JP2995854B2 - 半導体レーザ発振器 - Google Patents
半導体レーザ発振器Info
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- JP2995854B2 JP2995854B2 JP2302094A JP30209490A JP2995854B2 JP 2995854 B2 JP2995854 B2 JP 2995854B2 JP 2302094 A JP2302094 A JP 2302094A JP 30209490 A JP30209490 A JP 30209490A JP 2995854 B2 JP2995854 B2 JP 2995854B2
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- Japan
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- light
- semiconductor laser
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- low
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体レーザ発振器に関し、特に発振周波数
を安定化した半導体レーザ発振器に関する。
を安定化した半導体レーザ発振器に関する。
一般に半導体レーザの発光スペクトル周波数は、注入
電流および温度に大きく影響されて変動するという欠点
を有している。従来の半導体レーザ発振器では、発光ス
ペクトル周波数を安定させるために、半導体レーザの注
入電流および周囲温度を安定化することによって対処し
ている。
電流および温度に大きく影響されて変動するという欠点
を有している。従来の半導体レーザ発振器では、発光ス
ペクトル周波数を安定させるために、半導体レーザの注
入電流および周囲温度を安定化することによって対処し
ている。
上述した従来の半導体レーザ発振器においては、半導
体レーザの注入電流および周囲温度を安定化することに
よって発光スペクトル周波数を安定させているが、半導
体レーザ自体の発光スペクトルの経年変化に伴うドリフ
トを除去することは困難であり、従って、長期にわたり
発光スペクトル周波数を安定させることが困難であっ
た。
体レーザの注入電流および周囲温度を安定化することに
よって発光スペクトル周波数を安定させているが、半導
体レーザ自体の発光スペクトルの経年変化に伴うドリフ
トを除去することは困難であり、従って、長期にわたり
発光スペクトル周波数を安定させることが困難であっ
た。
本発明の目的は、長期にわたり発光スペクトル周波数
を安定化できる半導体レーザ発振器を提供することにあ
る。
を安定化できる半導体レーザ発振器を提供することにあ
る。
本発明の半導体レーザ発振器は、注入電流を供給され
て波長λ帯の光を発する第１の半導体レーザと、原子共
鳴現象によって波長λ帯の光を吸収する光吸収部と、前
記光吸収部を通過させた前記第１の半導体レーザの光を
検出し光強度に応じた電気信号を出力する光検出部と、
低周波信号を出力する低周波発振器と、前記光検出部の
出力と前記低周波信号との位相差を検出する第１の位相
検波部と、前記第１の位相検波部の出力を前記低周波信
号で変調し前記注入電流として前記第１の半導体レーザ
へ帰還する第１の周波数制御部とを備えた第１の発振手
段と；注入電流を供給されて波長２λ帯の光を発する第
２の半導体レーザと、前記第２の半導体レーザの光を受
けて第２次高調波成分を生成し前記第２の半導体レーザ
の光波長の1/2の光を出力する高調波生成部と、前記第
１の半導体レーザおよび前記高調波生成部が発する光の
一部をそれぞれ受け合成して電気信号に変換する変換部
と、制御電圧に応じた周波数で発振する電圧制御発振部
と、前記変換部および前記電圧制御発振部のそれぞれを
出力を受け位相差を検出する第２の位相検波部と、前記
第２の位相検波部の検波出力に含まれる前記低周波信号
成分を除去する低域フィルタと、前記低域フィルタの出
力を受け前記第２の半導体レーザへの注入電流として帰
還する第２の周波数制御部とを備えた第２の発振手段と
を具備して構成される。また、波長0.78μｍ帯の光を出
力する前記第１の半導体レーザと、波長1.56μｍ帯の光
を出力する前記第２の半導体レーザと、波長0.78μｍ帯
