JPS6364380A - Semiconductor laser device - Google Patents

Semiconductor laser device

Info

Publication number
JPS6364380A
JPS6364380A JP20771486A JP20771486A JPS6364380A JP S6364380 A JPS6364380 A JP S6364380A JP 20771486 A JP20771486 A JP 20771486A JP 20771486 A JP20771486 A JP 20771486A JP S6364380 A JPS6364380 A JP S6364380A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
frequency
output
semiconductor laser
signal
vibration signal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP20771486A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Takashi Matsuno
敬司 松野
Atsushi Minegishi
篤 峯岸
Noboru Suwa
昇 諏訪
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Iwatsu Electric Co Ltd
Original Assignee
Iwatsu Electric Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Iwatsu Electric Co Ltd filed Critical Iwatsu Electric Co Ltd
Priority to JP20771486A priority Critical patent/JPS6364380A/en
Publication of JPS6364380A publication Critical patent/JPS6364380A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/06Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
    • H01S5/068Stabilisation of laser output parameters
    • H01S5/0683Stabilisation of laser output parameters by monitoring the optical output parameters
    • H01S5/0687Stabilising the frequency of the laser

Abstract

PURPOSE:To prevent the variation of output frequency based on frequency modulation by controlling the temperature of a semiconductor laser at a fixed value while stopping or weakening a vibration signal which is minutely vibrating laser driving currents only for a preset period. CONSTITUTION:The temperature of a laser diode 11 for a semiconductor laser device is stabilized by a temperature controller 31, and output beams 35, frequency of which is stabilized by stabilizing the temperature, is inputted to a spectroscope 32. A pump optical output and a probe optical output are inputted to photodiodes 16, 17 from the spectroscope 32. A variation component except the variation of oscillation frequency from the laser diode 11 is removed by a divider 15, and inputted to a drive circuit 34. Output beams 35 passing through an optical switch 48 by a half mirror 35a are synchronized with an output from a modulation control circuit 46 stopping or weakening a vibration signal fed to the circuit 34 from a signal source 38 only for a desired period and pass, thus acquiring wavelength stabilizing output beams.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、波長(周波数)安定化レーザ出力を得ること
ができる半導体レーザ装置に関し、更に詳細には、原子
又は分子の吸収スペクトル線を用いて波長を安定化する
手段を含む半導体レーザ装置に関する。
Detailed Description of the Invention [Industrial Field of Application] The present invention relates to a semiconductor laser device that can obtain a wavelength (frequency) stabilized laser output, and more particularly relates to a semiconductor laser device that can obtain wavelength (frequency) stabilized laser output, and more specifically, The present invention relates to a semiconductor laser device including means for stabilizing wavelength.

[従来の技術] 近年、半導体レーザの性能向上により、従来から製品化
されている気体レーザ(He −N eレーザ等)を用
いた周波数安定化光源を凌ぐ性能を持つ半導体レーザを
用いた周波数安定化光源の研究が活発になっている。こ
の種の研究は、光フアイバー通信の新しい方式でめるヘ
テロダイン/コヒーレント光通信方式に用いる光源の開
発に密接に関連して進められて来た。上記光通信方式で
は(1) 極めて高い周波数安定度を有する半導体レー
ザ。
[Conventional technology] In recent years, due to improvements in the performance of semiconductor lasers, frequency stabilization using semiconductor lasers with performance superior to frequency stabilization light sources using gas lasers (He-Ne lasers, etc.) that have been commercialized in the past has become possible. Research on light sources is becoming more active. This type of research has been carried out in close connection with the development of light sources for use in heterodyne/coherent optical communication systems, which are new methods of optical fiber communication. The above optical communication system uses (1) a semiconductor laser with extremely high frequency stability;

(2) 半導体レーザのスペクトル純度の改善。(2) Improving the spectral purity of semiconductor lasers.

(3) 広帯域・高効率の変調技術。(3) Wideband, high efficiency modulation technology.

笠が重要となるため、このまま課題の解法をめざした研
究・開発が急速な進歩をとげつつある。これ等の技術は
コヒーレント光応用計測における距離、長さ、変位等の
高精度測定においても重要である。
Due to the importance of hats, rapid progress is being made in research and development aimed at finding solutions to these problems. These techniques are also important for high-precision measurement of distance, length, displacement, etc. in coherent optical measurement.

これらの技術のうち、とくに上記(1)(2>に関して
は、半導体レーザそのものの改良による技術的発展が著
しい。たとえば新しい構造のレーザとして、D B R
(D 1stributed  B ran  Ref
factor)型(ブラック反射型)レーザや、DFB
(Distributed  Feed Back )
型(分布帰還型)レーザ等がある。これは、回折格子を
利用して波長を決定する構造のレーザであり、いわゆる
DSM (Dynamic  S ingle MOd
e )レーザとして実用化されようとしている。しかし
、レーザ発振波長の温度による変動や、上記半導体レー
ザを高速変調する時に波長がわずかにシフトするいわゆ
る波長のチャーピング(chirping)の間U等が
ある。
Among these technologies, especially regarding (1) and (2) above, technological progress has been remarkable due to improvements in the semiconductor laser itself.For example, as a laser with a new structure, DBR
(D 1tributed Bran Ref
factor) type (black reflective type) laser, DFB
(Distributed Feed Back)
type (distributed feedback type) laser, etc. This is a laser with a structure that uses a diffraction grating to determine the wavelength, and is a so-called DSM (Dynamic Single Modular Laser).
e) It is about to be put into practical use as a laser. However, there are variations in the laser oscillation wavelength due to temperature and so-called wavelength chirping, in which the wavelength shifts slightly when the semiconductor laser is modulated at high speed.

ところで、レーザ周波数を安定化するためには、サーボ
制御が必須要件である。このサーボ制御においては、レ
ーザ周波数を光周波数弁別器で弁別し、この光周波数弁
別器の周波数基準に対する安定化すべきレーザ周波数の
周波数差に対応する出力が一定レベルで得られるように
発振を制御する必要がある。光周波数弁別の代表的な方
法とじて次の2つがある。
By the way, in order to stabilize the laser frequency, servo control is an essential requirement. In this servo control, the laser frequency is discriminated by an optical frequency discriminator, and the oscillation is controlled so that an output corresponding to the frequency difference of the laser frequency to be stabilized with respect to the frequency reference of the optical frequency discriminator is obtained at a constant level. There is a need. There are two typical methods for optical frequency discrimination:

(1) ファブリ・ペロー干渉計(以下FP干渉計と呼
ぶ)を使用する方法。
(1) A method using a Fabry-Perot interferometer (hereinafter referred to as FP interferometer).

(2) 分子又は原子の吸収スペクトル線を使用する方
法。
(2) A method that uses absorption spectral lines of molecules or atoms.

第8図は従来のFP干渉計を使用した半導体レーザの周
波数(波長)安定化装置を示す。ここで(11)はレー
ザダイオード、(12)はレーザダイオードを駆動する
ための電流駆動回路、(13)はPID(比例+積分十
微分)回路である。
FIG. 8 shows a semiconductor laser frequency (wavelength) stabilizing device using a conventional FP interferometer. Here, (11) is a laser diode, (12) is a current drive circuit for driving the laser diode, and (13) is a PID (proportional+integral-sufficient differential) circuit.

(14)は差動増幅器、(25)はレーザダイオード(
11)の光出力を設定するための可変電圧、源、■ お
よびV、はそれぞれホトダイオード(16)(17)の
電気出力信号であり、割算器(15)に印加される。(
18)はFP干渉計、(19)はミラー、(20)はビ
ームスプリッタ−1(2l)及び(22)は空間フィル
ターで、たとえば5〜l0AIII直径のピンホールで
ある。
(14) is a differential amplifier, (25) is a laser diode (
The variable voltages, sources, ■ and V, for setting the optical output of 11) are the electrical output signals of the photodiodes (16) and (17), respectively, and are applied to the divider (15). (
18) is an FP interferometer, (19) is a mirror, (20) is a beam splitter, and (21) and (22) are spatial filters, for example, pinholes with a diameter of 5 to 10AIII.

