JP2980136B2 - 多波長安定化レーザ装置 - Google Patents
多波長安定化レーザ装置Info
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- JP2980136B2 JP2980136B2 JP3072834A JP7283491A JP2980136B2 JP 2980136 B2 JP2980136 B2 JP 2980136B2 JP 3072834 A JP3072834 A JP 3072834A JP 7283491 A JP7283491 A JP 7283491A JP 2980136 B2 JP2980136 B2 JP 2980136B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、例えば大容量のコヒー
レント光周波数多重光通信および光計測における光源と
して用いるために、原子または分子気体の共鳴線および
吸収線や光干渉計の波長を基準にし、複数のレーザ光を
その基準に同期させることによって、構成された多波長
安定化レーザ装置に関するものである。
レント光周波数多重光通信および光計測における光源と
して用いるために、原子または分子気体の共鳴線および
吸収線や光干渉計の波長を基準にし、複数のレーザ光を
その基準に同期させることによって、構成された多波長
安定化レーザ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図１０は、従来の波長安定化レーザ装置
の構成を示すブロック図である。図１０において符号１
は半導体レーザ、２は波長基準媒体、３は受光器、４は
ロックインアンプ、５は発振器である。半導体レーザ１
は発振器５により微小量、直接変調される。この変調さ
れた半導体レーザ１の一端面からの出射光６（他端面か
らの出射光７は外部に供給する光源光として用いる）は
波長基準媒体２を通過し、受光器３において光電変換さ
れて電気信号に変えられる。この電気信号は、ロックイ
ンアンプ４により発振器５の出力信号と比較、処理され
て誤差信号が得られる。この誤差信号は半導体レーザ１
にフィードバックされ、誤差信号に基づいて半導体レー
ザ１の駆動電流を変えることによって、上述の波長基準
媒体２の基準波長に半導体レーザ１の中心発振波長を同
期させてレーザ光の安定化を図るようにしている。ここ
で、上述の波長基準媒体としては、クリプトンなどの原
子の共鳴線やアンモニアなどの分子の吸収線、光ファブ
リペロ干渉計等の光干渉計などが用いられている。
の構成を示すブロック図である。図１０において符号１
は半導体レーザ、２は波長基準媒体、３は受光器、４は
ロックインアンプ、５は発振器である。半導体レーザ１
は発振器５により微小量、直接変調される。この変調さ
れた半導体レーザ１の一端面からの出射光６（他端面か
らの出射光７は外部に供給する光源光として用いる）は
波長基準媒体２を通過し、受光器３において光電変換さ
れて電気信号に変えられる。この電気信号は、ロックイ
ンアンプ４により発振器５の出力信号と比較、処理され
て誤差信号が得られる。この誤差信号は半導体レーザ１
にフィードバックされ、誤差信号に基づいて半導体レー
ザ１の駆動電流を変えることによって、上述の波長基準
媒体２の基準波長に半導体レーザ１の中心発振波長を同
期させてレーザ光の安定化を図るようにしている。ここ
で、上述の波長基準媒体としては、クリプトンなどの原
子の共鳴線やアンモニアなどの分子の吸収線、光ファブ
リペロ干渉計等の光干渉計などが用いられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、かかる
従来の波長安定化レーザ装置では、原子の共鳴線を用い
た場合、一般に原子の共鳴線の波長間隔は大きく、光通
信等で使用される限られた波長帯では数個の吸収線しか
利用できない。また、分子の吸収線は比較的小さな間隔
で多数の吸収線が存在するが、任意のまた同時に複数の
波長に設定することはできない。さらに、ファブリペロ
干渉計は共振器長の設定によって任意の波長に設定でき
るが、周囲温度の変化によって、その光路長が変化し、
共振特性が変動してしまう。そのため、原子の共鳴線や
分子の吸収線と比較して、安定度の点で問題がある。
従来の波長安定化レーザ装置では、原子の共鳴線を用い
た場合、一般に原子の共鳴線の波長間隔は大きく、光通
信等で使用される限られた波長帯では数個の吸収線しか
利用できない。また、分子の吸収線は比較的小さな間隔
で多数の吸収線が存在するが、任意のまた同時に複数の
波長に設定することはできない。さらに、ファブリペロ
干渉計は共振器長の設定によって任意の波長に設定でき
るが、周囲温度の変化によって、その光路長が変化し、
共振特性が変動してしまう。そのため、原子の共鳴線や
分子の吸収線と比較して、安定度の点で問題がある。
【０００４】本発明はこのような問題点を解決するため
になされたもので、分子の吸収線を用いた場合と同様の
安定度が得られ、かつ複数の波長で同時に安定化するこ
とができる実用的な多波長安定化レーザ装置を提供する
ことを目的とする。
