JP2612919B2 - Laser oscillation frequency stabilizer - Google Patents

Laser oscillation frequency stabilizer

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JP2612919B2
JP2612919B2 JP30421388A JP30421388A JP2612919B2 JP 2612919 B2 JP2612919 B2 JP 2612919B2 JP 30421388 A JP30421388 A JP 30421388A JP 30421388 A JP30421388 A JP 30421388A JP 2612919 B2 JP2612919 B2 JP 2612919B2
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【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、レーザの発振周波数を、共振器や原子・分
子の吸収スペクトル等の光の周波数基準を用いて安定化
するレーザ発振周波数安定化装置に関するものである。
The present invention relates to a laser oscillation frequency stabilization for stabilizing a laser oscillation frequency using a light frequency reference such as a resonator or an absorption spectrum of atoms and molecules. It concerns the device.

(従来の技術) 従来、原子・分子の吸収スペクトルや光干渉計等を外
部の周波数基準として用いて、周波数基準の透過率が極
大若しくは極小となる光周波数の値にレーザの発振周波
数を安定化する場合には、被安定化レーザの発振周波数
を周期的に変化させる、いわゆるFM変調をかける方法が
採用されている。
(Prior art) Conventionally, the oscillation frequency of a laser is stabilized at an optical frequency value at which the transmittance of the frequency reference becomes maximum or minimum using an absorption spectrum of atoms and molecules, an optical interferometer, etc. as an external frequency reference. In this case, a method of periodically changing the oscillation frequency of the laser to be stabilized, that is, so-called FM modulation, is employed.

第2図は、この方法を適用したレーザ発振周波数安定
化装置の第1の従来例を示す構成図である(例えば、信
学技法OQE88−1 吉田他『周波性制御された半導体レ
ーザの周波数確度及び安定度の評価』参照)。
FIG. 2 is a block diagram showing a first conventional example of a laser oscillation frequency stabilizing device to which this method is applied (for example, IEICE OQE88-1 Yoshida et al., “Frequency Accuracy of Semiconductor Laser with Frequency Controlled” And stability evaluation ”).

この第1の従来例においては、被安定化半導体レーザ
1の出力光は、そのバイアス電流に低周波信号発振器2
からの微小電流を重畳することによって、FM変調がかけ
られている。その出力光を光カプラ3で二つに分岐し、
このうちの一の分岐光を光の周波数基準4に入力させた
後、受光器5で光電変換を行なう。これにより、光の周
波数基準4の透過率の周波数依存性によって、光の周波
数変化が光の強度変化に変換されるため、受光器5の出
力信号を、低周波信号発振器2の出力周波数を利用し
て、ロックインアンプ6で同期検波することにより、透
過率の微分特性に相当する出力が得られる。
In the first conventional example, the output light of the stabilized semiconductor laser 1 is supplied to the low-frequency signal oscillator 2 by the bias current.
FM modulation is performed by superimposing a very small current from. The output light is split into two by the optical coupler 3,
After one of the split lights is input to the light frequency reference 4, photoelectric conversion is performed by the light receiver 5. As a result, a change in the light frequency is converted into a change in the light intensity due to the frequency dependence of the transmittance of the light frequency reference 4, so that the output signal of the light receiver 5 is used as the output frequency of the low-frequency signal oscillator 2. Then, by performing synchronous detection by the lock-in amplifier 6, an output corresponding to the differential characteristic of the transmittance is obtained.

即ち、FM変調されたレーザの中心周波数が、透過率の
極大若しくは極小に一致する場合には出力が「0」、そ
れよりも高い場合若しくは低い場合には符号が反転した
出力が得られる。これを誤差信号esとして、被安定化半
導体レーザ1へのバイアス電流を制御するバイアス電流
制御回路7を用いて、常に出力が「0」となるように、
いわゆるフィードバック制御を行なうことにより、光の
周波数基準4への発振周波数安定化が実現される。
That is, when the center frequency of the FM-modulated laser coincides with the maximum or minimum of the transmittance, the output is “0”, and when the center frequency is higher or lower, the output is inverted. Using this as an error signal es, a bias current control circuit 7 for controlling a bias current to the stabilized semiconductor laser 1 is used so that the output is always “0”.
By performing so-called feedback control, stabilization of the oscillation frequency of the light to the frequency reference 4 is realized.

また、高い周波数感度を得るための光周波数基準とし
ては、その透過率が極大若しくは極小となる周波数が長
期的に安定でなければならず、短波長帯の半導体レーザ
ではルビジウム蒸気、セシウム蒸気の吸収スペクトルが
利用されている。特に、これらのアルカリ金属蒸気の飽
和吸収スペクトルを利用すると、吸収スペクトル幅が10
MHz以下と狭く、より高感度での周波数安定化が可能に
なる。
In addition, as an optical frequency standard for obtaining high frequency sensitivity, the frequency at which the transmittance is maximum or minimum must be stable for a long period of time. For a semiconductor laser in a short wavelength band, absorption of rubidium vapor and cesium vapor is required. The spectrum is used. In particular, when the saturated absorption spectrum of these alkali metal vapors is used, the absorption spectrum width becomes 10
It is as narrow as MHz or less, and frequency stabilization with higher sensitivity becomes possible.

第3図は、第2の従来例を示す構成図であって、0.79
5μmでのルビジウム蒸気の飽和吸収スペクトルを用い
たレーザ発振周波数安定化装置の構成を示している(El
ectronics Letters Vol.24 No.13 1988 C.G.Barwood et
al.)。図中、1は被安定化半導体レーザ、2は低周波
信号発振器、6はロックインアンプ、7はバイアス電流
制御回路で、第2図と同一構成部分を表わしている。
FIG. 3 is a block diagram showing a second conventional example, in which 0.79
The configuration of a laser oscillation frequency stabilizing device using the saturated absorption spectrum of rubidium vapor at 5 μm is shown (El
ectronics Letters Vol.24 No.13 1988 CGBarwood et
al.). In the figure, 1 is a stabilized semiconductor laser, 2 is a low frequency signal oscillator, 6 is a lock-in amplifier, and 7 is a bias current control circuit, which represents the same components as in FIG.

この第2の従来例においては、被安定化半導体レーザ
1の出力光がビームスプリッタ8で二つに分岐され、そ
のうちの一の分岐光が、さらにビームスプリッタ9で飽
和光sb、探索光hb、参照光rbの三つの光に分割される。
飽和光sbはミラー10によって反射され、ビームスプリッ
タ11を透過した成分が、ルビジウム蒸気を封入したセル
12に入力する。一方、探索光hbと参照光rbはミラー13に
よって反射され、セル12に飽和光sbとは逆方向から入力
する。このとき、探索光hbは飽和光sbと重なるように入
力される。
In the second conventional example, the output light of the stabilized semiconductor laser 1 is split into two by a beam splitter 8, and one of the split lights is further split by a beam splitter 9 into a saturated light sb, a search light hb, It is split into three beams of reference beam rb.
The saturated light sb is reflected by the mirror 10 and the component transmitted through the beam splitter 11 is converted into a cell containing rubidium vapor.
Enter in 12. On the other hand, the search light hb and the reference light rb are reflected by the mirror 13 and enter the cell 12 from the opposite direction to the saturation light sb. At this time, the search light hb is input so as to overlap with the saturated light sb.

セル12を透過した探索光sbと参照光rbは、ビームスプ
リッタ11で反射され、それぞれ受光器13a,13bで検出さ
れる。このとき、飽和吸収スペクトルが受光器13aの出
力によって検出されるとともに、探索光hbにFM変調がか
かっているために線形吸収スペクトルの影響も同時に検
出される。このため、次段の引算器(あるいは割算器)
14において、受光器13bの出力を利用してその影響が取
り除かれる。さらに、被安定化半導体レーザ1に直接FM
変調をかける際にAM変調も同時にかかってしまうので、
その影響によって吸収スペクトルのピークからずれた周
波数値で安定化されてしまう、いわゆるオフセットが発
生する事態を防ぐため、第3高調波発生手段15による低
周波数信号発振器2の第3高調波を用いてロックインア
ンプ6で同期検波し、飽和吸収スペクトルの3次の微分
信号を検出して誤差信号esを発生する。この誤差信号es
の入力に基づいて、バイアス電流制御回路7により被安
定化半導体レーザ1の発振周波数の安定化を行なってい
る。
The search light sb and the reference light rb transmitted through the cell 12 are reflected by the beam splitter 11 and detected by the light receivers 13a and 13b, respectively. At this time, the saturated absorption spectrum is detected by the output of the photodetector 13a, and the influence of the linear absorption spectrum is simultaneously detected because the search light hb is FM-modulated. Therefore, the next-stage subtractor (or divider)
At 14, the effect is removed using the output of the light receiver 13b. In addition, FM is directly applied to the stabilized semiconductor laser 1.
When applying modulation, AM modulation is also applied at the same time,
In order to prevent the occurrence of so-called offset, which is stabilized at a frequency value shifted from the peak of the absorption spectrum due to the influence, the third harmonic of the low frequency signal oscillator 2 by the third harmonic generation means 15 is used. The lock-in amplifier 6 performs synchronous detection, detects a third-order differential signal of the saturated absorption spectrum, and generates an error signal es. This error signal es
The oscillation frequency of the stabilized semiconductor laser 1 is stabilized by the bias current control circuit 7 based on the input.