の光を吸収するルビジウム原子を使用した前記光吸収部
とにより構成してもよい。
て波長λ帯の光を発する第１の半導体レーザと、原子共
鳴現象によって波長λ帯の光を吸収する光吸収部と、前
記光吸収部を通過させた前記第１の半導体レーザの光を
検出し光強度に応じた電気信号を出力する光検出部と、
低周波信号を出力する低周波発振器と、前記光検出部の
出力と前記低周波信号との位相差を検出する第１の位相
検波部と、前記第１の位相検波部の出力を前記低周波信
号で変調し前記注入電流として前記第１の半導体レーザ
へ帰還する第１の周波数制御部とを備えた第１の発振手
段と；注入電流を供給されて波長２λ帯の光を発する第
２の半導体レーザと、前記第２の半導体レーザの光を受
けて第２次高調波成分を生成し前記第２の半導体レーザ
の光波長の1/2の光を出力する高調波生成部と、前記第
１の半導体レーザおよび前記高調波生成部が発する光の
一部をそれぞれ受け合成して電気信号に変換する変換部
と、制御電圧に応じた周波数で発振する電圧制御発振部
と、前記変換部および前記電圧制御発振部のそれぞれを
出力を受け位相差を検出する第２の位相検波部と、前記
第２の位相検波部の検波出力に含まれる前記低周波信号
成分を除去する低域フィルタと、前記低域フィルタの出
力を受け前記第２の半導体レーザへの注入電流として帰
還する第２の周波数制御部とを備えた第２の発振手段と
を具備して構成される。また、波長0.78μｍ帯の光を出
力する前記第１の半導体レーザと、波長1.56μｍ帯の光
を出力する前記第２の半導体レーザと、波長0.78μｍ帯
の光を吸収するルビジウム原子を使用した前記光吸収部
とにより構成してもよい。
次に図面を参照して本発明を説明する。
第１図は本発明の一実施例を示すブロック図である。
波長0.78μｍ帯の光を出力する半導体レーザ１、および
波長1.56μｍ帯の光を出力する半導体レーザ２は、それ
ぞれ恒温容器に収納されて温度制御器19により温度が一
定になるように制御されており、短時間における発光ス
ペクトル周波数を安定化させている。ルビジウムセル部
６は、ルビジウム原子の共鳴現象により波長0.78μｍ帯
の光を急峻な特性で吸収するものであり、温度および磁
界等の影響を受けて共鳴周波数が変動するのを防ぐため
に、温度制御器８および磁気シールドケース７により温
度，磁気を一定になるようにしている。高調波生成部13
は、非中心対称性構造の結晶を使用することにより入力
光に対して歪みをもった光を生成し、入力光の２倍の高
調波を含んだ光を出力するものである。ここで、半導体
レーザ１、ルビジウムセル６、光検出部９、低周波発振
部10、位相検波部11および周波数制御部12により第１の
制御ループを構成しており、また、半導体レーザ２、高
調波生成部13、ハーフミラー５、変換部14、電圧制御発
振部15、位相検波部16、低域フィルタ17および周波数制
御部18により第２の制御ループを構成している。
波長0.78μｍ帯の光を出力する半導体レーザ１、および
波長1.56μｍ帯の光を出力する半導体レーザ２は、それ
ぞれ恒温容器に収納されて温度制御器19により温度が一
定になるように制御されており、短時間における発光ス
ペクトル周波数を安定化させている。ルビジウムセル部
６は、ルビジウム原子の共鳴現象により波長0.78μｍ帯
の光を急峻な特性で吸収するものであり、温度および磁
界等の影響を受けて共鳴周波数が変動するのを防ぐため
に、温度制御器８および磁気シールドケース７により温
度，磁気を一定になるようにしている。高調波生成部13
は、非中心対称性構造の結晶を使用することにより入力
光に対して歪みをもった光を生成し、入力光の２倍の高
調波を含んだ光を出力するものである。ここで、半導体
レーザ１、ルビジウムセル６、光検出部９、低周波発振
部10、位相検波部11および周波数制御部12により第１の
制御ループを構成しており、また、半導体レーザ２、高
調波生成部13、ハーフミラー５、変換部14、電圧制御発
振部15、位相検波部16、低域フィルタ17および周波数制
御部18により第２の制御ループを構成している。
次に動作を説明する。
半導体レーザ１から出力される波長0.78μｍ帯の光
は、ハーフミラー４により２分割され、一方はルビジウ
ムセル６へ送出される。波長0.78μｍ帯の光を急峻な特
性で吸収するルビジウムセル６を透過した光は、光検出
部９により検出され光強度に応じた信号となって出力さ