になされたもので、分子の吸収線を用いた場合と同様の
安定度が得られ、かつ複数の波長で同時に安定化するこ
とができる実用的な多波長安定化レーザ装置を提供する
ことを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明は、所定の波長の光のみを吸収する媒体を波長基
準として発振波長が安定化された波長安定化レーザから
なる基準レーザ部と、複数の共振波長ピークを有しかつ
前記波長安定化レーザの出射光を用いて光路長が安定化
された光干渉計からなる干渉計部と、半導体レーザと、
前記半導体レーザからのレーザ光を前記干渉計を透過さ
せた後に当該レーザ光から前記干渉計の複数の共振波長
ピークのいずれかの波長の信号を光学的に選択する波長
フィルタと、該波長フィルタで選択された信号に基づい
て前記半導体レーザの発振波長を安定化する手段とを有
する複数の安定化レーザ部とを備えたことを特徴とす
る。
本発明は、所定の波長の光のみを吸収する媒体を波長基
準として発振波長が安定化された波長安定化レーザから
なる基準レーザ部と、複数の共振波長ピークを有しかつ
前記波長安定化レーザの出射光を用いて光路長が安定化
された光干渉計からなる干渉計部と、半導体レーザと、
前記半導体レーザからのレーザ光を前記干渉計を透過さ
せた後に当該レーザ光から前記干渉計の複数の共振波長
ピークのいずれかの波長の信号を光学的に選択する波長
フィルタと、該波長フィルタで選択された信号に基づい
て前記半導体レーザの発振波長を安定化する手段とを有
する複数の安定化レーザ部とを備えたことを特徴とす
る。
【０００６】
【作用】本発明によれば例えば分子の吸収線を用いて、
光干渉計を安定化し、該安定化された光干渉計を使っ
て、これまでには安定化できなかった、分子の吸収線間
の任意の複数の波長において半導体レーザの発振波長を
複数、同時に安定化する。
光干渉計を安定化し、該安定化された光干渉計を使っ
て、これまでには安定化できなかった、分子の吸収線間
の任意の複数の波長において半導体レーザの発振波長を
複数、同時に安定化する。
【０００７】
【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。
に説明する。
【０００８】［実施例１］図１は本発明の多波長安定化
レーザ装置の第１の実施例を示す構成ブロック図であ
る。この実施例は図１に示すように、光吸収媒体の吸収
波長で発振している基準レーザ部８と、光干渉計の光路
長を安定化した干渉計部９と、前記安定化された光干渉
計の共振ピークの何れかの波長で発振する安定化レーザ
部１０とからおもに構成される。
レーザ装置の第１の実施例を示す構成ブロック図であ
る。この実施例は図１に示すように、光吸収媒体の吸収
波長で発振している基準レーザ部８と、光干渉計の光路
長を安定化した干渉計部９と、前記安定化された光干渉
計の共振ピークの何れかの波長で発振する安定化レーザ
部１０とからおもに構成される。
【０００９】基準レーザ部８は、半導体レーザ１１と、
所定の波長の光のみを吸収する波長基準媒体１４と、光
検出器１１１と、レーザを直接変調するたの発振器１１
３と、ロックインアンプ１５とからなる。干渉計部９
は、光路長を可変できるリング共振器（光干渉計）１３
と、光路長調節手段としての温度調節器（温調器）１８
と、光検出器１１７と、ロックインアンプ１６と、波長
フィルタ１１５とからなる。安定化レーザ部１０は、半
導体レー１２と、ロックインアンプ１７と、半導体レー
ザ１２の一端面からのレーザ光を周波数変調する光（周
波数）変調器１９と、光変調器１９を駆動するための発
振器１１４と、光検出器１１８と、波長フィルタ１１６
とからなる。基準レーザ部８のレーザ１１および安定化
レーザ部１０のレーザ１２の各片端面からの光出力は各
光ファイバを通り光カップラ１１０で重ね合わされ干渉
計部９に送られている。
所定の波長の光のみを吸収する波長基準媒体１４と、光
検出器１１１と、レーザを直接変調するたの発振器１１
３と、ロックインアンプ１５とからなる。干渉計部９
は、光路長を可変できるリング共振器（光干渉計）１３
と、光路長調節手段としての温度調節器（温調器）１８
と、光検出器１１７と、ロックインアンプ１６と、波長
フィルタ１１５とからなる。安定化レーザ部１０は、半
導体レー１２と、ロックインアンプ１７と、半導体レー
ザ１２の一端面からのレーザ光を周波数変調する光（周
波数）変調器１９と、光変調器１９を駆動するための発
振器１１４と、光検出器１１８と、波長フィルタ１１６
とからなる。基準レーザ部８のレーザ１１および安定化
レーザ部１０のレーザ１２の各片端面からの光出力は各
光ファイバを通り光カップラ１１０で重ね合わされ干渉
計部９に送られている。
【００１０】次に、本実施例の多波長安定化レーザ装置
の動作を図１に従って説明する。半導体レーザ１１の一
端面より出射した出射光は所定の波長の光のみを吸収す
る波長基準媒体１４を透過し、その透過光は受光器１１
１で光電変換される。図３（ａ）はその吸収特性を示し
たものである。このとき、半導体レーザ１１は発振器１
１３で直接変調されており、ロックインアンプ１５にお
いて、受光器１１１からの信号と発振器１１３からの信
