JP3940724B2 - Wavelength stabilizer - Google Patents

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Description

本発明は、主に波長多重伝送への適用を目的として、半導体レーザに対してレーザ光の波長を安定化する波長安定化装置に関する。   The present invention relates to a wavelength stabilization device that stabilizes the wavelength of a laser beam with respect to a semiconductor laser mainly for the purpose of application to wavelength division multiplexing transmission.

波長多重伝送の光源には、一般に半導体レーザが用いられる。ところが、この半導体レーザは比較的温度安定性が悪く、放射光の波長が環境変化によりずれやすい。このような波長のずれは隣接波長との干渉を招くため、波長多重伝送システムでは、従来から半導体レーザに対してレーザ光の波長を安定化する波長安定化装置が用いられる。   A semiconductor laser is generally used as a light source for wavelength multiplexing transmission. However, this semiconductor laser has relatively poor temperature stability, and the wavelength of the emitted light tends to shift due to environmental changes. Since such a wavelength shift causes interference with adjacent wavelengths, a wavelength stabilizing device that stabilizes the wavelength of laser light with respect to a semiconductor laser is conventionally used in a wavelength multiplexing transmission system.

この波長安定化装置の一例として、特許文献1に水晶エタロンによる共振子を利用した装置が開示されている。この種の波長安定化装置は、水晶エタロンのZカット面に光反射膜の層を形成し、Xカット面に電極を設けてディザ信号を与え、このディザ信号により水晶エタロンを共振振動させる。この状態で、水晶エタロンにレーザ光を透過させて、エタロンの共振振動により光変調されたレーザ光を光検出器により受光して電気信号に変換する。検出された電気信号をディザ信号により同期検波することで誤差信号を生成する。この誤差信号に基づいて半導体レーザの注入電流もしくは温度を制御することにより、半導体レーザで発生される光の波長を水晶エタロンの光透過率の極値に安定化させる。   As an example of this wavelength stabilizing device, Patent Document 1 discloses a device that uses a quartz etalon resonator. In this type of wavelength stabilizing device, a layer of a light reflection film is formed on the Z-cut surface of a crystal etalon, an electrode is provided on the X-cut surface, and a dither signal is applied, and the crystal etalon is resonantly oscillated by this dither signal. In this state, the laser light is transmitted through the quartz etalon, and the laser light optically modulated by the resonance vibration of the etalon is received by the photodetector and converted into an electrical signal. An error signal is generated by synchronously detecting the detected electrical signal with a dither signal. By controlling the injection current or temperature of the semiconductor laser based on this error signal, the wavelength of light generated by the semiconductor laser is stabilized at the extreme value of the light transmittance of the quartz etalon.

ところで、従来の波長安定化装置では、ディザ信号の周波数を水晶エタロンの機械的共振周波数に合わせる必要がある。水晶エタロンの機械的共振のQ値が数1000と高くなると、合わせる周波数精度も数10ppmにする必要があり、その調整が極めて困難になる。その上、水晶エタロンは光学特性を優先させるため、機械的共振周波数が安定な方位のカットで切り出すことはできない。このため、温度変化などによって周波数がずれてしまい、最悪では波長の制御が不能に陥ることもある。   By the way, in the conventional wavelength stabilizing device, it is necessary to match the frequency of the dither signal with the mechanical resonance frequency of the crystal etalon. When the Q value of the mechanical resonance of the crystal etalon becomes as high as several thousand, the frequency accuracy to be combined needs to be several tens ppm, and the adjustment becomes extremely difficult. In addition, since the crystal etalon gives priority to the optical characteristics, it cannot be cut out with a cut in an orientation in which the mechanical resonance frequency is stable. For this reason, the frequency shifts due to a temperature change or the like, and in the worst case, the wavelength may not be controlled.

尚、特許文献に水晶エタロンの一対の電極が帰還増幅器の帰還ループを構成し、発振させる構成が記載されている。しかしながら、この特許文献には、水晶エタロンや増幅器の条件については記述されていない。このことから、実施に際して試行錯誤が余儀なくされ、調整作業が困難であると予想される。
特開平03−072686号公報。
Patent Document 1 describes a configuration in which a pair of electrodes of a crystal etalon constitute a feedback loop of a feedback amplifier and oscillate. However, this Patent Document 1 does not describe the conditions of the crystal etalon and the amplifier. For this reason, trial and error are unavoidable in the implementation, and adjustment work is expected to be difficult.
Japanese Patent Laid-Open No. 03-072686.

