JP2602543B2 - 発振波長安定化半導体レーザ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 本発明は、光通信や光計測における波長基準光源とし
て用いられる半導体レーザ装置であって、高精度で安定
化した発振波長を得る半導体レーザ装置に関する。

＜従来の技術＞ コヒーレント光通信や高精度光計測にあっては、その
性質上極めて高精度で安定した発振波長を有する光源が
必要になる。

かかる光源を得るに当たっては、原子又は分子気体の
共鳴吸収線を基準にしてこの基準にレーザ光を同期させ
安定化させるレーザ装置の利用があげられる。

第３図は、この種の発振波長安定化レーザ装置の一例
の構成図である。第３図において、１は半導体レーザ、
２は半導体レーザ１による光を平行光にするレンズ、３
はこの平行光が通過し特定波長の光のみを吸収する原子
または分子気体を封入した吸収セル、４は吸収セル３を
通過した平行光を集光するためのレンズ、５はレンズ４
による集光光量を光電変換して電気信号として取出す受
光部、６は受光部５の電気信号を半導体レーザ１に戻し
て共鳴吸収線に同期させるよう処理するための帰還回路
である。この場合、従来吸収セル３としては10cmから1m
の長さのものが通常用いられている。

かかる装置にあって、半導体レーザ１の出射光は、そ
の特定波長が吸収セル３にて吸収された後受光部５にて
検出され、ついで受光光量に相応して電気信号は帰還回
路６によって戻されて半導体レーザ１の注入電流が調整
され、この半導体レーザ１の発振波長と吸収セル３の封
入気体の吸収線とが同期をとられ安定化させるというも
のである。

＜発明が解決しようとする課題＞ ところが上述の如きレーザ装置にあっては、レンズ
２、４や吸収セル３の微小な位置変化が生じた場合、吸
収セル３が長くまたレンズ２、４や吸収セル３が別別に
構成され配置されている等の構造に起因して、吸収セル
３内の光吸収強度に変化が生じたり、位置変化による光
束のゆらぎで受光部５での受光光量が変化するという事
態が生じている。

また、この問題を除くため半導体レーザ１、レンズ
２、吸収セル３、レンズ４、受光部５を強靭な固定盤上
に設置することも考えられるが、装置の大型化や大重量
化のため、装置構成上好ましい解決策となっていない。

本発明は、上述の課題に鑑み装置の大型化や大重量化
をしないで、光吸収強度を高め受光光量を変化させない
ようにした発振波長安定化半導体レーザ装置の提供を目
的とする。

＜課題を解決するための手段＞ 上述の目的を達成する本発明は、特定の波長光のみを
吸収する原子又は分子気体を封入した吸収セルを介して
半導体レーザによる光を受光部に至らしめ、この受光部
での検出光量に対応する電気信号を帰還回路を介して上
記半導体レーザに戻す発振波長安定化半導体レーザ装置
において、上記吸収セルの光の入射面に集光レンズを備
え、この集光レンズにて光を上記吸収セルの光の出射面
に向けて集光させ、上記吸収セルの光の出射面に直接又
は隣接して上記受光部を備えたことを特徴とする。

＜作用＞ 吸収セルの入射面に集光レンズを備え吸収セルの出射
面付近に受光部を備えて、集光、吸収、受光の各部を一
体化し、レンズ、吸収セル、受光部個別の位置変化をな
くしてしかも光を吸収セル内にて絞るようにしたことに
より、受光光量を変化させずに受光感度を上げると共に
光吸収強度をできるだけ高めることができた。

＜実施例＞ ここで、第１図および第２図を参照して本発明の実施
例を説明する。第１図は本実施例の発振波長安定化半導
体レーザ装置の全体構成を示す。

半導体レーザ11の出射光17は一体化された集光レンズ
12、吸収セル13、受光部15に入射される。ここで集光レ
ンズ12は、吸収セル13の一端部である入射面に取付けら
れており、レーザ11の出射光17を吸収セル13の他端部で
ある光出射面に向けて集光させるものである。