号とを比較して、半導体レーザ１１の発振周波数の波長
基準媒体１４の吸収波長からのずれを検出し、その誤差
信号を半導体レーザ１１にフィードバックし、この誤差
信号に基づいて半導体レーザの駆動電流を制御して半導
体レーザ１１の発振波長を波長基準媒体１４の吸収波長
に安定化するものである。その安定化光は途中に光カッ
プラ１１０を介して光ファイバを通ってリング共振器１
３に入射される。
の動作を図１に従って説明する。半導体レーザ１１の一
端面より出射した出射光は所定の波長の光のみを吸収す
る波長基準媒体１４を透過し、その透過光は受光器１１
１で光電変換される。図３（ａ）はその吸収特性を示し
たものである。このとき、半導体レーザ１１は発振器１
１３で直接変調されており、ロックインアンプ１５にお
いて、受光器１１１からの信号と発振器１１３からの信
号とを比較して、半導体レーザ１１の発振周波数の波長
基準媒体１４の吸収波長からのずれを検出し、その誤差
信号を半導体レーザ１１にフィードバックし、この誤差
信号に基づいて半導体レーザの駆動電流を制御して半導
体レーザ１１の発振波長を波長基準媒体１４の吸収波長
に安定化するものである。その安定化光は途中に光カッ
プラ１１０を介して光ファイバを通ってリング共振器１
３に入射される。
【００１１】リング共振器１３はその共振器長に対応し
た周波数毎に、吸収特性を持っている。図３（ｂ）はリ
ング共振器１３の吸収特性を示したものである。このう
ちの１つの吸収線を図３（ａ）の吸収線の波長に合わせ
る。波長λ1 に安定化された半導体レーザ１１の出力光
はリング共振器１３を透過し、その透過光は（受光器１
１７で受光されるまでは光ファイバを介して）光カップ
ラ１１２を通り、波長フィルタ１１５によってその信号
だけ選択され、受光器１１７で光電変換されロックイン
アンプ１６に送られる。
た周波数毎に、吸収特性を持っている。図３（ｂ）はリ
ング共振器１３の吸収特性を示したものである。このう
ちの１つの吸収線を図３（ａ）の吸収線の波長に合わせ
る。波長λ1 に安定化された半導体レーザ１１の出力光
はリング共振器１３を透過し、その透過光は（受光器１
１７で受光されるまでは光ファイバを介して）光カップ
ラ１１２を通り、波長フィルタ１１５によってその信号
だけ選択され、受光器１１７で光電変換されロックイン
アンプ１６に送られる。
【００１２】図４（ａ）は波長フィルタ１１５の透過特
性を示したもので、図４（ｂ）は吸収線（λ1 ）を選択
した場合の透過特性であり、図３（ａ）と図４（ａ）の
重ね合わせに相当している。この時、半導体レーザ１１
は発振器１１３によって直接変調されているのでレーザ
光は周波数変調されたものとなっており、ロックインア
ンプ１６では、発振器１１３からの信号と受光器１１７
からの信号とを比較することによって、受光器１１７か
らの信号（リング共振器１３出力）の吸収線λ1 からの
ずれが、誤差信号として検出される。この誤差信号は、
リング共振器１３の温調器１８におくられ、リング共振
器１３の周囲温度を変えてリング共振器１３の光路長を
制御し、その吸収線の１本が図４（ｂ）のようにλ1 に
合致するようにする。
性を示したもので、図４（ｂ）は吸収線（λ1 ）を選択
した場合の透過特性であり、図３（ａ）と図４（ａ）の
重ね合わせに相当している。この時、半導体レーザ１１
は発振器１１３によって直接変調されているのでレーザ
光は周波数変調されたものとなっており、ロックインア
ンプ１６では、発振器１１３からの信号と受光器１１７
からの信号とを比較することによって、受光器１１７か
らの信号（リング共振器１３出力）の吸収線λ1 からの
ずれが、誤差信号として検出される。この誤差信号は、
リング共振器１３の温調器１８におくられ、リング共振
器１３の周囲温度を変えてリング共振器１３の光路長を
制御し、その吸収線の１本が図４（ｂ）のようにλ1 に
合致するようにする。
【００１３】この安定化されたリング共振器１３を用い
て第２の半導体レーザ１２の発振波長を安定化する。半
導体レーザ１２の片端面からの出射光は外部周波数変調
器１９を用いて第１の半導体レーザと同様に周波数変調
される（他の片端面からの出射光は外部に供給する光源
光とする）。その変調光は途中に光カップラ１１０を介
して光ファイバを通ってリング共振器１３に入射され
る。このとき、発振器１１４の周波数は発振器１１３の
周波数とは異なるものに設定されている。リング共振器
１３からの出射光は途中に光カップラ１１２を介し光フ
ァイバを通って波長フィルタ１１６でリング共振器１３
の共振波長ピークの１つの波長（例えばλ2 ）に対応す
る信号が選択され、受光器１１８で光電変換される。受
光器１１８からの信号のリング共振器１３の共振周波数
からのずれを発振器１１４からの信号を参照してロック
インアンプ１７で検出し、その誤差信号を半導体レーザ
１２にフィードバックし（例えば図３（ｂ）のλ2 の波
長に）半導体レーザ１２の発振波長を安定化するもので
ある。したがって、波長フィルタ１１６による選択周波
数を変えることによって図３（ｂ）の共振周波数のλ1
以外のどの共振点でも安定化することができる。波長フ