以上述べたように、従来の波長安定化装置は、ディザ信号の周波数を水晶エタロンの機械的共振周波数に合わせる必要があるが、その調整が極めて困難で、最悪の場合には波長制御が不能に陥るおそれがある。また、温度変化や経年変化による共振周波数のずれに追随させることも困難で、安定動作に欠ける。   As described above, the conventional wavelength stabilization device needs to adjust the frequency of the dither signal to the mechanical resonance frequency of the crystal etalon, but it is extremely difficult to adjust, and in the worst case, wavelength control is impossible. There is a risk of falling. In addition, it is difficult to follow the resonance frequency shift due to temperature change or secular change, and stable operation is lacking.

本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、自動的に水晶エタロンの機械的共振周波数と一致したディザ信号を得ることができ、これによってディザ信号の周波数を無調整化し、温度変化や経年変化による共振周波数のずれを生じないようにすることのできる波長安定化装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and can automatically obtain a dither signal that matches the mechanical resonance frequency of the crystal etalon, thereby making the frequency of the dither signal unadjusted, and temperature changes and secular changes. It is an object of the present invention to provide a wavelength stabilization device that can prevent the resonance frequency from being shifted due to the above.

上記の目的を達成するために本発明は、半導体レーザから放射されるレーザ光の発振波長を安定させる波長安定化装置において、水晶バルクの互いに対向するZカット面、Xカット面にそれぞれ一対の光反射膜層、一対の電極を形成してなる水晶エタロンと、前記水晶エタロンを透過するレーザ光を受光して電気信号に変換する光検出器と、前記水晶エタロンの一対の電極をそれぞれアンプの入出力端に接続して帰還ループを形成し、この帰還ループ内に前記水晶エタロンの一対の電極の端子を組み込んで前記水晶エタロンの機械的共振周波数に一致する周波数のディザ信号を生成するディザ信号生成手段と、前記光検出器から出力される電気信号を前記ディザ信号と比較して誤差信号を生成する誤差信号生成手段と、前記誤差信号に基づいて前記半導体レーザの発振波長を制御する制御手段とを具備し、前記アンプの入力インピーダンスとゲインの積が前記水晶エタロンの機械的共振周波数における前記一対の電極間のインピーダンスよりも高いことを特徴とする。   In order to achieve the above object, the present invention provides a wavelength stabilizing device for stabilizing the oscillation wavelength of laser light emitted from a semiconductor laser, and a pair of light beams on a Z-cut surface and an X-cut surface of the quartz bulk that face each other. A crystal etalon formed with a reflective film layer and a pair of electrodes, a photodetector that receives laser light transmitted through the crystal etalon and converts it into an electrical signal, and a pair of electrodes of the crystal etalon are respectively connected to an amplifier. A dither signal generation that generates a dither signal having a frequency that matches the mechanical resonance frequency of the crystal etalon by incorporating a terminal of a pair of electrodes of the crystal etalon into the feedback loop by forming a feedback loop connected to the output end Means, an error signal generating means for generating an error signal by comparing an electric signal output from the photodetector with the dither signal, and based on the error signal Control means for controlling the oscillation wavelength of the semiconductor laser, wherein the product of the input impedance and gain of the amplifier is higher than the impedance between the pair of electrodes at the mechanical resonance frequency of the crystal etalon. .

上記構成では、水晶エタロンの機械的共振周波数と一致したディザ信号が自動的に得られるため、ディザ信号の周波数は無調整化が可能となる。また、温度変化、平年変化による共振周波数のずれも生じることがないので、信頼性も著しく向上する。   With the above configuration, since a dither signal that matches the mechanical resonance frequency of the crystal etalon is automatically obtained, the frequency of the dither signal can be made unadjusted. Further, since the resonance frequency does not shift due to temperature change and normal change, the reliability is remarkably improved.

本発明によれば、自動的に水晶エタロンの機械的共振周波数と一致したディザ信号を得ることができ、これによってディザ信号の周波数を無調整化し、温度変化や経年変化による共振周波数のずれを生じないようにすることのできる波長安定化装置を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to automatically obtain a dither signal that coincides with the mechanical resonance frequency of the crystal etalon, thereby making the frequency of the dither signal unadjusted, and causing a shift in the resonance frequency due to temperature change or secular change. It is possible to provide a wavelength stabilizing device that can be eliminated.