また、波長1.5μm帯には、アルカリ金属蒸気の吸収
スペクトルのように、吸収量が大きく、かつ、周波数の
安定化容易な光の周波数基準が存在しないため、第2高
調波発生手段を用いて0.78μmのルビジウム原子吸収ス
ペクトルを利用する方法が検討されている(例えば、特
願昭63−137494号)。第4図は、この原理を採用した第
3の従来例を示す構成図である。図中、2は低周波信号
発振器、5は受光器、6はロックインアンプ、7はバイ
アス電流制御回路で、第2図と同一構成部分を表わして
いる。
Further, in the 1.5 μm wavelength band, as in the absorption spectrum of alkali metal vapor, the amount of absorption is large and there is no frequency reference for light whose frequency can be easily stabilized. A method utilizing a rubidium atomic absorption spectrum of 0.78 μm has been studied (for example, Japanese Patent Application No. 63-137494). FIG. 4 is a configuration diagram showing a third conventional example employing this principle. In the figure, 2 is a low frequency signal oscillator, 5 is a photodetector, 6 is a lock-in amplifier, 7 is a bias current control circuit, which represents the same components as in FIG.

この第3の従来例においては、波長1.56μm近傍で発
振する被安定化半導体レーザ16の出力光がビームスプリ
ッタ17で二つに分岐され、このうちの一の分岐光が非線
形光学素子で構成される第2高調波発生手段18に入力し
て0.78μmの光出力を得る。この第2高調波発生手段18
の出力光は、ルビジウムを封入したセル19に入力する。
次に、セル19を透過した出力光は、受光器5で検出され
る。これにより、ルビジウム原子吸収スペクトルが検出
され、前述と同様、受光器5の出力信号を、低周波信号
発振器2の出力周波数を利用してロックインアンプ6で
同期検波し、誤差信号esを発生する。これにより、1.56
μm帯被安定化半導体レーザ16の発振周波数を安定化す
ることができる。
In the third conventional example, output light of a stabilized semiconductor laser 16 oscillating at a wavelength of about 1.56 μm is split into two by a beam splitter 17, and one of the split lights is constituted by a nonlinear optical element. Input to the second harmonic generation means 18 to obtain an optical output of 0.78 μm. This second harmonic generation means 18
Is input to a cell 19 containing rubidium.
Next, the output light transmitted through the cell 19 is detected by the light receiver 5. As a result, the rubidium atomic absorption spectrum is detected, and the output signal of the optical receiver 5 is synchronously detected by the lock-in amplifier 6 using the output frequency of the low frequency signal oscillator 2 to generate an error signal es, as described above. . This gives 1.56
The oscillation frequency of the stabilized semiconductor laser 16 in the μm band can be stabilized.

(発明が解決しようとする課題) しかしながら、上記第1の従来例では、被安定化半導
体レーザ1にFM変調をかけて、光の周波数基準4からの
制御用の誤差信号esを検出し発生しているので、無変調
の光出力を得ることができず、この装置を光通信等に利
用する場合に、問題の発生する恐れがある。また、S/N
の良い誤差信号esを検出して高い周波数安定化・確度を
実現するためには、光の周波数基準4に強い光パワーを
入力させる必要があり、装置外部に取り出せる光出力が
制限されてしまうという問題点を有している。
(Problems to be Solved by the Invention) However, in the first conventional example, FM modulation is performed on the stabilized semiconductor laser 1 to detect and generate an error signal es for control from the optical frequency reference 4. Therefore, a non-modulated optical output cannot be obtained, and a problem may occur when this device is used for optical communication or the like. Also, S / N
In order to detect a good error signal es and realize high frequency stabilization and accuracy, it is necessary to input strong optical power to the optical frequency reference 4, which limits the optical output that can be extracted outside the device. Has problems.

また、第2の従来例では、無変調の光出力を得ること
ができないという欠点に加えて、線形吸収スペクトルの
影響を取り除くために参照光rbを利用する必要があり、
装置の複雑化を招くとともに、引算器14の精度やその特
性のドリフトのため、あるいは3次の微分信号が1次の
微分信号に比べてS/Nが悪いため、周波数安定度・確度
が制限されてしまうという問題点を有している。
Further, in the second conventional example, in addition to the disadvantage that an unmodulated optical output cannot be obtained, it is necessary to use the reference light rb to remove the influence of the linear absorption spectrum,
The frequency stability and accuracy are reduced due to the complexity of the device and the drift of the accuracy and characteristics of the subtractor 14 or the poor S / N ratio of the third-order differential signal compared to the first-order differential signal. There is a problem of being restricted.

さらに、第3の従来例では、上記したような種々の欠
点に加えて、第2高調波発生手段18の変換効率に周波数
安定度・確度が影響され、変換効率が小さい場合、検出
される誤差信号esのS/Nが低くなり、高い周波数安定度
・確度を得ることが困難となる。従って、大きな変換効
率を有する第2高調波発生手段が必要不可欠となり、採
用できる第2高調波発生手段が制限されてしまうという
問題点がある。
Further, in the third conventional example, in addition to the various disadvantages described above, the frequency stability and accuracy are affected by the conversion efficiency of the second harmonic generation means 18, and when the conversion efficiency is small, the detected error is small. The S / N of the signal es becomes low, making it difficult to obtain high frequency stability and accuracy. Therefore, the second harmonic generation means having a large conversion efficiency is indispensable, and there is a problem that the second harmonic generation means that can be used is limited.

本発明の目的は、上記問題点に鑑み、無変調で、しか
も光パワーの大きな被安定化光出力を得ることができる
とともに、構成要素の性能に左右されることなく安定し
た光出力を得ることのできる優れたレーザ発振周波数安
定化装置を提供することにある。
In view of the above problems, it is an object of the present invention to obtain a stabilized optical output without modulation and with a large optical power, and to obtain a stable optical output without being affected by the performance of components. It is an object of the present invention to provide an excellent laser oscillation frequency stabilizing device that can perform the above operation.

(課題を解決するための手段) 上記目的を達成するため、請求項(1)によれば、所
定の周波数近傍で発振するレーザの発振周波数を安定化
するレーザ発振周波数安定化装置において、第1の誤差
信号の入力により前記レーザの発振周波数を所定の周波
数基準に追従させる第1の発振周波数制御回路と、前記
レーザの出力光を分岐する第1の光分岐手段とからなる
レーザ発振周波数制御部と、所定の周波数近傍で発振す
る参照レーザと、該参照レーザの出力光を分岐する第2
の光分岐手段と、該第2の光分岐手段による一の分岐光
と前記第1の光分岐手段による一の分岐光を合波しビー
ト信号を検出するビート信号検出部と、所定周期の信号
を発振する信号発振器と、該信号発振器の出力信号の入
力に応じて周波数を変化させた基準信号を発振する基準
信号発振器と、該基準信号と前記ビート信号を比較し両
信号の位相差または周波数差に応じた第2の誤差信号を
発生する比較器と、該第2の誤差信号の入力により前記
参照レーザの発振周波数を前記レーザの発振周波数及び
前記基準信号発振器の出力周波数の変化に追従させる第
2の発振周波数制御回路とからなる参照レーザ発振周波
数制御部と、前記第2の光分岐手段による他の分岐光の
入力により該分岐光の周波数と所定の周波数基準とが一
致した際に極大若しくは極小となる検出信号を発生する
周波数差検出部と、該検出信号中から前記信号発振器の
出力信号に同期した成分を検出し前記第1の誤差信号と
して出力する同期検波部とからなる誤差信号発生部とを
備えた。
(Means for Solving the Problems) To achieve the above object, according to claim (1), in a laser oscillation frequency stabilizing device for stabilizing the oscillation frequency of a laser oscillating near a predetermined frequency, A laser oscillation frequency control unit comprising: a first oscillation frequency control circuit that causes the oscillation frequency of the laser to follow a predetermined frequency reference in response to the input of the error signal; and a first optical branching unit that branches the output light of the laser. A reference laser that oscillates around a predetermined frequency, and a second laser that branches output light of the reference laser.
An optical branching unit, a beat signal detecting unit for multiplexing one branch light by the second optical branching unit and one branch light by the first optical branching unit and detecting a beat signal, A signal oscillator that oscillates a signal, a reference signal oscillator that oscillates a reference signal whose frequency is changed according to the input of an output signal of the signal oscillator, and compares the reference signal and the beat signal to determine the phase difference or frequency of both signals. A comparator for generating a second error signal corresponding to the difference, and inputting the second error signal to cause the oscillation frequency of the reference laser to follow changes in the oscillation frequency of the laser and the output frequency of the reference signal oscillator. A reference laser oscillation frequency control unit comprising a second oscillation frequency control circuit, and a maximum when the frequency of the split light matches a predetermined frequency reference due to the input of another split light by the second optical splitting means. Young An error comprising a frequency difference detecting section for generating a detection signal which is minimized, and a synchronous detecting section for detecting a component synchronized with the output signal of the signal oscillator from the detection signal and outputting the detected signal as the first error signal. A signal generator.

