JP2876498B2 - High-precision near-infrared reference light frequency generation method - Google Patents
High-precision near-infrared reference light frequency generation methodInfo
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、光通信や光応用計測な
ど、高精度の光周波数を基準として用いる技術分野にお
いて利用するための、高精度近赤外基準光周波数発生法
に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a high-precision near-infrared reference optical frequency generation method for use in a technical field using a high-precision optical frequency as a reference, such as optical communication and optical applied measurement. .
【0002】[0002]
【従来の技術】従来、光通信などにおいて需要の高い近
赤外領域の光周波数の基準としては、分子・原子の吸収
スペクトルを利用していた。すなわち、近赤外領域で発
振する半導体レーザー光を、特定の分子・原子を封入し
た吸収セル(場合によっては内部で放電させる。)に入
れ、セルを通過後のレーザー光をモニターして、その強
度が最小または最大になるように半導体レーザーを制御
することで、基準光周波数を得ていた。2. Description of the Related Art Hitherto, as a standard of an optical frequency in a near infrared region, which is in high demand in optical communication and the like, absorption spectra of molecules and atoms have been used. That is, semiconductor laser light oscillating in the near-infrared region is put into an absorption cell (in some cases, discharged inside) containing a specific molecule or atom, and the laser light after passing through the cell is monitored. By controlling the semiconductor laser so that the intensity becomes minimum or maximum, a reference optical frequency is obtained.
【0003】しかしながら、この方式を半導体レーザー
に応用した場合の基準光周波数の安定度は、10-9程度
である。また、この方式によって安定化された半導体レ
ーザー光の周波数値は、別に測定する必要がある。さら
に、この方式では吸収スペクトルの存在が前提になって
いる。However, the stability of the reference light frequency when this method is applied to a semiconductor laser is about 10 -9 . Further, the frequency value of the semiconductor laser light stabilized by this method needs to be measured separately. Furthermore, this method assumes that an absorption spectrum exists.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】本発明の技術的課題
は、原子・分子の吸収スペクトルを使うことなく、現存
する高精度安定化レーザーを利用して、従来よりも高い
周波数安定度(10-12 以上)を持ち、かつその周波数
値が正確に分かる基準光周波数を、近赤外領域で発生し
ようとするものであり、さらにそれを約30THz 間隔で
発生しようとするものである。The technical problem of the invention It is an object of the present invention, without using an absorption spectrum of atoms and molecules, by utilizing a high precision stabilized laser extant, higher frequency stability than the conventional (10 - A reference light frequency having a frequency of 12 or more) whose frequency value can be accurately determined is to be generated in the near-infrared region, and is to be generated at intervals of about 30 THz.
【0005】[0005]
【課題を解決するための手段、作用】上記課題を解決す
るための本発明の高精度近赤外基準光周波数発生法は、
基準レーザーとしてのメタン安定化レーザーの出力光に
炭酸ガスレーザーの出力光を位相同期させ、この炭酸ガ
スレーザーの出力光によって近赤外領域の第1及び第2
の半導体レーザー光の差周波数を位相制御すると共に、
基準レーザーの出力光の周波数を逓倍し、該逓倍された
光によって近赤外領域の第1の半導体レーザーの出力光
を位相制御することにより、第1の半導体レーザーに対
して炭酸ガスレーザー光の周波数だけずれた基準光周波
数を第2の半導体レーザーに発振させるようにしたこと
を特徴とするものである。Means for Solving the Problems, action] precision near infrared reference light frequency onset Namaho of the present invention for solving the above problems,
The methane stabilized laser output light as a reference laser
The output light of the carbon dioxide laser is phase-synchronized ,
First and second in the near infrared region by the output light of the laser
The rewritable phase control difference frequency of the semiconductor laser beam,
The frequency of the output light of the reference laser is multiplied, and the output light of the first semiconductor laser in the near-infrared region is phase-controlled by the multiplied light, so that the first semiconductor laser can be controlled .
It is characterized in that the shifted reference light frequency Frequency of carbon dioxide laser beam was set to make the oscillation in the second semiconductor laser and.