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図1は本発明の一実施形態に係る波長安定化装置を概略的に示す斜視図である。図1において、11は半導体レーザ(LD)である。この半導体レーザ11は、注入電流によって発振し、前方及び後方に向けて所定波長の信号光を出射する。この半導体レーザ11の前方から出射される信号光は図示しない光学系によって光ファイバ伝送路10に入射され、後方から出射される信号は本実施形態の波長安定化装置に入射される。   FIG. 1 is a perspective view schematically showing a wavelength stabilizing device according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, 11 is a semiconductor laser (LD). The semiconductor laser 11 oscillates by an injection current and emits signal light having a predetermined wavelength toward the front and rear. The signal light emitted from the front of the semiconductor laser 11 is incident on the optical fiber transmission line 10 by an optical system (not shown), and the signal emitted from the rear is incident on the wavelength stabilizing device of this embodiment.

波長安定化装置において、半導体レーザ11からの信号光(以下、レーザ光)は、光軸上に配置されるコリメータ12により平行光に変換され、水晶エタロン13を透過して、光検出器(PD)14に入射されて電気信号に変換される。   In the wavelength stabilizing device, signal light (hereinafter referred to as laser light) from the semiconductor laser 11 is converted into parallel light by a collimator 12 disposed on the optical axis, passes through a crystal etalon 13, and is detected by a photodetector (PD). ) 14 and converted into an electrical signal.

上記水晶エタロン13は、水晶バルクを直方体形状に削り出し、一対のZカット面(光軸に垂直な面)に光反射膜層Z1,Z2を形成し、一対のXカット面(光軸に平行な面)に電極層X1,X2を形成したものである。電極層X1,X2はリード線15,16によって入力インピーダンスが高いアンプ17の入出力端と接続され、これによって帰還ループが形成される。このアンプ17は反転増幅器であり、帰還ループの中にはコンデンサ18、19と抵抗20が接続され、全体としてコルピッツ発振回路を形成する。アンプ17の入出力端間に接続される抵抗21は直流の帰還抵抗であり、アンプ17の出力の直流成分を安定化するために機能する。一般的には、抵抗21は1MΩ以上の高抵抗である。   The quartz etalon 13 cuts the quartz bulk into a rectangular parallelepiped shape, forms light reflecting film layers Z1 and Z2 on a pair of Z cut surfaces (surfaces perpendicular to the optical axis), and a pair of X cut surfaces (parallel to the optical axis). The electrode layers X1 and X2 are formed on the surface. The electrode layers X1 and X2 are connected by lead wires 15 and 16 to the input / output terminal of the amplifier 17 having a high input impedance, thereby forming a feedback loop. The amplifier 17 is an inverting amplifier, and capacitors 18 and 19 and a resistor 20 are connected in the feedback loop to form a Colpitts oscillation circuit as a whole. A resistor 21 connected between the input and output terminals of the amplifier 17 is a DC feedback resistor and functions to stabilize the DC component of the output of the amplifier 17. In general, the resistor 21 is a high resistance of 1 MΩ or higher.

このように構成した帰還ループ回路は、水晶エタロン13の機械的共振周波数と一致した周波数で発振する。この発振信号はディザ信号として利用可能であり、当然、水晶エタロンの電極X1,X2間にも印加される。このため、水晶エタロン13は、電極層X1,X2間に印加されるディザ信号の周波数、即ちエタロンの機械的共振周波数で振動する。水晶エタロン13に入射されたレーザ光は、当該エタロン13の共振振動により光強度変調を受けて透過される。   The feedback loop circuit configured as described above oscillates at a frequency that matches the mechanical resonance frequency of the crystal etalon 13. This oscillation signal can be used as a dither signal, and is naturally applied between the electrodes X1 and X2 of the crystal etalon. For this reason, the crystal etalon 13 vibrates at the frequency of the dither signal applied between the electrode layers X1 and X2, that is, the mechanical resonance frequency of the etalon. The laser light incident on the quartz etalon 13 is subjected to light intensity modulation by the resonance vibration of the etalon 13 and is transmitted.