また、請求項(2)によれば、所定の周波数近傍で発
振するレーザの発振周波数を安定化するレーザ発振周波
数安定化装置において、第1の誤差信号の入力により前
記レーザの発振周波数を所定の周波数基準に追従させる
第1の発振周波数制御回路と、前記レーザの出力光を分
岐する第1の光分岐手段とからなるレーザ発振周波数制
御部と、所定の周波数近傍で発振する参照レーザと、該
参照レーザの出力光を分岐する第2の光分岐手段と、該
第2の光分岐手段による一の分岐光と前記第1の光分岐
手段による一の分岐光を合波しビート信号を検出するビ
ート信号検出部と、所定周期の信号を発振する信号発振
器と、該信号発振器の出力信号の入力に応じて周波数を
変化させた基準信号を発振する基準信号発振器と、該基
準信号と前記ビート信号を比較し両信号の位相差または
周波数差に応じた第2の誤差信号を発生する比較器と、
該第2の誤差信号の入力により前記参照レーザの発振周
波数を前記レーザの発振周波数及び前記基準信号発振器
の出力周波数の変化に追従させる第2の発振周波数制御
回路とからなる参照レーザ発振周波数制御部と、前記第
1の光分岐手段の他の分岐光を分岐する第3の光分岐手
段と、前記第2の光分岐手段による他の分岐光及び前記
第3の光分岐手段による分岐光の入力により該2つの分
岐光の周波数の差の1/2だけ所定の周波数基準からシフ
トした周波数と該第3の光分岐手段による分岐光の周波
数とが一致した際に極大若しくは極小となる検出信号を
発生する周波数差検出部と、該検出信号中から前記信号
発振器の出力信号に同期した成分を検出し前記第1の誤
差信号として出力する同期検波部とからなる誤差信号発
生部とを備えた。
According to a second aspect of the present invention, in the laser oscillation frequency stabilizing device for stabilizing the oscillation frequency of a laser that oscillates near a predetermined frequency, the oscillation frequency of the laser is set to a predetermined value by inputting a first error signal. A first oscillation frequency control circuit for following a frequency reference, a laser oscillation frequency control unit including a first optical splitting unit for splitting the output light of the laser, a reference laser oscillating near a predetermined frequency, A second optical splitter for splitting the output light of the reference laser, and a beat signal detected by multiplexing one split light by the second optical splitter and one split light by the first optical splitter. A beat signal detection unit, a signal oscillator that oscillates a signal having a predetermined period, a reference signal oscillator that oscillates a reference signal whose frequency is changed according to an input of an output signal of the signal oscillator, A comparator for generating a second error signal corresponding to the phase difference or frequency difference between the compared two signals to issue,
A second oscillation frequency control circuit for causing the oscillation frequency of the reference laser to follow changes in the oscillation frequency of the laser and the output frequency of the reference signal oscillator in response to the input of the second error signal A third optical branching unit for branching the other branched light of the first optical branching unit; and an input of another branched light by the second optical branching unit and a branched light by the third optical branching unit. The detection signal which becomes maximum or minimum when the frequency shifted from the predetermined frequency reference by 1/2 of the difference between the frequencies of the two branched lights and the frequency of the branched light by the third optical branching unit match. An error signal generating section comprising: a frequency difference detecting section to be generated; and a synchronous detector for detecting a component synchronized with the output signal of the signal oscillator from the detected signal and outputting the detected signal as the first error signal.

また、請求項(3)によれば、第1の光分岐手段の一
の分岐光出力側とビート信号検出部と当該一の分岐光入
力側間に、第N高調波発生手段を配置した。
According to claim (3), the N-th harmonic generating means is arranged between one of the branched light output sides of the first optical branching means, the beat signal detecting section and the one of the branched light input sides.

(作用) 請求項(1)によれば、所定の周波数で発振したレー
ザの出力光は、第1の光分岐手段に入力して分岐され、
分岐された一の分岐光は、参照レーザ発振周波数制御部
のビート信号検出部に出力される。
(Operation) According to claim (1), the output light of the laser oscillated at a predetermined frequency is input to the first optical splitting means and split,
The one split light beam is output to the beat signal detection unit of the reference laser oscillation frequency control unit.

同様に、所定の周波数で発振した参照レーザの出力光
は、第2の光分岐手段に入力して分岐される。分岐され
た一の分岐光はビート信号検出部に出力され、他の分岐
光は誤差信号発生部の周波数差検出部に出力される。ビ
ート信号検出部は、第1及び第2の光分岐手段による各
分岐光を合波してビート信号を検出し出力する。一方、
基準信号発振器は、信号発振器の出力信号を入力し、こ
の入力に応じて発振周波数を周期的に変化させた基準信
号を出力する。これに伴ない、比較器はビート信号と基
準信号を比較し、両信号の位相差または周波数差に応じ
た第2の誤差信号を発生し、第2の発振周波数制御回路
に出力する。第2の発振周波数制御回路は、第2の誤差
信号を入力することにより、参照レーザの発振周波数
を、レーザの発振周波数と基準信号発振器の出力周波数
の変化に追従するように制御する。
Similarly, the output light of the reference laser oscillated at a predetermined frequency is input to the second optical splitting unit and split. One branched light is output to the beat signal detecting unit, and the other branched light is output to the frequency difference detecting unit of the error signal generating unit. The beat signal detection unit detects and outputs a beat signal by multiplexing the respective split lights by the first and second optical splitters. on the other hand,
The reference signal oscillator receives an output signal of the signal oscillator and outputs a reference signal whose oscillation frequency is periodically changed according to the input. Accordingly, the comparator compares the beat signal with the reference signal, generates a second error signal corresponding to the phase difference or the frequency difference between the two signals, and outputs the second error signal to the second oscillation frequency control circuit. The second oscillation frequency control circuit controls the oscillation frequency of the reference laser so as to follow a change in the oscillation frequency of the laser and the output frequency of the reference signal oscillator by inputting the second error signal.

これにより、レーザの発振周波数変動に同期し、か
つ、FM変調のかかった参照レーザの出力光を得ることが
できる。この出力光は、上記したように第2の光分岐手
段に入射して分岐される。分岐された一の分岐光はビー
ト信号検出部に出力され、上記したと同様の作用を受け
る。
Thus, it is possible to obtain the output light of the reference laser which is synchronized with the oscillation frequency fluctuation of the laser and is FM-modulated. This output light is incident on the second light splitting means and split as described above. One of the branched lights is output to the beat signal detection unit, and is subjected to the same operation as described above.

一方、分岐された他の分岐光は誤差信号発生部の周波
数差検出部に入力する。周波数差検出部は、第2の光分
岐手段による他の分岐光の入力により該分岐光の周波数
と所定の周波数基準とが一致した際に極大若しくは極小
となる検出信号を発生し、この検出信号を同期検波部に
出力する。同期検波部は、この検出信号中から、信号発
振器の出力信号に同期した成分を検出し、第1の誤差信
号として第1の発振周波数制御回路に出力する。
On the other hand, the other branched light is input to the frequency difference detector of the error signal generator. The frequency difference detection unit generates a detection signal that becomes maximum or minimum when the frequency of the branched light matches a predetermined frequency reference by input of another branched light by the second optical branching unit. Is output to the synchronous detector. The synchronous detection unit detects a component synchronized with the output signal of the signal oscillator from the detection signal, and outputs the detected component to the first oscillation frequency control circuit as a first error signal.

第1の発振周波数制御回路は、第1の誤差信号の入力
により、レーザの発振周波数を周波数基準に追従するよ
うに制御する。これにより、レーザの発振周波数が無変
調で安定化される。この安定化されたレーザの出力光
は、上記したように第1の光分岐手段に入力して分岐さ
れ、分岐された一の分岐光はビート信号検出部に出力さ
れて、上記したと同様の作用を受ける。一方、分岐され
た他の分岐光が当該装置の光出力として出力される。
The first oscillation frequency control circuit controls the oscillation frequency of the laser so as to follow a frequency reference in response to the input of the first error signal. Thereby, the oscillation frequency of the laser is stabilized without modulation. The output light of the stabilized laser is input to the first optical splitting means and split as described above, and one split light is output to the beat signal detecting unit, and the same as described above. Be affected. On the other hand, the other branched light is output as the optical output of the device.

また、請求項(2)によれば、所定の周波数で発振し
たレーザの出力光は、第1の光分岐手段に入力して分岐
される。分岐された一の分岐光は、参照レーザ発振周波
数制御部のビート信号検出部に出力され、他の分岐光は
第3の光分岐手段に出力される。
According to claim (2), the output light of the laser oscillated at a predetermined frequency is input to the first optical branching unit and branched. One branched light is output to the beat signal detecting unit of the reference laser oscillation frequency control unit, and the other branched light is output to the third optical branching unit.

同様に、所定の周波数で発振した参照レーザの出力光
は、第2の光分岐手段に入力して分岐される。分岐され
た一の分岐光はビート信号検出部に出力され、他の分岐
光は誤差信号発生部の周波数差検出部に出力される。ビ
ート信号検出部は、第1及び第2の光分岐手段による各
分岐光を合波してビート信号を検出し出力する。一方、
基準信号発振器は、信号発振器の出力信号を入力し、こ
の入力に応じて発振周波数を周期的に変化させた基準信
号を出力する。これに伴ない、比較器はビート信号と基
準信号を比較し、両信号の位相差または周波数差に応じ
た第2の誤差信号を発生し、第2の発振周波数制御回路
に出力する。第2の発振周波数制御回路は、第2の誤差
信号を入力することにより、参照レーザの発振周波数
を、レーザの発振周波数と基準信号発振器の出力周波数
の変化に追従するように制御する。
Similarly, the output light of the reference laser oscillated at a predetermined frequency is input to the second optical splitting unit and split. One branched light is output to the beat signal detecting unit, and the other branched light is output to the frequency difference detecting unit of the error signal generating unit. The beat signal detection unit detects and outputs a beat signal by multiplexing the respective split lights by the first and second optical splitters. on the other hand,
The reference signal oscillator receives an output signal of the signal oscillator and outputs a reference signal whose oscillation frequency is periodically changed according to the input. Accordingly, the comparator compares the beat signal with the reference signal, generates a second error signal corresponding to the phase difference or the frequency difference between the two signals, and outputs the second error signal to the second oscillation frequency control circuit. The second oscillation frequency control circuit controls the oscillation frequency of the reference laser so as to follow a change in the oscillation frequency of the laser and the output frequency of the reference signal oscillator by inputting the second error signal.

これにより、レーザの発振周波数変動に同期し、か
つ、FM変調のかかった参照レーザの出力光を得ることが
できる。この出力光は、上記したように第2の光分岐手
段に入射して分岐される。分岐された一の分岐光は、ビ
ート信号検出部に出力され、上記したと同様の作用を受
け、他の分岐光は誤差信号発生部の周波数差検出部に出
力される。
Thus, it is possible to obtain the output light of the reference laser which is synchronized with the oscillation frequency fluctuation of the laser and is FM-modulated. This output light is incident on the second light splitting means and split as described above. One of the split lights is output to the beat signal detection unit, and the same operation as described above is performed. The other split light is output to the frequency difference detection unit of the error signal generation unit.