【0006】また、本発明の高精度近赤外基準光周波数
発生法においては、近赤外領域の第3の半導体レーザー
をさらに備えて、前記第2の半導体レーザーと第3の半
導体レーザーの出力光の差周波数の光を発生させ、該差
周波数の光を前記炭酸ガスレーザーの出力光によって位
相制御することにより、第2の半導体レーザーの出力光
に対して第3の半導体レーザーの出力光を前記炭酸ガス
レーザーの出力光の周波数だけずれた間隔で発生させる
ことができる。In the method for generating a high-precision near-infrared reference light frequency according to the present invention, a third semiconductor laser in the near-infrared region is provided.
And generating light having a difference frequency between the output light of the second semiconductor laser and the output light of the third semiconductor laser, and locating the light having the difference frequency by the output light of the carbon dioxide gas laser. By controlling the phase, the output light of the second semiconductor laser is controlled.
The output light of the third semiconductor laser is
It can be generated at intervals shifted by the frequency of the laser output light.
【0007】図1を参照して更に具体的に説明すると、
本発明の方法では、基準レーザー装置10として、周波
数安定度が10-12 以上あり、かつその絶対周波数値が
知られているメタン安定化 He-Ne3.39μmレーザー装置
が好適に使用される。More specifically, referring to FIG.
In the method of the present invention, a methane-stabilized He-Ne 3.39 μm laser device having a frequency stability of 10 −12 or more and an absolute frequency value of which is known is preferably used as the reference laser device 10.
【0008】CO2 レーザー装置20は、この基準レーザ
ーの約1/3の周波数をもつものとして設置され、この
CO2レーザー装置20の出力を位相比較装置50により
基準レーザー装置10に位相同期させる。これにより、
CO2 レーザー装置20は、出力する CO2レーザー線が基
準レーザーと同程度の周波数安定度をもち、かつその周
波数値の分かった(約 30THz)光周波数源となる。[0008] The CO 2 laser device 20 is installed as having a frequency of about 1/3 of the reference laser.
The output of the CO 2 laser device 20 is phase-synchronized with the reference laser device 10 by the phase comparison device 50. This allows
The CO 2 laser device 20 is an optical frequency source whose output CO 2 laser line has the same frequency stability as the reference laser and whose frequency value is known (about 30 THz).
【0009】そこで、近赤外領域で発振する2つの半導
体レーザー装置30,40からの出力を同時に非線形結
晶60に入れて、それらの差周波数の光を発生させ、位
相比較装置51においてそれと CO2レーザーとを位相比
較し、その比較出力により一方の半導体レーザー装置4
0を位相制御する。また、もう一方の半導体レーザー装
置30については、メタン安定化 He-Ne3.39μmレーザ
ー線の約2倍の周波数を非線形結晶70により発生さ
せ、位相比較装置52によりそれに対して位相同期させ
る。[0009] Therefore, taking into nonlinear crystal 60 the output from the two semiconductor laser devices 30, 40 which oscillates in the near-infrared region at the same time, to generate light of their difference frequency, at the same CO 2 in the phase comparator 51 The phase of the laser is compared with that of the laser, and one of the semiconductor laser devices 4
0 is phase-controlled. In the other semiconductor laser device 30, a frequency approximately twice as high as that of the methane-stabilized He-Ne 3.39 μm laser line is generated by the nonlinear crystal 70, and the phase is compared with the phase by the phase comparison device 52.
【0010】この結果、半導体レーザー装置30は、レ
ーザー装置10と周波数安定度が同程度で、正確にその
2倍の周波数を、また半導体レーザー装置40は半導体
レーザー装置30に対して正確に CO2レーザー線の周波
数(約 30THz)だけずれた周波数を発振することにな
る。半導体レーザー装置30としては、非線形結晶70
からの周波数を直接用いてもよい。[0010] As a result, the semiconductor laser device 30, the laser device 10 and the frequency stability is comparable, exactly double that frequency, also the semiconductor laser device 40 is accurately CO 2 to the semiconductor laser device 30 It will oscillate at a frequency shifted by the laser line frequency (about 30 THz). As the semiconductor laser device 30, a nonlinear crystal 70
May be used directly.