上記光検出器14は、水晶エタロン13で光強度変調を受けたレーザ光を受光して、その光強度変化に対応した電気信号S1を発生する。この電気信号(以下、光検出信号)S1はアンプ17から出力されるディザ信号S2と共に同期検波器22に供給される。この同期検波器22は、光検出信号S1とディザ信号S2との同期検波を行い、その位相誤差信号S3を生成する。この位相誤差信号S3は半導体レーザ11送られ、その注入電流もしくは温度あるいは波長可変電極の制御に供される。これにより、半導体レーザ11の光の波長を水晶エタロン13の光透過率の極値に安定化させることができる。   The photodetector 14 receives the laser light that has undergone light intensity modulation by the quartz etalon 13 and generates an electrical signal S1 corresponding to the light intensity change. This electrical signal (hereinafter, photodetection signal) S1 is supplied to the synchronous detector 22 together with the dither signal S2 output from the amplifier 17. The synchronous detector 22 performs synchronous detection of the light detection signal S1 and the dither signal S2, and generates a phase error signal S3. The phase error signal S3 is sent to the semiconductor laser 11 and used for controlling the injection current or temperature or the wavelength variable electrode. Thereby, the wavelength of the light of the semiconductor laser 11 can be stabilized at the extreme value of the light transmittance of the quartz etalon 13.

上記構成による波長安定化装置において、以下にその動作を、図2を参照して説明する。図2は図1に示す装置の光透過特性及び同期検波出力特性を示す特性図である。図2において、波形Aは水晶エタロン13の光透過率がディザ信号によって変化する様子を表している。   The operation of the wavelength stabilizing device having the above configuration will be described below with reference to FIG. FIG. 2 is a characteristic diagram showing light transmission characteristics and synchronous detection output characteristics of the apparatus shown in FIG. In FIG. 2, a waveform A represents a state in which the light transmittance of the crystal etalon 13 is changed by a dither signal.

水晶エタロン13は、ディザ信号がXカット面の電極層X1,X2に印加されると、ピエゾ効果により伸び縮みの運動を行う。したがって、光透過特性もディザ信号によって微小量だが左右に動く。その結果、水晶エタロン13を透過したレーザ光の光強度も変化する。上記光透過特性の極小値Abから極大値Apまでの波長領域W1と極大値Apから極小値Abまでの波長領域W2とでは、光透過特性の傾きの符号が異なる。このため、水晶エタロン13によって変調された透過光強度の位相は、波長領域W1,W2で180度異なる。   When the dither signal is applied to the electrode layers X1 and X2 on the X-cut surface, the quartz etalon 13 performs expansion / contraction movement due to the piezoelectric effect. Therefore, the light transmission characteristic is also a small amount due to the dither signal, but moves left and right. As a result, the light intensity of the laser light transmitted through the quartz etalon 13 also changes. The sign of the slope of the light transmission characteristic differs between the wavelength region W1 from the minimum value Ab to the maximum value Ap of the light transmission property and the wavelength region W2 from the maximum value Ap to the minimum value Ab. For this reason, the phase of the transmitted light intensity modulated by the quartz etalon 13 differs by 180 degrees in the wavelength regions W1 and W2.

そこで、水晶エタロン13の透過光を光電変換した信号とディザ信号とで同期検波を行い、誤差信号として波形Bの信号を得る。この誤差信号Bを波長制御に用い、半導体レーザ11の注入電流もしくは温度を制御して、半導体レーザ11の発振波長を誤差信号Bのゼロクロス点B1,B2に引き込む。B1,B2の波長はそれぞれ水晶エタロン13の光透過率の極大値Ap、極小値Abである。したがって、フィードバック制御の極性を変えることにより、レーザ光の波長を水晶エタロン13における光透過率の極大値、極小値を与える波長に選択的に安定させることができる。このようにディザ信号を用いる方法は、アンプのDCドリフトや光検出器の暗電流変化などの影響を受けることがないため、高精度に波長を安定させることができる。   Therefore, synchronous detection is performed using a signal obtained by photoelectrically converting the light transmitted through the crystal etalon 13 and a dither signal, and a signal of waveform B is obtained as an error signal. The error signal B is used for wavelength control, the injection current or temperature of the semiconductor laser 11 is controlled, and the oscillation wavelength of the semiconductor laser 11 is drawn into the zero cross points B1 and B2 of the error signal B. The wavelengths B1 and B2 are the maximum value Ap and the minimum value Ab of the light transmittance of the quartz etalon 13, respectively. Therefore, by changing the polarity of the feedback control, the wavelength of the laser light can be selectively stabilized at a wavelength that gives the maximum value and the minimum value of the light transmittance in the quartz etalon 13. Since the method using the dither signal is not affected by the DC drift of the amplifier or the dark current change of the photodetector, the wavelength can be stabilized with high accuracy.