一方、第3の光分岐手段に第1の光分岐手段による他
の分岐光が入力し分岐される。分岐された一の分岐光
は、誤差信号発生部の周波数差検出部に出力される。周
波数差検出部は、第2の光分岐手段による他の分岐光及
び第3の光分岐手段による分岐光の入力により該2つの
分岐光の周波数の差の1/2だけ所定の周波数基準からシ
フトした周波数と該第3の光分岐手段による分岐光の周
波数とが一致した際に極大若しくは極小となる検出信号
を発生し、この検出信号を同期検波部に出力する。同期
検波部は、この検出信号中から、信号発振器の出力に同
期した成分を検出し、第1の誤差信号として第1の発振
周波数制御回路に出力する。
On the other hand, another light split by the first light splitting means is input to the third light splitting means and split. One branched light beam is output to the frequency difference detection unit of the error signal generation unit. The frequency difference detection unit shifts from a predetermined frequency reference by の of the difference between the frequencies of the two split lights due to the input of another split light by the second optical splitting means and the split light by the third optical splitting means. When the obtained frequency matches the frequency of the light split by the third optical splitting means, a detection signal that becomes maximum or minimum is generated, and this detection signal is output to the synchronous detection unit. The synchronous detection unit detects a component synchronized with the output of the signal oscillator from the detection signal, and outputs the detected component to the first oscillation frequency control circuit as a first error signal.

第1の発振周波数制御回路は、第1の誤差信号の入力
により、レーザの発振周波数を周波数基準に追従するよ
うに制御する。これにより、レーザの発振周波数が無変
調で安定化される。この安定化されたレーザの出力光
は、上記したように第1の光分岐手段に入力して分岐さ
れ、分岐された一の分岐光はビート信号検出部に出力さ
れて、上記したと同様の作用を受ける。一方、分岐され
た他の分岐光は第3の光分岐手段に入力して分岐され、
分岐された一の分岐光は周波数差検出部に出力され、上
記したと同様の作用を受け、他の分岐光が当該装置の光
出力として出力される。
The first oscillation frequency control circuit controls the oscillation frequency of the laser so as to follow a frequency reference in response to the input of the first error signal. Thereby, the oscillation frequency of the laser is stabilized without modulation. The output light of the stabilized laser is input to the first optical splitting means and split as described above, and one split light is output to the beat signal detecting unit, and the same as described above. Be affected. On the other hand, the other branched light is input to the third optical branching unit and branched,
One of the split lights is output to the frequency difference detection unit, subjected to the same operation as described above, and the other split light is output as an optical output of the device.

また、請求項(3)によれば、所定の周波数で発振し
たレーザの出力光は、第1の光分岐手段に入力して分岐
され、分岐された一の分岐光は、第N高調波発生手段に
出力される。第N高調波発生手段は、入力した分岐光か
ら第N高調波を発生し参照レーザ発振周波数制御部のビ
ート信号検出部に出力する。以後、上記した請求項
(1)または請求項(2)と同様の作用を受ける。
Further, according to claim (3), the output light of the laser oscillated at a predetermined frequency is input to the first optical splitting means and split, and one split light is the Nth harmonic generation light. Output to the means. The N-th harmonic generation means generates the N-th harmonic from the input branched light and outputs the N-th harmonic to the beat signal detection unit of the reference laser oscillation frequency control unit. Thereafter, the same operation as in the above-described claim (1) or (2) is performed.

(実施例) 第1図は、本発明によるレーザ発振周波数安定化装置
の第1の実施例を示す構成図である。第1図において、
20は被安定化レーザ発振周波数制御部、30は参照レーザ
発振周波数制御部、40は誤差信号発生部である。
(Embodiment) FIG. 1 is a configuration diagram showing a first embodiment of a laser oscillation frequency stabilizing device according to the present invention. In FIG.
Reference numeral 20 denotes a stabilized laser oscillation frequency control unit, reference numeral 30 denotes a reference laser oscillation frequency control unit, and reference numeral 40 denotes an error signal generation unit.

被安定化レーザ発振周波数制御部20は、周波数ν近傍
で発振する被安定化半導体レーザ21と、後記する第1の
誤差信号ES1の入力に基づいて、被安定化半導体レーザ2
1に、その発振周波数νを後記する周波数基準に追従さ
せるように制御したバイアス電流を供給するバイアス電
流制御回路(第1の発振周波数制御回路)22と、被安定
化半導体レーザ21の出力光LDを二つに分岐し、一の分岐
光を参照レーザ発振周波数制御部30に出力し、他の分岐
光を当該装置の光出力として出力する第1の光分岐手
段、例えば光カプラ23とから構成されている。
The stabilized laser oscillation frequency control unit 20 includes a stabilized semiconductor laser 21 that oscillates near the frequency ν and a stabilized semiconductor laser 2 based on an input of a first error signal ES1 described later.
1, a bias current control circuit (first oscillation frequency control circuit) 22 for supplying a bias current whose oscillation frequency ν is controlled to follow a frequency reference described later, and an output light LD of the stabilized semiconductor laser 21. And a first optical branching unit for outputting one branched light to the reference laser oscillation frequency control unit 30 and outputting the other branched light as an optical output of the device, for example, an optical coupler 23. Have been.

参照レーザ発振周波数制御部30は、周波数νで発振
する参照レーザ31と、参照レーザ31の出力光RLDを二つ
に分岐し、一の分岐光を後記するビート信号検出部33に
出力し、他の分岐光を誤差信号発生部40に出力する第2
の光分岐手段、例えば光カプラ32と、光カプラ32の一の
分岐光を前記光カプラ23の一の分岐光とを合波する光合
波手段、例えば光カプラ33a並びに光カプラ33aの出力光
を光電変換したビート信号BTを出力する受光器33bとか
らなるビート信号検出部33と、例えば周波数fm=1kHz程
度の周期的な低周波信号LSを発振する低周波信号発振器
34と、低周波信号LSの入力に応じて出力周波数f(中心
周波数f0、周波数偏移Δf)を周期的に変化させたマイ
クロ波信号である基準信号BSを発振するマイクロ波基準
発振器35と、この基準信号BSとビート信号BTの位相差に
応じた第2の誤差信号ES2を発生する位相比較器36と、
この第2の誤差信号ES2の入力に基づいて、参照半導体
レーザ31に、その発振周波数νを前記被安定化レーザ
21の発振周波数νと前記マイクロ波基準発振器35の出力
周波数fの和または差に一致するように制御したバイア
ス電流を供給するバイアス電流制御回路(第2の発振周
波数制御回路)37とから構成されている。
The reference laser oscillation frequency control unit 30 splits the output light RLD of the reference laser 31 and the reference laser 31 oscillating at the frequency ν r into two, and outputs one split light to a beat signal detection unit 33 described later, The second for outputting another branched light to the error signal generator 40
Optical branching means, for example, an optical coupler 32, and an optical multiplexing means for multiplexing one branch light of the optical coupler 32 with one branch light of the optical coupler 23, for example, the output light of the optical coupler 33a and the optical coupler 33a. A beat signal detection unit 33 including a photodetector 33b that outputs a photoelectrically converted beat signal BT, and a low-frequency signal oscillator that oscillates a periodic low-frequency signal LS having a frequency of about fm = 1 kHz, for example.
A microwave reference oscillator 35 for oscillating a reference signal BS which is a microwave signal whose output frequency f (center frequency f 0 , frequency deviation Δf) is periodically changed according to the input of the low frequency signal LS; A phase comparator 36 for generating a second error signal ES2 corresponding to the phase difference between the reference signal BS and the beat signal BT;
Based on the input of the second error signal ES2, the reference semiconductor laser 31 is supplied with the oscillation frequency v r of the stabilized laser.
And a bias current control circuit (second oscillation frequency control circuit) 37 for supplying a bias current controlled so as to match the sum or difference between the oscillation frequency ν of 21 and the output frequency f of the microwave reference oscillator 35. ing.

誤差信号発生部40は、光の周波数基準として用いら
れ、光カプラ32の他の分岐光が入力するルビジウム蒸気
を封入したセル41a並びにセル41aの透過光を受光して光
電変換し、参照半導体レーザ31の出力光の周波数と周波
数基準との周波数差に応じた検出信号DSを出力する受光
器41bとからなる周波数差検出部41と、この検出信号DS
を前記低周波信号発振器34による低周波信号LS(周波数
fm)で同期検波して第1の誤差信号ES1を発生し、バイ
アス電流制御回路22に出力する同期検波部、例えばロッ
クインアンプ42とから構成されている。
The error signal generator 40 is used as a frequency reference of light, receives the transmitted light of the cell 41a and the cell 41a filled with the rubidium vapor input to the other branched light of the optical coupler 32, performs photoelectric conversion, and performs the reference semiconductor laser. A frequency difference detector 41 comprising a photodetector 41b for outputting a detection signal DS corresponding to the frequency difference between the frequency of the output light 31 and the frequency reference;
To the low frequency signal LS (frequency
fm), a first error signal ES1 is generated by synchronous detection, and a synchronous detection unit that outputs the first error signal ES1 to the bias current control circuit 22, for example, a lock-in amplifier 42 is provided.

次に、上記構成による動作を説明する。なお、参照半
導体レーザ31の発振周波数の制御帯域を低周波信号発振
器34の発振周波数fmより大きく設定してあるものとす
る。
Next, the operation of the above configuration will be described. It is assumed that the control band of the oscillation frequency of the reference semiconductor laser 31 is set higher than the oscillation frequency fm of the low-frequency signal oscillator 34.

