JP3363991B2 - 周波数標準レーザー装置 - Google Patents
周波数標準レーザー装置Info
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Description
置に関する。さらに詳しくは、本発明は、コーレント光
通信等における光周波数検出装置等、レーザー光や非常
にスペクトル幅の狭い光の周波数を同定する装置に関す
る。
縮等のレーザー同位体分離、核燃料再処理などにおける
元素分離、大気環境計測、分光等のレーザー計測等に使
用されるレーザー装置の改良に関する。さらに詳説する
と、本発明は、周波数同調可能な周波数安定化レーザー
光を発生させることのできる周波数標準レーザー装置に
関する。
は、非常にスペクトル幅の狭いレーザー光に信号を乗
せ、情報の伝達を行なうことが行われている。このよう
な光通信を行なう場合に、多くの周波数の光を一度に伝
達するため、受信側において各光の周波数を正確に検知
する必要がある。このため、従来、波長計を用いること
より、正確な周波数を検知するようにしていた。
ーザー計測等においては、対象とする原子の共鳴周波数
に正確に周波数同調されたレーザー光が必要とされる。
さらに、このレーザー光はなるべく多くの原子に共鳴さ
せるようにする必要があるため、周波数同調範囲は広い
方が望ましい。前述したような二つの要求を満足するレ
ーザー光を発生させるためには、従来、色素レーザーや
波長可変固体レーザーを用い、エタロン(共振器)や回
折格子等により周波数同調を行い、かつ波長計によって
周波数の同定を行っていた。
は、非常に狭い周波数領域において複雑な形状を有する
場合が多い。このような光吸収スペクトルにレーザー光
の周波数を効率的に同調させるためには、従来、レーザ
ー光をマルチモード発振させるなどしていた。
従来の光周波数検出装置やレーザー装置においては、数
多くの光学素子を組み込むことが必要となるため、装置
自体複雑でアライメントも大変になるという欠点があっ
た。
来の波長計は、大型でかつ非常に高価であるため、装置
全体が大型になって価格が高くなるという欠点があっ
た。
周波数の精度及び安定度がそれほど高くないという欠点
もあった。
精度及び安定度が高く、しかも小型で低コストの周波数
標準レーザー装置を提供することを目的としている。
め、請求項1記載の発明に係る周波数標準レーザー装置
は、レーザー光の周波数を可変して発生できるレーザー
光発生装置と、前記レーザー光発生装置からのレーザー
光を光周波数変調素子に注入し、前記注入されたレーザ
ー光が光周波数変調素子内部にてジグザグに伝搬し、か
つレーザー光の入出射側にファブリーペロー共振器が構
成されるようにし、前記光周波数変調素子に変調波を印
加するようにしたコムジェネレータとを備え、且つ前記
コムジェネレータは、立法体形状の非線形結晶体の相対
する側面に全反射面を形成し、前記非線形結晶体の相対
する角にレーザー光が垂直に入射するように一部反射面
及び全反射面を設けてファブリーペロー共振器が形成さ
れるようにし、前記非線形結晶体の前記各側面に直交す
る側面に変調波を印加可能に構成して、多数のサイドバ
ンドが等間隔に発生するようにしたことを特徴とするも
のである。
タは、一つのモードを出力光として出力できることを特
徴とするものである。
タは、複数のモードを出力光として出力できるようにし
たことを特徴とするものである。
は、前記光周波数変調素子にコーティングを施して注入
されたレーザー光がジグザグに伝搬するようにし、しか
もレーザー光の入出射側にファブリーペロー共振器が構
成されるようにしている。コムジェネレータで発生する
レーザー光のサイドバンドの間隔は、ファブリペロー共
振器の共振長と変調周波数により決定されるため、共振
長と変調周波数を安定に保ち、そのモードの一つを原子
の吸収スペクトル等の周波数基準に同調させることによ
り、各モードの周波数を絶対周波数に安定化することが
できる。また、サイドバンドの間隔は、共振器長さが長
くなるほど狭くなる。そこで、電気光学効果素子等の光
周波数変調素子の内部にレーザー光をジグザグに進行さ
せることによって狭い空間において共振器長さを長く
し、サイドバンドの間隔を狭くする。これにより、周波
数の検出及び周波数同調の精度を向上させることができ
る。また、この時、結晶内の光路長さが長いため、変調
がかかりやすくなり、変調効率を上げることができる。
ードを出力光あるいは複数のモードを出力光として出力
することができる。
て説明する。
1を用いて説明し、ついで図2で同ゴムジェネレータを
使用した周波数の安定した周波数標準レーザー装置につ
いて説明することにする。
の実施例で用いるコムジェネレータの構成例を示す。こ
のコムジェネレータは、ジグザグ光伝搬型のコムジェネ
レータであって、ジグザグコムジェネレータと呼ぶこと
にする。
形状の非線形結晶体2を用いて次のように構成されてい