ィルタ１１５と１１６とは同一構成にすることができ、
以下に詳述する。
て第２の半導体レーザ１２の発振波長を安定化する。半
導体レーザ１２の片端面からの出射光は外部周波数変調
器１９を用いて第１の半導体レーザと同様に周波数変調
される（他の片端面からの出射光は外部に供給する光源
光とする）。その変調光は途中に光カップラ１１０を介
して光ファイバを通ってリング共振器１３に入射され
る。このとき、発振器１１４の周波数は発振器１１３の
周波数とは異なるものに設定されている。リング共振器
１３からの出射光は途中に光カップラ１１２を介し光フ
ァイバを通って波長フィルタ１１６でリング共振器１３
の共振波長ピークの１つの波長（例えばλ2 ）に対応す
る信号が選択され、受光器１１８で光電変換される。受
光器１１８からの信号のリング共振器１３の共振周波数
からのずれを発振器１１４からの信号を参照してロック
インアンプ１７で検出し、その誤差信号を半導体レーザ
１２にフィードバックし（例えば図３（ｂ）のλ2 の波
長に）半導体レーザ１２の発振波長を安定化するもので
ある。したがって、波長フィルタ１１６による選択周波
数を変えることによって図３（ｂ）の共振周波数のλ1
以外のどの共振点でも安定化することができる。波長フ
ィルタ１１５と１１６とは同一構成にすることができ、
以下に詳述する。
【００１４】図５に波長フィルタ１１５（または１１
６）の拡大図を示す。３１は１対の無反射コーティング
層であり、その内側に１対のガラス基板３５，１対のイ
ンジウムチンオキサイド（ＩＴＯ）あるいは酸化錫等の
透明電極層３２，１対のミラー３３および１対のポリイ
ミド等の配向膜３４を順次配置し、その内側に液晶層３
６を配置する。３７は１対の透明電極層３２間に電位差
Ｖを印加するための配線である。３８，３９は光入出力
用の１対の光ファイバ、３１０，３１１は１対のコリメ
ートレンズ、３１２，３１３は１対の複屈折性結晶、３
１４，３１５は１対の２分の１波長板であって、これら
の各々は１対のコーティング層の外側に配置する。
６）の拡大図を示す。３１は１対の無反射コーティング
層であり、その内側に１対のガラス基板３５，１対のイ
ンジウムチンオキサイド（ＩＴＯ）あるいは酸化錫等の
透明電極層３２，１対のミラー３３および１対のポリイ
ミド等の配向膜３４を順次配置し、その内側に液晶層３
６を配置する。３７は１対の透明電極層３２間に電位差
Ｖを印加するための配線である。３８，３９は光入出力
用の１対の光ファイバ、３１０，３１１は１対のコリメ
ートレンズ、３１２，３１３は１対の複屈折性結晶、３
１４，３１５は１対の２分の１波長板であって、これら
の各々は１対のコーティング層の外側に配置する。
【００１５】まず、波長フィルタの動作原理について説
明する。図６（ａ），（ｂ）には、液晶に電界を印加し
ない場合とした場合の液晶分子の配向を図示した。ここ
で、４１は液晶分子、４２は配向膜で、配向膜４２に示
してある矢印は配向方向である。例えば、液晶にネマテ
ィック液晶、配向膜に厚さ数１０から１０００オングス
トロームの高分子膜を用い、配向処理（ラビング等）を
行うか、同様な厚さのＳｉＯの斜方蒸着膜を用いると電
界無印加状態で液晶分子は配向膜の配向方向に基板に平
行に配位する。これは配向処理にともない液晶の位置エ
ネルギー＋配向膜との相互作用エネルギーが液晶分子が
配向方向に配位した時最小となるからである。ところ
が、基板に垂直に電界を印加すると液晶分子が双極子モ
ーメントを持つため電界との相互作用が生じ、この系は
液晶が電界方向に回転することによって、エネルギー的
に安定となる。このとき、対向する配向膜の配向方向は
反対の向きになっているため、液晶分子の回転方向は一
意的に定まり、光の散乱要因であるディスクリネーショ
ンを避けることが出来る。ここで、液晶の配向方向に偏
光した平行光を基板に垂直に入射する場合を考える。液
晶分子は異方性の大きい形状から推察される通り光学的
にも異方性がきわめて大きい。このため、電界印加時に
液晶分子の回転と共に偏光面の方向の屈折率（ｎ）が大
きく変化する。屈折率変化は最大十数％にも及ぶ。ｎは
電界Ｅの関数となる。
明する。図６（ａ），（ｂ）には、液晶に電界を印加し
ない場合とした場合の液晶分子の配向を図示した。ここ
で、４１は液晶分子、４２は配向膜で、配向膜４２に示
してある矢印は配向方向である。例えば、液晶にネマテ
ィック液晶、配向膜に厚さ数１０から１０００オングス
トロームの高分子膜を用い、配向処理（ラビング等）を
行うか、同様な厚さのＳｉＯの斜方蒸着膜を用いると電
界無印加状態で液晶分子は配向膜の配向方向に基板に平
行に配位する。これは配向処理にともない液晶の位置エ
ネルギー＋配向膜との相互作用エネルギーが液晶分子が
配向方向に配位した時最小となるからである。ところ
が、基板に垂直に電界を印加すると液晶分子が双極子モ
ーメントを持つため電界との相互作用が生じ、この系は
液晶が電界方向に回転することによって、エネルギー的
に安定となる。このとき、対向する配向膜の配向方向は
反対の向きになっているため、液晶分子の回転方向は一
意的に定まり、光の散乱要因であるディスクリネーショ
ンを避けることが出来る。ここで、液晶の配向方向に偏