まず、周波数νで発振した被安定化半導体レーザ21の
出力光LDは、光カプラ23に入力して二つに分岐され、そ
の一の分岐光がビート信号検出部33の光カプラ33aに出
力される。
First, the output light LD of the stabilized semiconductor laser 21 oscillated at the frequency ν is input to the optical coupler 23 and split into two, and one of the split lights is output to the optical coupler 33a of the beat signal detection unit 33. You.

また、周波数νで発振した参照半導体レーザ31の出
力光RLDは、光カプラ32に入力して分岐される。分岐さ
れた一の分岐光はビート信号検出部33の光カプラ33aに
出力され、他の分岐光は誤差信号発生部40のセル41aに
出力される。ビート信号検出部33では、光カプラ33a
で、光カプラ32の一の分岐光を光カプラ23の一の分岐光
が合波され、その出力光が受光器33bで受光され、光電
変換されたビート信号BTが位相比較器36に出力される。
Furthermore, output light RLD reference semiconductor laser 31 oscillates at a frequency [nu r is branched to enter the optical coupler 32. One branched light is output to the optical coupler 33a of the beat signal detecting unit 33, and the other branched light is output to the cell 41a of the error signal generating unit 40. In the beat signal detector 33, the optical coupler 33a
Then, one branch light of the optical coupler 32 is combined with one branch light of the optical coupler 23, the output light thereof is received by the light receiver 33b, and the beat signal BT photoelectrically converted is output to the phase comparator 36. You.

一方、低周波信号発振器34は、周波数fmの低周波信号
LSを周期的に発振する。これに伴ない、マイクロ波基準
発振器35は、この低周波数信号LSの入力に応じて、周期
的に変化させた基準信号BSを発振し、位相比較器36に出
力する。位相比較器36は、入力したビート信号BTの位相
と基準信号BSの位相とを比較し、両信号の位相差に応じ
た第2の誤差信号ES2を発生し、バイアス電流制御回路3
7に出力する。バイアス電流制御回路37は、第2の誤差
信号ES2の入力に伴ない、参照半導体レーザ31の発振周
波数νを、被安定化半導体レーザ21の発振周波数νか
らマイクロ波基準発振器35の出力周波数fだけずれた
値、即ち、ν=ν±fに安定化するように制御したバ
イアス電流を、参照半導体レーザ31に供給する。これに
より、参照半導体レーザ31の発振周波数νがν±fの
値に安定化される(この動作を半導体レーザの周波数オ
フセットロッキングという。例えば、申他 電気学界論
文誌C Vol.108−c,No.9 1988,pp.678−684)。
On the other hand, the low-frequency signal oscillator 34
The LS oscillates periodically. Accordingly, the microwave reference oscillator 35 oscillates the reference signal BS periodically changed according to the input of the low frequency signal LS, and outputs the reference signal BS to the phase comparator 36. The phase comparator 36 compares the phase of the input beat signal BT with the phase of the reference signal BS, generates a second error signal ES2 corresponding to the phase difference between the two signals, and outputs the second error signal ES2.
Output to 7. The bias current control circuit 37 changes the oscillation frequency v r of the reference semiconductor laser 31 from the oscillation frequency v of the stabilized semiconductor laser 21 to the output frequency f of the microwave reference oscillator 35 in accordance with the input of the second error signal ES2. A bias current controlled so as to stabilize at a value deviated by r = ν ± f is supplied to the reference semiconductor laser 31. As a result, the oscillation frequency v r of the reference semiconductor laser 31 is stabilized to a value of v ± f (this operation is called frequency offset locking of the semiconductor laser. No. 9 1988, pp. 678-684).

即ち、参照半導体レーザ31の発振周波数νは、被安
定化半導体レーザ21の発振周波数変動に追従し、かつ、
変調周波数fm、周波数偏移ΔfのFM変調がかけられるこ
とになる。
That is, the oscillation frequency v r of the reference semiconductor laser 31 follows the oscillation frequency fluctuation of the stabilized semiconductor laser 21, and
FM modulation of the modulation frequency fm and the frequency shift Δf is performed.

次に、FM変調がかけられた参照半導体レーザ31の出力
光RLDは、上記したように光カプラ32で分岐され、一の
分岐光はビート信号検出部33に出力されて、上記した作
用に利用される。一方、光カプラ32による他の分岐光
は、誤差信号発生部40のセル41aに入力する。このセル4
1aの透過光は、参照半導体レーザ31の発振周波数ν
中心値ν+f0(あるいはν−f0)とルビジウム吸収スペ
クトルのピーク周波数νとの周波数差を検出してお
り、この透過光が受光器41bで受光され、光電変換され
た検出信号DSがロックインアンプ42に出力される。次
に、ロックインアンプ42は、この検出信号DSを、低周波
信号発振器34による低周波信号LS(周波数fm)で同期検
派し、上記周波数差に応じた第1の誤差信号ES1を発生
し、バイアス電流制御回路22に出力する。
Next, the output light RLD of the reference semiconductor laser 31 subjected to the FM modulation is split by the optical coupler 32 as described above, and one split light is output to the beat signal detection unit 33 and used for the above-described operation. Is done. On the other hand, another branch light by the optical coupler 32 is input to the cell 41a of the error signal generator 40. This cell 4
The transmitted light 1a detects the frequency difference between the center value ν + f 0 (or ν−f 0 ) of the oscillation frequency ν r of the reference semiconductor laser 31 and the peak frequency ν 0 of the rubidium absorption spectrum. The detection signal DS received by the light receiver 41b and photoelectrically converted is output to the lock-in amplifier 42. Next, the lock-in amplifier 42 synchronously detects the detection signal DS with a low-frequency signal LS (frequency fm) from the low-frequency signal oscillator 34, and generates a first error signal ES1 corresponding to the frequency difference. , To the bias current control circuit 22.

バイアス電流制御回路22は、第1の誤差信号ES1の入
力に伴ない、被安定化半導体レーザ21の発振周波数ν
を、ν−f0(あるいはν+f0)に安定化するように
制御したバイアス電流を被安定化半導体レーザ21に供給
する。これにより、安定化された被安定化半導体レーザ
21の出力光LDは、上記したように光カプラ23で分岐さ
れ、一の分岐光はビート信号検出部33に出力されて、上
記したと同様の作用を受ける。一方、光カプラ23の他の
分岐光は、当該装置の被安定化光出力として装置外部へ
出力される。
The bias current control circuit 22 controls the oscillation frequency ν of the stabilized semiconductor laser 21 according to the input of the first error signal ES1.
Is supplied to the stabilized semiconductor laser 21 so that the bias current is controlled to be stabilized at ν 0 −f 0 (or ν 0 + f 0 ). This makes the stabilized semiconductor laser stable
The output light LD of 21 is split by the optical coupler 23 as described above, and one split light is output to the beat signal detection unit 33 and subjected to the same operation as described above. On the other hand, the other branched light of the optical coupler 23 is output to the outside of the device as a stabilized light output of the device.

第5図は、上記した一連の周波数安定化動作例を原理
的に示した図である。即ち、第5図の(a)に示すよう
に、被安定化半導体レーザ装置21の発振周波数νが、周
波数基準であるピーク周波数νと基準信号BSの中心周
波数f0との周波数差(ν−f0)より小さい場合(ν<
ν−f0)、同図中DSaで示す検出信号が周波数差検出
部41で検出され、これに基づく第1の誤差信号は同図中
ES1aで示すような、例えばマイナス(−)の信号とな
る。従って、バイアス電流制御回路22は、被安定化半導
体レーザ21の発振周波数νを増加するように制御する。
FIG. 5 is a diagram theoretically showing an example of the above-described series of frequency stabilizing operations. That is, as shown in FIG. 5 (a), the oscillation frequency ν of the stabilized semiconductor laser device 21 is equal to the frequency difference (ν) between the peak frequency ν 0 which is the frequency reference and the center frequency f 0 of the reference signal BS. 0 −f 0 ) (ν <
ν 0 −f 0 ), a detection signal indicated by DSa in the figure is detected by the frequency difference detection unit 41, and a first error signal based on the detection signal is shown in FIG.
For example, it becomes a minus (-) signal as shown by ES1a. Therefore, the bias current control circuit 22 controls the oscillation frequency ν of the stabilized semiconductor laser 21 to increase.

また、第5図の(b)に示すように、発振周波数ν
が、ピーク周波数νと中心周波数f0との周波数差(ν
−f0)より大きい場合には(ν>ν−f0)、同図中
DSbで示す検出信号が検出され、これに基づく第1の誤
差信号は、同図中ES1bで示すような、例えばプラス
(+)の信号となる。従って、バイアス電流制御回路22
は、被安定化半導体レーザ21の発振周波数νを減少する
ように制御する。
Further, as shown in FIG. 5B, the oscillation frequency ν
Is the frequency difference between the peak frequency ν 0 and the center frequency f 0
0− f 0 ) (ν> ν 0 −f 0 ),
A detection signal indicated by DSb is detected, and a first error signal based on the detection signal is, for example, a plus (+) signal as indicated by ES1b in FIG. Therefore, the bias current control circuit 22
Controls the oscillation frequency ν of the stabilized semiconductor laser 21 to decrease.

さらに、第5図の(c)に示すように、発振周波数ν
が、ピーク周波数νと中心周波数f0との周波数差(ν
−f0)と等しい場合(ν=ν−f0)、同図中DScで
示す検出信号が検出され、これに基づく第1の誤差信号
は同図中ES1cで示すように、「±0」の信号となる。従
ってバイアス電流制御回路22は、被安定化半導体レーザ
21の発振周波数νをそのままの状態で保持するように制
御する。
Further, as shown in FIG. 5 (c), the oscillation frequency ν
Is the frequency difference between the peak frequency ν 0 and the center frequency f 0
0− f 0 ) (ν = ν 0 −f 0 ), a detection signal indicated by DSc in the figure is detected, and a first error signal based on the detection signal is “±” as indicated by ES1c in the figure. 0 "signal. Therefore, the bias current control circuit 22
The control is performed so that the oscillation frequency ν of 21 is maintained as it is.