れる。
は、ハーフミラー４により２分割され、一方はルビジウ
ムセル６へ送出される。波長0.78μｍ帯の光を急峻な特
性で吸収するルビジウムセル６を透過した光は、光検出
部９により検出され光強度に応じた信号となって出力さ
れる。
第２図はルビジウムセル６の光吸収特性の一例を示す
図であり、横軸は周波数、縦軸は光検出部９の出力レベ
ルを示している。ルビジウムセル６に入射する光を低周
波信号であらかじめ位相変調しておけば、入射する光の
周波数がルビジウム原子共鳴周波数を基準にして正また
は負にずれると、光検出部９の出力での低周波数信号の
位相が180度ずれる。この位相誤差を検知して帰還する
ことによって、半導体レーザ１の発光スペクトル周波数
を安定化させることができる。このために、低周波信号
を出力する低周波発振部10、光検出部９の出力と低周波
信号との位相差を検出する位相検波部11および周波数制
御部12を設けている。周波数制御部12は、位相検波部11
からの位相誤差信号および低周波信号を受け、半導体レ
ーザ１への注入電流を低周波信号で微小に変動させて帰
還する。このようにすることにより、半導体レーザ１の
発光スペクトル周波数をルビジウム原子共鳴周波数にな
るように制御する。
図であり、横軸は周波数、縦軸は光検出部９の出力レベ
ルを示している。ルビジウムセル６に入射する光を低周
波信号であらかじめ位相変調しておけば、入射する光の
周波数がルビジウム原子共鳴周波数を基準にして正また
は負にずれると、光検出部９の出力での低周波数信号の
位相が180度ずれる。この位相誤差を検知して帰還する
ことによって、半導体レーザ１の発光スペクトル周波数
を安定化させることができる。このために、低周波信号
を出力する低周波発振部10、光検出部９の出力と低周波
信号との位相差を検出する位相検波部11および周波数制
御部12を設けている。周波数制御部12は、位相検波部11
からの位相誤差信号および低周波信号を受け、半導体レ
ーザ１への注入電流を低周波信号で微小に変動させて帰
還する。このようにすることにより、半導体レーザ１の
発光スペクトル周波数をルビジウム原子共鳴周波数にな
るように制御する。
次に、半導体レーザ２から出力される波長1.56μｍ帯
の光は、ハーフミラー３により２分割され、一方は半導
体レーザ発振器の出力端子21へ送出され、他方は高調波
生成部13へ送出される。高調波生成部13で生成された２
倍高調波を含んだ光、すなわち波長0.78μｍ帯の光はハ
ーフミラー５に送出され、ハーフミラー４からの半導体
レーザ１の出力光の一部と合成される。いま半導体レー
ザ１の光周波数をf1、半導体レーザ２の光周波数をf2と
すると、変換部14は、ハーフミラー５から光周波数f1お
よび2f2の光を受けて光電変換を行い、f1と2fとの差の
周波数の電気信号を位相検波部16へ送出する。電圧制御
発振部15は、入力端子22を介して入力する周波数制御信
号に応じて発振しており、半導体レーザ２の光周波数を
オフセットするための信号を出力する。位相検波部16
は、変換部14からの電気信号および電圧制御発振部15か
らのオフセット信号の位相差を検出し、低周波発振部10
の低周波信号成分を除去するための低域フィルタ17を介
して周波数制御部18へ送出する。周波数制御部12は、位
相検波部11からの位相差信号を受けて半導体レーザ２へ
の注入電流を制御する。この場合、位相検波部16の検波
出力は低域フィルタ17を介しているので、半導体レーザ
１の出力光に与えられている位相変調の影響はない。
の光は、ハーフミラー３により２分割され、一方は半導
体レーザ発振器の出力端子21へ送出され、他方は高調波
生成部13へ送出される。高調波生成部13で生成された２
倍高調波を含んだ光、すなわち波長0.78μｍ帯の光はハ
ーフミラー５に送出され、ハーフミラー４からの半導体
レーザ１の出力光の一部と合成される。いま半導体レー
ザ１の光周波数をf1、半導体レーザ２の光周波数をf2と
すると、変換部14は、ハーフミラー５から光周波数f1お
よび2f2の光を受けて光電変換を行い、f1と2fとの差の
周波数の電気信号を位相検波部16へ送出する。電圧制御
発振部15は、入力端子22を介して入力する周波数制御信
号に応じて発振しており、半導体レーザ２の光周波数を
オフセットするための信号を出力する。位相検波部16
は、変換部14からの電気信号および電圧制御発振部15か
らのオフセット信号の位相差を検出し、低周波発振部10