光した平行光を基板に垂直に入射する場合を考える。液
晶分子は異方性の大きい形状から推察される通り光学的
にも異方性がきわめて大きい。このため、電界印加時に
液晶分子の回転と共に偏光面の方向の屈折率（ｎ）が大
きく変化する。屈折率変化は最大十数％にも及ぶ。ｎは
電界Ｅの関数となる。
【００１６】 ｎ（Ｅ）＝ｎ0 ＋Δｎ（Ｅ） （１） ここでｎ0 は電界無印加時の屈折率である。
【００１７】波長フィルタ１１５では、対向する１対の
ミラー３３にこのような液晶層３６と１対の配向膜３４
を挟んで、光共振器を構成している。ミラー３３の反射
率をγ、入射光の波長をλ、ミラー３３の間隔をＬとす
るとこの光共振器の透過率Ｔ、共鳴波長λres は次式で
表される。
ミラー３３にこのような液晶層３６と１対の配向膜３４
を挟んで、光共振器を構成している。ミラー３３の反射
率をγ、入射光の波長をλ、ミラー３３の間隔をＬとす
るとこの光共振器の透過率Ｔ、共鳴波長λres は次式で
表される。
【００１８】 Ｔ＝１／［１＋Ｆｓｉｎ2 （２πｎ（Ｅ）Ｌ／λ）］ （２） Ｆ＝４γ／（１−γ）2 （３） λres ＝ｍ／２ｎ（Ｅ）Ｌ （ｍ＝１，２，…） （４） ここで、Ｆはフィネスと呼ばれる性能指数である。
【００１９】（４）式から明らかなように電界印加時に
液晶層３６の屈折率変化にともない共鳴ピークは移動す
る。すなわち、共振器外側の１対の透明電極層３２間の
電位差Ｖを制御することによって共振器の共鳴波長を制
御し可変波長フィルタとして動作させることが出来る。
波長フィルタ１１５の動作波長の上限と下限をそれぞれ
λmax ，λmin とすると、ｍの値の上限は次式で与えら
れる。（動作波長範囲にただ一つの共鳴ピークが存在す
る条件） ｍ＜１＋λmax ／（λmax −λmin ） （５） 例えば、ミラーの反射率を９９．０％、共振器長を１５
μｍとすれば半値幅３０ＧＨｚで約５０ｎｍの波長掃引
が可能である。さらに、フィネスを大きくすることによ
り半値幅５ＧＨｚ程度まで可能である。
液晶層３６の屈折率変化にともない共鳴ピークは移動す
る。すなわち、共振器外側の１対の透明電極層３２間の
電位差Ｖを制御することによって共振器の共鳴波長を制
御し可変波長フィルタとして動作させることが出来る。
波長フィルタ１１５の動作波長の上限と下限をそれぞれ
λmax ，λmin とすると、ｍの値の上限は次式で与えら
れる。（動作波長範囲にただ一つの共鳴ピークが存在す
る条件） ｍ＜１＋λmax ／（λmax −λmin ） （５） 例えば、ミラーの反射率を９９．０％、共振器長を１５
μｍとすれば半値幅３０ＧＨｚで約５０ｎｍの波長掃引
が可能である。さらに、フィネスを大きくすることによ
り半値幅５ＧＨｚ程度まで可能である。
【００２０】さらに、液晶を用いた波長フィルタでは、
入射光の偏光特性に強く依存するので、図５のように、
コリメートレンズ３１０を介した入射光を一方の複屈折
性結晶３１２でｐ偏光成分とｓ偏光成分に分け、２分の
１波長板３１４と３１５を適当に回転し２つの偏光成分
の光が光共振器を透過する際に片方の偏光成分がもう１
方の偏光成分と同様の効果を受けるように調整してや
る。そののち再び他方の複屈折性結晶３１３を用い重ね
合わせ、コリメートレンズ３１１を介し出射する。この
ように図５の構成を用いれば偏光依存性を解消すること
ができる。
入射光の偏光特性に強く依存するので、図５のように、
コリメートレンズ３１０を介した入射光を一方の複屈折
性結晶３１２でｐ偏光成分とｓ偏光成分に分け、２分の
１波長板３１４と３１５を適当に回転し２つの偏光成分
の光が光共振器を透過する際に片方の偏光成分がもう１
方の偏光成分と同様の効果を受けるように調整してや
る。そののち再び他方の複屈折性結晶３１３を用い重ね
合わせ、コリメートレンズ３１１を介し出射する。この
ように図５の構成を用いれば偏光依存性を解消すること
ができる。
【００２１】例えば、図１の装置構成において、半導体
レーザ１１，１２として波長１．５５００μｍで発振す
るＩｎＧａＡｓＰ系の分布帰還型半導体レーザ（ＤＦＢ
型ＬＤ）を使用した。セル長５ｃｍの吸収セル１４に、
光吸収媒体として同位体置換アセチレンガス（13Ｃ2 Ｈ
2 ）を１０Ｔｏｒｒ封入した。図７はアセチレンガスと
同位体置換アセチレンガスの吸収特性を示した図であ
る。セル長は１０ｃｍ、圧力は７６０Ｔｏｒｒである。
そのうち、１．５４９４９μｍの吸収線（半値全幅８０
０ＭＨｚ，吸収強度１０％）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。発振器１１３の周波
数を１０ｋＨｚとし、この構成系を使い半導体レーザ１
１の中心発振波長の変動を１×１０-5ｎｍ（光周波数に
して１ＭＨｚ）以下に抑えた。
レーザ１１，１２として波長１．５５００μｍで発振す
るＩｎＧａＡｓＰ系の分布帰還型半導体レーザ（ＤＦＢ
型ＬＤ）を使用した。セル長５ｃｍの吸収セル１４に、
光吸収媒体として同位体置換アセチレンガス（13Ｃ2 Ｈ
2 ）を１０Ｔｏｒｒ封入した。図７はアセチレンガスと
同位体置換アセチレンガスの吸収特性を示した図であ