本発明において、基本的な動作原理は従来と同様であるが、ディザ信号の生成方法が大きく異なる。水晶エタロン13を水晶振動子と見なした場合の電気的等価回路は図3に示すようになる。図3において、直列に接続されたコイルL1とコンデンサC1は直列共振回路を形成している。これに直列接続されるR1は抵抗成分であり、並列に接続されるC2は水晶エタロン3の電極間の容量を示している。上記直列共振回路の共振周波数でのインピーダンスはほぼR1に等しくなる。   In the present invention, the basic operation principle is the same as in the prior art, but the method of generating a dither signal is greatly different. FIG. 3 shows an electrical equivalent circuit when the crystal etalon 13 is regarded as a crystal resonator. In FIG. 3, the coil L1 and the capacitor C1 connected in series form a series resonance circuit. R1 connected in series to this is a resistance component, and C2 connected in parallel represents the capacitance between the electrodes of the crystal etalon 3. The impedance at the resonance frequency of the series resonance circuit is substantially equal to R1.

通常の水晶振動子では抵抗成分が数10Ωから数100Ω程度である。これに対して、水晶エタロン13は電極間に光ビームを通すため、電極間隔が著しく大きくなっており、このため抵抗成分も数10kΩから数100kΩ程度と大きい。しかし、機械共振のQ値は、以下に述べる中点保持型にすることにより数1000のものが得られ、条件が揃えば発振は可能である。例えば、我々の試作例では、C2=0.6pF、C1=0.0015pF、L1=21H、R1=62kΩとしたとき、892kHzの共振周波数が得られた。   In a normal crystal resonator, the resistance component is about several tens of ohms to several hundreds of ohms. On the other hand, since the crystal etalon 13 allows the light beam to pass between the electrodes, the distance between the electrodes is remarkably large. For this reason, the resistance component is also as large as several tens kΩ to several hundreds kΩ. However, a mechanical resonance Q value of several thousand is obtained by using the midpoint holding type described below, and oscillation is possible if the conditions are met. For example, in our prototype, a resonance frequency of 892 kHz was obtained when C2 = 0.6 pF, C1 = 0.015 pF, L1 = 21 H, and R1 = 62 kΩ.

そして、最も重要な条件は、アンプ17の入力インピーダンスとゲインGの積が抵抗成分R1より高い値を有することである。入力がローインピーダンスのアンプでは帰還量が小さくなり、発振できなくなる。図1の抵抗20、21を無視し、水晶エタロン13による抵抗成分R1のみ考慮した帰還増幅回路を図4に示す。   The most important condition is that the product of the input impedance and the gain G of the amplifier 17 has a higher value than the resistance component R1. In an amplifier with a low impedance input, the feedback amount becomes small and oscillation is impossible. FIG. 4 shows a feedback amplifier circuit in which the resistors 20 and 21 in FIG. 1 are ignored and only the resistance component R1 due to the crystal etalon 13 is considered.

アンプ17の出力インピーダンスが小さいとすれば、コンデンサ19も無視することができるので、発振回路の振幅条件より式(1)が得られる。
Z(G−1)>R (1)
ここで、Zはコンデンサ18とアンプ17の入力インピーダンスの並列接続値を表わす。G>>1として、
ZG>R (2)
が得られる。コンデンサ18,19は比較的小さい容量にする必要があるので、Zはアンプ17の入力インピーダンスに概略等しい。したがって、アンプ17の入力インピーダンスとゲインの積は、水晶エタロン13の機械的共振周波数におけるインピーダンスよりも高くする必要がある。
If the output impedance of the amplifier 17 is small, the capacitor 19 can also be ignored, so that the expression (1) is obtained from the amplitude condition of the oscillation circuit.
Z (G-1)> R (1)
Here, Z represents a parallel connection value of the input impedances of the capacitor 18 and the amplifier 17. As G >> 1,
ZG> R (2)
Is obtained. Since the capacitors 18 and 19 need to have a relatively small capacity, Z is approximately equal to the input impedance of the amplifier 17. Therefore, the product of the input impedance and the gain of the amplifier 17 needs to be higher than the impedance at the mechanical resonance frequency of the crystal etalon 13.

