを比較し、２次微分信号Ｓ２の出力値が第１閾値Ｖth１以上に安定化しているか否かを常時、監視する（ステップＳＴ１Ｋ）。
すなわち、ステップＳＴ１Ｋの処理では、制御装置３７は、レーザ光Ｌ２の発振周波数が目標とする飽和吸収線ａ４に安定化しているか否かを監視している。
そして、制御装置３７は、ステップＳＴ１Ｋにおいて、「Ｎ」と判定した場合には、ステップＳＴ１Ｄのエラー処理に移行する。
【００３６】
〔吸収線判定方法〕
次に、上述したステップＳＴ１Ｂ，ＳＴ１Ｆ，ＳＴ１Ｈにおいて実施される飽和吸収線を認定する際の飽和吸収線判定方法について説明する。
図４は、飽和吸収線判定方法を説明するフローチャートである。
図５は、飽和吸収線判定方法を説明するための図である。具体的に、図５は、図１４（Ａ）に対応した図である。
先ず、第１比較手段３７１は、２次微分用ロックインアンプ３５からの２次微分信号Ｓ２の出力値と第１閾値Ｖth１とを比較し、２次微分信号Ｓ２の出力値が第１閾値Ｖth１以上となったか否かを常時、監視する（ステップＳＴ２Ａ：第１比較工程）。
そして、第１比較手段３７１は、「Ｙ」と判定した場合には、２次微分信号Ｓ２の出力値が第１閾値Ｖth１（図１４（Ｂ））以上となった際にアクチュエータ１２６に印加されていた出力電圧Ｖの電圧値をメモリ３７４の第２記憶部３７４Ｂ（図２）に記憶させる。
また、ステップＳＴ２Ａにおいて、「Ｙ」と判定された場合には、第２比較手段３７２は、光検出器２７からの光出力信号Ｓ１の出力値と第２閾値Ｖth２（図５）とを比較し、光出力信号Ｓ１の出力値が第２閾値Ｖth２以上であるか否かを判定する（ステップＳＴ２Ｂ：第２比較工程）。
【００３７】
ステップＳＴ２Ｂにおいて、「Ｙ」と判定された場合には、吸収線判定手段３７３は、ステップＳＴ２Ａにおいて出力値が第１閾値Ｖth１以上となった２次微分信号Ｓ２を飽和吸収線であると認定する（ステップＳＴ２Ｃ：吸収線判定工程）。
例えば、吸収線判定手段３７３は、図５に示すように、光出力信号Ｓ１の出力値が第２閾値Ｖth２以上となる領域ＡｒＰで観測される２次微分信号Ｓ２の各ピークを飽和吸収線であると認定する。
そして、吸収線判定手段３７３は、ステップＳＴ２Ａにおいて第２記憶部３７４Ｂに記憶された出力電圧Ｖの電圧値を飽和吸収線が観測された際にアクチュエータ１２６に印加していた出力電圧Ｖの電圧値として第１記憶部３７４Ａに記憶させる。また、吸収線判定手段３７３は、第２記憶部３７４Ｂに記憶された出力電圧Ｖの電圧値を消去させる。
【００３８】
一方、ステップＳＴ２Ｂにおいて、「Ｎ」と判定された場合には、吸収線判定手段３７３は、ステップＳＴ２Ａにおいて出力値が第１閾値Ｖth１以上となった２次微分信号Ｓ２を、飽和吸収線ではなく、ノイズが重畳された信号であると認定する（ステップＳＴ２Ｄ：吸収線判定工程）。
例えば、吸収線判定手段３７３は、図５に示すように、光出力信号Ｓ１の出力値が第２閾値Ｖth２未満となる領域ＡｒＮで観測される２次微分信号Ｓ２の各ピークを、飽和吸収線ではなく、ノイズが重畳された信号であると認定する。
そして、吸収線判定手段３７３は、ステップＳＴ２Ａにおいて第２記憶部３７４Ｂに記憶された出力電圧Ｖの電圧値を消去させる。
すなわち、第１記憶部３７４Ａには、領域ＡｒＰで飽和吸収線が観測された際の出力電圧Ｖの電圧値のみが記憶される。
【００３９】
上述した第１実施形態によれば、以下の効果がある。
本実施形態では、「飽和吸収線は、光出力信号Ｓ１の出力値が所定の閾値（第２閾値Ｖth２）以上である場合に限って、観測される。」点に着目し、ステップＳＴ２Ａ〜ＳＴ２Ｄの処理により、飽和吸収線であるか否かを判定している。
このことにより、２次微分信号Ｓ２にノイズが重畳しているか否かを判定し、飽和吸収線を良好に認定できる。
特に、ステップＳＴ２Ａ〜ＳＴ２Ｄの処理により飽和吸収線であるか否かを判定することで、ピーク群Ｍ１〜Ｍ４同士の間で、本来、観測されるはずのない飽和吸収線を誤って飽和吸収線であると認定することがない。
したがって、レーザ光Ｌ２の発振周波数を目標とする飽和吸収線ａ４に良好に合致させることができる。
また、光出力信号Ｓ１の出力値と第２閾値Ｖth２とを比較するだけで、２次微分信号Ｓ２にノイズが重畳しているか否かを判定できるため、飽和吸収線を認定するにあたって、制御装置３７の処理負荷を低減できる。
【００４０】
[第２実施形態]
次に、本発明の第２実施形態を図面に基づいて説明する。
なお、以下では、前記第１実施形態と同様の構成には同一の符号を付し、その詳細な説明については省略する。
図６は、第２実施形態におけるレーザ周波数安定化装置１を示すブロック図である。
図７は、第２実施形態における制御装置３７を示すブロック図である。
本実施形態では、図６及び図７に示すように、前記第１実施形態に対して、制御装置３７の構成が異なるものである。その他の構成は、前記第１実施形態と同様である。
【００４１】
具体的に、第２実施形態における制御装置３７は、飽和吸収線を認定する機能として、前記第１実施形態で説明した第１，第２比較手段３７１，３７２の代わりに、波形判定手段３７５を備える。
波形判定手段３７５は、２次微分用ロックインアンプ３５からの２次微分信号Ｓ２の出力値と大小関係にある第３，第４閾値Ｖth３，Ｖth４（図９参照）とを比較し、出力電圧Ｖが変化した際（共振器長が変化した際）での２次微分信号Ｓ２の出力波形が所定の挙動（以下、第１の挙動）を示した否かを判定する。
そして、第２実施形態における吸収線判定手段３７３は、波形判定手段３７５の判定結果に基づいて、飽和吸収線であるか否かを判定する。
【００４２】
次に、第２実施形態における飽和吸収線判定方法について説明する。
図８は、飽和吸収線判定方法を説明するフローチャートである。
図９は、飽和吸収線判定方法を説明するための図である。具体的に、図９は、２次微分信号Ｓ２の出力値を縦軸とし、出力電圧Ｖを横軸とし、出力電圧Ｖを変化させた場合（共振器長を変化させた場合）での２次微分信号Ｓ２の出力波形を模式的に示す図である。
先ず、波形判定手段３７５は、以下に示すように、２次微分用ロックインアンプ３５から出力された２次微分信号Ｓ２の出力波形が第１の挙動を示したか否かを判定する（ステップＳＴ３Ａ：波形判定工程）。
【００４３】
すなわち、波形判定手段３７５は、２次微分用ロックインアンプ３５から所定のサンプリング間隔で順次、入力した２次微分信号Ｓ２の出力値と、第３，第４閾値Ｖth３，Ｖth４とを比較する。
また、波形判定手段３７５は、当該入力した２次微分信号Ｓ２の出力値と、当該２次微分信号Ｓ２を入力した際にアクチュエータ１２６に印加されていた出力電圧Ｖの電圧値と、上記比較結果に応じた情報とを関連付けて、第２記憶部３７４Ｂに順次、記憶させる。
なお、上記比較結果に応じた情報は、第４閾値Ｖth４未満である旨の情報、第４閾値Ｖth４以上で、かつ、第３閾値Ｖth３未満である旨の情報、あるいは、第３閾値Ｖth３以上である旨の情報である。
そして、波形判定手段３７５は、第２記憶部３７４Ｂに記憶された情報に基づき、出力電圧Ｖが所定値Ｖ２（図９）だけ変化した際の２次微分信号Ｓ２の出力波形が、第４閾値Ｖth４未満から第３閾値Ｖth３以上となり、さらに第４閾値Ｖth４未満に変化する第１の挙動を示したか否かを判定する。
【００４４】
ステップＳＴ３Ａにおいて、「Ｙ」と判定された場合には、吸収線判定手段３７３は、第１の挙動を示す出力波形の２次微分信号Ｓ２を飽和吸収線であると認定する（ステップＳＴ３Ｂ：吸収線判定工程）。
例えば、吸収線判定手段３７３は、図９に示すように、所定値Ｖ２の範囲内で、第１の挙動を示す出力波形の２次微分信号Ｓ２（各ピークＰ）を飽和吸収線であると認定する。
そして、吸収線判定手段３７３は、第２記憶部３７４Ｂに記憶された情報に基づき、第１の挙動を示す出力波形の２次微分信号Ｓ２のピーク値（２次微分信号Ｓ２の出力値）を判別し、当該ピーク値に関連付けられた出力電圧Ｖの電圧値を、飽和吸収線が観測された際の出力電圧Ｖの電圧値として第１記憶部３７４Ａに記憶させる。
【００４５】
一方、ステップＳＴ３Ａにおいて、「Ｎ」と判定された場合には、吸収線判定手段３７３は、飽和吸収線ではないと認定する（ステップＳＴ３Ｃ：吸収線判定工程）。
例えば、吸収線判定手段３７３は、図９に示すように、所定値Ｖ２の範囲内で、第１の挙動を示さない出力波形の２次微分信号Ｓ２（ピークＰＮ）については、飽和吸収線ではなく、ノイズが重畳された信号であると認定する。
【００４６】
上述した第２実施形態によれば、以下の効果がある。
本実施形態では、「飽和吸収線と認められる信号としては、出力電圧Ｖが変化した際での２次微分信号Ｓ２の出力波形が第１の挙動を示す場合である。」点に着目し、ステップＳＴ３Ａ〜ＳＴ３Ｃの処理により、飽和吸収線であるか否かを判定している。
このことにより、２次微分信号Ｓ２にノイズが重畳しているか否かを判定し、飽和吸収線を良好に認定できる。