る。セル長は１０ｃｍ、圧力は７６０Ｔｏｒｒである。
そのうち、１．５４９４９μｍの吸収線（半値全幅８０
０ＭＨｚ，吸収強度１０％）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。発振器１１３の周波
数を１０ｋＨｚとし、この構成系を使い半導体レーザ１
１の中心発振波長の変動を１×１０-5ｎｍ（光周波数に
して１ＭＨｚ）以下に抑えた。
【００２２】この波長安定化光を光ファイバカップラ１
１０を通してリング共振器１３に入射した。リング共振
器１３として、直径が１３ｍｍ、損失が０．０４ｄＢ／
ｃｍ、フィネスが３０の石英系導波路形リング共振器を
用いた。共振周波数間隔は５ＧＨｚである。温度による
屈折率変化は１０-5／℃であり、１℃で１．８ＧＨｚの
共振ピークのシフトが可能である。半導体レーザ１１の
１０ＫＨｚの変調光の成分を波長フィルタ１１５で分波
し、ロックインアンプ１６でロックイン検出し、リング
共振器１３の共振器長を安定化した。
１０を通してリング共振器１３に入射した。リング共振
器１３として、直径が１３ｍｍ、損失が０．０４ｄＢ／
ｃｍ、フィネスが３０の石英系導波路形リング共振器を
用いた。共振周波数間隔は５ＧＨｚである。温度による
屈折率変化は１０-5／℃であり、１℃で１．８ＧＨｚの
共振ピークのシフトが可能である。半導体レーザ１１の
１０ＫＨｚの変調光の成分を波長フィルタ１１５で分波
し、ロックインアンプ１６でロックイン検出し、リング
共振器１３の共振器長を安定化した。
【００２３】ところで、リング共振器１３を出射した光
は光カップラ１１２で分配され一部が波長フィルタ１１
５に入射する。この時、波長フィルタ１１５の印加電圧
を調整し基準レーザ部８のレーザ光のみを選択するよう
に調整する。この構成系で、リング共振器１３の共振ピ
ークの１本を波長１．５４９４９μｍ（光周波数にして
１９３６１２ＧＨｚ）の吸収線に合わせた。共振ピーク
の周波数安定性は１ＭＨｚが得られた。
は光カップラ１１２で分配され一部が波長フィルタ１１
５に入射する。この時、波長フィルタ１１５の印加電圧
を調整し基準レーザ部８のレーザ光のみを選択するよう
に調整する。この構成系で、リング共振器１３の共振ピ
ークの１本を波長１．５４９４９μｍ（光周波数にして
１９３６１２ＧＨｚ）の吸収線に合わせた。共振ピーク
の周波数安定性は１ＭＨｚが得られた。
【００２４】さらに、半導体レーザ１２の片端面からの
出力光を音響光学変調器１９に入射し、１００ｋＨｚで
変調幅１２０ＭＨｚの周波数変調を与え、安定化された
リング共振器１３に入射した。半導体レーザ１２の１０
０ｋＨｚの変調光の成分を波長フィルタ１１６で分離
し、ロックインアンプ１７でロックイン検出し、リング
共振器１３の１本の共振ピーク、波長１．５４９５３μ
ｍ（光周波数にして１９３６０７ＧＨｚ）で安定化し
た。この構成系を使い半導体レーザ１２の中心発振波長
の変動を１×１０-5ｎｍ（光周波数にして１ＭＨｚ）以
下に抑えることができた。この径で５ＧＨｚごとの任意
の周波数において半導体レーザの発振波長を安定化する
ことができる。さらに、リング共振器１３の共振器長を
任意に選ぶことによって任意の波長において安定化が可
能である。
出力光を音響光学変調器１９に入射し、１００ｋＨｚで
変調幅１２０ＭＨｚの周波数変調を与え、安定化された
リング共振器１３に入射した。半導体レーザ１２の１０
０ｋＨｚの変調光の成分を波長フィルタ１１６で分離
し、ロックインアンプ１７でロックイン検出し、リング
共振器１３の１本の共振ピーク、波長１．５４９５３μ
ｍ（光周波数にして１９３６０７ＧＨｚ）で安定化し
た。この構成系を使い半導体レーザ１２の中心発振波長
の変動を１×１０-5ｎｍ（光周波数にして１ＭＨｚ）以
下に抑えることができた。この径で５ＧＨｚごとの任意
の周波数において半導体レーザの発振波長を安定化する
ことができる。さらに、リング共振器１３の共振器長を
任意に選ぶことによって任意の波長において安定化が可
能である。
【００２５】特に、図７に示したアセチレンガスおよび
同位体置換アセチレンガスを用いれば１．５０μｍから
１．５６μｍの広範囲にわたって局在する吸収線間の連
続な波長で安定化が可能である。これは、１本の吸収線
を使う場合に比較して、リング共振器の波長分散特性の
影響による、周波数誤差を除去することができる。光吸
収性ガスとして通常のアセチレンガス、アンモニアガ
ス、メタンガス、二酸化炭素等を用いても前記機能と同
様の動作原理によって発振波長安定化を行うことができ
る。
同位体置換アセチレンガスを用いれば１．５０μｍから
１．５６μｍの広範囲にわたって局在する吸収線間の連
続な波長で安定化が可能である。これは、１本の吸収線
を使う場合に比較して、リング共振器の波長分散特性の
影響による、周波数誤差を除去することができる。光吸
収性ガスとして通常のアセチレンガス、アンモニアガ
ス、メタンガス、二酸化炭素等を用いても前記機能と同
様の動作原理によって発振波長安定化を行うことができ
る。
【００２６】図１では半導体レーザ１１の変調に直接変
調を、半導体レーザ１２の変調に音響光学変調器１９を
用いたが、どちらを用いても本発明を実現できる。な