(23)および(24)は顕微鏡対物レンズと同様な集
光用のレンズである。また、レーザダイオード(11)
の発振周波数の基準(この場合FP干渉計(18)の共
振周波数)に対する誤差信号を周波数安定度の評価デー
タとして記録するため、テタレコーダ(28)に入力す
る信号を、ローパスフィルタ(26>、増幅器(27)
を介して得ている。
(23) and (24) are lenses for focusing light similar to microscope objective lenses. Also, laser diode (11)
In order to record the error signal with respect to the oscillation frequency reference (in this case, the resonant frequency of the FP interferometer (18)) as frequency stability evaluation data, the signal input to the telerecorder (28) is filtered through a low-pass filter (26) and an amplifier. (27)
are getting through.

次に第8図に示す装置の動作概要を説明する。Next, an outline of the operation of the apparatus shown in FIG. 8 will be explained.

レーザダイオード(11)の光出力は、点線で示すごと
く、レンズ(23)で平行光束に変換され、空間フィル
タ(22)を通り、ビームスプリッタ〈20)で二つの
光束に分けられる。一方の光束はそのまま直進し、FP
干渉計(18)とレンズ(24)と空間フィルタ(21
)を通って、フトダイオード(17)に入射される。他
方の光束はビームスプリッタ(20)で反射され、ミラ
ー(19)で再び反射されてホトダイオード(16)に
入射される。ホトダイオード(17)からはレーザダイ
オード(11)の発信周波数の基準となる周波数との差
の信服を含む電気出力V8には光周波数弁別器の周波数
基準との差のVf報に対応する信号成分以外の光出力変
動成分が含まれているので、これを除去することが必要
になる。このため、FP干渉計(18〉を通さない光か
りに対応する電気信号■4をホトダイオード(16)で
得、割算器(15)で■、/VAを求める。これにより
、光周波数弁別器の周波数基準との差に対応する変動成
分以外の光出力変動成分を除去した信号を得ることがで
きる。この例では割算器(15)でVB/VAを求めて
いるが、減算器によってV  −V、を求めるようにし
ても同様な効果を得ることが出来る。
The optical output of the laser diode (11) is converted into a parallel beam by a lens (23), passes through a spatial filter (22), and is split into two beams by a beam splitter (20), as shown by the dotted line. One of the light beams continues straight and reaches the FP
Interferometer (18), lens (24) and spatial filter (21)
) and is incident on the foot diode (17). The other beam is reflected by the beam splitter (20), reflected again by the mirror (19), and then incident on the photodiode (16). The electrical output V8 from the photodiode (17) includes the signal component of the difference between the oscillation frequency of the laser diode (11) and the reference frequency, except for the signal component corresponding to the Vf signal of the difference with the frequency reference of the optical frequency discriminator. This includes the optical output fluctuation component, so it is necessary to remove this component. For this purpose, the photodiode (16) obtains the electrical signal ■4 corresponding to the light that does not pass through the FP interferometer (18), and the divider (15) calculates ■, /VA.This allows the optical frequency discriminator to A signal can be obtained from which optical output fluctuation components other than the fluctuation components corresponding to the difference from the frequency reference are removed.In this example, the divider (15) calculates VB/VA, but the subtracter calculates V- A similar effect can be obtained by finding V.

割算器(15)の出力は差動増幅器(14)に入力し、
基準電圧源(25)の基準電圧と比較され、肉入力の差
に対応した信号即ち誤差出力がPID(比例+積分十微
分)回#1(13)を介して駆動回路(12)に与えら
れる。これにより、レーザダイオード(11)の発信周
波数が一定になるように、すなわち割算器(15)の出
力が一定になるようにレーザダイオード(11)が負帰
還制御される。
The output of the divider (15) is input to the differential amplifier (14),
It is compared with the reference voltage of the reference voltage source (25), and a signal corresponding to the difference in meat input, that is, an error output, is given to the drive circuit (12) via PID (proportional + integral and sufficient derivative) circuit #1 (13). . As a result, the laser diode (11) is controlled by negative feedback so that the oscillation frequency of the laser diode (11) is constant, that is, the output of the divider (15) is constant.

ところで、第8図の方式は、FP干渉計〈18)の周波
数弁別特性が温度変動に起因して変化するという欠点を
有する。FP干渉計(18)の温度変動を10−2〜1
0−3℃以下に制御することは、干渉計の大きさ、設置
される状況を考慮すると極めて困難である。上記欠点を
解決するために次の技術が提案されている。
By the way, the method shown in FIG. 8 has a drawback that the frequency discrimination characteristic of the FP interferometer (18) changes due to temperature fluctuations. Temperature fluctuation of FP interferometer (18) is 10-2 to 1
It is extremely difficult to control the temperature to below 0-3° C., considering the size of the interferometer and the conditions in which it is installed. The following techniques have been proposed to solve the above drawbacks.

(1) 干渉計は気圧、外温、水蒸気等から保護するた
めに気密封止する。(特公昭60−120584> (2) 2つの干渉計の屈折率の温度変化を一方が正、
他方が負となるように設定し、この2つの干渉計の温度
特性が互いに相殺されるようにして使用する。(特公昭
6O−117693)(3) 干渉計を光軸に対して設
定角θだけ傾斜して配置し、この設定角θを温度変動に
追随して変化させ干渉計の光透過率を一定に保つ、(特
公昭60−117694> しかし、上記(1)〜(3)に示す方法は、いずれも複
雑かつ精密な制御が不可欠であり、実用性、信頼性に劣
るという欠点がある。したがって実際上10−9以上の
安定度を得ることは困難であった。尚、安定度の表示に
アラン分散の平方根σ(τ)を用いることにする。
(1) The interferometer shall be hermetically sealed to protect it from atmospheric pressure, external temperature, water vapor, etc. (Special Publication No. 60-120584>
The other is set to be negative, and the two interferometers are used so that their temperature characteristics cancel each other out. (Special Publication No. 6O-117693) (3) The interferometer is placed inclined at a set angle θ with respect to the optical axis, and the set angle θ is changed to follow temperature fluctuations to keep the light transmittance of the interferometer constant. (Japanese Patent Publication No. 60-117694) However, the methods shown in (1) to (3) above all require complicated and precise control, and have the disadvantage of being inferior in practicality and reliability. It was difficult to obtain a stability of 10-9 or higher.The square root of Allan variance σ(τ) will be used to express the stability.

第9図は光周波数の弁別に原子又は分子吸収スペクトル
線を使用した方式を示す、この方式においてはレーザダ
イオード(11)の出力光(35)の通路に、例えばセ
シウム原子やルビジウム原子、又はNH3等の分子の吸
収スペクトルをいわゆるドツプラー・フリ一つまりドツ
プラー効果に起因するスペクトル拡がりを除去するよう
に分光する分光器(32)が配置されている。この分光
器(32)は、吸収セルとハーフミラ−と偏光ビームス
プリッタと光減衰器等を含み、レーザダイオード(11
)の発振周波数の基準となる周波数との差の情報つまり
レーザダイオード(11)の発振周波数における原子又
は分子の多くの吸収スペクトル線の各吸収順位に対応し
たドツプラー拡がりのない吸収スペクトル情報を含んだ
分光出力(37)つまりプローブ光出力と、原子又は分
子のドツプラー拡がりのある吸収スペクトル線の情報を
含んだ分光出力(36)つまりポンプ光出力とを送出す
るように構成されている。(16)(17)はホトダイ
オードであり、それぞれポンプ光出力(36)とプロー
ブ光出力(37)とを検出するものである。ホトダイオ
ード(16)(17)の出力ラインに接続された割算器
(15)は、ホトダイオード<16)(17)の出力信
号v  v の割算出力V a / V t、を求める
回路で^ 、  B ある。割算器(15)の出力ライン(39)はロックイ
ン増幅器(33)に接続されている。このロックイン増
幅器(33)は、振動信号源(38)にもライン(45
)で接続され、ライン(39)から与えられる入力信号
とライン(45)で与えられる参照信号とに応答し、両
信号の位相差に対応する出力をライン(40)に送出す
るように構成されている。駆動回路(34〉には振動信
号源(38)がライン(44)で接続され、且つロック
イン増幅器(33)がライン(40)で接続され、この
出力ライン(41)がレーザダイオード(11)に接続
されている。
FIG. 9 shows a method using atomic or molecular absorption spectral lines to discriminate optical frequencies. In this method, for example, a cesium atom, a rubidium atom, or an NH3 A spectrometer (32) is arranged to separate the absorption spectra of molecules such as the above in such a way as to eliminate the spectrum broadening caused by the so-called Doppler effect. This spectrometer (32) includes an absorption cell, a half mirror, a polarizing beam splitter, an optical attenuator, etc., and a laser diode (11).
) contains information on the difference between the oscillation frequency of the laser diode (11) and the reference frequency, that is, absorption spectrum information without Doppler broadening corresponding to each absorption order of many absorption spectrum lines of atoms or molecules at the oscillation frequency of the laser diode (11). It is configured to send out a spectral output (37), that is, a probe light output, and a spectral output (36), that is, a pump light output that includes information on absorption spectrum lines with Doppler spread of atoms or molecules. (16) and (17) are photodiodes that detect the pump light output (36) and the probe light output (37), respectively. The divider (15) connected to the output lines of the photodiodes (16) and (17) is a circuit that calculates the division output V a /V t of the output signal v v of the photodiodes <16) (17). B Yes. The output line (39) of the divider (15) is connected to a lock-in amplifier (33). This lock-in amplifier (33) also connects the vibration signal source (38) to the line (45).
), and is configured to respond to an input signal applied from line (39) and a reference signal applied to line (45), and send an output corresponding to the phase difference between the two signals to line (40). ing. A vibration signal source (38) is connected to the drive circuit (34) through a line (44), a lock-in amplifier (33) is connected through a line (40), and this output line (41) is connected to a laser diode (11). It is connected to the.