特に、ステップＳＴ３Ａ〜ＳＴ３Ｃの処理により飽和吸収線であるか否かを判定することで、ピーク群Ｍ１〜Ｍ４同士の間に限らず、同一のピーク群に属する飽和吸収線群同士の間や、同一の飽和吸収線群に属する飽和吸収線同士の間で、本来、観測されるはずのない飽和吸収線を誤って飽和吸収線であると認定することがない。
したがって、レーザ光Ｌ２の発振周波数を目標とする飽和吸収線ａ４に良好に合致させることができる。
【００４７】
[第３実施形態]
次に、本発明の第３実施形態を図面に基づいて説明する。
なお、以下では、前記第２実施形態と同様の構成には同一の符号を付し、その詳細な説明については省略する。
図１０は、第３実施形態における制御装置３７を示すブロック図である。
本実施形態では、図１０に示すように、前記第２実施形態に対して、制御装置３７の構成が異なるものである。その他の構成は、前記第１実施形態と同様である。
【００４８】
具体的に、第３実施形態における制御装置３７は、飽和吸収線を認定する機能として、前記第２実施形態で説明した波形判定手段３７５及び吸収線判定手段３７３の他、差分値比較手段３７６を備える。
第３実施形態における波形判定手段３７５は、２次微分用ロックインアンプ３５からの２次微分信号Ｓ２の出力値と第５閾値Ｖth５（図１２参照）とを比較し、出力電圧Ｖが変化した際（共振器長が変化した際）での２次微分信号Ｓ２の出力波形が所定の挙動（以下、第２の挙動）を示したか否かを判定する。
差分値比較手段３７６は、波形判定手段３７５にて第２の挙動を示したと判定された２次微分信号Ｓ２の出力波形において、２次微分信号Ｓ２の出力値が所定値となった出力電圧Ｖの各電圧値の差分値と、第６閾値Ｖth６（図示略）とを比較する。
そして、第３実施形態における吸収線判定手段３７３は、差分値比較手段３７６の比較結果に基づいて、飽和吸収線であるか否かを判定する。
【００４９】
次に、第３実施形態における飽和吸収線判定方法について説明する。
図１１は、飽和吸収線判定方法を説明するフローチャートである。
図１２は、飽和吸収線判定方法を説明するための図である。具体的に、図１２は、図９に対応した図である。
先ず、波形判定手段３７５は、以下に示すように、２次微分用ロックインアンプ３５から出力された２次微分信号Ｓ２の出力波形が第２の挙動を示したか否かを判定する（ステップＳＴ４Ａ：波形判定工程）。
【００５０】
すなわち、波形判定手段３７５は、２次微分用ロックインアンプ３５から所定のサンプリング間隔で順次、入力した２次微分信号Ｓ２の出力値と第５閾値Ｖth５とを比較する。
また、波形判定手段３７５は、当該入力した２次微分信号Ｓ２の出力値と、当該２次微分信号Ｓ２を入力した際にアクチュエータ１２６に印加されていた出力電圧Ｖの電圧値と、上記比較結果に応じた情報とを関連付けて、第２記憶部３７４Ｂに順次、記憶させる。
なお、上記比較結果に応じた情報は、第５閾値Ｖth５未満である旨の情報、あるいは、第５閾値Ｖth５以上である旨の情報である。
そして、波形判定手段３７５は、第２記憶部３７４Ｂに記憶された情報に基づき、出力電圧Ｖが所定値Ｖ２（図１２）だけ変化した際の２次微分信号Ｓ２の出力波形が、第５閾値Ｖth５未満から第５閾値Ｖth５以上となり、さらに第５閾値Ｖth５未満に変化する第２の挙動を示したか否かを判定する。
【００５１】
ステップＳＴ４Ａにおいて、「Ｙ」と判定された場合には、差分値比較手段３７６は、第２記憶部３７４Ｂに記憶された情報に基づいて、２次微分信号Ｓ２の出力値が所定値となった出力電圧Ｖの各電圧値の差分値を算出する。そして、差分値比較手段３７６は、当該差分値と、第６閾値Ｖth６とを比較し、当該差分値が第６閾値Ｖth６以上であるか否かを判定する（ステップＳＴ４Ｂ：差分値比較工程）。
なお、本実施形態では、上記差分値として、第２の挙動を示す出力波形の半値幅を採用している。
【００５２】
ステップＳＴ４Ｂにおいて、「Ｙ」と判定された場合には、吸収線判定手段３７３は、第２の挙動を示す出力波形の２次微分信号Ｓ２を飽和吸収線であると認定する（ステップＳＴ４Ｃ：吸収線判定工程）。
例えば、吸収線判定手段３７３は、図１２に示すように、所定値Ｖ２の範囲内で第２の挙動を示す出力波形の２次微分信号Ｓ２（各ピークＰ，ＰＮ）のうち、半値幅ＨＷＰが第６閾値Ｖth６以上となる２次微分信号Ｓ２（各ピークＰ）を飽和吸収線であると認定する。
そして、吸収線判定手段３７３は、第２記憶部３７４Ｂに記憶された情報に基づき、第２の挙動を示す出力波形の２次微分信号Ｓ２のピーク値（２次微分信号Ｓ２の出力値）を判別し、当該ピーク値に関連付けられた出力電圧Ｖの電圧値を、飽和吸収線が観測された際の出力電圧Ｖの電圧値として第１記憶部３７４Ａに記憶させる。
【００５３】
一方、ステップＳＴ４Ｂにおいて、「Ｎ」と判定された場合には、吸収線判定手段３７３は、飽和吸収線ではないと認定する（ステップＳＴ４Ｄ：吸収線判定工程）。
例えば、吸収線判定手段３７３は、図１２に示すように、所定値Ｖ２の範囲内で第２の挙動を示す出力波形の２次微分信号Ｓ２（各ピークＰ，ＰＮ）のうち、半値幅ＨＷＮが第６閾値Ｖth６未満となる２次微分信号Ｓ２（ピークＰＮ）については、飽和吸収線ではなく、ノイズが重畳された信号であると認定する。
【００５４】
上述した第３実施形態によれば、前記第１実施形態と同様の効果の他、以下の効果がある。
本実施形態では、「飽和吸収線と認められる信号としては、出力電圧Ｖが変化した際での２次微分信号Ｓ２の出力波形が第２の挙動を示し、かつ、当該出力波形の半値幅が所定の閾値（第６閾値Ｖth６）以上となるものである。」点に着目し、ステップＳＴ４Ａ〜ＳＴ４Ｄの処理により、飽和吸収線であるか否かを判定している。
このことにより、２次微分信号Ｓ２にノイズが重畳しているか否かを判定し、飽和吸収線を良好に認定できる。
特に、ステップＳＴ４Ａ〜ＳＴ４Ｄの処理により飽和吸収線であるか否かを判定することで、前記第２実施形態と同様に、ピーク群Ｍ１〜Ｍ４同士の間に限らず、同一のピーク群に属する飽和吸収線群同士の間や、同一の飽和吸収線群に属する飽和吸収線同士の間で、本来、観測されるはずのない飽和吸収線を誤って飽和吸収線であると認定することがない。
したがって、レーザ光Ｌ２の発振周波数を目標とする飽和吸収線ａ４に良好に合致させることができる。
【００５５】
なお、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。
前記各実施形態において、飽和吸収線判定方法は、前記各実施形態で説明したフローに限らない。
すなわち、前記第１実施形態では、前記各実施形態では、第１比較工程ＳＴ２Ａ、第２比較工程ＳＴ２Ｂの順に処理を実行していたが、これに限らない。
例えば、第２比較工程ＳＴ２Ｂ、第１比較工程ＳＴ２Ａの順に処理を実行しても構わない。すなわち、光出力信号Ｓ１の出力値が第２閾値Ｖth２以上である場合に限って第１比較工程ＳＴ２Ａを実行し、当該第１比較工程ＳＴ２Ａにおいて、２次微分信号Ｓ２の出力値が第１閾値Ｖth１以上である場合に、当該信号を飽和吸収線であると認定する。
【００５６】
また、前記各実施形態での処理を組み合わせて、飽和吸収線であるか否かを判定しても構わない。
例えば、ピーク群Ｍ１〜Ｍ４同士の間では前記第１実施形態のフローにて飽和吸収線であるか否かを判定し、同一のピーク群に属する飽和吸収線群同士の間や、同一の飽和吸収線群に属する飽和吸収線同士の間では前記第２実施形態のフロー、あるいは、前記第３実施形態のフローにて飽和吸収線であるか否かを判定しても構わない。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明は、レーザ光を吸収セルに照射して得られる光出力信号に含まれる飽和吸収線に基づき共振器長を変化させてレーザ光の発振周波数を特定の飽和吸収線に安定化させるレーザ周波数安定化装置に利用できる。
【符号の説明】
【００５８】
１・・・レーザ周波数安定化装置
２５・・・ヨウ素セル（吸収セル）
２７・・・光検出器（変換装置）
３５・・・２次微分用ロックインアンプ（生成装置）
３７・・・制御装置
１２６・・・アクチュエータ
３７１・・・第１比較手段
３７２・・・第２比較手段
３７３・・・吸収線判定手段
３７５・・・波形判定手段
３７６・・・差分値比較手段
ＳＴ２Ａ・・・第１比較工程
ＳＴ２Ｂ・・・第２比較工程
ＳＴ２Ｃ，ＳＴ２Ｄ，ＳＴ３Ｂ，ＳＴ３Ｃ，ＳＴ４Ｃ，ＳＴ４Ｄ・・・吸収線判定工程
ＳＴ３Ａ，ＳＴ４Ａ・・・波形判定工程
ＳＴ４Ｂ・・・差分値比較工程
【技術分野】
【０００１】
本発明は、飽和吸収線判定方法、及びレーザ周波数安定化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、レーザ光を吸収セルに照射して得られる光出力信号に含まれる飽和吸収線に基づき共振器長を変化させてレーザ光の発振周波数を特定の飽和吸収線に安定化させるレーザ周波数安定化装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図１３は、従来のレーザ周波数安定化装置１００を示すブロック図である。