お、音響光学変調器の代わりにＬｉＮｂＯ3 変調器、電
気光学変調器など、他の構成の変調器を用いても同様の
効果を得ることができる。また、図８のように複数の安
定化レーザ部１０，１０′，１０″，…を接続すること
により、複数のレーザを同時に安定化することができ
る。
調を、半導体レーザ１２の変調に音響光学変調器１９を
用いたが、どちらを用いても本発明を実現できる。な
お、音響光学変調器の代わりにＬｉＮｂＯ3 変調器、電
気光学変調器など、他の構成の変調器を用いても同様の
効果を得ることができる。また、図８のように複数の安
定化レーザ部１０，１０′，１０″，…を接続すること
により、複数のレーザを同時に安定化することができ
る。
【００２７】［実施例２］図２は本発明の多波長安定化
レーザ装置の第２の実施例を示す構成ブロック図であ
る。この実施例は図２に示すように、波長フィルタとし
てマッハツェンダ干渉計１１９を用いている。この干渉
計１１９にはリング共振器１３からの光が入射される。
またマッハツェンダ干渉計１１９はリング共振器１３と
同一の石英導波路上に構成されている。そのため極めて
コンパクトな構成系にすることができる。マッハツェン
ダ干渉計１１９の光路の一方にはリング共振器１３と同
様にヒーターが埋め込まれておりその印加電圧を変化さ
せることにより波長を選択するものである。周波数間隔
としてリング共振器１３の周波数間隔５ＧＨｚを最小単
位として１０ＧＨｚ、２０ＧＨｚ、４０ＧＨｚと設定す
ることにより、任意の周波数の光を選択することができ
る。この干渉計１１９からの光は受光器１１７および１
１８に与えられる。他の構成は第１の実施例と同様であ
る。
レーザ装置の第２の実施例を示す構成ブロック図であ
る。この実施例は図２に示すように、波長フィルタとし
てマッハツェンダ干渉計１１９を用いている。この干渉
計１１９にはリング共振器１３からの光が入射される。
またマッハツェンダ干渉計１１９はリング共振器１３と
同一の石英導波路上に構成されている。そのため極めて
コンパクトな構成系にすることができる。マッハツェン
ダ干渉計１１９の光路の一方にはリング共振器１３と同
様にヒーターが埋め込まれておりその印加電圧を変化さ
せることにより波長を選択するものである。周波数間隔
としてリング共振器１３の周波数間隔５ＧＨｚを最小単
位として１０ＧＨｚ、２０ＧＨｚ、４０ＧＨｚと設定す
ることにより、任意の周波数の光を選択することができ
る。この干渉計１１９からの光は受光器１１７および１
１８に与えられる。他の構成は第１の実施例と同様であ
る。
【００２８】また、図９のようにマッハツェンダ干渉計
１１９を多段に重ね合わせ、複数の安定化レーザ部を接
続することにより、複数のレーザを同時に安定化するこ
とができる。
１１９を多段に重ね合わせ、複数の安定化レーザ部を接
続することにより、複数のレーザを同時に安定化するこ
とができる。
【００２９】以上、本発明を実施例にもとづき具体的に
説明したが、本発明は、前記実施例に限定されるもので
はなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可
能であることは言うまでもない。
説明したが、本発明は、前記実施例に限定されるもので
はなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可
能であることは言うまでもない。
【００３０】
【発明の効果】以上、説明したように、本発明によれ
ば、同時に複数の半導体レーザの発振波長を任意の波長
に極めて高精度で同期、安定化することができ、例えば
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。
ば、同時に複数の半導体レーザの発振波長を任意の波長
に極めて高精度で同期、安定化することができ、例えば
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１】本発明の多波長安定化レーザ装置の第１の実施
例の構成を示すブロック図である。
例の構成を示すブロック図である。
【図２】同第２の実施例の構成を示すブロック図であ
る。
る。
【図３】光吸収性ガスおよびリング共振器を透過した光
の光強度を示す図である。
の光強度を示す図である。
【図４】波長フィルタの透過特性を示す図である。
【図５】液晶を用いた波長フィルタの構成図である。
【図６】液晶分子の配位図である。
【図７】アセチレンガスおよび同位体置換アセチレンガ
スの光吸収特性を示す図である。
スの光吸収特性を示す図である。
【図８】本発明の波長安定化レーザ装置の他の実施例の
構成を示すブロック図である。
構成を示すブロック図である。
【図９】同他の実施例の構成を示すブロック図である。
【図１０】従来の光吸収セルを用いた波長安定化レーザ
装置の構成を示すブロック図である。
装置の構成を示すブロック図である。
１，１１，１２ 半導体レーザ ２，１４ 吸収セル ３，１１１，１１７，１１８ 受光器 ４，１５，１６，１７ ロックインアンプ ５，１１３，１１４ 発振器 ８ 基準レーザ部 ９ 干渉計部 １０ 安定化レーザ部 １３ リング共振器 １８ 温調器 １９ 外部変調器 １１０，１１２ 光カップラ １１５，１１６ 波長フィルタ １１９ マッハツェンダ干渉計