厳密には、コルピッツ発振回路ではL1とC1の直列共振周波数より少し高い周波数で発振する。また、コンデンサ18,19、抵抗20などを無視しているので、(2)式は余裕を持って満たす必要がある。   Strictly speaking, the Colpitts oscillation circuit oscillates at a frequency slightly higher than the series resonance frequency of L1 and C1. Further, since the capacitors 18, 19 and the resistor 20 are ignored, the expression (2) needs to be satisfied with a margin.

(2)式を十分満たせるアンプ17には、入力段にFET(電界効果トランジスタ)を用いた演算増幅器が利用可能である。FET入力の演算増幅器は通常の演算増幅器と比べて入力インピーダンスが高い特徴を有する。加えて演算増幅器のゲインは高いので、(2)式を満たすアンプとして適している。   As the amplifier 17 that sufficiently satisfies the expression (2), an operational amplifier using an FET (field effect transistor) in the input stage can be used. The operational amplifier of FET input has a feature that the input impedance is higher than that of a normal operational amplifier. In addition, since the gain of the operational amplifier is high, it is suitable as an amplifier that satisfies the equation (2).

尚、アンプの種類によっては入出力間の位相差が180°からずれている場合がある。このようなアンプでは位相条件が合わず、発振しない場合がある。このような場合には、帰還ループの中にさらに位相調整部分を設けるとよい。図5にこのような場合の実施形態の構成を示す。図5において、図1と同一部分には同一符号を付して示す。図5において、破線で囲んだ部分が位相調整部23であり、抵抗24とコンデンサ25によって構成されている。この位相調整部23により最大90度位相を遅らせることができるが、振幅の低減を考慮すると60度以下程度に設計することが望ましい。   Depending on the type of amplifier, the phase difference between the input and output may deviate from 180 °. Such an amplifier may not oscillate because the phase conditions are not met. In such a case, a phase adjustment portion may be further provided in the feedback loop. FIG. 5 shows the configuration of the embodiment in such a case. In FIG. 5, the same parts as those in FIG. In FIG. 5, a portion surrounded by a broken line is a phase adjusting unit 23, which is constituted by a resistor 24 and a capacitor 25. Although the phase adjustment unit 23 can delay the phase by a maximum of 90 degrees, it is desirable to design the phase to about 60 degrees or less in consideration of the amplitude reduction.

尚、図5では抵抗24とコンデンサ25によって構成する例を示したが、24をコイルにし、25を抵抗としてもよい。また、位相を進めたほうがよい場合は25を抵抗とし、24をコンデンサとしてもよい。或いは、図1の抵抗20とコンデンサ19を取り除いてもよいし、ハイインピーダンスアンプ17を入出力同相のアンプとしてもよい。   Although FIG. 5 shows an example in which the resistor 24 and the capacitor 25 are configured, 24 may be a coil and 25 may be a resistor. If it is better to advance the phase, 25 may be a resistor and 24 may be a capacitor. Alternatively, the resistor 20 and the capacitor 19 of FIG. 1 may be removed, and the high impedance amplifier 17 may be an amplifier having the same input / output phase.

ところで、上記実施形態において、水晶エタロン13の機械的共振のQはある程度大きくないと発振しなくなる。従来のように水晶エタロンを基台に固定するような構造では、Q値が数10程度となって大きく取れないため、発振は極めて難しい。そこで、図1に示した電極X1、X2の中央部に接続されるリード線15,16に導電性を有するシャフト(線材)を用い、このシャフトによって水晶エタロン13を保持する構造を取ると、Q値は数1000と飛躍的に大きくなる。その理由は、上下方向に伸縮運動する最低次モードでは、エタロンの中央部が節、両端部が腹となっており、上記保持構造では節を支持するため機械的損失が小さくなるからである。   By the way, in the said embodiment, unless the Q of the mechanical resonance of the crystal etalon 13 is large to some extent, it does not oscillate. In the conventional structure in which the crystal etalon is fixed to the base, since the Q value is about several tens and cannot be taken large, oscillation is extremely difficult. Therefore, when a structure is adopted in which a conductive shaft (wire) is used for the lead wires 15 and 16 connected to the central portions of the electrodes X1 and X2 shown in FIG. 1, and the crystal etalon 13 is held by this shaft, Q The value dramatically increases to several thousand. The reason for this is that in the lowest order mode that expands and contracts in the vertical direction, the central portion of the etalon is a node and both ends are antinodes, and the holding structure supports the node, so the mechanical loss is reduced.