(31)は温度制御装置であり、図示されていないサー
ミスタによってレーザダイオード(11)の温度を検出
し、この温度を一定にするように、レーザダイオード(
11)に取り付けられた例えばベルチェ素子(図示せず
)を制御するものである。なお、第9図の方式は、例え
ば信学技報V。
(31) is a temperature control device, which detects the temperature of the laser diode (11) using a thermistor (not shown), and controls the temperature of the laser diode (11) to keep this temperature constant.
11) is used to control, for example, a Beltier element (not shown) attached to the controller. Note that the method shown in FIG. 9 is based on, for example, IEICE Technical Report V.

1.82.No、267第61〜66頁の論文「飽和吸
収分光を用いた半導体レーザの周波数安定化」に開示さ
れている。
1.82. No. 267, pages 61 to 66 of the paper "Frequency Stabilization of Semiconductor Lasers Using Saturation Absorption Spectroscopy".

第10図はロックイン増幅器(33)を原理的に示すも
のであって、第9図のライン(39)が接続される信号
入力端子(71)と、ライン(45)が接続される参照
信号入力端子(72)とを有する。信号入力端子(71
)は前置増幅器(73)とバンドパスフィルタ(74)
を介してPSD(位相敏感検出)(75)に接続され、
参照信号入力端子(72)はバンドパスフィルタ(76
)と位相調整用の移相器(77)と波形整形回路(78
)とを介してPSD (75)に接続されている。PS
D (75)の出力はローパスフィルタ(79)を介し
て出力端子(80)に接続されている。なお、出力端子
(80)は第9図の出力ライン(40)に接続される。
FIG. 10 shows the lock-in amplifier (33) in principle, with a signal input terminal (71) connected to the line (39) in FIG. 9, and a reference signal connected to the line (45). It has an input terminal (72). Signal input terminal (71
) is a preamplifier (73) and a bandpass filter (74)
connected to PSD (phase sensitive detection) (75) via
The reference signal input terminal (72) is connected to a bandpass filter (76).
), a phase shifter for phase adjustment (77), and a waveform shaping circuit (78)
) to the PSD (75). P.S.
The output of D (75) is connected to an output terminal (80) via a low-pass filter (79). Note that the output terminal (80) is connected to the output line (40) in FIG. 9.

このロックイン増幅器(33)は、第9図の18号源(
38)の出力ライン(45)から与えられる参照信号に
同期した周波数成分を入力信号から検出し、増幅するも
のであり、入力信号と多照信号との位相差に対応する直
流出力信号を送出する。
This lock-in amplifier (33) is connected to the No. 18 source (
38) detects and amplifies the frequency component synchronized with the reference signal given from the output line (45) from the input signal, and sends out a DC output signal corresponding to the phase difference between the input signal and the multi-point signal. .

次に、第9図の方式の動作を説明する。レーザダイオー
ド(11)の温度は温度制御装置(31)による帰還制
御のなめに安定化され、その変動措は10 ℃〜10−
4℃程度になる。温度変動を10−3°C以下にすれば
、それだけで10−6〜10−8程度の周波数安定度が
得られる。レーザダイオード(11)の出力光(35)
は分光器(32)に入力し、セシウム原子やルビジウム
原子、又はN Hs分子等の吸収スペクトル線を含む分
光出力(37)が得られる。この吸収スペクトル線を得
るために、飽和吸収分光用光学系(図示せず)が含まれ
ている。一方のホトダイオード(17)にはドツプラー
効果による拡がりのない吸収スペクトル線を含む分光出
力(37)つまりプローブ光出力を入力させ、他方のホ
トダイオード(16)にはドツプラー効果による拡がり
のある吸収スペクトル線を含む分光出力(36)つまり
ポンプ光出力を入力させる。一方のホトダイオード(1
7)からは光周波数弁別器としての吸収スペクトル線に
対応した変動成分を含む検出信号V8が得られるが、こ
の検出信号Vaの中には吸収スペクトル線の周波数基準
点く基準周波数たとえば吸収スペクトルの中心ピーク点
)とレーザダイオード(11)の発振周波数との差に対
応した変動成分以外のレーザ出力の変動以外の変成分が
含まれているので、これを除去することが望ましい。割
算器(15)はこのために設けたものであり、Va/v
Aの演算を行うことによって、吸収スペクトル線の周波
数基準点に対するレーザダイオード(11)の発振周波
数変動以外の変動成分を除去している。この変動成分の
除去は勿論減算器によって行ってもよい。このようにし
て割算器(15)の出力ライン(39)には安定化すべ
きレーザダイオード(11)の発振周波数変動による吸
収レベル変動信服を含む信号が得られ、これがロックイ
ン増幅器(33)の入力となる。割算器(15)の出力
における吸収スペクトル線の周波数基準点近傍での吸収
レベル変動に対応するレーザ周波数変動の検出信号は微
小レベルであり、且つ雑音に埋もれているので、このま
ま増幅し、帰還制御に使用しても良好な結果を得ること
が困難である。
Next, the operation of the method shown in FIG. 9 will be explained. The temperature of the laser diode (11) is stabilized by feedback control by the temperature control device (31), and its fluctuation range is between 10°C and 10°C.
The temperature will be around 4℃. If the temperature fluctuation is kept below 10-3°C, frequency stability of about 10-6 to 10-8 can be obtained. Output light (35) of laser diode (11)
is input to a spectrometer (32), and a spectral output (37) containing absorption spectrum lines of cesium atoms, rubidium atoms, NHs molecules, etc. is obtained. To obtain this absorption spectral line, an optical system for saturated absorption spectroscopy (not shown) is included. One photodiode (17) receives the spectral output (37), that is, the probe light output, which includes an absorption spectrum line without a broadening due to the Doppler effect, and the other photodiode (16) receives an absorption spectrum line with a broadening due to the Doppler effect. The included spectral output (36), that is, the pump light output is input. One photodiode (1
7), a detection signal V8 containing a fluctuation component corresponding to the absorption spectrum line as an optical frequency discriminator is obtained, but this detection signal Va includes a reference frequency of the absorption spectrum line, for example, the frequency reference point of the absorption spectrum line. It is desirable to remove these fluctuation components, since they include fluctuation components other than fluctuations in the laser output other than fluctuation components corresponding to the difference between the center peak point) and the oscillation frequency of the laser diode (11). The divider (15) is provided for this purpose, and Va/v
By performing the calculation of A, fluctuation components other than the oscillation frequency fluctuation of the laser diode (11) with respect to the frequency reference point of the absorption spectrum line are removed. Of course, this variation component may be removed by a subtracter. In this way, the output line (39) of the divider (15) obtains a signal containing absorption level fluctuation signals due to fluctuations in the oscillation frequency of the laser diode (11) to be stabilized, which is transmitted to the lock-in amplifier (33). It becomes input. The detection signal of the laser frequency fluctuation corresponding to the absorption level fluctuation near the frequency reference point of the absorption spectrum line in the output of the divider (15) is at a minute level and is buried in noise, so it is amplified as is and fed back. Even when used for control, it is difficult to obtain good results.