の低周波信号成分を除去するための低域フィルタ17を介
して周波数制御部18へ送出する。周波数制御部12は、位
相検波部11からの位相差信号を受けて半導体レーザ２へ
の注入電流を制御する。この場合、位相検波部16の検波
出力は低域フィルタ17を介しているので、半導体レーザ
１の出力光に与えられている位相変調の影響はない。
いま、ルビジウム原子共鳴周波数をfR、電圧制御発振
部15の発振周波数をfVとすると、半導体レーザ２の光周
波数f2は、 |f1−2f2|＝fv （１） を満足するように制御される。
部15の発振周波数をfVとすると、半導体レーザ２の光周
波数f2は、 |f1−2f2|＝fv （１） を満足するように制御される。
ここで、fR＝f1であるから、 |fR−2f2|＝fv （２）となり、 従って、f2＝1/2（fR±fV） （３） に安定化されるので、電圧制御発振部15に印加する制御
信号を変化させることにより、半導体レーザ２の光周波
数f2をある帯域内で任意にオフセットさせることができ
る。
信号を変化させることにより、半導体レーザ２の光周波
数f2をある帯域内で任意にオフセットさせることができ
る。
なお、本実施例では、半導体レーザ１および２が出力
する光波長が0.78μｍ帯および1.56μｍ帯とし、また、
光吸収体としてルビジウムセルを使用して波長0.78μｍ
帯の光を吸収する場合について説明したが、周波数関係
が本実施例と同様であれば、他の周波数帯であっても、
また、他の光吸収体を使用しても同様に実施できる。
する光波長が0.78μｍ帯および1.56μｍ帯とし、また、
光吸収体としてルビジウムセルを使用して波長0.78μｍ
帯の光を吸収する場合について説明したが、周波数関係
が本実施例と同様であれば、他の周波数帯であっても、
また、他の光吸収体を使用しても同様に実施できる。
以上説明したように本発明はによれば、低周波信号で
微小変化させた注入電流を第１の半導体レーザに供給し
て低周波信号で位相変調された波長λ帯の光を出力さ
せ、この光を原子共鳴現象によって波長λ帯の光を吸収
する光吸収部を透過させて光検出し、この光検出出力と
低周波信号との位相差を検出して第１の半導体レーザの
注入電流を制御することにより第１の半導体レーザの光
周波数を原子共鳴周波数に安定化し、一方、第２の半導
体レーザに波長２λ帯の光を出力させ、この光から高調
波生成部によって第２次高調波成分を生成させ、この第
２次高調波成分と第１の半導体レーザの出力光の一部と
を合成して電気信号に変換し、制御信号に応じてオフセ
ット周波数で発振する電圧制御発振部の出力とこの電気
信号との位相差を検出して第２の半導体レーザの注入電
流に帰還することにより、第２の半導体レーザの出力光
を経年変化に伴う周波数ドリフトのない長期にわたり安
定した光とすることができる。また、電圧制御発振部で
オフセット周波数を変化させることにより、第２の半導
体レーザの光周波数をある帯域内で任意の周波数に設定
できる。
微小変化させた注入電流を第１の半導体レーザに供給し
て低周波信号で位相変調された波長λ帯の光を出力さ
せ、この光を原子共鳴現象によって波長λ帯の光を吸収
する光吸収部を透過させて光検出し、この光検出出力と
低周波信号との位相差を検出して第１の半導体レーザの
注入電流を制御することにより第１の半導体レーザの光
周波数を原子共鳴周波数に安定化し、一方、第２の半導
体レーザに波長２λ帯の光を出力させ、この光から高調
波生成部によって第２次高調波成分を生成させ、この第
２次高調波成分と第１の半導体レーザの出力光の一部と
を合成して電気信号に変換し、制御信号に応じてオフセ
ット周波数で発振する電圧制御発振部の出力とこの電気
信号との位相差を検出して第２の半導体レーザの注入電
流に帰還することにより、第２の半導体レーザの出力光
を経年変化に伴う周波数ドリフトのない長期にわたり安
定した光とすることができる。また、電圧制御発振部で
オフセット周波数を変化させることにより、第２の半導
体レーザの光周波数をある帯域内で任意の周波数に設定
できる。
第１図は本発明の一実施例を示すブロック図、第２図は
ルビジウムセルの光吸収特性の一例を示す図である。 1,2……半導体レーザ、3,4,5……ハーフミラー、６……
ルビジウムセル、７……磁気シールドケース、8,19……
温度制御器、９……光検出部、10……低周波発振部、11