光入射面に集光レンズ12が取付けられた吸収セル13
は、特定の波長光のみを吸収する原子又は分子気体（光
吸収性気体）が封入されており、例えばアセチレン、ア
ンモニアガス、メタンガス、二酸化炭素等が光吸収ガス
として封入されている。

吸収セル13の他端部である光出射面には、受光部15が
取付けられており、吸収セル13にて特定波長が吸収され
たレーザ光の受光光量を電気信号18にへんかんする光電
変換部を含む光検出器が備えられている。

第１図に示す例においては集光レンズ12、受光部15が
吸収セル13の両端部に固着されて一体化した構造を示し
ており、いわば集光レンズ12、受光部15自体が吸収セル
13の気密封止栓となっている構成となっている。したが
って、集光レンズ12、吸収セル13、受光部15は相互の位
置ずれがなく一体構造のものである。

第１図は、この一体構造のものとして第２図（ａ）に
示すように集光レンズ12につき球面レンズを用いた例を
示している。

しかし、その他第２図（ｂ）に示すように半球面レン
ズとか第２図（ｃ）に示すようにロッドレンズを用いる
応用もできる。

第１図、第２図（ａ）（ｂ）（ｃ）では、受光部15を
吸収セル13の光の出射面に取付けた構成としているが、
この光の出射面付近に受光部15が取付けられれば換言す
れば出射面に隣接して受光部15が取付けられれば、取付
け位置の限定は特別要しない。

第２図に戻り受光部15の光検出器による光電変換後の
電気信号18は、発振波長安定化用帰還回路16に送られ、
半導体レーザ11の注入電流が調整され処理される。

この結果、半導体レーザ11の発振波長が吸収セル13内
の封入気体の吸収線に同期され、この波長の安定化が図
れる。なお、19は安定光である。

（具体例） 例えば、第１図の装置構成において、半導体レーザ11
として波長1.5300μｍで発振するInGaAsP系の分布帰還
型半導体レーザ（DFB型LD）を使用し、また、セル長1cm
の吸収セル13に、吸収気体としてアセチレンを1Torr封
入した場合、このアセチレンの1.5315μｍの吸収線（半
値全幅800MHz、吸収強度50％）を利用して前記半導体レ
ーザ11を吸収線に波長同期させた。この構成系を使い半
導体レーザの中心発振波長の変動を１×10^-14Å（光周
波数にして1MHz）以下に抑えることができた。

＜発明の効果＞ 以上、説明したように、本発明によれば半導体レーザ
の発振波長を極めて高精度で所定の波長に同期し、安定
化することができるという効果がある。また、本発明の
発振波長安定化レーザそうちは、光学系の安定性に優
れ、小型化も可能であることから、コヒーレント光通信
における波長標準光源や光計測における光源として利用
できる利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例の発振波長安定化半導体レ
ーザ装置の全体の構成ブロック図、第２図は、前記第１
図の実施例中の光吸収セルの一体構造の３つの例の構成
図、第３図は、従来の吸収セルを用いた発振波長安定化
半導体レーザ装置を示す構成ブロック図である。 図中、 ３、13……光吸収性気体を封入した中空ガラス管の吸収
セル、 ２、12……集光レンズ、 ５、15……受光部、 １、11……半導体レーザ、 ６、16……発振波長安定化用帰還回路 である。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】特定の波長光のみを吸収する原子又は分子
   気体を封入した吸収セルを介して半導体レーザによる光
   を受光部に至らしめ、この受光部での検出光量に対応す
   る電気信号を帰還回路を介して上記半導体レーザに戻す
   発振波長安定化半導体レーザ装置において、 上記吸収セルの光の入射面に集光レンズを備え、 この集光レンズにて光を上記吸収セルの光の出射面に向
   けて集光させ、 上記光の出射面に直接又は隣接して上記受光部を備え
   た、 ことを特徴とする発振波長安定化半導体レーザ装置。