【0011】同様の方式によって、半導体レーザー装置
40と半導体レーザー装置50との差周波数をとり、半
導体レーザー装置50を CO2レーザー線に位相制御する
ことにより、半導体レーザー装置50においては、半導
体レーザー装置40からさらに CO2レーザー線の周波数
だけずれた周波数を発振させることができる。以下、同
様の方法を繰り返すことで、約 30THzずつ離れた半導体
レーザー装置による周波数源を得ることができる。In a similar manner, the difference frequency between the semiconductor laser device 40 and the semiconductor laser device 50 is determined, and the phase of the semiconductor laser device 50 is controlled to a CO 2 laser beam. It is possible to oscillate a frequency that is further deviated from 40 by the frequency of the CO 2 laser line. Hereinafter, by repeating the same method, it is possible to obtain a frequency source by a semiconductor laser device separated by about 30 THz.
【0012】[0012]
【実施例】図2には、本発明の方法を実施するための装
置の具体的な構成を示している。同図に示す基準レーザ
ー装置10は、メタンの飽和吸収を利用して周波数を安
定化させるメタン安定化 He-Ne3.39μmレーザー装置で
あり、これにより発振するレーザー線は、10-12 以上
の周波数安定度と周波数値fCH4 =88,376,181.608kHz
をもっている。FIG. 2 shows a specific configuration of an apparatus for carrying out the method of the present invention. Reference laser device 10 shown in the figure is a methane-stabilized He-Ne3.39μm laser device to stabilize the frequency by using the saturated absorption of methane, a laser beam oscillated by this, 10 -12 or more frequency Stability and frequency value fCH 4 = 88,376,181.608kHz
Have.
【0013】この周波数を持つレーザー線は、CO2 レー
ザー装置20からのレーザー線(発振線 R(32)または R
(30))及びマイクロ波発生装置50からの周波数f55G
を予め測定した周波数安定化マイクロ波(55 GHz)とと
もに、MIM点接触ダイオード71に照射され、MIM
点接触ダイオード71からは、それらの3つの周波数間
のビート周波数が得られる。これを、位相比較装置72
において、基準周波数発生器80からの基準周波数と位
相比較し、その位相比較装置72の出力に基づいて、位
相制御装置91により CO2レーザー装置20を制御させ
る。[0013] Laser beam having the frequency, the laser beam from a CO 2 laser device 20 (oscillation line R (32) or R
(30)) and the frequency f55G from the microwave generator 50
Is irradiated on the MIM point contact diode 71 together with the frequency-stabilized microwave (55 GHz) which has been measured in advance.
From the point contact diode 71, a beat frequency between those three frequencies is obtained. This is referred to as the phase comparison device 72.
, The phase is compared with the reference frequency from the reference frequency generator 80, and the CO 2 laser device 20 is controlled by the phase control device 91 based on the output of the phase comparison device 72.
【0014】これにより、CO2 レーザー線の周波数fCO
2は、メタン安定化 He-Ne3.39μmレーザー線と一定の
関係(fCO2=fCH4/3 ±f55G :±の符号は予め分か
る。)を持つとともに、周波数安定度はメタン安定化 H
e-Ne3.39μmレーザー線と同程度となる。Thus, the frequency fCO of the CO 2 laser line
2, a constant relationship between methane stabilized He-Ne3.39μm Laser line: with (fCO 2 = fCH 4/3 ± f55G. Sign ± is previously known) with, frequency stability methane stabilized H
It is about the same as e-Ne 3.39 μm laser line.
【0015】半導体レーザー装置30及び40として
は、上記 He-Ne3.39μmレーザー線の丁度半分の波長
(2倍の周波数)の 1.7μmと、 1.5μm近辺で発振す
るものを使用する。波長が 1.7μmの半導体レーザー装
置30は、非線形結晶60で発生させた3.39μmレーザ
ー線の第2高調波に、PINフォトダイオード73を使
って位相制御する。1.7 μm近辺で発振する半導体レー
ザー装置が得られない場合は、非線形結晶60で発生さ
せた3.39μmレーザー線の第2高調波を直接使用するこ
とができる。As the semiconductor laser devices 30 and 40, those which oscillate around 1.7 μm, which is just half the wavelength (double frequency) of the He-Ne 3.39 μm laser line, and around 1.5 μm are used. The semiconductor laser device 30 having a wavelength of 1.7 μm controls the phase of the second harmonic of the 3.39 μm laser line generated by the nonlinear crystal 60 using the PIN photodiode 73. If a semiconductor laser device that oscillates around 1.7 μm cannot be obtained, the second harmonic of a 3.39 μm laser line generated by the nonlinear crystal 60 can be used directly.