レーザ周波数安定化装置１００は、図１３に示すように、レーザ発生部１０と、レーザ光検出部２０と、駆動制御部３０とを備える。
レーザ発生部１０は、波長808nmのレーザ光Ｌ１を放出する励起用半導体レーザ１１と、レーザ光Ｌ１を入力し、波長532nmのレーザ光Ｌ２を出力する共振波生成部１２とを備える。
共振波生成部１２は、誘導輻射から波長1064nmの光を発光するＮｄ：ＹＶＯ４結晶１２１、波長1064nmの光の一部を波長532nmの光とするＫＴＰ結晶（非線形光学結晶）１２２、レーザ光の特定周波数のみを透過させるエタロン１２３、波長1064nmの光を反射させ波長532nmの光を透過させる反射鏡１２４等の光学素子が共振器筐体１２５に収納された構成を有する。
そして、共振器筐体１２５内部にエタロン１２３を配設することで、シングルモードのレーザ光Ｌ２が得られる。
また、共振器筐体１２５内部には、電圧の印加により反射鏡１２４の位置を変更（共振器長を変更）するピエゾ素子等のアクチュエータ１２６が配設されている。
【０００４】
レーザ光検出部２０は、レーザ光Ｌ２を、λ／２板２１を透過させた後、第１偏光ビームスプリッタ２２で、測長等に使用するレーザ光Ｌ３と、後述する飽和吸収線探索処理（以下、探索処理）及びレーザ光発振周波数固定処理（以下、周波数固定処理）に使用するレーザ光Ｌ４に分離する。
また、レーザ光検出部２０は、レーザ光Ｌ４を、第２偏光ビームスプリッタ２３、λ／４板２４、及びヨウ素セル（吸収セル）２５を透過させた後、反射鏡２６にてヨウ素セル２５に向けて反射させる。
そして、レーザ光検出部２０は、レーザ光Ｌ４を、再度、ヨウ素セル２５及びλ／４板２４を通過させた後、第２偏光ビームスプリッタ２３にて変換装置としての光検出器２７に向けて反射させ、光検出器２７にて光電変換することで光出力信号Ｓ１を出力する。
【０００５】
図１４は、光出力信号Ｓ１及び２次微分信号Ｓ２を示す図である。
なお、図１４（Ａ）は、各信号Ｓ１，Ｓ２の出力値を縦軸とし、アクチュエータ１２６への出力電圧Ｖを横軸とし、出力電圧Ｖを変化させた場合（共振器長を変化させた場合）での各信号Ｓ１，Ｓ２の波形をそれぞれ示す図である。図１４（Ｂ）は、図１４（Ａ）の領域Ａｒの２次微分信号Ｓ２を拡大した図である。
図１４（Ａ）に示すように、出力電圧Ｖを幅広く走査すると、吸収線Ｍ１〜Ｍ４（以下、説明の便宜上、ピーク群Ｍ１〜Ｍ４と記載）が周期的に繰り返して観測されることがわかる。なお、ピーク群Ｍ１とピーク群Ｍ３とは同一のピーク群であり、ピーク群Ｍ２とピーク群Ｍ４とは同一のピーク群である。
ここで、ピーク群Ｍ１〜Ｍ４は、飽和吸収線群が束となったものである。例えば、ピーク群Ｍ２は、図１４（Ｂ）に示すように、出力電圧Ｖの低い側から順に、飽和吸収線群Ｎ１（飽和吸収線ａ１）と、飽和吸収線群Ｎ２（飽和吸収線ａ２〜ａ５）と、飽和吸収線群Ｎ３（飽和吸収線ａ６〜ａ９）と、飽和吸収線群Ｎ４（飽和吸収線ａ１０）と、飽和吸収線群Ｎ５（飽和吸収線ａ１１〜ａ１４）と、飽和吸収線群Ｎ６（飽和吸収線ａ１５）とで構成されている。
【０００６】
駆動制御部３０は、光出力信号Ｓ１に基づいて、アクチュエータ１２６の動作を制御し（共振器長を調整し）、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、駆動制御部３０では、自動ロック装置３１の制御信号により、アクチュエータ制御部３２がアクチュエータ駆動回路３３を制御する（アクチュエータ駆動回路３３に出力する電圧値Ｖ´を調整する）ことで、アクチュエータ１２６への出力電圧Ｖを変更する。
なお、駆動制御部３０は、上述した構成３１〜３３の他、周波数１ｆ、２ｆ、３ｆＨｚの信号を出力する変復調信号発生器３４と、アクチュエータ駆動回路３３にて周波数１ｆＨｚの信号に基づき変調されたレーザ光Ｌ２の励起により得られる光出力信号Ｓ１を周波数２ｆ、３ｆＨｚでそれぞれ変調し、２次，３次微分信号Ｓ２，Ｓ３をそれぞれ出力する生成装置としての２次，３次微分用ロックインアンプ３５，３６を備える。
【０００７】
自動ロック装置３１は、探索処理にて、一度、飽和吸収線を測定し（各ピーク群Ｍ１〜Ｍ４に属する飽和吸収線群の数、及び各飽和吸収線群に属する飽和吸収線の数を測定し）、周波数固定処理にて、再度、飽和吸収線を測定して、発振周波数を所望の飽和吸収線に固定する。
なお、自動ロック装置３１は、探索処理及び周波数固定処理において、出力電圧Ｖを変更しながら、２次微分信号Ｓ２の出力値が所定の電圧値Ｖth１（図１４（Ｂ））以上となった場合に、当該信号を飽和吸収線と認定している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００８−１４１０５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、２次微分信号Ｓ２にはノイズが重畳する場合があり、当該ノイズの影響によっても、２次微分信号Ｓ２の出力値が所定の電圧値Ｖth１以上となる場合がある。
特許文献１に記載のレーザ周波数安定化装置１００では、２次微分信号Ｓ２にノイズが重畳しているか否かを判定する構成を備えていない。このため、ノイズの影響により２次微分信号Ｓ２の出力値が電圧値Ｖth１以上となった場合でも、当該信号を飽和吸収線と認定してしまい、飽和吸収線を良好に認定することが難しい、という問題がある。
【００１０】
本発明の目的は、２次微分信号にノイズが重畳しているか否かを判定し、飽和吸収線を良好に認定できる飽和吸収線判定方法、及びレーザ周波数安定化装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の飽和吸収線判定方法は、レーザ光を吸収セルに照射して得られる光出力信号に含まれる飽和吸収線に基づき共振器長を変化させて前記レーザ光の発振周波数を特定の前記飽和吸収線に安定化させるレーザ周波数安定化装置の飽和吸収線判定方法であって、前記光出力信号の２次微分信号の出力値と第１閾値とを比較する第１比較工程と、前記光出力信号の出力値と第２閾値とを比較する第２比較工程と、前記第１比較工程及び前記第２比較工程の比較結果に基づいて、前記飽和吸収線であるか否かを判定する吸収線判定工程とを備えることを特徴とする。
【００１２】
ところで、飽和吸収線は、光出力信号の出力値が所定の閾値（上記第２閾値に相当）以上である場合に限って、観測されるものである。
そして、本発明の飽和吸収線判定方法では、上記事項に着目し、以下に示すように、飽和吸収線を認定する。
先ず、２次微分信号の出力値と第１閾値とを比較する（第１比較工程）。
また、光出力信号の出力値と第２閾値とを比較する（第２比較工程）。
そして、上記比較結果に基づいて、２次微分信号の出力値が第１閾値以上であり、かつ、光出力信号の出力値が第２閾値以上となっている場合に、飽和吸収線であると認定する（吸収線判定工程）。一方、２次微分信号の出力値が第１閾値以上であるが、光出力信号の出力値が第２閾値未満である場合に、飽和吸収線ではなく、２次微分信号にノイズが重畳していると認定する（吸収線判定工程）。
以上のように、本発明の飽和吸収線判定方法によれば、２次微分信号にノイズが重畳しているか否かを判定し、飽和吸収線を良好に認定できる。
【００１３】
本発明の飽和吸収線判定方法は、レーザ光を吸収セルに照射して得られる光出力信号に含まれる飽和吸収線に基づき共振器長を変化させて前記レーザ光の発振周波数を特定の前記飽和吸収線に安定化させるレーザ周波数安定化装置の飽和吸収線判定方法であって、前記光出力信号の２次微分信号の出力値と大小関係にある第３閾値及び第４閾値とを比較し、前記共振器長が変化した際での前記２次微分信号の出力波形が、前記第４閾値未満から前記第３閾値以上となり、さらに前記第４閾値未満に変化する挙動を示したか否かを判定する波形判定工程と、前記波形判定工程の判定結果に基づいて、前記飽和吸収線であるか否かを判定する吸収線判定工程とを備えることを特徴とする。
【００１４】
ところで、飽和吸収線と認められる信号としては、共振器長が変化した際での２次微分信号の出力波形が以下の挙動を示す場合である。
すなわち、２次微分信号の出力波形は、大小関係にある２つの閾値のうち小さい方の閾値（上記第４閾値に相当）未満から大きい方の閾値（上記第３閾値に相当）以上となり、さらに小さい方の閾値未満に変化する挙動（以下、第１の挙動）を示す。
一方、２次微分信号にノイズが重畳している場合には、第１の挙動を示さない。
【００１５】
そして、本発明の飽和吸収線判定方法では、上記事項に着目し、以下に示すように、飽和吸収線を認定する。
先ず、共振器長が変化した際に、２次微分信号の出力波形が第１の挙動を示したか否かを判定する（波形判定工程）。
そして、２次微分信号の出力波形が第１の挙動を示した場合には、飽和吸収線であると認定する（吸収線判定工程）。一方、２次微分信号の出力波形が第１の挙動を示していない場合、例えば、当該出力波形のピーク値が第３閾値以上であるが当該出力波形が第１の挙動を示していない場合には、飽和吸収線ではなく、２次微分信号にノイズが重畳していると認定する（吸収線判定工程）。