る。前記非線形結晶体2の長軸に沿った相対する狭い側
面3,4には、光反射材5,5がコーティングされるこ
とより、全反射面6,7が形成されている。また、前記
非線形結晶体2の長軸に沿った前記側面3,4に直交す
る相対する広い側面には電極8,9が設けられており、
それら電極8,9には高周波電源10から変調信号が印
加されるようになっている。また、前記非線形結晶体2
の相対する対角の角は切り欠かれて切欠面11,12が
形成されており、切欠面11には所定の反射材がコーテ
ィングされて一部反射面13が形成されており、切欠面
12には所定の反射材5がコーティングされて全反射面
14が形成されている。これら一部反射面13、全反射
面14により、ファブリーペローエタロン(ファブリー
ペロー共振器)が形成されている。そして、前記一部反
射面13及び全反射面14は、レーザー光が垂直に入射
するように構成されている。この一部反射面13には、
レーザー光15が導かれるようになっている。
の動作について説明すると、狭帯域化されたレーザー光
15は、一部反射面13に導かれて、この一部反射面1
3より注入される。このようにして一部反射面13から
注入されたレーザー光は、全反射面6,7で交互に反射
することにより非線形結晶体2内をジグザグに伝搬し、
全反射面14に達して全反射面14で反射される。
においてレーザー光が垂直に入射するように設計してあ
るので、一部反射面13と全反射面14との間で上記の
経路を通って光が往復することになり、この結果、共振
器長さの長いファブリーペロー共振器が構成されること
になる。また、図に示すように、レーザー光の伝搬方向
に垂直に設けた電極8,9に高周波電界を印加すること
により、レーザー光は変調を受けてサイドバンドが発生
する。
の周波数フィルターの働きをするため、一部反射面13
より再び取り出されるレーザー光には、櫛状の多くのサ
イドバンドが含まれることになる。さらに、上記コムジ
ェネレータ1の場合には、その構成されたファブリーペ
ロー共振器の共振器長さが長いため、サイドバンドの間
隔を短くすることができる。
上述したような特徴を有することになる。
周波数標準レーザー装置の実施例を示す。なお、この図
においても、図1と同一構成要素には、同一の符号を付
して説明をする。そして、この実施例では、コムジェネ
レータ1の周波数を安定化する装置について主に述べる
が、周波数標準レーザー装置は、基本的には、レーザー
光の周波数を可変して発生できるレーザー光発生装置
と、コムジェネレータ1とから構成すればよい。
タであり、コムジェネレータ1は高周波電源10により
変調されるようになっている。このコムジェネレータ1
の入出射側には、ファラデーローテーター21、偏向ミ
ラー22が図示水平方向に直線状に配設されており、レ
ーザー光が偏向ミラー22、ファラデーローテーター2
1を介してコムジェネレータ1に導かれ、またコムジェ
ネレータ1からのレーザー光がファラデーローテーター
21、偏向ミラー22に向かって導かれるような光路が
構成されている。偏向ミラー22は、コムジェネレータ
1に向かうレーザー光に対して45度に配置されてい
る。また、ファラデーローテーター21は、入射レーザ
ー光と出射レーザー光の偏向面を90度回転できるよう
にしてある。
ラー23、全反射ミラー24が図示垂直方向に直線状に
配置されており、レーザー光の光路が形成されている。
前記全反射ミラー24の図示右側には、アイソレータ2
5、半透過ミラー26、半導体レーザー27が図示水平
方向に直線状に配置されており、半導体レーザー27か
らのレーザー光を導く光路が形成されている。
ァブリーペローエタロン28が配置されており、このフ
ァブリーペローエタロン28、半透過ミラー26及び後
述するピエゾ駆動電源33により光帰還手段を構成し、
この光帰還手段で処理したレーザー光を半導体レーザー
27に光帰還を行えるようにしてある。
準29が配置されており、この周波数基準29の図示右
側にはディテクター30が配設されている。このディテ
クター30は、入射されたレーザー光に応じた電気信号
を形成し、その電気信号をアンプ31に供給できるよう
になっている。前記アンプ31の出力は、制御回路32
に電気的に接続されている。この制御回路32は、ピエ
ゾ駆動電源33と、半導体レーザー駆動電源34とに電
気的に接続されており、前記ピエゾ駆動電源33及び半
導体レーザー駆動電源34を駆動制御できるようになっ
ている。ピエゾ駆動電源33は、ファブリーペローエタ
ロン28のピエゾ36に電気的に接続されており、ピエ
ゾ36を駆動できるようになっている。前記半導体レー
ザー駆動電源34は、半導体レーザー27に電気的に接
続されており、半導体レーザー27を駆動できるように
なっている。なお、半導体レーザー27は、狭帯域のシ
ングルモードレーザー装置が望ましい。
図3を参照しながら説明する。なお、図3に、図2の周