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小湊 俊海 東京都千代田区内幸町一丁目１番６号 日本電信電話株式会社内 (56)参考文献 特開 平１−276784（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−158927（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−178219（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01S 3/18 H01S 3/133 G02F 1/13 505 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)
Claims (3)
- 【請求項１】 所定の波長の光のみを吸収する媒体を波
長基準として発振波長が安定化された波長安定化レーザ
からなる基準レーザ部と、複数の共振波長ピークを有し
かつ前記波長安定化レーザの出射光を用いて光路長が安
定化された光干渉計からなる干渉計部と、半導体レーザ
と、前記半導体レーザからのレーザ光を前記干渉計を透
過させた後に当該レーザ光から前記干渉計の複数の共振
波長ピークのいずれかの波長の信号を光学的に選択する
波長フィルタと、該波長フィルタで選択された信号に基
づいて前記半導体レーザの発振波長を安定化する手段と
を有する複数の安定化レーザ部とを備えたことを特徴と
する多波長安定化レーザ装置。 - 【請求項２】 前記波長フィルタは、１対のガラス基板
と、該１対のガラス基板の内側に順次積層した１対の透
明電極層と、１対の反射ミラーと、１対の配向膜と、液
晶とを有することを特徴とする請求項１記載の多波長安
定化レーザ装置。 - 【請求項３】 所定の波長の光のみを吸収する媒体を波
長基準として発振波長が安定化された波長安定化レーザ
からなる基準レーザ部と、複数の半導体レーザと、前記
基準レーザ部からのレーザ光と前記複数の半導体レーザ
からのレーザ光とが入射され、複数の共振ピークを有す
る光干渉計と、該光干渉計の出力に多段接続され、当該
複数の共振ピークのいずれかの波長を光学的に選択する
複数の波長フィルタと、該複数の波長フィルタのいずれ
か１つからの前記基準レーザ部の出射光に基づいて前記
光干渉計の光路長を安定化する手段と、前記複数の波長
フィルタの各々によって選択された信号に基づいて前記
複数の半導体レーザの発振波長を各々安定化する手段と
を具えたことを特徴とする多波長安定化レーザ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3072834A JP2980136B2 (ja) | 1991-04-05 | 1991-04-05 | 多波長安定化レーザ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3072834A JP2980136B2 (ja) | 1991-04-05 | 1991-04-05 | 多波長安定化レーザ装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04307983A JPH04307983A (ja) | 1992-10-30 |
| JP2980136B2 true JP2980136B2 (ja) | 1999-11-22 |
Family
ID=13500841
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3072834A Expired - Fee Related JP2980136B2 (ja) | 1991-04-05 | 1991-04-05 | 多波長安定化レーザ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2980136B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| MX2007011836A (es) * | 2005-03-29 | 2007-10-10 | Cytec Tech Corp | Modificacion de selectividad de cobre/hierro en sistemas de extraccion por solvente de cobre basados en oxima. |
-
1991
- 1991-04-05 JP JP3072834A patent/JP2980136B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04307983A (ja) | 1992-10-30 |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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