以上のように、本発明の飽和吸収線判定方法によれば、２次微分信号にノイズが重畳しているか否かを判定し、飽和吸収線を良好に認定できる。
【００１６】
本発明の飽和吸収線判定方法は、レーザ光を吸収セルに照射して得られる光出力信号に含まれる飽和吸収線に基づき共振器長を変化させて前記レーザ光の発振周波数を特定の前記飽和吸収線に安定化させるレーザ周波数安定化装置の飽和吸収線判定方法であって、前記光出力信号の２次微分信号の出力値と第５閾値とを比較し、前記共振器長が変化した際での前記２次微分信号の出力波形が、前記第５閾値未満から前記第５閾値以上となり、さらに前記第５閾値未満に変化する挙動を示したか否かを判定する波形判定工程と、前記波形判定工程にて前記挙動を示したと判定された前記出力波形において、前記２次微分信号の出力値が所定値となった各前記共振器長の差分値と第６閾値とを比較する差分値比較工程と、前記差分値比較工程の比較結果に基づいて、前記飽和吸収線であるか否かを判定する吸収線判定工程とを備えることを特徴とする。
【００１７】
ところで、飽和吸収線と認められる信号としては、共振器長が変化した際に２次微分信号の出力波形が以下の挙動を示し、かつ、当該信号幅（上記差分値に相当）が所定の閾値（上記第６閾値に相当）以上となるものである。
すなわち、２次微分信号の出力波形は、所定の閾値（上記第５閾値に相当）未満から当該閾値以上となり、さらに当該閾値未満に変化する挙動（以下、第２の挙動）を示す。
一方、２次微分信号にノイズが重畳している場合には、２次微分信号の出力波形が第２の挙動を示した場合であっても、信号幅が所定の閾値未満となるものである。
【００１８】
そして、本発明の飽和吸収線判定方法では、上記事項に着目し、以下に示すように、飽和吸収線を認定する。
先ず、共振器長が変化した際に、２次微分信号の出力波形が第２の挙動を示したか否かを判定する（波形判定工程）。
次に、第２の挙動を示したと判定した２次微分信号の出力波形において、２次微分信号の出力値が所定値となった各共振器長の差分値（例えば、当該出力波形の半値幅）と第６閾値とを比較する（差分値比較工程）。
そして、差分値が第６閾値以上である場合には、飽和吸収線であると認定する（吸収線判定工程）。一方、差分値が第６閾値未満である場合には、飽和吸収線ではなく、２次微分信号にノイズが重畳していると認定する（吸収線判定工程）。
以上のように、本発明の飽和吸収線判定方法によれば、２次微分信号にノイズが重畳しているか否かを判定し、飽和吸収線を良好に認定できる。
【００１９】
本発明のレーザ周波数安定化装置は、レーザ光を吸収セルに照射して得られる光出力信号に含まれる飽和吸収線に基づき共振器長を変化させて前記レーザ光の発振周波数を特定の前記飽和吸収線に安定化させるレーザ周波数安定化装置であって、前記吸収セルを介したレーザ光を前記光出力信号に変換する変換装置と、前記変換装置にて変換された前記光出力信号の２次微分信号を生成する生成装置と、前記共振器長を変化させるアクチュエータと、前記アクチュエータの動作を制御する制御装置とを備え、前記制御装置は、前記２次微分信号の出力値と第１閾値とを比較する第１比較手段と、前記光出力信号の出力値と第２閾値とを比較する第２比較手段と、前記第１比較工程及び前記第２比較工程の比較結果に基づいて、前記飽和吸収線であるか否かを判定する吸収線判定手段とを備えることを特徴とする。
本発明のレーザ周波数安定化装置は、上述した飽和吸収線判定方法を実施する装置であるので、上述した飽和吸収線判定方法と同様の作用及び効果を享受できる。
【００２０】
本発明のレーザ周波数安定化装置は、レーザ光を吸収セルに照射して得られる光出力信号に含まれる飽和吸収線に基づき共振器長を変化させて前記レーザ光の発振周波数を特定の前記飽和吸収線に安定化させるレーザ周波数安定化装置であって、前記吸収セルを介したレーザ光を前記光出力信号に変換する変換装置と、前記変換装置にて変換された前記光出力信号の２次微分信号を生成する生成装置と、前記共振器長を変化させるアクチュエータと、前記アクチュエータの動作を制御する制御装置とを備え、前記制御装置は、前記２次微分信号の出力値と大小関係にある第３閾値及び第４閾値とを比較し、前記共振器長が変化した際での前記２次微分信号の出力波形が、前記第４閾値未満から前記第３閾値以上となり、さらに前記第４閾値未満に変化する挙動を示したか否かを判定する波形判定手段と、前記波形判定手段の判定結果に基づいて、前記飽和吸収線であるか否かを判定する吸収線判定手段とを備えることを特徴とする。
本発明のレーザ周波数安定化装置は、上述した飽和吸収線判定方法を実施する装置であるので、上述した飽和吸収線判定方法と同様の作用及び効果を享受できる。
【００２１】
本発明のレーザ周波数安定化装置は、レーザ光を吸収セルに照射して得られる光出力信号に含まれる飽和吸収線に基づき共振器長を変化させて前記レーザ光の発振周波数を特定の前記飽和吸収線に安定化させるレーザ周波数安定化装置であって、前記吸収セルを介したレーザ光を前記光出力信号に変換する変換装置と、前記変換装置にて変換された前記光出力信号の２次微分信号を生成する生成装置と、前記共振器長を変化させるアクチュエータと、前記アクチュエータの動作を制御する制御装置とを備え、前記制御装置は、前記２次微分信号の出力値と第５閾値とを比較し、前記共振器長が変化した際での前記２次微分信号の出力波形が、前記第５閾値未満から前記第５閾値以上となり、さらに前記第５閾値未満に変化する挙動を示したか否かを判定する波形判定手段と、前記波形判定手段にて前記挙動を示したと判定された前記出力波形において、前記２次微分信号の出力値が所定値となった各前記共振器長の差分値と第６閾値とを比較する差分値比較手段と、前記差分値比較手段の比較結果に基づいて、前記飽和吸収線であるか否かを判定する吸収線判定手段とを備えることを特徴とする。
本発明のレーザ周波数安定化装置は、上述した飽和吸収線判定方法を実施する装置であるので、上述した飽和吸収線判定方法と同様の作用及び効果を享受できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】第１実施形態におけるレーザ周波数安定化装置を示すブロック図。
【図２】第１実施形態における制御装置を示すブロック図。
【図３】第１実施形態における探索処理及び周波数固定処理を説明するフローチャート。
【図４】第１実施形態における飽和吸収線判定方法を説明するフローチャート。
【図５】第１実施形態における飽和吸収線判定方法を説明するための図。
【図６】第２実施形態におけるレーザ周波数安定化装置を示すブロック図。
【図７】第２実施形態における制御装置を示すブロック図。
【図８】第２実施形態における飽和吸収線判定方法を説明するフローチャート。
【図９】第２実施形態における飽和吸収線判定方法を説明するための図。
【図１０】第３実施形態における制御装置を示すブロック図。
【図１１】第３実施形態における飽和吸収線判定方法を説明するフローチャート。
【図１２】第３実施形態における飽和吸収線判定方法を説明するための図。
【図１３】従来のレーザ周波数安定化装置を示すブロック図。
【図１４】光出力信号及び２次微分信号を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
[第１実施形態]
以下、本発明の第１実施形態を図面に基づいて説明する。
〔レーザ周波数安定化装置の構成〕
図１は、第１実施形態におけるレーザ周波数安定化装置１を示すブロック図である。
レーザ周波数安定化装置１は、図１に示すように、従来のレーザ周波数安定化装置１００と同様のレーザ発生部１０、レーザ光検出部２０、及び駆動制御部３０を備える。
なお、本実施形態のレーザ周波数安定化装置１は、従来のレーザ周波数安定化装置１００と比較して、探索処理及び周波数固定処理を実施するとともに、当該各処理において、２次微分信号Ｓ２にノイズが重畳しているか否かを判別しながら飽和吸収線を認定する機能を有する制御装置３７を備える点が異なる。
このため、以下では、従来のレーザ周波数安定化装置１００と同様の機能及び構成については同様の符号を付して説明を省略し、本願の要部である制御装置３７について詳細に説明する。
【００２４】
〔制御装置の構成〕
図２は、制御装置３７を示すブロック図である。
制御装置３７は、ＣＰＵ(Central Processing Unit)や、メモリ３７４等を備え、メモリ３７４に記憶されたプログラムにしたがって、種々の処理を実行する。なお、制御装置３７の機能としては、従来の自動ロック装置３１と同様の機能については、説明を省略し、以下では、本願の要部である飽和吸収線を認定する機能についてのみ説明する。
この制御装置３７は、図１または図２に示すように、第１比較手段３７１と、第２比較手段３７２と、吸収線判定手段３７３と、メモリ３７４等を備える。
【００２５】
第１比較手段３７１は、２次微分用ロックインアンプ３５からの２次微分信号Ｓ２の出力値と、第１閾値Ｖth１（図１４（Ｂ））とを比較する。