そこで、第9図の方式ではウオブリング制御が行われて
いる。振動信号源(38)から例えば1kH2の一定周
波数の正弦波交流信号をライン(44)で駆動回路〈3
4)に与え、駆動回路(34)からこの振動成分を含む
第11図に示すような電流(I)をレーザダイオード(
11)に流す。即ち、駆動回路(34)からレーザダイ
オード(11)に定電流化して供給している電流を例え
ば約1μAのレベル、1 kHzで変調する。レーザダ
イオード(11)の電流(I)が微小振動すれば、レー
ザダイオード(11)の出力周波数(光波長)が第12
図(a)に示すように例えば少なくとも108H2〜数
十MHz程度変調される。この様にレーザダイオード(
11)の出力周波数が変調されると、吸収スペクトル線
のレベル変動情報を含むロックイン増幅器(33)の入
力ライン(39)の入力信号にウオブリングの周波数成
分が含まれることになる。ロックイン増幅器(33)に
おいては、つオブリングの周波数成分を含むレーザ周波
数変動に対応する検出信号とライン(45)の参照信号
とが位相比較され、ライン(40)にこの位相差に対応
した出力が得られる。もし、ライン(45)の参照信号
とこれに同期するライン(39)の入力信号の周波数成
分とが一致すれば、ロックイン増幅器(33)の出力ラ
イン〈40〉に得られる誤差信号は零となり、両信号の
位相差が負になれば出力ライン(40)の誤差信号は正
、位相差が正になれば出力ライン(40)の誤差信号は
負になる。このことは、言い換えれば、吸収スペクトル
の一次微分信号を検出することと等価である。ライン(
40)は駆動回路(3=1 >に接続されているので、
レーザダイオード(11)の電流が誤差出力で負帰還制
御され、誤差出力が零になるような制御状態が得られる
。第9図の方式は、原子又は分子しの吸収スペクトル線
を基準にした周波数の安定化、ウオブリング方法(変調
方法)の採用、及び温度制御の組み合わせたものである
ので、周波数安定化が10 〜1o−13程度となり、
第8図のFP干渉計の方式に比べて3〜5桁改善される
Therefore, in the method shown in FIG. 9, wobbling control is performed. A sine wave alternating current signal with a constant frequency of, for example, 1 kHz is transmitted from the vibration signal source (38) to the drive circuit (3) through the line (44).
4), and a current (I) containing this vibration component as shown in FIG. 11 is supplied from the drive circuit (34) to the laser diode (34).
11). That is, the constant current supplied from the drive circuit (34) to the laser diode (11) is modulated at a level of about 1 μA and 1 kHz, for example. If the current (I) of the laser diode (11) slightly oscillates, the output frequency (light wavelength) of the laser diode (11) changes to the 12th wavelength.
As shown in Figure (a), the frequency is modulated, for example, at least about 108H2 to several tens of MHz. In this way, the laser diode (
When the output frequency of 11) is modulated, the input signal of the input line (39) of the lock-in amplifier (33) containing the level fluctuation information of the absorption spectrum line will contain a wobbling frequency component. In the lock-in amplifier (33), the detection signal corresponding to the laser frequency fluctuation including the frequency component of the double ring is compared in phase with the reference signal on the line (45), and the line (40) is outputted corresponding to this phase difference. I get the output. If the frequency components of the reference signal on line (45) and the input signal on line (39) synchronized therewith match, the error signal obtained on the output line <40> of the lock-in amplifier (33) will be zero. If the phase difference between the two signals becomes negative, the error signal on the output line (40) becomes positive, and if the phase difference becomes positive, the error signal on the output line (40) becomes negative. In other words, this is equivalent to detecting the first-order differential signal of the absorption spectrum. line(
40) is connected to the drive circuit (3=1>, so
The current of the laser diode (11) is controlled by negative feedback using the error output, and a control state in which the error output becomes zero is obtained. The method shown in Figure 9 combines frequency stabilization based on the absorption spectrum line of atoms or molecules, adoption of a wobbling method (modulation method), and temperature control, so frequency stabilization is 10 ~ It will be about 1o-13,
This is improved by 3 to 5 orders of magnitude compared to the FP interferometer system shown in FIG.

[発明が解決しようとする問題点] ところで、第9図の方式では、レーザダイオード(11
)の出力周波数が信号源〈38)による駆動電流の変調
(ウオブリング)に対応して第12図(aンに示すよう
に10)1)1z〜数十肝2変動するが、レーザダイオ
ード(11)の発信周波数のスペクトル拡がり(通常数
MHz〜数+I(H2)と同程度の変動までは問題にな
らない用途(例えば光ボンピング用光源、簡便な波長標
準、レーザを用いた分光、精密測長等)には適用できる
。しかし、ヘテロダイン/コヒーレント型光通信方式及
びコヒーレント光応用計測に用いる周波数安定化光源と
しては使用できない場合がある。すなわちこれらの応用
では、レーザダイオードの発振周波数のスペクトル拡が
りを少なくともI MHz以下にすることが要望されて
おり、これまで、この性能を小型でかつ信頼性のあるシ
ステムとして実現する手段がなかった。
[Problems to be solved by the invention] By the way, in the system shown in FIG.
The output frequency of the laser diode (11 ) Spectral spread of the transmission frequency (usually several MHz to several + I (H2)) is not a problem for applications (e.g., light sources for optical bombing, simple wavelength standards, spectroscopy using lasers, precision length measurement, etc.) ).However, it may not be possible to use it as a frequency-stabilized light source for heterodyne/coherent optical communication systems and coherent optical applied measurements.In other words, in these applications, the spectral broadening of the laser diode's oscillation frequency must be at least It is desired to reduce the frequency to below I MHz, and until now there has been no means to achieve this performance as a small and reliable system.

そこで、本発明の目的は、周波数変調(ウオブリング)
に基ずく周波数(波長)変動のないレーザ出力を得るこ
とができ、且つウオブリング制御に基ずく周波数安定化
とウオブリング制御を用いない周波数安定化の両方式間
の切換を安定に行うことができる半導体レーザ装置を提
供することにある。
Therefore, the purpose of the present invention is to achieve frequency modulation (wobbling).
A semiconductor that can obtain a laser output without frequency (wavelength) fluctuations based on wobbling control, and can stably switch between frequency stabilization based on wobbling control and frequency stabilization without wobbling control. The purpose of the present invention is to provide a laser device.

[問題点を解決するための手段] 上記問題点を解決し、上記目的を達成するための本発明
は、半導体レーザ゛′と、帰還制御によって前記半導体
レーザ゛の温度を所定値に制御する温度制御装置と、原
子又は分子の吸収スペクトル分光器奢含み、前記半導体
レーザの出力光の周波数と周波数基準となる周波数との
周波数差を前記吸収スペクトルの吸収レベル差として検
出するための信号を得る光周波数弁別器と、前記半導体
レーザの駆動電流を微小振動させるための振動信号を発
生させる振動信号源と、前記光周波数弁別器と前記振動
信号源とに接続され、前記弁別信号と、前記振動信号と
の位相差に対応する信号〈誤差信号)を出力する位相差
対応信号形成回路と、前記位相差対応信号形成回路と前
記振動信号源とにそれぞれ接続され、前記振動信号で変
調され且つ前記位相差に対応する信号で負帰還ルlルす
された駆動電流を前盲己半導体レーザに供給する駆動回
路とを有する半導体レーザ装置において、前記振動信号
源から前記駆動回路に供給する振動信号を所定時間だけ
停止又は極めて微弱1ヒする制御手段を設けたことを特
徴とする半導体レーザ装置に係わるものである。
[Means for Solving the Problems] In order to solve the above problems and achieve the above objects, the present invention provides a semiconductor laser and a temperature control system for controlling the temperature of the semiconductor laser to a predetermined value by feedback control. a control device and an atomic or molecular absorption spectrum spectrometer, the light for obtaining a signal for detecting a frequency difference between the frequency of the output light of the semiconductor laser and a frequency serving as a frequency reference as an absorption level difference of the absorption spectrum; a frequency discriminator, a vibration signal source that generates a vibration signal for micro-vibrating the driving current of the semiconductor laser, and a vibration signal source connected to the optical frequency discriminator and the vibration signal source, the discrimination signal and the vibration signal being connected to the optical frequency discriminator and the vibration signal source; A phase difference compatible signal forming circuit that outputs a signal (error signal) corresponding to the phase difference between In the semiconductor laser device, the vibration signal supplied from the vibration signal source to the drive circuit is set to a predetermined value. The present invention relates to a semiconductor laser device characterized in that it is provided with a control means for stopping for a certain period of time or for causing an extremely weak drop.