以上説明したように、本第1の実施例によれば、参照
半導体レーザ31を利用し、かつ、ビート信号BTを検出し
てそのビート周波数を利用し、被安定化半導体レーザ21
の発振周波数変動に同期した参照半導体レーザ31にFM変
調をかけるため、被安定化半導体レーザ21に周波数変調
をかけることなく高い確度で発振周波数νを安定化する
ことができる。
As described above, according to the first embodiment, the stabilized semiconductor laser 21 is used by using the reference semiconductor laser 31 and detecting the beat signal BT and using the beat frequency.
Since the reference semiconductor laser 31 synchronized with the oscillation frequency fluctuation is FM-modulated, the oscillation frequency ν can be stabilized with high accuracy without applying frequency modulation to the stabilized semiconductor laser 21.

また、光の周波数基準に基づいて第1の誤差信号ES1
を検出し発生する際に、参照半導体レーザ31のパワーを
利用しているので、参照半導体レーザ31の光出力が充分
大きい場合には、受光器33bでビート信号BTを検出する
ために必要とされる被安定化半導体レーザ21の光パワー
は僅かでよく、外部に取り出せる被安定化光出力パワー
を大きくできるという効果を有する。さらに、被安定化
半導体レーザ21の発振周波数νは、マイクロ波基準発振
器35の出力の中心周波数f0にも依存するため、これを変
化させることによって、安定化される光周波数の値を連
続的に変化させることができるという効果をも有する。
また、得られた被安定化光出力に外部変調器を用いて変
調をかければ,そのまま光通信に利用できる。
Further, the first error signal ES1 is determined based on the frequency reference of light.
Since the power of the reference semiconductor laser 31 is used to detect and generate the signal, when the optical output of the reference semiconductor laser 31 is sufficiently large, it is necessary for the light receiver 33b to detect the beat signal BT. The optical power of the stabilized semiconductor laser 21 may be small, and this has the effect that the stabilized optical output power that can be extracted to the outside can be increased. Furthermore, since the oscillation frequency ν of the stabilized semiconductor laser 21 also depends on the center frequency f 0 of the output of the microwave reference oscillator 35, by changing this, the value of the stabilized optical frequency can be continuously changed. It also has the effect that it can be changed to.
If the obtained stabilized light output is modulated using an external modulator, it can be used for optical communication as it is.

なお、本第1の実施例において、光の周波数基準とし
てルビジウム蒸気を封入したセル41aを用いたが、これ
に限定されるものではなく、他の原子や分子蒸気を封入
したセルや、ファブリ・ペロ干渉計、リング共振器、導
波路型リング共振器などを用いてもよく、また、飽和吸
収スペクトルの検出系を利用しても勿論よい。
In the first embodiment, the cell 41a filled with rubidium vapor is used as a light frequency reference. However, the present invention is not limited to this. A Perot interferometer, a ring resonator, a waveguide ring resonator, or the like may be used, or a detection system for a saturated absorption spectrum may be used.

第6図は、本発明によるレーザ発信周波数安定装置の
第2の実施例を示す構成図である。本第2の実施例と前
記第1の実施例の異なる点は、被安定化レーザ発振周波
数制御部20における光カプラ23の他の分岐光の出力側
(被安定化光出力側)に、この分岐光を二つに分岐し、
その一の分岐光を誤差信号発生部40に出力するととも
に、他の分岐光を当該装置の光出力とする第3の光分岐
手段、例えば光カプラ50を配置し、かつ、誤差信号発生
部40の周波数差検出部41に、セル41aの光カプラ32の他
の分岐光(以下、飽和光SBという。)は透過し、セル41
aを透過した光カプラ50の一の分岐光(以下、探索光HB
という。)を反射して受光器41bに入力させるビームス
プリッタ41cを配置したことにある。
FIG. 6 is a block diagram showing a second embodiment of the laser oscillation frequency stabilizing device according to the present invention. The difference between the second embodiment and the first embodiment is that the output side (stabilized light output side) of the other branched light of the optical coupler 23 in the stabilized laser oscillation frequency control unit 20 is different from the first embodiment. Split the split light into two,
A third optical branching means, for example, an optical coupler 50, which outputs the one branched light to the error signal generating unit 40 and uses the other branched light as an optical output of the device, is arranged. The other branch light (hereinafter, referred to as saturated light SB) of the optical coupler 32 of the cell 41a is transmitted to the frequency difference detection unit 41 of the cell 41a.
a branch light (hereinafter referred to as a search light HB
That. The beam splitter 41c that reflects the light reflected by the light receiving device 41) and inputs the reflected light to the light receiver 41b is provided.

次に、本第2の実施例による動作を前記第1の実施例
と異なる部分についてのみ説明する。
Next, the operation according to the second embodiment will be described only for parts different from the first embodiment.

被安定化半導体レーザ21の出力光LDの一部が、光カプ
ラ50によって探索光HBとしてルビジウム蒸気を封入した
セル41aに入力する。一方、参照半導体レーザ31の出力
光RLDのうち、光カプラ32により分岐された他の分岐光
は、飽和光SBとしてビームスプリッタ41cを透過し、探
索光HBとは反対方向からセル41aに入力する。
A part of the output light LD of the stabilized semiconductor laser 21 is input as the search light HB into the cell 41a filled with rubidium vapor by the optical coupler 50. On the other hand, of the output light RLD of the reference semiconductor laser 31, the other split light split by the optical coupler 32 passes through the beam splitter 41c as the saturated light SB and enters the cell 41a from the opposite direction to the search light HB. .

ここで探索光HBと飽和光SBの間に光周波数差f0があ
り、かつ探索光HBは無変調で、飽和光SBにはFM変調がか
けられているため、光周波数差f0がルビジウム蒸気吸収
スペクトルのドップラー拡がり(室温で半値幅500MHz程
度)より狭ければ、±f0/2だけ周波数がシフトした飽和
吸収スペクトルの1次微分信号が検出される。セル41a
を透過した探索光HBは、ビームスプリッタ41cを介して
受光器41bで検出され、この検出信号DSがロックインア
ンプ42に入力する。ロックインアンプ42は、この検出信
号DSを低周波数信号発振器34による低周波信号LS(周波
数fm)で同期検波して第1の誤差信号ESを発生し、バイ
アス電流制御回路22に出力する。
Here there is an optical frequency difference f 0 during the search light HB saturated light SB, and the search beam HB is unmodulated, since the saturated light SB FM modulation is applied, the optical frequency difference f 0 rubidium if narrower than the Doppler broadening of the steam absorption spectrum (half width 500MHz about room temperature), the primary differential signal saturated absorption spectrum frequency by ± f 0/2 is shifted is detected. Cell 41a
The search light HB that has passed through is detected by the light receiver 41b via the beam splitter 41c, and the detection signal DS is input to the lock-in amplifier. The lock-in amplifier 42 performs synchronous detection of the detection signal DS with the low-frequency signal LS (frequency fm) from the low-frequency signal oscillator 34, generates a first error signal ES, and outputs the first error signal ES to the bias current control circuit 22.

バイアス電流制御回路22は、第1の誤差信号ESの入力
に伴ない、被安定化半導体レーザ21の発振周波数νを、
ν−f0/2(あるいはν+f0/2)に安定化するように
制御したバイアス電流を被安定化半導体レーザ21に供給
する。これにより、安定化された被安定化半導体レーザ
21の出力光LDは、光カプラ23及び50を介し当該装置の被
安定化光出力として装置外部に出力される。
The bias current control circuit 22 changes the oscillation frequency ν of the stabilized semiconductor laser 21 with the input of the first error signal ES.
ν 0 -f 0/2 (or ν 0 + f 0/2) to supply a bias current which is controlled to stabilize the target-stabilized semiconductor laser 21. This makes the stabilized semiconductor laser stable
The output light LD 21 is output to the outside of the device via the optical couplers 23 and 50 as a stabilized light output of the device.

本第2の実施例においては、前記第1の実施例と同様
の効果を得ることができる。加えて、飽和吸収スペクト
ルの検出時に、飽和光SBとして参照半導体レーザ31の出
力光RLDを、探索光HBとして被安定化半導体レーザ21の
出力光LDを利用しており、かつ探索光HBに何ら変調がか
けられていないため、線形吸収スペクトルが検出される
ことはなく従来技術(第3図)で説明したような参照光
を利用する必要はない。従って、誤差信号発生部40の構
成が第3図の場合に比べて簡単になり、かつ、この部分
での周波数安定度、確度の劣化を避けることができる。
さらに、参照半導体レーザ31の直接FM変調時に生じるAM
変調成分の影響は吸収の飽和量を変化させるにとどま
り、探索光HBから飽和吸収スペクトルを検出する際には
第1義的な影響を及ぼさない。このため、周波数オフセ
ットを生じることなく、3次微分信号よりもS/Nのよい
1次微分信号を光の周波数基準からの第1の誤差信号と
して利用できるという利点も持つ。
In the second embodiment, the same effects as in the first embodiment can be obtained. In addition, at the time of detection of the saturated absorption spectrum, the output light RLD of the reference semiconductor laser 31 is used as the saturated light SB, the output light LD of the stabilized semiconductor laser 21 is used as the search light HB, and no search light HB is used. Since no modulation is applied, no linear absorption spectrum is detected, and there is no need to use the reference light as described in the related art (FIG. 3). Therefore, the configuration of the error signal generator 40 is simpler than that in the case of FIG. 3, and the deterioration of the frequency stability and accuracy in this part can be avoided.
Further, the AM generated when the reference semiconductor laser 31 is directly FM-modulated.
The influence of the modulation component only changes the amount of absorption saturation, and has no primary effect when detecting a saturated absorption spectrum from the search light HB. For this reason, there is also an advantage that the first-order differential signal having a better S / N than the third-order differential signal can be used as the first error signal from the frequency reference of light without causing a frequency offset.