第２比較手段３７２は、光検出器２７からの光出力信号Ｓ１の出力値と、第２閾値Ｖth２（図５参照）とを比較する。
吸収線判定手段３７３は、第１，第２比較手段３７１，３７２の比較結果に基づいて、飽和吸収線であるか否かを判定する。
【００２６】
〔レーザ周波数安定化装置の動作〕
次に、上述したレーザ周波数安定化装置１の動作について説明する。
なお、以下では、レーザ周波数安定化装置１の動作として、全体の動作（探索処理及び周波数固定処理）を説明した後、探索処理及び周波数固定処理において実施される吸収線判定方法について説明する。
【００２７】
〔探索処理及び周波数固定処理〕
図３は、探索処理及び周波数固定処理を説明するフローチャートである。
なお、本実施形態における探索処理及び周波数固定処理は、従来のレーザ周波数安定化装置１００にて実施される探索処理及び周波数固定処理と略同様であるため、以下では、説明を簡略化する。
また、以下では、説明の便宜上、目標とする飽和吸収線を飽和吸収線ａ４（当該飽和吸収線ａ４が属する飽和吸収線群及びピーク群がそれぞれＮ２，Ｍ２）とする。
先ず、制御装置３７は、アクチュエータ駆動回路３３の動作を制御し、アクチュエータ１２６に印加する出力電圧Ｖを最大電圧値に設定する（ステップＳＴ１Ａ）。
【００２８】
ステップＳＴ１Ａの後、制御装置３７は、出力電圧Ｖを最大電圧値から最小電圧値となるまで徐々に減少させながら、目標とするピーク群Ｍ２を探索する（ステップＳＴ１Ｂ）。
具体的に、ステップＳＴ１Ｂでは、制御装置３７は、以下に示す処理を実行する。
すなわち、制御装置３７は、後述する飽和吸収線判定方法により飽和吸収線を認定し、当該飽和吸収線が観測された際にアクチュエータ１２６に印加していた出力電圧Ｖの電圧値をメモリ３７４の第１記憶部３７４Ａ（図２）に記憶させる。
また、制御装置３７は、第１記憶部３７４Ａから電圧値Ｖnew，Ｖoldを読み出し、当該電圧値Ｖnew，Ｖoldの差分値を算出し、当該差分値と、ΔＶ，ΔＶ´とを比較する。
【００２９】
ここで、電圧値Ｖnewは、飽和吸収線が観測された際（最新で観測された際）の出力電圧Ｖの電圧値である。電圧値Ｖoldは、直前に飽和吸収線が観測された際の出力電圧Ｖの電圧値である。
また、ΔＶ，ΔＶ´は、飽和吸収線群に属する隣接する飽和吸収線間の各出力電圧Ｖの差分値の最大値をＶａ（図１４（Ｂ））、隣接する飽和吸収線群間の各出力電圧Ｖの差分値の最小値をＶｂ（図１４（Ｂ））及び最大値をＶｂ´（図１４（Ｂ））、各ピーク群間の各出力電圧Ｖの差分値の最小値をＶｃ（図１４（Ａ））とした場合に、Ｖａ＜ΔＶ＜Ｖｂ、Ｖｂ´＜ΔＶ´＜Ｖｃの関係を満たすように設定されている。
【００３０】
すなわち、制御装置３７は、電圧値Ｖnew，Ｖoldの差分値とΔＶとを比較することで、現時点で観測された飽和吸収線が直前に観測された飽和吸収線と同一の飽和吸収線群に属するか否かを判別する。
また、制御装置３７は、電圧値Ｖnew，Ｖoldの差分値とΔＶ´とを比較することで、現時点で観測された飽和吸収線が直前に観測された飽和吸収線と同一のピーク群に属するか否かを判別する。
【００３１】
制御装置３７は、上記判別により、属する飽和吸収線群の数が６（Ｎ１〜Ｎ６）であり、かつ、当該各飽和吸収線群に属する飽和吸収線の数が、出力電圧Ｖの小さい方から順に、１本（ａ１）、４本（ａ２〜ａ５）、４本（ａ６〜ａ９）、１本（ａ１０）、４本（ａ１１〜ａ１４）、１本（ａ１５）となるピーク群Ｍ２を探索する。
そして、制御装置３７は、出力電圧Ｖを最大電圧値から最小電圧値まで減少させた後、ピーク群Ｍ２を探索できたか否かを判定する（ステップＳＴ１Ｃ）。
ステップＳＴ１Ｃにおいて、制御装置３７は、「Ｎ」と判定した場合には、エラー処理を実行する（ステップＳＴ１Ｄ）。
ここで、エラー処理としては、例えば、ＬＥＤ(Light Emitting Diode)等の点灯制御、あるいは、音声による報知制御により、エラーが生じた旨を作業者に知らせる処理が挙げられる。
【００３２】
一方、ステップＳＴ１Ｃにおいて、「Ｙ」と判定した場合には、制御装置３７は、出力電圧Ｖを、ピーク群Ｍ２に属する飽和吸収線群Ｎ１〜Ｎ６のうち、飽和吸収線ａ１が観測される電圧値よりも若干、小さい電圧値Ｖ０（図１４）に設定する（ステップＳＴ１Ｅ）。
ステップＳＴ１Ｅの後、制御装置３７は、出力電圧Ｖを電圧値Ｖ０から徐々に増加させながら、ステップＳＴ１Ｂと同様に、ピーク群Ｍ２を再度、探索する（ステップＳＴ１Ｆ）。
そして、制御装置３７は、出力電圧Ｖを増加させた結果、ピーク群Ｍ２を探索できたか否かを判定する（ステップＳＴ１Ｇ）。
ステップＳＴ１Ｇにおいて、制御装置３７は、「Ｎ」と判定した場合には、ステップＳＴ１Ｄのエラー処理に移行する。
【００３３】
一方、制御装置３７は、「Ｙ」と判定した場合には、以下に示すように、目標とする飽和吸収線ａ４を探索する（ステップＳＴ１Ｈ）。
先ず、制御装置３７は、後述する飽和吸収線判定方法による飽和吸収線の認定、及び上記判別を行いながら、最初に観測されるピーク群に属する飽和吸収線群として、当該飽和吸収線群が５回観測されるまで、出力電圧Ｖを減少させる。
なお、ステップＳＴ１Ｆにおいて、ピーク群Ｍ２を再度、探索した後の出力電圧Ｖは、飽和吸収線ａ１５が観測される電圧値よりも若干、大きい電圧値Ｖ１（図１４）である。このため、上記最初に観測されるピーク群は、ピーク群Ｍ２である。また、当該ピーク群Ｍ２に属する飽和吸収線群として、１回目に観測される飽和吸収線群は、飽和吸収線群Ｎ６であり、５回目に観測される飽和吸収線群は、飽和吸収線群Ｎ２である。
【００３４】
次に、制御装置３７は、後述する飽和吸収線判定方法による飽和吸収線の認定、及び上記判別を行いながら、５回目に観測された飽和吸収線群Ｎ２に属する飽和吸収線として、当該飽和吸収線が２回観測されるまで、出力電圧Ｖを減少させる。
なお、上記飽和吸収線群Ｎ２に属する飽和吸収線として、１回目に観測される飽和吸収線は、飽和吸収線ａ５であり、２回目に観測される飽和吸収線は、飽和吸収線ａ４である。
そして、制御装置３７は、出力電圧Ｖを減少させた結果、飽和吸収線ａ４を探索できたか否かを判定する（ステップＳＴ１Ｉ）。
ステップＳＴ１Ｉにおいて、制御装置３７は、「Ｎ」と判定した場合には、ステップＳＴ１Ｄのエラー処理に移行する。
【００３５】
一方、ステップＳＴ１Ｉにおいて、制御装置３７は、「Ｙ」と判定した場合には、出力電圧Ｖの減少を止め、出力電圧Ｖを、当該飽和吸収線ａ４が観測された電圧値に固定する（ステップＳＴ１Ｊ）。
そして、ステップＳＴ１Ｊの処理により、レーザ光Ｌ２の発振周波数は、目標とする飽和吸収線ａ４に合致することとなる。
ステップＳＴ１Ｊの後、制御装置３７は、２次微分用ロックインアンプ３５からの２次微分信号Ｓ２の出力値と第１閾値Ｖth１とを比較し、２次微分信号Ｓ２の出力値が第１閾値Ｖth１以上に安定化しているか否かを常時、監視する（ステップＳＴ１Ｋ）。
すなわち、ステップＳＴ１Ｋの処理では、制御装置３７は、レーザ光Ｌ２の発振周波数が目標とする飽和吸収線ａ４に安定化しているか否かを監視している。
そして、制御装置３７は、ステップＳＴ１Ｋにおいて、「Ｎ」と判定した場合には、ステップＳＴ１Ｄのエラー処理に移行する。
【００３６】
〔吸収線判定方法〕
次に、上述したステップＳＴ１Ｂ，ＳＴ１Ｆ，ＳＴ１Ｈにおいて実施される飽和吸収線を認定する際の飽和吸収線判定方法について説明する。
図４は、飽和吸収線判定方法を説明するフローチャートである。
図５は、飽和吸収線判定方法を説明するための図である。具体的に、図５は、図１４（Ａ）に対応した図である。
先ず、第１比較手段３７１は、２次微分用ロックインアンプ３５からの２次微分信号Ｓ２の出力値と第１閾値Ｖth１とを比較し、２次微分信号Ｓ２の出力値が第１閾値Ｖth１以上となったか否かを常時、監視する（ステップＳＴ２Ａ：第１比較工程）。
そして、第１比較手段３７１は、「Ｙ」と判定した場合には、２次微分信号Ｓ２の出力値が第１閾値Ｖth１（図１４（Ｂ））以上となった際にアクチュエータ１２６に印加されていた出力電圧Ｖの電圧値をメモリ３７４の第２記憶部３７４Ｂ（図２）に記憶させる。
また、ステップＳＴ２Ａにおいて、「Ｙ」と判定された場合には、第２比較手段３７２は、光検出器２７からの光出力信号Ｓ１の出力値と第２閾値Ｖth２（図５）とを比較し、光出力信号Ｓ１の出力値が第２閾値Ｖth２以上であるか否かを判定する（ステップＳＴ２Ｂ：第２比較工程）。
【００３７】
ステップＳＴ２Ｂにおいて、「Ｙ」と判定された場合には、吸収線判定手段３７３は、ステップＳＴ２Ａにおいて出力値が第１閾値Ｖth１以上となった２次微分信号Ｓ２を飽和吸収線であると認定する（ステップＳＴ２Ｃ：吸収線判定工程）。
例えば、吸収線判定手段３７３は、図５に示すように、光出力信号Ｓ１の出力値が第２閾値Ｖth２以上となる領域ＡｒＰで観測される２次微分信号Ｓ２の各ピークを飽和吸収線であると認定する。