[作用コ 本発明に従う制御手段によって、振動信号を所望期間だ
け停止又は極めて微弱化する直前まではは、温度制御装
置に基づく半導体レーザの温度制御と、あらかじめ吸収
波長が明確になっている原子又は分子を用いた吸収スペ
クトル分光器を含む光周波数弁別器を用いて得られる弁
別信号及び振動信号とを使用した負帰還制御信号(誤差
信号)形成との組み合せによって極めて安定度の高い出
力周波数(波長)が得られている。この状態において振
動信号による駆動電流の変調を停止又は弱めると、レー
ザ出力周波数に、変調に基ずく周波数変動が含まれなく
なるか微小になる。停止又は弱める期間が短時間であれ
ば、停止又は弱める期間の直前までの制御の効果を実質
的に継続した安定化波長(周波数)を得ることができる
。この停止又は弱める期間では駆動電流が実質的に変調
されていないので、これに基ずく出力周波数の変動も生
じない、また、このとき半導体レーザの温度安定度対応
して光出力周波数の安定度が決まる。
[Operation] The control means according to the present invention controls the temperature of the semiconductor laser based on the temperature control device and the temperature control of the semiconductor laser based on the temperature control device, and the control of atoms or The output frequency (wavelength ) is obtained. If the modulation of the drive current by the vibration signal is stopped or weakened in this state, the laser output frequency will no longer include frequency fluctuations based on the modulation, or will become minute. If the period of stopping or weakening is short, it is possible to obtain a stabilized wavelength (frequency) that substantially continues the effect of the control immediately before the period of stopping or weakening. During this period of stopping or weakening, the drive current is not substantially modulated, so there is no variation in the output frequency based on this, and at this time, the stability of the optical output frequency changes in response to the temperature stability of the semiconductor laser. It's decided.

従って、この時の出力光を抽出してコヒーレント光応用
装置の光源とすることができる。この方式において制御
手段による停止又は弱める動作を解除させれば、第9図
の従来の方式と同様に使用することができる。更にまた
、必要に応じて停止又は弱める期間とこれ以外の期間と
の両方の周波数出力を抽出して使用するこことができる
。この場合には、同一の半導体レーザを時分割使用する
ことになる。
Therefore, the output light at this time can be extracted and used as a light source for a coherent light application device. In this method, if the stopping or weakening operation by the control means is released, it can be used in the same manner as the conventional method shown in FIG. Furthermore, it is possible to extract and use the frequency outputs of both the period of stopping or weakening and other periods as required. In this case, the same semiconductor laser will be used in a time-division manner.

[実施例] 次に、本発明の実施例に係わる半導体レーザ装置を第1
図〜第4図によって説明する。但し、第1図において第
9図と共通する部分には同一の符号を付してその説明を
省略する。第1図の半導体レーザ装置は、第9図の装置
に変調制御口11(46)とハーフミーラ−(35a)
と光スィッチ(48)を付加することによって構成され
ている。変調制御回路(46)は、信号源(38)から
枢動回路(34)に供給する振動信号を所望期間だけ停
止又は微弱化するための制御手段として設けたものであ
り、この例では振動信号の供給を停止するように構成さ
れている。光スィッチ(48)はレーザダイオード(1
1)の出力光をハーフミラ−等で分岐したものを変調制
御回路(46)による停止制御に同期して通過させ、波
長安定化出力光を得るものである。
[Example] Next, a semiconductor laser device according to an example of the present invention will be described.
This will be explained with reference to FIGS. However, parts in FIG. 1 that are common to those in FIG. 9 are designated by the same reference numerals and their explanations will be omitted. The semiconductor laser device shown in FIG. 1 has a modulation control port 11 (46) and a half miller (35a) in addition to the device shown in FIG.
and an optical switch (48). The modulation control circuit (46) is provided as a control means for stopping or weakening the vibration signal supplied from the signal source (38) to the pivot circuit (34) for a desired period, and in this example, the vibration signal is is configured to stop the supply of The optical switch (48) is a laser diode (1
The output light of 1) is branched by a half mirror or the like and passed in synchronization with the stop control by the modulation control circuit (46) to obtain wavelength-stabilized output light.

第2図は第1図の変調ff111081回1(46)及
び信号源(38)の一部を詳しく示す。信号源(38)
はウィーンブリッジ発振器を含み、この発振器は演算増
幅器(50>、コンデンサ(53)、(54)、抵抗器
(51)、(52)、く5う)、(56)から構成され
ている。本発振器はRとCの直並列回路により正期間回
路を構成し、この回路の位相変化が零になる周波数で発
振が可能となる。またRiとRfによる負帰還によって
発振周波数の安定化と出力波形の歪の改善が行われてい
る。
FIG. 2 shows in detail a portion of the modulation ff111081 times 1 (46) and signal source (38) of FIG. Signal source (38)
includes a Wien bridge oscillator, which is composed of an operational amplifier (50), capacitors (53), (54), resistors (51), (52), (56). This oscillator constitutes a positive period circuit by a series-parallel circuit of R and C, and can oscillate at a frequency where the phase change of this circuit becomes zero. Moreover, the oscillation frequency is stabilized and the distortion of the output waveform is improved by negative feedback by Ri and Rf.

変調制御回路(46)は間欠的にパルスを発生する制御
パルス発生回路(47)と、この出力パルスに応答する
スイッチSWと、このスイッチSW″i′演算増幅器(
50)の帰還抵抗(52)に還択的に並列接続されろ抵
抗(49)とから成る。
The modulation control circuit (46) includes a control pulse generation circuit (47) that intermittently generates pulses, a switch SW that responds to this output pulse, and an operational amplifier (
A resistor (49) is alternatively connected in parallel to the feedback resistor (52) of the resistor (50).

ウィーンブリッジ発振器の発振条件を、演算増幅器(5
0〉の電圧利得をAとして求めると次のようになる。
The oscillation conditions of the Wien bridge oscillator are
When the voltage gain of 0> is determined as A, it is as follows.

発振をさせるためには、電圧利得Aを正にしなければな
らないので、抵抗(52)の値Rfと抵抗(51)の値
RiとをRf >2Riを満足するように設定しなけれ
ばならない。上記の発振条件を満足している回路に、第
2図の制御パルス発生回路(47)から得られる第4図
(b)の制御パルスの低いレベルに応答してスイッチS
 Wをオンにし、これによって値Rfの抵抗(4つ)を
42 続すると、上記利得の式におけるRfが1/2に
なり、発振条件を満足しなくなる。従って、スイッチS
Wのオン・オフ制御で発振出力即ち振動信号を間Wのオ
ン・オフ制御で発振出力即ち振動信号を間欠的に発生さ
せることが可能になる。
In order to cause oscillation, the voltage gain A must be positive, so the value Rf of the resistor (52) and the value Ri of the resistor (51) must be set to satisfy Rf>2Ri. In response to the low level of the control pulse shown in FIG. 4(b) obtained from the control pulse generating circuit (47) shown in FIG. 2, the circuit satisfying the above oscillation conditions is switched S.
When W is turned on and 42 resistors of the value Rf are connected, Rf in the gain equation becomes 1/2 and the oscillation condition is no longer satisfied. Therefore, switch S
It is possible to intermittently generate an oscillation output, that is, a vibration signal, by controlling W on and off.