なお、ビームスプリッタ41cとして偏波ビームスプリ
ッタを利用することにより、飽和・探索両光の偏波状態
を制御すれば、飽和・探索両光の有効利用パワーを増す
ことも可能である。
If the polarization state of both the saturation and search light is controlled by using a polarization beam splitter as the beam splitter 41c, it is possible to increase the effective use power of both the saturation and search light.

第7図は、本発明によるレーザ発振周波数安定化装置
の第3の実施例を示す構成図である。本第3の実施例と
前記第1の実施例の異なる点は、光カプラ23の一の分岐
光出力側とビート信号検出部33の当該一の分岐光入力側
との間に、非線形光学素子等からなる第2高調波発生手
段24を配置し、かつ、被安定化レーザとして1.56μm帯
で発振する半導体レーザ21aを採用するとともに、参照
レーザとして0.78μm帯で発振する半導体レーザ31aを
採用したたことにある。
FIG. 7 is a block diagram showing a third embodiment of the laser oscillation frequency stabilizing device according to the present invention. The difference between the third embodiment and the first embodiment is that a nonlinear optical element is provided between one branch light output side of the optical coupler 23 and the one branch light input side of the beat signal detector 33. And a semiconductor laser 21a oscillating in a 1.56 μm band is employed as a stabilized laser, and a semiconductor laser 31a oscillating in a 0.78 μm band is employed as a reference laser. That is.

この構成においては、1.56μm帯被安定化半導体レー
ザ21aの出力光LDaは、光カプラ23で分岐され、その一の
分岐光が第2高調波発生手段24に入射され、0.78μm帯
の光(第2高調波)が生じる。この第2高調波発生手段
24の出力光を用いて、第1の実施例と同様に、第1の誤
差信号ES1を発生し、これに基づいてバイアス電流制御
回路22により、1.56μm帯被安定化半導体レーザ21の発
振周波数νを制御するようになっている。
In this configuration, the output light LDa of the stabilized semiconductor laser 21a in the 1.56 μm band is split by the optical coupler 23, and one of the split lights is incident on the second harmonic generation means 24, and the light (0.78 μm band) (Second harmonic). This second harmonic generation means
As in the first embodiment, a first error signal ES1 is generated by using the output light of 24, and based on this, the oscillation frequency of the 1.56 μm band stabilized semiconductor laser 21 is controlled by the bias current control circuit 22. ν is controlled.

本第3の実施例においても、前記第1の実施例と同様
の効果を得ることができる。加えて、1.56μm帯におけ
る第2高調波発生手段24の変換効率が小さい場合でも、
0.78μm帯の参照半導体レーザ31の出力パワーが充分大
きければ、高い周波数安定度・確度が得られる。これ
は、光領域の高調波発生手段においては低い周波数変換
効率しか実現できていない現在においては、特に有効な
利点である。
In the third embodiment, the same effects as in the first embodiment can be obtained. In addition, even when the conversion efficiency of the second harmonic generation means 24 in the 1.56 μm band is small,
If the output power of the reference semiconductor laser 31 in the 0.78 μm band is sufficiently large, high frequency stability and accuracy can be obtained. This is a particularly effective advantage at present when only low frequency conversion efficiency can be realized in the harmonic generation means in the optical region.

また、第6図で説明した第2の実施例において、被安
定化レーザ発振周波数制御部20を第7図に示した第3の
実施例における被安定化レーザ発振周波数制御部20で置
き変えることにより、1.56μm帯のレーザ発振周波数安
定化装置を構成することができ、第2または第3の実施
例と同様の効果を得ることができる。
Further, in the second embodiment described with reference to FIG. 6, the stabilized laser oscillation frequency control section 20 is replaced with the stabilized laser oscillation frequency control section 20 in the third embodiment shown in FIG. Accordingly, a laser oscillation frequency stabilizing device in the 1.56 μm band can be configured, and the same effect as in the second or third embodiment can be obtained.

なお、上記各第1,第2及び第3の実施例では、被安定
化レーザ及び参照レーザとして半導体レーザを使用した
が、これに限定されるものではなく気体レーザ、色素レ
ーザ,外部共振器からの光帰還をかけた半導体レーザ等
を用いてもよく、これの場合には発振周波数を制御する
ためにバイアス電流制御回路22及び37として共振器長を
制御する回路を利用すればよい。
In each of the first, second and third embodiments, the semiconductor laser is used as the stabilized laser and the reference laser. However, the present invention is not limited to this. In this case, a circuit for controlling the cavity length may be used as the bias current control circuits 22 and 37 in order to control the oscillation frequency.

また、マイクロ波基準発振器35として直接合成型の周
波数シンセサイザを利用すれば、その中心周波数f0を高
確度に保ったまま、周波数偏移Δfの大きなマイクロ波
の基準信号BSを得ることができ(例えばΔf=10MH
z)、効果的である。
If a direct synthesis type frequency synthesizer is used as the microwave reference oscillator 35, a microwave reference signal BS having a large frequency shift Δf can be obtained while maintaining its center frequency f 0 with high accuracy ( For example, Δf = 10MH
z) is effective.

さらに、第2の誤差信号ES2を発生する際に、ビート
信号BTと基準信号BSの位相差に応じて発生するように構
成したが、これらの周波数差に応じて発生するようにし
ても上記したと同様の作用効果を得ることができる。
Further, when the second error signal ES2 is generated, the second error signal ES2 is generated in accordance with the phase difference between the beat signal BT and the reference signal BS. The same operation and effect as described above can be obtained.

(発明の効果) 以上説明したように、請求項(1)によれば、発振周
波数が安定化されるレーザの出力光の一部と参照レーザ
の出力光の一部を合波して検出されるビート信号と、そ
の発振周波数が周期的に変化する基準信号発振器による
基準信号の位相差または周波数差を比較することで参照
レーザの発振周波数を制御し、かつ、参照レーザの出力
光を利用して光の周波数基準に基づいて誤差信号を発生
し、これを用いて被安定化レーザの発振周波数を制御す
るようにしたので、レーザの発振周波数変動に同期した
参照レーザにFM変調をかけることが可能となり、これに
より、レーザの発振周波数を高い確度で安定化すること
ができ、無変調で、かつ、安定化された光出力を得るこ
とができる。
(Effect of the Invention) As described above, according to claim (1), a part of the output light of the laser whose oscillation frequency is stabilized and a part of the output light of the reference laser are combined and detected. The reference frequency of the reference laser is controlled by comparing the phase difference or the frequency difference between the beat signal and the reference signal generated by the reference signal oscillator whose oscillation frequency periodically changes, and uses the output light of the reference laser. An error signal is generated based on the optical frequency reference, and the oscillation signal is used to control the oscillation frequency of the stabilized laser.Therefore, FM modulation can be applied to the reference laser synchronized with the oscillation frequency fluctuation of the laser. This makes it possible to stabilize the oscillation frequency of the laser with high accuracy, and to obtain a non-modulated and stabilized optical output.

また、光の周波数基準から第1の誤差信号を発生する
際に、参照レーザの光パワーを利用しているので、参照
レーザの光出力が充分大きい場合には、ビート信号を検
出するために必要とされるレーザの光パワーは僅かでよ
く、外部に取り出せる被安定化光出力の光パワーを大き
くできる。さらに、レーザの発振周波数は基準信号発振
器の出力の中心周波数にも依存するため、これを変化さ
せることによって、安定化される光周波数の値を連続的
に変化させることができるという効果も有する。
Also, when the first error signal is generated from the light frequency reference, the optical power of the reference laser is used. Therefore, if the optical output of the reference laser is sufficiently large, it is necessary to detect the beat signal. The light power of the laser is small, and the light power of the stabilized light output that can be extracted outside can be increased. Further, since the oscillation frequency of the laser also depends on the center frequency of the output of the reference signal oscillator, by changing this, there is also an effect that the value of the stabilized optical frequency can be continuously changed.

さらにまた、得られた被安定化光出力に外部変調器を
用いて変調をかければ、そのまま光通信に利用できると
いう利点を有する。
Furthermore, if the obtained stabilized light output is modulated using an external modulator, it has an advantage that it can be used for optical communication as it is.

また、請求項(2)によれば、請求項(1)の効果に
加えて、第1の誤差信号の検出、発生の際に、参照レー
ザの出力光とともに無変調のレーザの出力光を利用して
いるので、さらに精度よく安定化された光出力を得るこ
とができる。
According to claim (2), in addition to the effect of claim (1), when detecting and generating the first error signal, the output light of the unmodulated laser is used together with the output light of the reference laser. Therefore, a stabilized optical output can be obtained with higher accuracy.

また、請求項(3)によれば、請求項(1)または請
求項(2)の効果に加えて、1.5μm帯等の長波長帯の
レーザの発振周波数を精度よく安定化することができ
る。さらに、第N高調波発生手段の変換効率が小さい場
合でも参照レーザの出力パワーが充分大きければ、高い
周波数安定度・確度を得ることができる。これは光領域
の高調波発生手段においては低い周波数変換効率しか実
現できていない現在において、特に有効な利点である。
According to claim (3), in addition to the effects of claim (1) or claim (2), the oscillation frequency of a laser in a long wavelength band such as a 1.5 μm band can be stabilized with high accuracy. . Furthermore, even when the conversion efficiency of the N-th harmonic generation means is small, if the output power of the reference laser is sufficiently large, high frequency stability and accuracy can be obtained. This is a particularly effective advantage at the present time when only low frequency conversion efficiency can be realized in the harmonic generation means in the optical region.