そして、吸収線判定手段３７３は、ステップＳＴ２Ａにおいて第２記憶部３７４Ｂに記憶された出力電圧Ｖの電圧値を飽和吸収線が観測された際にアクチュエータ１２６に印加していた出力電圧Ｖの電圧値として第１記憶部３７４Ａに記憶させる。また、吸収線判定手段３７３は、第２記憶部３７４Ｂに記憶された出力電圧Ｖの電圧値を消去させる。
【００３８】
一方、ステップＳＴ２Ｂにおいて、「Ｎ」と判定された場合には、吸収線判定手段３７３は、ステップＳＴ２Ａにおいて出力値が第１閾値Ｖth１以上となった２次微分信号Ｓ２を、飽和吸収線ではなく、ノイズが重畳された信号であると認定する（ステップＳＴ２Ｄ：吸収線判定工程）。
例えば、吸収線判定手段３７３は、図５に示すように、光出力信号Ｓ１の出力値が第２閾値Ｖth２未満となる領域ＡｒＮで観測される２次微分信号Ｓ２の各ピークを、飽和吸収線ではなく、ノイズが重畳された信号であると認定する。
そして、吸収線判定手段３７３は、ステップＳＴ２Ａにおいて第２記憶部３７４Ｂに記憶された出力電圧Ｖの電圧値を消去させる。
すなわち、第１記憶部３７４Ａには、領域ＡｒＰで飽和吸収線が観測された際の出力電圧Ｖの電圧値のみが記憶される。
【００３９】
上述した第１実施形態によれば、以下の効果がある。
本実施形態では、「飽和吸収線は、光出力信号Ｓ１の出力値が所定の閾値（第２閾値Ｖth２）以上である場合に限って、観測される。」点に着目し、ステップＳＴ２Ａ〜ＳＴ２Ｄの処理により、飽和吸収線であるか否かを判定している。
このことにより、２次微分信号Ｓ２にノイズが重畳しているか否かを判定し、飽和吸収線を良好に認定できる。
特に、ステップＳＴ２Ａ〜ＳＴ２Ｄの処理により飽和吸収線であるか否かを判定することで、ピーク群Ｍ１〜Ｍ４同士の間で、本来、観測されるはずのない飽和吸収線を誤って飽和吸収線であると認定することがない。
したがって、レーザ光Ｌ２の発振周波数を目標とする飽和吸収線ａ４に良好に合致させることができる。
また、光出力信号Ｓ１の出力値と第２閾値Ｖth２とを比較するだけで、２次微分信号Ｓ２にノイズが重畳しているか否かを判定できるため、飽和吸収線を認定するにあたって、制御装置３７の処理負荷を低減できる。
【００４０】
[第２実施形態]
次に、本発明の第２実施形態を図面に基づいて説明する。
なお、以下では、前記第１実施形態と同様の構成には同一の符号を付し、その詳細な説明については省略する。
図６は、第２実施形態におけるレーザ周波数安定化装置１を示すブロック図である。
図７は、第２実施形態における制御装置３７を示すブロック図である。
本実施形態では、図６及び図７に示すように、前記第１実施形態に対して、制御装置３７の構成が異なるものである。その他の構成は、前記第１実施形態と同様である。
【００４１】
具体的に、第２実施形態における制御装置３７は、飽和吸収線を認定する機能として、前記第１実施形態で説明した第１，第２比較手段３７１，３７２の代わりに、波形判定手段３７５を備える。
波形判定手段３７５は、２次微分用ロックインアンプ３５からの２次微分信号Ｓ２の出力値と大小関係にある第３，第４閾値Ｖth３，Ｖth４（図９参照）とを比較し、出力電圧Ｖが変化した際（共振器長が変化した際）での２次微分信号Ｓ２の出力波形が所定の挙動（以下、第１の挙動）を示した否かを判定する。
そして、第２実施形態における吸収線判定手段３７３は、波形判定手段３７５の判定結果に基づいて、飽和吸収線であるか否かを判定する。
【００４２】
次に、第２実施形態における飽和吸収線判定方法について説明する。
図８は、飽和吸収線判定方法を説明するフローチャートである。
図９は、飽和吸収線判定方法を説明するための図である。具体的に、図９は、２次微分信号Ｓ２の出力値を縦軸とし、出力電圧Ｖを横軸とし、出力電圧Ｖを変化させた場合（共振器長を変化させた場合）での２次微分信号Ｓ２の出力波形を模式的に示す図である。
先ず、波形判定手段３７５は、以下に示すように、２次微分用ロックインアンプ３５から出力された２次微分信号Ｓ２の出力波形が第１の挙動を示したか否かを判定する（ステップＳＴ３Ａ：波形判定工程）。
【００４３】
すなわち、波形判定手段３７５は、２次微分用ロックインアンプ３５から所定のサンプリング間隔で順次、入力した２次微分信号Ｓ２の出力値と、第３，第４閾値Ｖth３，Ｖth４とを比較する。
また、波形判定手段３７５は、当該入力した２次微分信号Ｓ２の出力値と、当該２次微分信号Ｓ２を入力した際にアクチュエータ１２６に印加されていた出力電圧Ｖの電圧値と、上記比較結果に応じた情報とを関連付けて、第２記憶部３７４Ｂに順次、記憶させる。
なお、上記比較結果に応じた情報は、第４閾値Ｖth４未満である旨の情報、第４閾値Ｖth４以上で、かつ、第３閾値Ｖth３未満である旨の情報、あるいは、第３閾値Ｖth３以上である旨の情報である。
そして、波形判定手段３７５は、第２記憶部３７４Ｂに記憶された情報に基づき、出力電圧Ｖが所定値Ｖ２（図９）だけ変化した際の２次微分信号Ｓ２の出力波形が、第４閾値Ｖth４未満から第３閾値Ｖth３以上となり、さらに第４閾値Ｖth４未満に変化する第１の挙動を示したか否かを判定する。
【００４４】
ステップＳＴ３Ａにおいて、「Ｙ」と判定された場合には、吸収線判定手段３７３は、第１の挙動を示す出力波形の２次微分信号Ｓ２を飽和吸収線であると認定する（ステップＳＴ３Ｂ：吸収線判定工程）。
例えば、吸収線判定手段３７３は、図９に示すように、所定値Ｖ２の範囲内で、第１の挙動を示す出力波形の２次微分信号Ｓ２（各ピークＰ）を飽和吸収線であると認定する。
そして、吸収線判定手段３７３は、第２記憶部３７４Ｂに記憶された情報に基づき、第１の挙動を示す出力波形の２次微分信号Ｓ２のピーク値（２次微分信号Ｓ２の出力値）を判別し、当該ピーク値に関連付けられた出力電圧Ｖの電圧値を、飽和吸収線が観測された際の出力電圧Ｖの電圧値として第１記憶部３７４Ａに記憶させる。
【００４５】
一方、ステップＳＴ３Ａにおいて、「Ｎ」と判定された場合には、吸収線判定手段３７３は、飽和吸収線ではないと認定する（ステップＳＴ３Ｃ：吸収線判定工程）。
例えば、吸収線判定手段３７３は、図９に示すように、所定値Ｖ２の範囲内で、第１の挙動を示さない出力波形の２次微分信号Ｓ２（ピークＰＮ）については、飽和吸収線ではなく、ノイズが重畳された信号であると認定する。
【００４６】
上述した第２実施形態によれば、以下の効果がある。
本実施形態では、「飽和吸収線と認められる信号としては、出力電圧Ｖが変化した際での２次微分信号Ｓ２の出力波形が第１の挙動を示す場合である。」点に着目し、ステップＳＴ３Ａ〜ＳＴ３Ｃの処理により、飽和吸収線であるか否かを判定している。
このことにより、２次微分信号Ｓ２にノイズが重畳しているか否かを判定し、飽和吸収線を良好に認定できる。
特に、ステップＳＴ３Ａ〜ＳＴ３Ｃの処理により飽和吸収線であるか否かを判定することで、ピーク群Ｍ１〜Ｍ４同士の間に限らず、同一のピーク群に属する飽和吸収線群同士の間や、同一の飽和吸収線群に属する飽和吸収線同士の間で、本来、観測されるはずのない飽和吸収線を誤って飽和吸収線であると認定することがない。
したがって、レーザ光Ｌ２の発振周波数を目標とする飽和吸収線ａ４に良好に合致させることができる。
【００４７】
[第３実施形態]
次に、本発明の第３実施形態を図面に基づいて説明する。
なお、以下では、前記第２実施形態と同様の構成には同一の符号を付し、その詳細な説明については省略する。
図１０は、第３実施形態における制御装置３７を示すブロック図である。
本実施形態では、図１０に示すように、前記第２実施形態に対して、制御装置３７の構成が異なるものである。その他の構成は、前記第１実施形態と同様である。
【００４８】
具体的に、第３実施形態における制御装置３７は、飽和吸収線を認定する機能として、前記第２実施形態で説明した波形判定手段３７５及び吸収線判定手段３７３の他、差分値比較手段３７６を備える。
第３実施形態における波形判定手段３７５は、２次微分用ロックインアンプ３５からの２次微分信号Ｓ２の出力値と第５閾値Ｖth５（図１２参照）とを比較し、出力電圧Ｖが変化した際（共振器長が変化した際）での２次微分信号Ｓ２の出力波形が所定の挙動（以下、第２の挙動）を示したか否かを判定する。
差分値比較手段３７６は、波形判定手段３７５にて第２の挙動を示したと判定された２次微分信号Ｓ２の出力波形において、２次微分信号Ｓ２の出力値が所定値となった出力電圧Ｖの各電圧値の差分値と、第６閾値Ｖth６（図示略）とを比較する。
そして、第３実施形態における吸収線判定手段３７３は、差分値比較手段３７６の比較結果に基づいて、飽和吸収線であるか否かを判定する。
【００４９】
次に、第３実施形態における飽和吸収線判定方法について説明する。
図１１は、飽和吸収線判定方法を説明するフローチャートである。
図１２は、飽和吸収線判定方法を説明するための図である。具体的に、図１２は、図９に対応した図である。
先ず、波形判定手段３７５は、以下に示すように、２次微分用ロックインアンプ３５から出力された２次微分信号Ｓ２の出力波形が第２の挙動を示したか否かを判定する（ステップＳＴ４Ａ：波形判定工程）。
【００５０】