波数標準レーザー装置の光路a,b,c,dにおけるレ
ーザー光の状態を示す。また、図3では、横軸に周波
数、縦軸にレーザー光のレベルをとっている。
動電源34により駆動されてレーザー光を発生する。こ
のレーザー光は、図3のa軸に示すように、帯域が広い
ものである。このレーザー光の一部は、半透過ミラー2
6により取り出され、ファブリーペローエタロン28に
注入される。また、ファブリーペローエタロン28は、
ピエゾ駆動電源33により適当な間隔に設定されてお
り、その状態でレーザー光を光帰還をおこなうことによ
り、スペクトルをさらに狭帯域化している。このように
半透過ミラー26を通過したレーザー光は、図3のb軸
に示されるように狭帯域化されている。このようにして
狭帯域化されたレーザー光は、アイソレータ25、全反
射ミラー24、半透過ミラー23、偏向ミラー22及び
ファラデーローテーター21を介してコムジェネレータ
1に注入される。
れたレーザー光は、図1に示すように、全反射面6,7
で交互に反射することにより非線形結晶体2内をジグザ
グに伝搬し、全反射面14に達して全反射面14で反射
される。全反射面14及び一部反射面13においてレー
ザー光が垂直に入射するので、一部反射面13と全反射
面14との間で上記の経路を通って光が往復することに
なる。この結果、共振器長さの長いファブリーペロー共
振器が構成されることになる。また、レーザー光の伝搬
方向に垂直に設けた電極8,9に、高周波電源10から
高周波電界を印加することにより、レーザー光は変調を
受けてサイドバンドが発生する。
ブリーペロー共振器を構成しており、高精度の周波数フ
ィルターの働きをするため、一部反射面13より再び取
り出されるレーザー光には、櫛状の多くのサイドバンド
が含まれることになる。また、上記コムジェネレータ1
の場合には、その構成されたファブリーペロー共振器の
共振器長さが長いため、サイドバンドの間隔が短くな
る。したがって、ファラデーローテーター21を通過し
たレーザー光及び偏向ミラー22を通過したレーザー光
は、図3のd軸に示すように短い間隔で櫛状の多くのサ
イドバンドが含まれるものとなる。
ザー27で発生させたレーザー光の一部が取り出され
て、周波数基準29の原子に照射される。このときのレ
ーザー光は、図3のc軸に示すように狭帯域のものであ
る。このとき、原子の光吸収波長に同調するように、デ
ィテクター30は、電気信号を形成する。この電気信号
はアンプ31で増幅されて制御回路32に与えられる。
制御回路32は、上記電気信号を基にピエゾ駆動電源3
3及び半導体レーザー駆動電源34を駆動制御する。こ
れにより、半導体レーザー27の温度や半導体レーザー
27の駆動電流を調整し、半導体レーザー27から出射
されるレーザー光の中心周波数を安定化させている。
8に取り付けられているピエゾ36をピエゾ駆動電源3
3からの駆動信号で調整することにより、ファブリーペ
ローエタロン28の間隔を調整する。これにより、レー
ザー光の周波数基準の波長におけるスペクトルの狭帯域
化が可能になる。
は、ファラデーローテーター21を再び通過する。この
とき、ファラデーローテーター21を最初に通過する前
に比べ偏向面を90°回転するように設計しておけば、
レーザー光の偏向面は偏向ミラーの偏向面と一致するた
め、レーザー光を効率よく取り出すことができる。
狭帯域化された多数の縦モードを等間隔に有しており、
各縦モードの間隔は、100〔MHz〕以下まで短くす
ることができる。
ザー光を周波数標準として他のレーザー光の周波数を測
定する場合には、周波数標準レーザー光の一つのモード
と測定光とのビート周波数を観測するようにすればよ
い。また、これらの任意の一つのモードもしくは複数の
モードを取り出せば、広帯域に周波数同調可能な周波数
安定化レーザー光となり、レーザー同位体分離や計測等
に用いることもできることになる。
線形結晶体2内にレーザー光をジグザグに伝搬させるた
め、コムジェネレータ1内に構成されるファブリーペロ
ー共振器の共振器長さが長くなり、モード間隔を短くす
ることができる。このため、周波数標準としての精度を
向上することができ、レーザー光として同位体分離や計
測に用いる場合は、原子の吸収スペクトルへの周波数同
調精度を向上することができる。さらに、本装置を用い
れば、大型でかつ高価な波長計を使用しないため、装置
全体を小型化でき、コストも低くできる。
原子により絶対周波数に安定化されているため、周波数
標準としての精度を向上することができる。
容易なレーザーとして半導体レーザー27を用いたが、
これに限らず例えば色素レーザーや波長可変固体レーザ
ー等、波長可変性を有するレーザーであれば全て適用可
能である。ただし、この場合、周波数基準となる原子の
吸収スペクトルにレーザー光の周波数を同調するには、
回折格子の角度やファブリーペローエタロン28の圧力
を調整することにより行なう。