また、上記実施形態において、同期検波器22の2入力信号S1,S2の位相差がほぼ90°であるときは同期検波出力が小さくなる。このような場合は、同期検波器22の2入力S1もしくはS2のどちらか一方の経路に位相調整部を設けるとよい。この様な例を図6に示す。図6においても図1と同一部分には同一符号を付して示す。図6では同期検波器22のディザ信号S2の入力側に位相調整部26が挿入されているが、光検出信号S1の入力側に挿入してもよい。位相調整部26はコンデンサ27と抵抗28から構成されており、最大で90°の位相をずらすことができる。この位相調整部26はS1,S2の位相差を90°からずらすことが目的であるため、抵抗28とコンデンサ27を入れ替えてもよい。また、コイルと抵抗で構成してもよいし、コイルとコンデンサで構成してもよい。コイルとコンデンサによって構成すれば90°以上の位相差にすることもできる。   In the above embodiment, when the phase difference between the two input signals S1 and S2 of the synchronous detector 22 is approximately 90 °, the synchronous detection output is small. In such a case, it is preferable to provide a phase adjustment unit in one of the two inputs S1 and S2 of the synchronous detector 22. Such an example is shown in FIG. Also in FIG. 6, the same parts as those in FIG. In FIG. 6, the phase adjustment unit 26 is inserted on the input side of the dither signal S2 of the synchronous detector 22, but may be inserted on the input side of the light detection signal S1. The phase adjustment unit 26 includes a capacitor 27 and a resistor 28, and can shift the phase by 90 ° at the maximum. Since the purpose of this phase adjustment unit 26 is to shift the phase difference between S1 and S2 from 90 °, the resistor 28 and the capacitor 27 may be interchanged. Moreover, you may comprise by a coil and resistance, and you may comprise by a coil and a capacitor | condenser. If constituted by a coil and a capacitor, a phase difference of 90 ° or more can be obtained.

以上、帰還ループ回路に構成する発振回路には、コルピッツ形発振回路を取り上げて説明したが、ハートレー形やピアス形など他の形式の発振回路も適用することは可能である。   As described above, the Colpitts type oscillation circuit has been described as the oscillation circuit constituting the feedback loop circuit, but other types of oscillation circuits such as a Hartley type and a Pierce type can also be applied.

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。   Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment as it is, and can be embodied by modifying the components without departing from the scope of the invention in the implementation stage. In addition, various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of components disclosed in the embodiment. For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiment. Furthermore, constituent elements over different embodiments may be appropriately combined.

本発明の一実施形態に係る波長安定化装置の構成を概略的に示す構成図。The block diagram which shows schematically the structure of the wavelength stabilization apparatus which concerns on one Embodiment of this invention. 上記実施形態において、波長安定化装置の光透過特性及び同期検波出力特性を示す特性図。In the said embodiment, the characteristic view which shows the optical transmission characteristic and synchronous detection output characteristic of a wavelength stabilizer. 上記実施形態の帰還ループ回路において、水晶エタロンを水晶振動子と見なした場合の電気的等価回路に示す回路図。The circuit diagram shown in the electrical equivalent circuit at the time of considering a crystal etalon as a crystal oscillator in the feedback loop circuit of the said embodiment. 上記実施形態の帰還ループ回路において、水晶エタロンによる抵抗成分のみ考慮した帰還増幅回路の一例を示す回路図。The circuit diagram which shows an example of the feedback amplifier circuit which considered only the resistance component by a crystal etalon in the feedback loop circuit of the said embodiment. 上記実施形態において、帰還ループ回路に用いられるアンプの入出力間の位相差が180°からずれている場合の調整方法を説明するための構成図。In the said embodiment, the block diagram for demonstrating the adjustment method when the phase difference between the input-output of the amplifier used for a feedback loop circuit has shifted | deviated from 180 degrees. 上記実施形態において、同期検波器の2入力信号の位相差がほぼ90°で同期検波出力が小さくなる場合の調整方法を説明するための構成図。In the said embodiment, the block diagram for demonstrating the adjustment method when a synchronous detection output becomes small when the phase difference of two input signals of a synchronous detector is about 90 degrees.