すなわち、波形判定手段３７５は、２次微分用ロックインアンプ３５から所定のサンプリング間隔で順次、入力した２次微分信号Ｓ２の出力値と第５閾値Ｖth５とを比較する。
また、波形判定手段３７５は、当該入力した２次微分信号Ｓ２の出力値と、当該２次微分信号Ｓ２を入力した際にアクチュエータ１２６に印加されていた出力電圧Ｖの電圧値と、上記比較結果に応じた情報とを関連付けて、第２記憶部３７４Ｂに順次、記憶させる。
なお、上記比較結果に応じた情報は、第５閾値Ｖth５未満である旨の情報、あるいは、第５閾値Ｖth５以上である旨の情報である。
そして、波形判定手段３７５は、第２記憶部３７４Ｂに記憶された情報に基づき、出力電圧Ｖが所定値Ｖ２（図１２）だけ変化した際の２次微分信号Ｓ２の出力波形が、第５閾値Ｖth５未満から第５閾値Ｖth５以上となり、さらに第５閾値Ｖth５未満に変化する第２の挙動を示したか否かを判定する。
【００５１】
ステップＳＴ４Ａにおいて、「Ｙ」と判定された場合には、差分値比較手段３７６は、第２記憶部３７４Ｂに記憶された情報に基づいて、２次微分信号Ｓ２の出力値が所定値となった出力電圧Ｖの各電圧値の差分値を算出する。そして、差分値比較手段３７６は、当該差分値と、第６閾値Ｖth６とを比較し、当該差分値が第６閾値Ｖth６以上であるか否かを判定する（ステップＳＴ４Ｂ：差分値比較工程）。
なお、本実施形態では、上記差分値として、第２の挙動を示す出力波形の半値幅を採用している。
【００５２】
ステップＳＴ４Ｂにおいて、「Ｙ」と判定された場合には、吸収線判定手段３７３は、第２の挙動を示す出力波形の２次微分信号Ｓ２を飽和吸収線であると認定する（ステップＳＴ４Ｃ：吸収線判定工程）。
例えば、吸収線判定手段３７３は、図１２に示すように、所定値Ｖ２の範囲内で第２の挙動を示す出力波形の２次微分信号Ｓ２（各ピークＰ，ＰＮ）のうち、半値幅ＨＷＰが第６閾値Ｖth６以上となる２次微分信号Ｓ２（各ピークＰ）を飽和吸収線であると認定する。
そして、吸収線判定手段３７３は、第２記憶部３７４Ｂに記憶された情報に基づき、第２の挙動を示す出力波形の２次微分信号Ｓ２のピーク値（２次微分信号Ｓ２の出力値）を判別し、当該ピーク値に関連付けられた出力電圧Ｖの電圧値を、飽和吸収線が観測された際の出力電圧Ｖの電圧値として第１記憶部３７４Ａに記憶させる。
【００５３】
一方、ステップＳＴ４Ｂにおいて、「Ｎ」と判定された場合には、吸収線判定手段３７３は、飽和吸収線ではないと認定する（ステップＳＴ４Ｄ：吸収線判定工程）。
例えば、吸収線判定手段３７３は、図１２に示すように、所定値Ｖ２の範囲内で第２の挙動を示す出力波形の２次微分信号Ｓ２（各ピークＰ，ＰＮ）のうち、半値幅ＨＷＮが第６閾値Ｖth６未満となる２次微分信号Ｓ２（ピークＰＮ）については、飽和吸収線ではなく、ノイズが重畳された信号であると認定する。
【００５４】
上述した第３実施形態によれば、前記第１実施形態と同様の効果の他、以下の効果がある。
本実施形態では、「飽和吸収線と認められる信号としては、出力電圧Ｖが変化した際での２次微分信号Ｓ２の出力波形が第２の挙動を示し、かつ、当該出力波形の半値幅が所定の閾値（第６閾値Ｖth６）以上となるものである。」点に着目し、ステップＳＴ４Ａ〜ＳＴ４Ｄの処理により、飽和吸収線であるか否かを判定している。
このことにより、２次微分信号Ｓ２にノイズが重畳しているか否かを判定し、飽和吸収線を良好に認定できる。
特に、ステップＳＴ４Ａ〜ＳＴ４Ｄの処理により飽和吸収線であるか否かを判定することで、前記第２実施形態と同様に、ピーク群Ｍ１〜Ｍ４同士の間に限らず、同一のピーク群に属する飽和吸収線群同士の間や、同一の飽和吸収線群に属する飽和吸収線同士の間で、本来、観測されるはずのない飽和吸収線を誤って飽和吸収線であると認定することがない。
したがって、レーザ光Ｌ２の発振周波数を目標とする飽和吸収線ａ４に良好に合致させることができる。
【００５５】
なお、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。
前記各実施形態において、飽和吸収線判定方法は、前記各実施形態で説明したフローに限らない。
すなわち、前記第１実施形態では、前記各実施形態では、第１比較工程ＳＴ２Ａ、第２比較工程ＳＴ２Ｂの順に処理を実行していたが、これに限らない。
例えば、第２比較工程ＳＴ２Ｂ、第１比較工程ＳＴ２Ａの順に処理を実行しても構わない。すなわち、光出力信号Ｓ１の出力値が第２閾値Ｖth２以上である場合に限って第１比較工程ＳＴ２Ａを実行し、当該第１比較工程ＳＴ２Ａにおいて、２次微分信号Ｓ２の出力値が第１閾値Ｖth１以上である場合に、当該信号を飽和吸収線であると認定する。
【００５６】
また、前記各実施形態での処理を組み合わせて、飽和吸収線であるか否かを判定しても構わない。
例えば、ピーク群Ｍ１〜Ｍ４同士の間では前記第１実施形態のフローにて飽和吸収線であるか否かを判定し、同一のピーク群に属する飽和吸収線群同士の間や、同一の飽和吸収線群に属する飽和吸収線同士の間では前記第２実施形態のフロー、あるいは、前記第３実施形態のフローにて飽和吸収線であるか否かを判定しても構わない。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明は、レーザ光を吸収セルに照射して得られる光出力信号に含まれる飽和吸収線に基づき共振器長を変化させてレーザ光の発振周波数を特定の飽和吸収線に安定化させるレーザ周波数安定化装置に利用できる。
【符号の説明】
【００５８】
１・・・レーザ周波数安定化装置
２５・・・ヨウ素セル（吸収セル）
２７・・・光検出器（変換装置）
３５・・・２次微分用ロックインアンプ（生成装置）
３７・・・制御装置
１２６・・・アクチュエータ
３７１・・・第１比較手段
３７２・・・第２比較手段
３７３・・・吸収線判定手段
３７５・・・波形判定手段
３７６・・・差分値比較手段
ＳＴ２Ａ・・・第１比較工程
ＳＴ２Ｂ・・・第２比較工程
ＳＴ２Ｃ，ＳＴ２Ｄ，ＳＴ３Ｂ，ＳＴ３Ｃ，ＳＴ４Ｃ，ＳＴ４Ｄ・・・吸収線判定工程
ＳＴ３Ａ，ＳＴ４Ａ・・・波形判定工程
ＳＴ４Ｂ・・・差分値比較工程
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を吸収セルに照射して得られる光出力信号に含まれる飽和吸収線に基づき共振器長を変化させて前記レーザ光の発振周波数を特定の前記飽和吸収線に安定化させるレーザ周波数安定化装置の飽和吸収線判定方法であって、
前記光出力信号の２次微分信号の出力値と第１閾値とを比較する第１比較工程と、
前記光出力信号の出力値と第２閾値とを比較する第２比較工程と、
前記第１比較工程及び前記第２比較工程の比較結果に基づいて、前記飽和吸収線であるか否かを判定する吸収線判定工程とを備える
ことを特徴とする飽和吸収線判定方法。
【請求項２】
レーザ光を吸収セルに照射して得られる光出力信号に含まれる飽和吸収線に基づき共振器長を変化させて前記レーザ光の発振周波数を特定の前記飽和吸収線に安定化させるレーザ周波数安定化装置の飽和吸収線判定方法であって、
前記光出力信号の２次微分信号の出力値と大小関係にある第３閾値及び第４閾値とを比較し、前記共振器長が変化した際での前記２次微分信号の出力波形が、前記第４閾値未満から前記第３閾値以上となり、さらに前記第４閾値未満に変化する挙動を示したか否かを判定する波形判定工程と、
前記波形判定工程の判定結果に基づいて、前記飽和吸収線であるか否かを判定する吸収線判定工程とを備える
ことを特徴とする飽和吸収線判定方法。
【請求項３】
レーザ光を吸収セルに照射して得られる光出力信号に含まれる飽和吸収線に基づき共振器長を変化させて前記レーザ光の発振周波数を特定の前記飽和吸収線に安定化させるレーザ周波数安定化装置の飽和吸収線判定方法であって、
前記光出力信号の２次微分信号の出力値と第５閾値とを比較し、前記共振器長が変化した際での前記２次微分信号の出力波形が、前記第５閾値未満から前記第５閾値以上となり、さらに前記第５閾値未満に変化する挙動を示したか否かを判定する波形判定工程と、
前記波形判定工程にて前記挙動を示したと判定された前記出力波形において、前記２次微分信号の出力値が所定値となった各前記共振器長の差分値と第６閾値とを比較する差分値比較工程と、
前記差分値比較工程の比較結果に基づいて、前記飽和吸収線であるか否かを判定する吸収線判定工程とを備える
ことを特徴とする飽和吸収線判定方法。
【請求項４】
レーザ光を吸収セルに照射して得られる光出力信号に含まれる飽和吸収線に基づき共振器長を変化させて前記レーザ光の発振周波数を特定の前記飽和吸収線に安定化させるレーザ周波数安定化装置であって、
前記吸収セルを介したレーザ光を前記光出力信号に変換する変換装置と、
前記変換装置にて変換された前記光出力信号の２次微分信号を生成する生成装置と、
前記共振器長を変化させるアクチュエータと、
前記アクチュエータの動作を制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、
前記２次微分信号の出力値と第１閾値とを比較する第１比較手段と、