の発明の周波数標準レーザー装置によれば、コムジェネ
レータのファブリーペロー共振器を構成する結晶体内に
レーザー光をジグザグに伝搬させているため、コムジェ
ネレータの共振器長さが長くなり、モード間隔を短くす
ることができるため、周波数標準としての精度を向上す
ることができ、レーザー光として同位体分離や計測に用
いる場合には、原子の吸収スペクトルへの周波数同調精
度を向上させることができる。
でかつ高価な波長計を使用しないため、装置全体を小型
化でき、コストも低くできる。
ー共振器を構成する結晶体内にレーザー光をジグザグに
伝搬させているため、コムジェネレータの共振器長さが
長くなり、モード間隔を短くすることができ、しかも高
周波電源で周波数変調できるため多くのサイドバンドを
発生させることができる。
ドを発生させることができ、周波数標準としての精度を
向上させることができる。また、目的とする原子の光吸
収スペクトルにレーザー光の周波数を効率的に同調させ
ることができる。
ドを発生させることができ、光吸収スペクトルにレーザ
ー光の周波数を効率的に同調させることができるように
なる。
である。
るための図である。
Claims (3)
- 【請求項1】 レーザー光の周波数を可変して発生でき
るレーザー光発生装置と、前記レーザー光発生装置から
のレーザー光を光周波数変調素子に注入し、前記注入さ
れたレーザー光が光周波数変調素子内部にてジグザグに
伝搬し、かつレーザー光の入出射側にファブリーペロー
共振器が構成されるようにし、前記光周波数変調素子に
変調波を印加するようにしたコムジェネレータとを備
え、且つ前記コムジェネレータは、立法体形状の非線形
結晶体の相対する側面に全反射面を形成し、前記非線形
結晶体の相対する角にレーザー光が垂直に入射するよう
に一部反射面及び全反射面を設けてファブリーペロー共
振器が形成されるようにし、前記非線形結晶体の前記各
側面に直交する側面に変調波を印加可能に構成して、多
数のサイドバンドが等間隔に発生するようにしたことを
特徴とする周波数標準レーザー装置。 - 【請求項2】 前記コムジェネレータは、一つのモード
を出力光として出力できることを特徴とする請求項1記
載の周波数標準レーザー装置。 - 【請求項3】 前記コムジェネレータは、複数のモード
を出力光として出力できるようにしたことを特徴とする
請求項1記載の周波数標準レーザー装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6646994A JP3363991B2 (ja) | 1994-03-11 | 1994-03-11 | 周波数標準レーザー装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6646994A JP3363991B2 (ja) | 1994-03-11 | 1994-03-11 | 周波数標準レーザー装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH07249815A JPH07249815A (ja) | 1995-09-26 |
JP3363991B2 true JP3363991B2 (ja) | 2003-01-08 |
Family
ID=13316684
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP6646994A Expired - Fee Related JP3363991B2 (ja) | 1994-03-11 | 1994-03-11 | 周波数標準レーザー装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3363991B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010153926A (ja) * | 2010-04-02 | 2010-07-08 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体レーザ装置 |
-
1994
- 1994-03-11 JP JP6646994A patent/JP3363991B2/ja not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
平成5年度文部省科学研究費 重点領域研究「超高速・超並列光エレクトロニクス」,第3年度研究成果報告/総合講演論文集,p.29−34 |
電気学会研究会資料 電子回路研究会ECT−93−44〜49 ECT−93−44 p.1−9 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH07249815A (ja) | 1995-09-26 |
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