符号の説明Explanation of symbols

10…光ファイバ伝送路、11…半導体レーザ(LD)、12…コリメータ、13…水晶エタロン、14…光検出器(PD)、15,16…リード線、17…アンプ、18,19…コンデンサ、20,21…抵抗、22…同期検波器、23,26…位相調整部。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Optical fiber transmission path, 11 ... Semiconductor laser (LD), 12 ... Collimator, 13 ... Quartz etalon, 14 ... Photodetector (PD), 15, 16 ... Lead wire, 17 ... Amplifier, 18, 19 ... Capacitor, 20, 21 ... resistors, 22 ... synchronous detectors, 23, 26 ... phase adjusters.

Claims (4)

半導体レーザから放射されるレーザ光の発振波長を安定させる波長安定化装置において、
水晶バルクの互いに対向する一対のZカット面にそれぞれ光反射膜層を形成し、一対のXカット面にそれぞれ電極を形成してなる水晶エタロンと、
前記水晶エタロンの前記一対のZカット面を透過した前記半導体レーザから放射されたレーザ光の一部を受光して電気信号に変換する光検出器と、
前記水晶エタロンの一対のXカット面に形成される電極をそれぞれアンプの入出力端に接続し、前記水晶エタロンを振動子とする帰還ループによる発振回路を形成し、この発振回路の発振によって生成される前記水晶エタロンの機械的共振周波数に一致する周波数信号をディザ信号として出力するディザ信号生成手段と、
前記光検出器から出力される電気信号を前記ディザ信号と比較して誤差信号を生成する誤差信号生成手段と、
前記誤差信号に基づいて前記半導体レーザの発振波長を制御する制御手段とを具備し、
前記アンプは、入力インピーダンスとゲインの積が前記水晶エタロンの機械的共振周波数における前記一対のXカット面にそれぞれ形成される電極間のインピーダンスよりも高く入力段もしくは出力段に前記ディザ信号の位相を調整する位相調整部を備えることを特徴とする波長安定化装置。
In a wavelength stabilization device that stabilizes the oscillation wavelength of laser light emitted from a semiconductor laser,
A crystal etalon in which a light reflecting film layer is formed on each of a pair of Z-cut surfaces facing each other in a quartz crystal bulk, and an electrode is formed on each of a pair of X-cut surfaces ;
A photodetector that receives part of the laser light emitted from the semiconductor laser that has passed through the pair of Z-cut surfaces of the quartz etalon and converts them into an electrical signal;
The electrodes formed on the pair of X-cut surfaces of the crystal etalon are connected to the input and output terminals of the amplifier, respectively , and an oscillation circuit is formed by a feedback loop using the crystal etalon as a vibrator. dither signal generating means for outputting a frequency signal as the dither signal to match the mechanical resonance frequency of the quartz etalon that,
An error signal generating means for generating an error signal by comparing an electric signal output from the photodetector with the dither signal;
Control means for controlling the oscillation wavelength of the semiconductor laser based on the error signal,
The amplifier is higher than the impedance between the electrodes the product of the input impedance and gain are respectively formed on the pair of X-cut surface in the mechanical resonance frequency of the quartz etalon, the dither signal to the input stage or output stage phase A wavelength stabilizing device comprising a phase adjusting unit for adjusting the wavelength.
さらに、前記光検出器からの信号経路と前記アンプからの信号経路のうち少なくとも一方に位相調整部を設けたことを特徴とする請求項1記載の波長安定化装置。   2. The wavelength stabilizing device according to claim 1, further comprising a phase adjusting unit in at least one of a signal path from the photodetector and a signal path from the amplifier. 前記アンプは、電界効果型トランジスタを入力段に用いた演算増幅器であることを特徴とする請求項1記載の波長安定化装置。   2. The wavelength stabilizing device according to claim 1, wherein the amplifier is an operational amplifier using a field effect transistor as an input stage. 前記一対のXカット面にそれぞれ形成される電極の中央部にそれぞれシャフトを取り付け、各シャフトによって前記水晶エタロンを保持することを特徴とする請求項1記載の波長安定化装置。 2. The wavelength stabilizing device according to claim 1, wherein shafts are respectively attached to central portions of the electrodes formed on the pair of X-cut surfaces, and the crystal etalon is held by the shafts.
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