……位相検波部、12,18……周波数制御部、13……高調
波生成部、14……変換部、15……電圧制御発振部、16…
…位相検波部、17……低域フィルタ、21……出力端子、
22……入力端子。
ルビジウムセルの光吸収特性の一例を示す図である。 1,2……半導体レーザ、3,4,5……ハーフミラー、６……
ルビジウムセル、７……磁気シールドケース、8,19……
温度制御器、９……光検出部、10……低周波発振部、11
……位相検波部、12,18……周波数制御部、13……高調
波生成部、14……変換部、15……電圧制御発振部、16…
…位相検波部、17……低域フィルタ、21……出力端子、
22……入力端子。
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01S 3/18 H01S 3/133 H01S 3/096
Claims (2)
- 【請求項１】注入電流を供給されて波長λ帯の光を発す
る第１の半導体レーザと、原子共鳴現象によって波長λ
帯の光を吸収する光吸収部と、前記光吸収部を通過した
前記第１の半導体レーザの光を検出し光強度に応じた電
気信号を出力する光検出部と、低周波信号を生成し出力
する低周波発振器と、前記光検出部の出力と前記低周波
信号との位相差を検出する第１の位相検波部と、前記第
１の位相検波部の出力を前記低周波信号で変調し前記注
入電流として前記第１の半導体レーザへ帰還する第１の
周波数制御部とを備えた第１の発振手段と；注入電流を
供給されて波長２λ帯の光を発する第２の半導体レーザ
と、前記第２の半導体レーザの光を受けて第２次高調波
成分を生成し前記第２の半導体レーザの光波長の1/2の
光を出力する高調波生成部と、前記第１の半導体レーザ
および前記高調波生成部が発する光をそれぞれ受け合成
して電気信号に変換する変換部と、制御電圧に応じた周
波数で発振する電圧制御発振部と、前記変換部および前
記電圧制御発振部の出力をそれぞれ受け位相差を検出す
る第２の位相検波部と、前記第２の位相検波部の検波出
力に含まれる前記低周波信号成分を除去する低域フィル
タと、前記低域フィルタの出力を受け前記注入電流とし
て前記第２の半導体レーザへ帰還する第２の周波数制御
部とを備えた第２の発振手段とを具備することを特徴と
する半導体レーザ発振器。 - 【請求項２】請求項１記載の半導体レーザ発振器いおい
て、波長0.78μｍ帯の光を出力する前記第１の半導体レ
ーザと、波長1.56μｍ帯の光を出力する前記第２の半導
体レーザと、波長0.78μｍ帯の光を吸収するルビジウム
原子を使用した前記光吸収部とを備えたことを特徴とす
る半導体レーザ発振器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2302094A JP2995854B2 (ja) | 1990-11-07 | 1990-11-07 | 半導体レーザ発振器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2302094A JP2995854B2 (ja) | 1990-11-07 | 1990-11-07 | 半導体レーザ発振器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04174581A JPH04174581A (ja) | 1992-06-22 |
| JP2995854B2 true JP2995854B2 (ja) | 1999-12-27 |
Family
ID=17904856
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2302094A Expired - Lifetime JP2995854B2 (ja) | 1990-11-07 | 1990-11-07 | 半導体レーザ発振器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2995854B2 (ja) |
-
1990
- 1990-11-07 JP JP2302094A patent/JP2995854B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04174581A (ja) | 1992-06-22 |
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