ここでは、変調制御回路(46)のスイッチSWで間接
的に次号源(38)を制御して、信号源(38)の出力
に雑音等の好ましくない波形が発生しないように制御し
ている。すなわち信号源(38)の出力はライン(44
)で駆動回路(34)に与えられ、駆動電流が変調され
る。このとき、半導体レーザダイオードは微小電流で変
調されるためスイッチSWのオン・オフ制御時の雑音が
駆動電流に重畳することのないように、前記したように
信号源(38)の内臓する発振器の発振条件を制御する
ことが極めて重要である。
Here, the next signal source (38) is indirectly controlled by the switch SW of the modulation control circuit (46) so that undesirable waveforms such as noise are not generated in the output of the signal source (38). That is, the output of the signal source (38) is connected to the line (44).
) is applied to the drive circuit (34), and the drive current is modulated. At this time, since the semiconductor laser diode is modulated by a minute current, the oscillator built in the signal source (38) is activated as described above to prevent noise from being superimposed on the drive current during on/off control of the switch SW. Controlling the oscillation conditions is extremely important.

以上のようにして信号源(38)を制御することにより
、たとえば駆動電流1μAの変化に対して数十MHz〜
100HHの発振周波数変かを伴う一般の半導体レーザ
を安定化した状態であっても、スイッチSWによる制御
方式切換に伴う、発振周波数変動を完全に除去している
。第2図の発振器出力VLの波形は第4図(a)に示す
信号源(38)から出力される波形と同一でない。信号
源(38)の出力は、発振器出力VLを、図示されてい
ないノイズ等を除去するためのバンドパスフィルタ、減
衰器等を通すことにより形成され、第4図<a)の波形
になる。
By controlling the signal source (38) as described above, for example, a change in drive current of several tens of MHz to 1 μA can be achieved.
Even in a stabilized state of a general semiconductor laser with an oscillation frequency variation of 100HH, the oscillation frequency variation caused by switching the control method by the switch SW is completely eliminated. The waveform of the oscillator output VL in FIG. 2 is not the same as the waveform output from the signal source (38) shown in FIG. 4(a). The output of the signal source (38) is formed by passing the oscillator output VL through a bandpass filter, attenuator, etc. for removing noise (not shown), and has the waveform shown in FIG. 4<a).

第3図は第1図の温度制御装置(31)を詳しく示す、
ここで(60)はレーザダイオード(11)の温度を一
定にするために使用するベルチェ素子、(61)(62
)は演算増幅器、(63)は駆動回路、R3はレーザダ
イオード(11)の温度を検知するために使用するサー
ミスタ、Rgは抵抗、VCは定電圧源、V「は温度設定
用可変電圧源である。フィードバック制御は、サーミス
タR3で温度変化を検知し、演算増幅器(61)でこの
温度変化を電圧変化に変換し、演算増幅器(62)を介
して駆動回路(63)でベルチェ素子(60)を駆動す
ることによってレーザダイオード(11)の温度を設定
温度に保つように行われる。なお、可変電圧源Vrのか
わりに演算増幅器(62)のオフセット調整礪能を利用
してもよい、またサーミスタRsは温度検知の安定性を
考慮してブリッジ構成とすることが望ましい。
FIG. 3 shows the temperature control device (31) of FIG. 1 in detail.
Here, (60) is a Bertier element used to keep the temperature of the laser diode (11) constant, (61) and (62)
) is an operational amplifier, (63) is a drive circuit, R3 is a thermistor used to detect the temperature of the laser diode (11), Rg is a resistor, VC is a constant voltage source, and V is a variable voltage source for temperature setting. Feedback control is performed by detecting a temperature change with thermistor R3, converting this temperature change into a voltage change with an operational amplifier (61), and converting the temperature change into a voltage change with a Vertier element (60) in a drive circuit (63) via an operational amplifier (62). The temperature of the laser diode (11) is maintained at the set temperature by driving the variable voltage source Vr.Instead of the variable voltage source Vr, the offset adjustment function of the operational amplifier (62) may be used, or the thermistor It is desirable that Rs has a bridge configuration in consideration of the stability of temperature detection.

次に、第4図を参照して第1及び第2図の装置の動作を
説明する。第4図のし1時点でスイッチSWをオフ制御
すると、発振条件を満足した状態が得られ、第4図(a
)に示す例えば1kH2の正弦波に近似した信号源(3
8)の出力がライン(44)で駆動回路(34)に与え
られ、駆動電流が変調される。第4図(a)に基づきウ
オブリング制御に使用されるレーザダイオードの変調電
流波形は、波形歪及び雑音の少ない微少レベル信号(例
えばピーク・ツウ・ピークで1μA)でなければならな
い、第4図のt1〜t  、tS〜t7期間では、第9
図の場合同様に駆動電流が変調され、同一の動作で安定
化周波数を得ることができる。この場合、ロックイン増
幅器(33)を含む制御ループが直ちに安定化動作を開
始し、T3期間の後のt2において安定し、t2〜t3
期間にはロックイン増幅器(33)から安定した誤差信
号が得られる。このt2〜t3期間の出力周波数の安定
度、つまりウオブリングの略中心に対応する光周波数に
ついての安定度は良いが、第9図の場合と同様に周波数
が周期的に変化しているので、コヒーレント光を要求す
る装置にこの周波数出力を使うことは不可能である。t
3時点で第2図に示すスイッチSWがオンに制御され、
第2図の発振器の発振条件が満足しなくなると、第4図
(a)に示す如く信号源(38)の出力波形の振幅が徐
々に小さくなり、駆動回路(34)への振動信号の供給
が実質的に停止する。このため、ロックイン増幅器(3
3)を含む制御ループが実質的に遮断された状態になる
。t3時点からは温度制御装置(31)のみによる制御
状態となり、この制御はT 期間経過後のt4時点まで
に安定する。t5時点になると再び変調制御回路のスイ
ッチs Wがオフになるため、第4図(a)の振動信号
が再び発生する。
Next, the operation of the apparatuses shown in FIGS. 1 and 2 will be explained with reference to FIG. When the switch SW is turned off at time 1 in Figure 4, a state is obtained that satisfies the oscillation conditions, and Figure 4 (a)
For example, a signal source (3
The output of 8) is given to a drive circuit (34) via a line (44), and the drive current is modulated. The modulated current waveform of the laser diode used for wobbling control based on FIG. In the period t1-t, tS-t7, the ninth
In the case shown in the figure, the drive current is modulated in the same way, and a stabilized frequency can be obtained with the same operation. In this case, the control loop including the lock-in amplifier (33) immediately starts stabilizing operation and stabilizes at t2 after the T3 period, t2-t3
During this period, a stable error signal is obtained from the lock-in amplifier (33). The stability of the output frequency during this period t2 to t3, that is, the stability of the optical frequency corresponding to the approximate center of the wobbling, is good, but as in the case of Fig. 9, the frequency changes periodically, so the coherent It is not possible to use this frequency output for devices that require light. t
At time 3, the switch SW shown in FIG. 2 is turned on,
When the oscillation conditions of the oscillator shown in Fig. 2 are no longer satisfied, the amplitude of the output waveform of the signal source (38) gradually decreases as shown in Fig. 4(a), and the vibration signal is supplied to the drive circuit (34). virtually ceases. For this reason, a lock-in amplifier (3
The control loop including 3) is substantially cut off. From time t3, the temperature control device (31) is in a controlled state only, and this control is stabilized by time t4 after the T period has elapsed. At time t5, the switch sW of the modulation control circuit is turned off again, so that the vibration signal shown in FIG. 4(a) is generated again.

この方式によれば、信号源(38)が動作している]゛
1期間には、温度制御ループと吸収スペクトル分光器及
びロックイン増幅器(33)を含む制御ループとの両方
の働きによって、20 kHz以下の短期(約1秒以下
)周波数案程度を得ることができ、信号源(38)の動
作が停止しているT2期間では、温度制御ループのみで
安定化しているので、2MHz以下の廻期安定度を得る
ことができる。なお、T1期間においては上記の20k
H2以下のウオブリングの略中心に対応する光周波数に
ついての安定度とは別に、周波数変調に基づいて、すな
わち、ウオブリングInのWt=がS/N(信号対雑音
比)の関係から小さく出来ないなめ、ウオブリング制御
の効果を得るためのレーザの発振周波数の最低変動範囲
は10MHz〜数十HH2である。停止期間T2におけ
る2 8H2以下の変動は、上記の変調の変動(10H
H2〜数十)IH2)より大幅に少なく、コヒーレント
光応用装置に使用可能である。この関係を第12図(a
)(b)に示す。
According to this system, the signal source (38) is in operation]. During one period, 20 It is possible to obtain a short-term (approximately 1 second or less) frequency proposal below kHz, and during the T2 period when the signal source (38) is not operating, it is stabilized only by the temperature control loop. period stability can be obtained. In addition, during the T1 period, the above 20k
Apart from the stability of the optical frequency corresponding to the approximate center of the wobbling below H2, there is a certain degree of stability that cannot be reduced based on frequency modulation, that is, Wt= of the wobbling In from the relationship of S/N (signal-to-noise ratio). The minimum variation range of the laser oscillation frequency to obtain the effect of wobbling control is 10 MHz to several tens of HH2. Fluctuations of 28H2 or less in the stop period T2 are caused by the above modulation fluctuations (10H2 or less).
H2~several tens) is significantly less than IH2) and can be used in coherent optical application devices. This relationship is shown in Figure 12 (a
) (b).