【0016】半導体レーザー装置30と40の差周波数
を発生させるためには、これらの波長及びその波長の差
(約10μm)に対して透明な非線形結晶61を用いる
が、その非線形結晶としては、AgGaSe2 などを用いるこ
とができる。この結晶は、後述の1.5 μmと1.3 μmの
周波数発生のための非線形結晶62や、3.39μmレーザ
ー線の第2高調波の発生のための前記非線形結晶60に
も使用することができる。CO2 レーザー装置の出力は十
分にあるので、1台の CO2レーザー装置からの出力を半
透明鏡により分割して使うこともできる。In order to generate a difference frequency between the semiconductor laser devices 30 and 40, a nonlinear crystal 61 transparent to these wavelengths and a difference between the wavelengths (about 10 μm) is used. 2 or the like can be used. This crystal can be used as a nonlinear crystal 62 for generating frequencies of 1.5 μm and 1.3 μm, which will be described later, and a nonlinear crystal 60 for generating a second harmonic of a 3.39 μm laser line. Since the output of the CO 2 laser device is sufficient, the output from one CO 2 laser device can be divided and used by a translucent mirror.
【0017】位相比較装置74は、半導体レーザー装置
30及び40の差周波数と CO2レーザー装置20との位
相比較を行うもので、その位相比較装置74からの出力
を位相制御装置92に入れ、その出力で半導体レーザー
40を制御させる。The phase comparison device 74 compares the difference frequency between the semiconductor laser devices 30 and 40 and the phase of the CO 2 laser device 20, and outputs the output from the phase comparison device 74 to the phase control device 92. The semiconductor laser 40 is controlled by the output.
【0018】同様の方法を、半導体レーザー装置40と
半導体レーザー装置50(波長1.3μmでの発振)との
差周波数と、CO2 レーザー装置20との位相比較に適用
し、位相比較装置75からの出力に基づいて、位相制御
装置93により半導体レーザー装置50を制御させる。
位相比較装置74,75には、HgCdTe検出器を用いるこ
とができる。この結果、半導体レーザー装置50では、
半導体レーザー装置40の出力からさらに30THz 離れ
た基準周波数の出力を発生させることができる。A similar method is applied to the phase difference between the CO 2 laser device 20 and the difference frequency between the semiconductor laser device 40 and the semiconductor laser device 50 (oscillation at a wavelength of 1.3 μm). The semiconductor laser device 50 is controlled by the phase control device 93 based on the output.
An HgCdTe detector can be used for the phase comparison devices 74 and 75. As a result, in the semiconductor laser device 50,
An output of a reference frequency further 30 THz away from the output of the semiconductor laser device 40 can be generated.
【0019】[0019]
【発明の効果】以上に詳述した本発明の方法によれば、
基準光周波数を近赤外領域で発生させるに際し、現存す
る高精度安定化レーザーを利用して、従来よりも高い周
波数安定度(10-12 以上)を持たせることができ、そ
の際に、従来のように原子・分子の吸収スペクトルを利
用しないため、吸収セルの圧力変化やセルに入力させる
レーザーの強度の影響を受けず、発振線の周波数安定度
を向上させることができる。According to the method of the present invention described in detail above,
When generating the reference light frequency in the near-infrared region, the existing high-precision stabilized laser can be used to provide higher frequency stability (10 -12 or more) than in the past. Since the absorption spectrum of atoms / molecules is not used unlike the method described above, the frequency stability of the oscillation line can be improved without being affected by the pressure change of the absorption cell or the intensity of the laser input to the cell.
【0020】また、光通信などにおいて信頼性の高いシ
ステムを構築するには、光源の光周波数の絶対値を知る
ことが不可欠であるが、本発明の方法によれば、発振す
る半導体レーザーの絶対周波数を正確に知ることができ
るので、高精度の測定基準として利用することができ、
すなわち10-12 の精度で周波数を測定できることにな
る。これは、この精度で発振周波数を制御できることと
同等であり、その結果、利用できる周波数帯域を細かく
周波数分割できることになり、伝送できる情報量を増加
させることができる。In order to construct a highly reliable system in optical communication or the like, it is essential to know the absolute value of the optical frequency of the light source. However, according to the method of the present invention, the absolute value of the oscillating semiconductor laser is required. Because you can know the frequency accurately, it can be used as a high-precision measurement standard,
That is, the frequency can be measured with an accuracy of 10 −12 . This is equivalent to controlling the oscillation frequency with this accuracy. As a result, the available frequency band can be finely divided, and the amount of information that can be transmitted can be increased.