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

第1図は本発明によるレーザ発振周波数安定化装置の第
1の実施例を示す構成図、第2図は第1の従来例を示す
構成図、第3図は第2の従来例を示す構成図、第4図は
第3の従来例を示す構成図、第5図は本発明に係るレー
ザ発振周波数安定化動作例の説明図,第6図は本発明に
よるレーザ発振周波数安定化装置の第2の実施例を示す
構成図、第7図は本発明によるレーザ発振周波数安定化
装置の第3の実施例を示す構成図である。 図中、20……被安定化レーザ発振周波数制御部、21……
被安定化半導体レーザ、21a……1.56μm帯被安定化半
導体レーザ、22……バイアス電流制御回路(第1の発振
周波数制御回路)、23……光カプラ(第1の光分岐手
段)、24……第2高調波発生手段、30……参照レーザ発
振周波数制御部、31……参照半導体レーザ、31a……0.7
8μm帯参照半導体レーザ、32……光カプラ(第2の光
分岐手段)、33……ビート信号検出部、33a……光カプ
ラ、33b……受光器、34……低周波信号発振器、35……
マイクロ波基準発振器、36……位相比較器、37……バイ
アス電流制御回路(第2の発振周波数制御回路)、40…
…誤差信号発生部、41……周波数差検出部、41a……ル
ビジウム封入セル、41b……受光器、41c……ビームスプ
リッタ、42……ロックインアンプ(同期検波部)、50…
…光カプラ(第3の光分岐手段)。
FIG. 1 is a configuration diagram showing a first embodiment of a laser oscillation frequency stabilizing device according to the present invention, FIG. 2 is a configuration diagram showing a first conventional example, and FIG. 3 is a configuration showing a second conventional example. FIG. 4, FIG. 4 is a block diagram showing a third conventional example, FIG. 5 is an explanatory diagram of a laser oscillation frequency stabilizing operation example according to the present invention, and FIG. FIG. 7 is a block diagram showing a second embodiment of the laser oscillation frequency stabilizing apparatus according to the present invention. In the figure, 20: stabilized laser oscillation frequency control unit, 21:
Stabilized semiconductor laser, 21a... 1.56 μm band stabilized semiconductor laser, 22... Bias current control circuit (first oscillation frequency control circuit), 23... Optical coupler (first optical branching means), 24. ... Second harmonic generation means, 30... Reference laser oscillation frequency control unit, 31... Reference semiconductor laser, 31a... 0.7
8 μm band reference semiconductor laser, 32... Optical coupler (second optical branching means), 33... Beat signal detector, 33a... Optical coupler, 33b... Light receiver, 34. …
Microwave reference oscillator, 36 phase comparator, 37 bias current control circuit (second oscillation frequency control circuit), 40
... Error signal generator, 41 ... Frequency difference detector, 41a ... Rubidium-filled cell, 41b ... Receiver, 41c ... Beam splitter, 42 ... Lock-in amplifier (synchronous detector), 50 ...
... Optical coupler (third optical branching means).

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】所定の周波数近傍で発振するレーザの発振
周波数を安定化するレーザ発振周波数安定化装置におい
て、 第1の誤差信号の入力により前記レーザの発振周波数を
所定の周波数基準に追従させる第1の発振周波数制御回
路と、前記レーザの出力光を分岐する第1の光分岐手段
とからなるレーザ発振周波数制御部と、 所定の周波数近傍で発振する参照レーザと、該参照レー
ザの出力光を分岐する第2の光分岐手段と、該第2の光
分岐手段による一の分岐光と前記第1の光分岐手段によ
る一の分岐光を合波しビート信号を検出するビート信号
検出部と、所定周期の信号を発振する信号発振器と、該
信号発振器の出力信号の入力に応じて周波数を変化させ
た基準信号を発振する基準信号発振器と、該基準信号と
前記ビート信号を比較し両信号の位相差または周波数差
に応じた第2の誤差信号を発生する比較器と、該第2の
誤差信号の入力により前記参照レーザの発振周波数を前
記レーザの発振周波数及び前記基準信号発振器の出力周
波数の変化に追従させる第2の発振周波数制御回路とか
らなる参照レーザ発振周波数制御部と、 前記第2の光分岐手段による他の分岐光の入力により該
分岐光の周波数と所定の周波数基準とが一致した際に極
大若しくは極小となる検出信号を発生する周波数差検出
部と、該検出信号中から前記信号発振器の出力信号に同
期した成分を検出し前記第1の誤差信号として出力する
同期検波部とからなる誤差信号発生部とを備えた ことを特徴とするレーザ発振周波数安定化装置。
1. A laser oscillation frequency stabilizing device for stabilizing an oscillation frequency of a laser oscillating around a predetermined frequency, wherein the laser oscillation frequency follows a predetermined frequency reference by inputting a first error signal. A laser oscillation frequency control unit comprising: an oscillation frequency control circuit; a first optical branching unit for branching the output light of the laser; a reference laser oscillating around a predetermined frequency; and an output light of the reference laser. A second optical branching unit that branches, a beat signal detection unit that combines the one branch light by the second optical branching unit and the one branch light by the first optical branching unit, and detects a beat signal; A signal oscillator that oscillates a signal having a predetermined period, a reference signal oscillator that oscillates a reference signal whose frequency is changed in accordance with the input of an output signal of the signal oscillator, and compares the reference signal with the beat signal. A comparator for generating a second error signal corresponding to the phase difference or frequency difference between the signals, and the input of the second error signal to change the oscillation frequency of the reference laser to the oscillation frequency of the laser and the output of the reference signal oscillator. A reference laser oscillation frequency control unit comprising a second oscillation frequency control circuit for following a change in frequency; and a frequency of the split light and a predetermined frequency reference by input of another split light by the second optical splitting means. A frequency difference detection unit that generates a detection signal that becomes a maximum or a minimum when the two signals coincide with each other, and a synchronous detection unit that detects a component synchronized with the output signal of the signal oscillator from the detection signal and outputs the component as the first error signal. A laser oscillation frequency stabilizing device, comprising:
【請求項2】所定の周波数近傍で発振するレーザの発振
周波数を安定化するレーザ発振周波数安定化装置におい
て、 第1の誤差信号の入力により前記レーザの発振周波数を
所定の周波数基準に追従させる第1の発振周波数制御回
路と、前記レーザの出力光を分岐する第1の光分岐手段
とからなるレーザ発信周波数制御部と、 所定の周波数近傍で発振する参照レーザと、該参照レー
ザの出力光を分岐する第2の光分岐手段と、該第2の光
分岐手段による一の分岐光と前記第1の光分岐手段によ
る一の分岐光を合波しビート信号を検出するビート信号
検出部と、所定周期の信号を発振する信号発振器と、該
信号発振器の出力信号の入力に応じて周波数を変化させ
た基準信号を発振する基準信号発振器と、該基準信号と
前記ビート信号を比較し両信号の位相差または周波数差
に応じた第2の誤差信号を発生する比較器と、該第2の
誤差信号の入力により前記参照レーザの発振周波数を前
記レーザの発振周波数及び前記基準信号発振器の出力周
波数の変化に追従させる第2の発振周波数制御回路とか
らなる参照レーザ発振周波数制御部と、 前記第1の光分岐手段の他の分岐光を分岐する第3の光
分岐手段と、 前記第2の光分岐手段による他の分岐光及び前記第3の
光分岐手段による分岐光の入力により該2つの分岐光の
周波数の差を1/2だけ所定の周波数基準からシフトした
周波数と該第3の光分岐手段による分岐光の周波数とが
一致した際に極大若しくは極小となる検出信号を発生す
る周波数差検出部と、該検出信号中から前記信号発振器
の出力信号に同期した成分を検出し前記第1の誤差信号
として出力する同期検波部とからなる誤差信号発生部と
を備えた ことを特徴とするレーザ発振周波数安定化装置。
2. A laser oscillation frequency stabilizing device for stabilizing an oscillation frequency of a laser which oscillates around a predetermined frequency, wherein the laser oscillation frequency follows a predetermined frequency reference by inputting a first error signal. An oscillation frequency control circuit, a laser emission frequency control unit including first light splitting means for splitting the output light of the laser, a reference laser oscillating around a predetermined frequency, and an output light of the reference laser. A second optical branching unit that branches, a beat signal detection unit that combines the one branch light by the second optical branching unit and the one branch light by the first optical branching unit, and detects a beat signal; A signal oscillator that oscillates a signal having a predetermined period, a reference signal oscillator that oscillates a reference signal whose frequency is changed according to an input of an output signal of the signal oscillator, and compares the reference signal with the beat signal to compare A comparator for generating a second error signal corresponding to the phase difference or frequency difference between the signals, and the input of the second error signal to change the oscillation frequency of the reference laser to the oscillation frequency of the laser and the output of the reference signal oscillator. A reference laser oscillation frequency control unit comprising a second oscillation frequency control circuit for following a change in frequency; a third optical splitting unit for splitting another split light beam of the first optical splitting unit; The frequency obtained by shifting the difference between the frequencies of the two split lights by a half from a predetermined frequency reference by the input of the other split light by the optical splitting means and the split light by the third optical splitting means and the third A frequency difference detection unit that generates a detection signal that is maximum or minimum when the frequency of the light split by the optical splitting unit matches, and detects a component synchronized with the output signal of the signal oscillator from the detection signal, and One mistake The laser frequency stabilization device being characterized in that a error signal generator comprising a synchronous detector for outputting a signal.
【請求項3】前記第1の光分岐手段の一の分岐光出力側
と前記ビート信号検出部の当該一の分岐光入力側間に、
第N高調波発生手段を配置した請求項(1)または
(2)記載のレーザ発振周波数安定化装置。
3. A method according to claim 1, wherein: between the one branch light output side of the first light branch means and the one branch light input side of the beat signal detection section.
3. The laser oscillation frequency stabilizing device according to claim 1, further comprising an N-th harmonic generating means.
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