この方式では期間T と期間T2とで異なるりイブの安
定度を持った周波数出力が得られるので、用途に応じて
いずれか一方を抽出して使用することができるし、又時
分割で両方を使用することもできる。また、スイッチS
Wの操作により、期間T1を極めて長い時間とし、変調
出力な連続的に発生させることもできる。また期間T2
を極めて長い時間とし、無変調出力を連続的に発生させ
ることもできる。従って、一台の半導体レーザ装置を種
々の形懲で使用することができる。
In this method, frequency outputs with different stability levels can be obtained between period T and period T2, so either one can be extracted and used depending on the purpose, or both can be time-divided. You can also use Also, switch S
By manipulating W, the period T1 can be made extremely long, and modulated output can be generated continuously. Also period T2
It is also possible to make the period of time extremely long and to generate unmodulated output continuously. Therefore, one semiconductor laser device can be used in various ways.

[変形例コ 本発明は上述の実施例に限定されるものでなく、例えば
次の変形が可能なものである。
[Modifications] The present invention is not limited to the above-described embodiments, and for example, the following modifications are possible.

く1) 第5図に示す如く信号源(38〉の出力を制御
するために、制御回路(46a)をこの出力ラインに設
けてもよい。制御回路<46 a )は、出力ライン(
44)をグランドに接続するためのスイッチS Wと、
信号源(38)の振動信号のゼロクロス点に応答して第
6図(b)のスイッチ制御パルスを発生する制御パルス
発生回路〈47a)とから成る。第6図は、第5図の回
路を含む半導体レーザ装置の動作を示すものであり、第
6図(a)の振動信号は第6図(b)のT1期間のみで
発生している。この様に発生させれば、期間T とT2
との切り換え時点近傍での好ましくない波形歪が生じな
くなる。
1) In order to control the output of the signal source (38>), a control circuit (46a) may be provided on this output line as shown in FIG.
a switch SW for connecting 44) to ground;
It consists of a control pulse generation circuit (47a) that generates the switch control pulse shown in FIG. 6(b) in response to the zero-cross point of the vibration signal of the signal source (38). FIG. 6 shows the operation of a semiconductor laser device including the circuit of FIG. 5, and the vibration signal of FIG. 6(a) is generated only during the T1 period of FIG. 6(b). If it occurs like this, the periods T and T2
Undesirable waveform distortion near the time of switching between the current and the current state will no longer occur.

(2) 第7図に示す如く、(b)の制御パルスの立ち
上りを(a)の振動信号のゼロクロスに一致させ、立ち
下りは第4図の場合と同様にしてもよい。
(2) As shown in FIG. 7, the rise of the control pulse in (b) may be made to coincide with the zero cross of the vibration signal in (a), and the fall may be the same as in the case of FIG. 4.

(3) 第1図〜第4図に示す方式では、期間T2にお
いては最初の部分を除いて振動信号を停止させているが
、期間T2の全部において極めて微小振幅の振動信号を
発生させてもよい。
(3) In the methods shown in Figs. 1 to 4, the vibration signal is stopped during period T2 except for the first part, but even if a vibration signal of extremely small amplitude is generated during the entire period T2. good.

(4) 第1図では光スィッチ(48)を第4図の期間
T2に同期してオンにしているが、期間T2の中の任意
の一部でオンにするようにしてもよい、また、T とT
2との比率は所望の性能から許容される範囲で任意に変
えてもよい。
(4) In FIG. 1, the optical switch (48) is turned on in synchronization with the period T2 in FIG. 4, but it may be turned on at any part of the period T2. T and T
The ratio with 2 may be changed arbitrarily within an allowable range based on the desired performance.

(5) 期間T2においてロックイン増幅器(33)の
出力ライン(40)をゼロレベルにするための、又は期
間T2の直前の出力ライン(40)のレベルをホールド
するための特別な回路を設けてもよい。
(5) A special circuit is provided to bring the output line (40) of the lock-in amplifier (33) to zero level during period T2, or to hold the level of the output line (40) immediately before period T2. Good too.

(6) 安定な動作をするためには、レーザダイオード
(11)への光反射をできるだけ低減することが望まし
い。このため、光アイソレータの採用、光学素子の端面
の無反射コーティング及び斜研磨を行ったほうが良い。
(6) For stable operation, it is desirable to reduce light reflection to the laser diode (11) as much as possible. For this reason, it is better to employ an optical isolator, apply anti-reflection coating to the end face of the optical element, and perform oblique polishing.

(7) レーザダイオード(11)を通常のレーザダイ
オードよりも発振周波数スペクトル拡がりが狭くかつ連
続工光波長同調のできるDSMレーザダオード、たとえ
ば前述のDBR型レーザやDFB型レーザに置換すれば
、大幅な性能向上が期待できる。
(7) If the laser diode (11) is replaced with a DSM laser diode that has a narrower oscillation frequency spectrum spread than a normal laser diode and can be continuously tuned to optical wavelengths, such as the aforementioned DBR type laser or DFB type laser, the performance will be significantly improved. We can expect improvement.

(8) またホトダイオード<16)(17)をアバラ
ンシェホトダイオードや光電子増倍管に置換してもよい
(8) Also, the photodiode <16) (17) may be replaced with an avalanche photodiode or a photomultiplier tube.

(9) 信号源(38)をPLLを使用して構成しても
よい。
(9) The signal source (38) may be configured using a PLL.

(10) 期間T とT2とを時分割で使用すす るために、レーザダイオード(11)に2つの出力光路
を設けてもよい。
(10) The laser diode (11) may be provided with two output optical paths in order to use the periods T and T2 in a time-sharing manner.

(11) 信号源(38)の発振器をクロックに位相同
期発振させるものとしてもよい。
(11) The oscillator of the signal source (38) may be oscillated in phase synchronization with the clock.

(12) 第2図で、Rr−(X)、R1=oとしたい
わゆるターマン発振器を構成し、その振幅条件A=3に
着目して、たとえば演算増幅器(50)の電源電圧制御
で発信を制御してもよい。この電源電圧の制御は、第4
図(b)の制御パルスに同期させて行う。
(12) In Fig. 2, a so-called Terman oscillator is configured with Rr-(X) and R1=o, and focusing on the amplitude condition A=3, oscillation is performed by controlling the power supply voltage of the operational amplifier (50), for example. May be controlled. This power supply voltage control is performed by the fourth
This is done in synchronization with the control pulse shown in Figure (b).

(13) 第1図の割算器(15)の代わりに減算器を
設け、V   Vaを求めてもよい。
(13) A subtracter may be provided in place of the divider (15) in FIG. 1 to obtain V Va.