【図1】本発明を実施する装置のブロック構成図であ
る。FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of an apparatus for implementing the present invention.
【図2】本発明を実施する装置の具体的な構成例を示す
ブロック構成図である。FIG. 2 is a block diagram showing a specific configuration example of an apparatus for implementing the present invention.
10 基準レーザー装置、 20 CO2 レ
ーザ装置、30,40,50 半導体レーザ装置、5
0,51,52 位相比較装置、10 Reference laser device, 20 CO 2 laser device, 30, 40, 50 Semiconductor laser device, 5
0, 51, 52 phase comparison device,
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大 苗 敦 茨城県つくば市梅園一丁目1番4号 工 業技術院計量研究所内 (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G02F 1/35 J01S 3/18 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Atsushi Ohnae 1-4-1 Umezono, Tsukuba-shi, Ibaraki Prefectural Institute of Metrology (58) Field surveyed (Int.Cl. 6 , DB name) G02F 1/35 J01S 3/18
Claims (2)
ザーの出力光に炭酸ガスレーザーの出力光を位相同期さ
せ、この炭酸ガスレーザーの出力光によって近赤外領域
の第1及び第2の半導体レーザー光の差周波数を位相制
御すると共に、基準レーザーの出力光の周波数を逓倍
し、該逓倍された光によって近赤外領域の第1の半導体
レーザーの出力光を位相制御することにより、第1の半
導体レーザーに対して炭酸ガスレーザー光の周波数だけ
ずれた基準光周波数を第2の半導体レーザーに発振させ
るようにしたことを特徴とする高精度近赤外基準光周波
数発生法。An output light of a carbon dioxide gas laser is phase-synchronized with an output light of a methane stabilized laser as a reference laser, and the first and second semiconductor laser lights in the near infrared region are output by the output light of the carbon dioxide gas laser. And the phase of the output light of the first semiconductor laser in the near-infrared region is controlled by multiplying the frequency of the output light of the reference laser by the multiplied light. A high-precision near-infrared reference light frequency generation method, wherein a second semiconductor laser oscillates a reference light frequency shifted from the laser by the frequency of the carbon dioxide laser light.
波数発生法において、近赤外領域の第3の半導体レーザ
ーをさらに備えて、前記第2の半導体レーザーと第3の
半導体レーザーの出力光の差周波数の光を発生させ、該
差周波数の光を前記炭酸ガスレーザーの出力光によって
位相制御することにより、第2の半導体レーザーの出力
光に対して第3の半導体レーザーの出力光を前記炭酸ガ
スレーザーの出力光の周波数だけずれた間隔で発生させ
ることを特徴とする高精度近赤外基準光周波数発生法。2. The high-precision near-infrared reference light frequency generation method according to claim 1, wherein the third semiconductor laser in the near-infrared region is used.
A light having a difference frequency between the output light of the second semiconductor laser and the output light of the third semiconductor laser, and the light having the difference frequency is output by the output light of the carbon dioxide gas laser. The output of the second semiconductor laser is controlled by controlling the phase.
The output light of the third semiconductor laser with respect to the light
A high-precision near-infrared reference light frequency generation method characterized in that the light is generated at intervals shifted by the frequency of the output light of the laser .
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3256945A JP2876498B2 (en) | 1991-09-09 | 1991-09-09 | High-precision near-infrared reference light frequency generation method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3256945A JP2876498B2 (en) | 1991-09-09 | 1991-09-09 | High-precision near-infrared reference light frequency generation method |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0566431A JPH0566431A (en) | 1993-03-19 |
JP2876498B2 true JP2876498B2 (en) | 1999-03-31 |
Family
ID=17299545
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP3256945A Expired - Lifetime JP2876498B2 (en) | 1991-09-09 | 1991-09-09 | High-precision near-infrared reference light frequency generation method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2876498B2 (en) |
-
1991
- 1991-09-09 JP JP3256945A patent/JP2876498B2/en not_active Expired - Lifetime
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Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0566431A (en) | 1993-03-19 |
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