前記光出力信号の出力値と第２閾値とを比較する第２比較手段と、
前記第１比較工程及び前記第２比較工程の比較結果に基づいて、前記飽和吸収線であるか否かを判定する吸収線判定手段とを備える
ことを特徴とするレーザ周波数安定化装置。
【請求項５】
レーザ光を吸収セルに照射して得られる光出力信号に含まれる飽和吸収線に基づき共振器長を変化させて前記レーザ光の発振周波数を特定の前記飽和吸収線に安定化させるレーザ周波数安定化装置であって、
前記吸収セルを介したレーザ光を前記光出力信号に変換する変換装置と、
前記変換装置にて変換された前記光出力信号の２次微分信号を生成する生成装置と、
前記共振器長を変化させるアクチュエータと、
前記アクチュエータの動作を制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、
前記２次微分信号の出力値と大小関係にある第３閾値及び第４閾値とを比較し、前記共振器長が変化した際での前記２次微分信号の出力波形が、前記第４閾値未満から前記第３閾値以上となり、さらに前記第４閾値未満に変化する挙動を示したか否かを判定する波形判定手段と、
前記波形判定手段の判定結果に基づいて、前記飽和吸収線であるか否かを判定する吸収線判定手段とを備える
ことを特徴とするレーザ周波数安定化装置。
【請求項６】
レーザ光を吸収セルに照射して得られる光出力信号に含まれる飽和吸収線に基づき共振器長を変化させて前記レーザ光の発振周波数を特定の前記飽和吸収線に安定化させるレーザ周波数安定化装置であって、
前記吸収セルを介したレーザ光を前記光出力信号に変換する変換装置と、
前記変換装置にて変換された前記光出力信号の２次微分信号を生成する生成装置と、
前記共振器長を変化させるアクチュエータと、
前記アクチュエータの動作を制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、
前記２次微分信号の出力値と第５閾値とを比較し、前記共振器長が変化した際での前記２次微分信号の出力波形が、前記第５閾値未満から前記第５閾値以上となり、さらに前記第５閾値未満に変化する挙動を示したか否かを判定する波形判定手段と、
前記波形判定手段にて前記挙動を示したと判定された前記出力波形において、前記２次微分信号の出力値が所定値となった各前記共振器長の差分値と第６閾値とを比較する差分値比較手段と、
前記差分値比較手段の比較結果に基づいて、前記飽和吸収線であるか否かを判定する吸収線判定手段とを備える
ことを特徴とするレーザ周波数安定化装置。
【請求項１】
レーザ光を吸収セルに照射して得られる光出力信号に含まれる飽和吸収線に基づき共振器長を変化させて前記レーザ光の発振周波数を特定の前記飽和吸収線に安定化させるレーザ周波数安定化装置の飽和吸収線判定方法であって、
前記光出力信号の２次微分信号の出力値と第１閾値とを比較する第１比較工程と、
前記光出力信号の出力値と第２閾値とを比較する第２比較工程と、
前記第１比較工程及び前記第２比較工程の比較結果に基づいて、前記飽和吸収線であるか否かを判定する吸収線判定工程とを備える
ことを特徴とする飽和吸収線判定方法。
【請求項２】
レーザ光を吸収セルに照射して得られる光出力信号に含まれる飽和吸収線に基づき共振器長を変化させて前記レーザ光の発振周波数を特定の前記飽和吸収線に安定化させるレーザ周波数安定化装置の飽和吸収線判定方法であって、
前記光出力信号の２次微分信号の出力値と大小関係にある第３閾値及び第４閾値とを比較し、前記共振器長が変化した際での前記２次微分信号の出力波形が、前記第４閾値未満から前記第３閾値以上となり、さらに前記第４閾値未満に変化する挙動を示したか否かを判定する波形判定工程と、
前記波形判定工程の判定結果に基づいて、前記飽和吸収線であるか否かを判定する吸収線判定工程とを備える
ことを特徴とする飽和吸収線判定方法。
【請求項３】
レーザ光を吸収セルに照射して得られる光出力信号に含まれる飽和吸収線に基づき共振器長を変化させて前記レーザ光の発振周波数を特定の前記飽和吸収線に安定化させるレーザ周波数安定化装置の飽和吸収線判定方法であって、
前記光出力信号の２次微分信号の出力値と第５閾値とを比較し、前記共振器長が変化した際での前記２次微分信号の出力波形が、前記第５閾値未満から前記第５閾値以上となり、さらに前記第５閾値未満に変化する挙動を示したか否かを判定する波形判定工程と、
前記波形判定工程にて前記挙動を示したと判定された前記出力波形において、前記２次微分信号の出力値が所定値となった各前記共振器長の差分値と第６閾値とを比較する差分値比較工程と、
前記差分値比較工程の比較結果に基づいて、前記飽和吸収線であるか否かを判定する吸収線判定工程とを備える
ことを特徴とする飽和吸収線判定方法。
【請求項４】
レーザ光を吸収セルに照射して得られる光出力信号に含まれる飽和吸収線に基づき共振器長を変化させて前記レーザ光の発振周波数を特定の前記飽和吸収線に安定化させるレーザ周波数安定化装置であって、
前記吸収セルを介したレーザ光を前記光出力信号に変換する変換装置と、
前記変換装置にて変換された前記光出力信号の２次微分信号を生成する生成装置と、
前記共振器長を変化させるアクチュエータと、
前記アクチュエータの動作を制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、
前記２次微分信号の出力値と第１閾値とを比較する第１比較手段と、
前記光出力信号の出力値と第２閾値とを比較する第２比較手段と、
前記第１比較工程及び前記第２比較工程の比較結果に基づいて、前記飽和吸収線であるか否かを判定する吸収線判定手段とを備える
ことを特徴とするレーザ周波数安定化装置。
【請求項５】
レーザ光を吸収セルに照射して得られる光出力信号に含まれる飽和吸収線に基づき共振器長を変化させて前記レーザ光の発振周波数を特定の前記飽和吸収線に安定化させるレーザ周波数安定化装置であって、
前記吸収セルを介したレーザ光を前記光出力信号に変換する変換装置と、
前記変換装置にて変換された前記光出力信号の２次微分信号を生成する生成装置と、
前記共振器長を変化させるアクチュエータと、
前記アクチュエータの動作を制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、
前記２次微分信号の出力値と大小関係にある第３閾値及び第４閾値とを比較し、前記共振器長が変化した際での前記２次微分信号の出力波形が、前記第４閾値未満から前記第３閾値以上となり、さらに前記第４閾値未満に変化する挙動を示したか否かを判定する波形判定手段と、
前記波形判定手段の判定結果に基づいて、前記飽和吸収線であるか否かを判定する吸収線判定手段とを備える
ことを特徴とするレーザ周波数安定化装置。
【請求項６】
レーザ光を吸収セルに照射して得られる光出力信号に含まれる飽和吸収線に基づき共振器長を変化させて前記レーザ光の発振周波数を特定の前記飽和吸収線に安定化させるレーザ周波数安定化装置であって、
前記吸収セルを介したレーザ光を前記光出力信号に変換する変換装置と、
前記変換装置にて変換された前記光出力信号の２次微分信号を生成する生成装置と、
前記共振器長を変化させるアクチュエータと、
前記アクチュエータの動作を制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、
前記２次微分信号の出力値と第５閾値とを比較し、前記共振器長が変化した際での前記２次微分信号の出力波形が、前記第５閾値未満から前記第５閾値以上となり、さらに前記第５閾値未満に変化する挙動を示したか否かを判定する波形判定手段と、
前記波形判定手段にて前記挙動を示したと判定された前記出力波形において、前記２次微分信号の出力値が所定値となった各前記共振器長の差分値と第６閾値とを比較する差分値比較手段と、
前記差分値比較手段の比較結果に基づいて、前記飽和吸収線であるか否かを判定する吸収線判定手段とを備える
ことを特徴とするレーザ周波数安定化装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１３−１６７１３（Ｐ２０１３−１６７１３Ａ）
【公開日】平成２５年１月２４日（２０１３．１．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１４９５８５（Ｐ２０１１−１４９５８５）
【出願日】平成２３年７月５日（２０１１．７．５）
【出願人】（０００１３７６９４）株式会社ミツトヨ (979)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月２４日（２０１３．１．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月５日（２０１１．７．５）
【出願人】（０００１３７６９４）株式会社ミツトヨ (979)
【Ｆターム（参考）】
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