[発明の効果] 上述から明らかな如く、本発明では、半導体レーザの駆
動電流を変調制御する期間と変調を停止又は微弱化する
期間とを交互に配置した。このなめ、変調を停止又は微
弱化する期間においては、変調に起因する周波数変動を
伴わない光出力を得ることができる。また変調制御期間
に安定化された状態を変調停止又は微弱死期I?51ま
で実質的に継続させることが可能になり、この期間にお
いても安定度が良くなる。従って変調停止又は微弱化期
間の半導体レーザの出力光をコヒーレント光応用装置の
光源として使用することができる。また、変調出力用も
差し支えない装置又は変調出力を要求する装置がある場
合には、変調期間の半導体レーザの出力光をこれ等の光
源として使用することができる。すなわち、1台の半導
体レーザ装置を2種類の光源として使用することが可能
になり応用範囲が広がる。
[Effects of the Invention] As is clear from the above, in the present invention, periods in which the driving current of the semiconductor laser is modulated and controlled and periods in which the modulation is stopped or weakened are arranged alternately. For this reason, during the period when modulation is stopped or weakened, it is possible to obtain optical output without frequency fluctuations caused by modulation. Also, is the state stabilized during the modulation control period modulation stopped or weak death stage I? It becomes possible to substantially continue up to 51, and the stability is improved even during this period. Therefore, the output light of the semiconductor laser during the modulation stop or weakening period can be used as a light source for a coherent optical application device. Furthermore, if there is a device that can be used for modulated output or a device that requires modulated output, the output light of the semiconductor laser during the modulation period can be used as a light source for these devices. That is, it becomes possible to use one semiconductor laser device as two types of light sources, expanding the range of applications.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明の実施例に係わる半導体レーザ装置を示
すブロック図、 第2図は第1図の信号源及び変調制御回路を示す回路図
、 第3図は第1図の温度制御装置を示す回路図、第4図は
第1図及び第2図の各部の状態を示す波形図、 第5図は変形例の信号源及び変調制御回路を示すブロッ
ク図、 第6図及び第7図は変形例の動作を説明するための波形
図、 第8図は従来の半導体レーザ装置を示すブロック図、 第9図は従来の別の半導体レーザ装置を示すブロック図
、 第10図は第9図のロックイン増幅器の概略を示すブロ
ック図、 第11図は第9図のレーザダイオードの駆動電流を示す
波形図である。 第12図は周波数安定化した場合の周波数変動範囲を示
す図であり、第12図(a)はウオブリングによる光周
波数変動範囲を示し、第12図(b)はウオブリングを
停止した時の光周波数変動範囲を示す図である。 (11)・・・レーザダイオード、(31)・・・温度
制御装置、(33)・・・ロックイン増幅器、(34)
・・・駆動回路、(38)・・・信号源、(46)・・
・変調制御回路、(48〉・・・光スィッチ。
1 is a block diagram showing a semiconductor laser device according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a circuit diagram showing the signal source and modulation control circuit of FIG. 1, and FIG. 3 is a circuit diagram showing the temperature control device of FIG. 1. 4 is a waveform diagram showing the state of each part in FIGS. 1 and 2, FIG. 5 is a block diagram showing a modified example of the signal source and modulation control circuit, and FIGS. 6 and 7 are A waveform diagram for explaining the operation of the modified example, FIG. 8 is a block diagram showing a conventional semiconductor laser device, FIG. 9 is a block diagram showing another conventional semiconductor laser device, and FIG. 10 is a block diagram of the conventional semiconductor laser device. FIG. 11 is a block diagram schematically showing the lock-in amplifier; FIG. 11 is a waveform diagram showing the driving current of the laser diode shown in FIG. 9; Figure 12 is a diagram showing the frequency fluctuation range when the frequency is stabilized, Figure 12 (a) shows the optical frequency fluctuation range due to wobbling, and Figure 12 (b) shows the optical frequency when wobbling is stopped. It is a figure showing a fluctuation range. (11)...Laser diode, (31)...Temperature control device, (33)...Lock-in amplifier, (34)
...Drive circuit, (38)...Signal source, (46)...
- Modulation control circuit, (48>...optical switch.

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)半導体レーザと、 帰還制御によつて前記半導体レーザの温度を所定値に制
御する温度制御装置と 原子又は分子の吸収スペクトル分光器を含み、前記半導
体レーザの出力光の周波数と周波数基準となる周波数と
の周波数差を前記吸収スペクトルの吸収レベル差として
検出するための弁別信号を得る光周波数弁別器と、 前記半導体レーザの駆動電流を微小振動させるための振
動信号を発生させる振動信号源と、前記光周波数弁別器
と前記振動信号源とに接続され、前記弁別信号と前記振
動信号との位相差に対応する信号(誤差信号)を出力す
る位相差対応信号形成回路と、 前記位相差対応信号形成回路と前記振動信号源とにそれ
ぞれ接続され、前記振動信号で変調され且つ前記位相差
に対応する信号で負帰還制御された駆動電流を前記半導
体レーザに供給する駆動回路と、 を有する半導体レーザ装置において、 前記振動信号源から前記駆動回路に供給する振動信号を
所定時間だけ停止又は極めて微弱化する制御手段を設け
たことを特徴とする半導体レーザ装置。
(1) includes a semiconductor laser, a temperature control device that controls the temperature of the semiconductor laser to a predetermined value through feedback control, and an atomic or molecular absorption spectrum spectrometer, and the frequency of the output light of the semiconductor laser and the frequency reference; an optical frequency discriminator that obtains a discrimination signal for detecting a frequency difference with a frequency as an absorption level difference in the absorption spectrum; and a vibration signal source that generates a vibration signal for micro-vibrating the driving current of the semiconductor laser. , a phase difference compatible signal forming circuit connected to the optical frequency discriminator and the vibration signal source and outputting a signal (error signal) corresponding to the phase difference between the discrimination signal and the vibration signal; a drive circuit connected to the signal forming circuit and the vibration signal source, and supplying the semiconductor laser with a drive current that is modulated by the vibration signal and controlled by negative feedback with a signal corresponding to the phase difference; What is claimed is: 1. A semiconductor laser device, comprising: a control means for stopping or extremely weakening a vibration signal supplied from the vibration signal source to the drive circuit for a predetermined period of time.
(2)前記振動信号源が発振器を含み、前記制御手段が
前記発振器の発振条件を切り換える手段であることを特
徴とする特許請求の範囲第1項記載の半導体レーザ装置
(2) The semiconductor laser device according to claim 1, wherein the vibration signal source includes an oscillator, and the control means is means for switching oscillation conditions of the oscillator.
(3)前記位相差信号形成回路がロック・イン増幅器で
ある特許請求の範囲第1項又は第2項記載の半導体レー
ザ装置。
(3) The semiconductor laser device according to claim 1 or 2, wherein the phase difference signal forming circuit is a lock-in amplifier.
JP20771486A 1986-09-05 1986-09-05 Semiconductor laser device Pending JPS6364380A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP20771486A JPS6364380A (en) 1986-09-05 1986-09-05 Semiconductor laser device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP20771486A JPS6364380A (en) 1986-09-05 1986-09-05 Semiconductor laser device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPS6364380A true JPS6364380A (en) 1988-03-22

Family

ID=16544344

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP20771486A Pending JPS6364380A (en) 1986-09-05 1986-09-05 Semiconductor laser device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPS6364380A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019058482A1 (en) 2017-09-21 2019-03-28 パイオニア株式会社 Optical measurement device, optical measurement method, computer program, and recording medium

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019058482A1 (en) 2017-09-21 2019-03-28 パイオニア株式会社 Optical measurement device, optical measurement method, computer program, and recording medium

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4583228A (en) Frequency stabilization of lasers
US4745606A (en) Dual-wavelength laser apparatus
US7248609B2 (en) Amplified beam source
JPH05327105A (en) Light source equipment of stabilized wavelength
US4872754A (en) Constant frequency digital closed-loop optical fiber gyro
JPH067615B2 (en) Method and device for automatic frequency control of semiconductor laser
JP2744728B2 (en) Gas concentration measuring method and its measuring device
JPS6364380A (en) Semiconductor laser device
EP1547211B1 (en) Frequency stabilized laser system comprising phase modulation of backscattered light
JPS6364381A (en) Semiconductor laser device
JPH05264446A (en) Gas detector
KR940010168B1 (en) Laser frequency controlling apparatus and method the same
JPH01219583A (en) Distance measuring instrument
JPH0296388A (en) Wavelength stabilized light source
JPH067099B2 (en) Gas sensor using tunable etalon
JPH026236B2 (en)
JP2006039426A (en) Optical frequency comb generator controller
JP2687556B2 (en) Frequency stabilized semiconductor laser device
JPH067100B2 (en) Gas concentration pressure detection method using tunable etalon
JPH0228981A (en) Frequency stabilizer for variable wavelength laser
CN116073226A (en) Laser bias frequency stabilization device and method based on four-wave mixing ultra-narrow spectrum
JPS61181183A (en) Optical frequency modulation method
SU1404811A1 (en) Stabilized interferometer
JPS63289980A (en) Light source device for semiconductor laser
JPH0644656B2 (en) Frequency stabilized semiconductor laser device