JPH01298782A - 2個の半導体レーザの発振波長の同時安定化方法および装置 - Google Patents

2個の半導体レーザの発振波長の同時安定化方法および装置

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JPH01298782A
JPH01298782A JP63128168A JP12816888A JPH01298782A JP H01298782 A JPH01298782 A JP H01298782A JP 63128168 A JP63128168 A JP 63128168A JP 12816888 A JP12816888 A JP 12816888A JP H01298782 A JPH01298782 A JP H01298782A
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JP
Japan
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laser
oscillation
frequency
semiconductor
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JP63128168A
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Hideo Takizawa
滝沢 英郎
Kenji Aiko
健二 愛甲
Tadashi Suda
須田 匡
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Hitachi High Tech Corp
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Hitachi Electronics Engineering Co Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/06Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
    • H01S5/068Stabilisation of laser output parameters
    • H01S5/0683Stabilisation of laser output parameters by monitoring the optical output parameters
    • H01S5/0687Stabilising the frequency of the laser
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/40Arrangement of two or more semiconductor lasers, not provided for in groups H01S5/02 - H01S5/30
    • H01S5/4025Array arrangements, e.g. constituted by discrete laser diodes or laser bar

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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野コ この発明は、2周波数測長方式における2個の%l/、
導体レーザの発振波長の同時安定化方法およびその装置
に関するものである。
[従来の技術] 光学式測長器は、レーザの干渉現象を利用して干渉縞の
個数をカウントして移動体の変位を測定するものである
。この場合、レーザビームとして弔−の波長(周波数)
を使用するものと、異なる波長の2つのレーザビームを
使用し、それらのビート周波数のドツプラーシフトによ
るものとがあり、後者はヘテロダイン方式、または2周
波数測長方式と呼ばれている。
第3図は、実願公告昭54−34G旧号「レーザ測長器
」に開示されている2周波数測長器のブロック構成図で
ある。■は異なる周波数f/ f2の2つのレーザを同
時に発振するレーザ光源で、両レーザビームはハーフミ
ラ−2で分割されて、一方は受光器7−1により、それ
らのビート周波数Δfが検出される。他方は、ビームス
プリッタ3、測定ミラー4、参照ミラー5などにより構
成されたトワイマン(”渉計において、移動体4aの変
位速度に従って、ビートノN波数ΔfがΔνだけドツプ
ラーシフトする。これを検光子6を通して受光器7bに
より検出した(Δf±Δν)のイハ号電圧と、受光器7
aのΔfの信号電圧とを信号処理部8に入力し、それら
の差分よりシフト周波数Δνをえて移動体の変位量を計
測するものである。
以上の単一周波数方式と、2周波数方式には、分解能、
移動体の変位速度に対する適応性などにそれぞれ特徴が
あり、実情に合わせていずれかが使用される。
さて、上記の実頼公告によるレーザ測長器においては、
異なる2周波数のレーザを1個の発振器で発振するもの
で、このように1個の光源により2周波数をうるには、
ヘリウム・ネオンなどのガスレーザ管を用い、これに磁
場をかけてゼーマン効果によりスペクトル分割する方法
が行われている。しかしながら、このような装置は大型
、高価であり、コンパクトで安価な測長器には不適当で
ある。これに対して、異なる波長を発振する2個の半導
体レーザ素子を光源とする考えをとり、この発明の発明
者により特願昭62−167512号、「複合型レーザ
測長方式および測長器」が出願されている。
第4図は、上記特願にかかる測長器において、2周波数
測長方式に関する部分の構成図を示すもので、レーザ光
源として2個の半導体レーザ素子1 a、 1 bを使
用し、それぞれの周波数をf、f2とし、ミラー9bに
より反射したf2のビームと、f、のビームとを偏光ビ
ームスプリッタ9aにより合成ビームとする。以下、第
3図の場合と同様に、干渉計よりなる測長器に合成ビー
ムが入力してビート周波数Δfに対するシフト周波数Δ
νを検出して変位が計測される。
以上に説明した2周波数測長方式においては、ビート周
波数に対する波長を単位として変位量が計測されるため
に、ビート周波数、従って各レーザビームの波長が安定
なことが必要である。これに対して、半導体レーザの発
振波長は変動が比較的大きいので、適当な安定化方法を
必要とする。
さて、半導体レーザの発振波長の変動の要因はtとして
温度と注入電流である。従って、温度または注入電流を
制御して波長を安定化することができる。実際−ヒでは
、温度をヒートシンクで一定に保持し、注入電流に対し
ては波長変動を検出して制御する方法が行われている。
この波長変動を検出するものとして、特殊の金属ガス、
例えばルビジューム気体の波長に対する選択吸収特性を
利用する技術が公知であり、このような目的のためにル
ビジューム気体を充填したセルが製造されている。
[解決しようとする課題] 前記の2個の一一導体レーザの発振波長に対して、上記
のルビジューム気体セルを2個用いて各素子の発振波長
をそれぞれ安定化することが考えられる。しかし、レー
ザ光源のヘッドに2個のルビジュームセルを組込むとき
は、ヘッドが大きくなり、またセルが高価であるので経
費」―無駄である。そこで、ヘッドをコンパクトとして
経済的とするには1個のルビシュ7ムセルを用いること
が有利である。
この発明は1個のルビジューム気体セルを利用して、2
個の半導体レーザ素子を同時に制御して、それぞれの波
長および、それらのビート周波数を安定化する方法およ
び装置を提供することを目的とするものである。
[課題を解決するための手段] この発明は、異なる波長のレーザを発振する2個の半導
体レーザ素子を光源とし、光源よりの各レーザビームの
合成ビームを干渉計よりなる測長器に入力し、合成ビー
ムのビート周波数により移動体の変位量を計測する2周
波数測長方式における、2個の半導体レーザの発振波長
の同時安定化方法および装置である。
まず安定化方法においては、上記の合成ビームを適当な
分割手段により分割し、分割された一方の合成ビームを
上記の測長器に入力して2周波数測長方式に充当する。
他方の合成ビームを1個のルビジューム気体セルよりな
る波長基準器に入力し、各レーザビームに対する波長選
択特性により、波長が変動する各レーザビームをそれぞ
れ選択して受光し、えられた波長変動を示す2個の信号
電圧により、2個の半導体レーザ素子の注入電流を制御
して、それぞれの発振波長を安定化するものである。
次に安定化装置は、2個の半導体レーザ素子よりの異な
る波長のレーザビームを、互いに直角な偏光面として合
成するミラーおよび第1の偏光ビームスプリッタと、合
成された合成ビームを分割するビームスプリッタとを具
備し、分割された合成ビームを入力して、各レーザビー
ムの変動する波長をそれぞれ選択して出力する1個のル
ビジューム気体セルよりなる波長基準器と、波長基準器
の出力する合成ビームより、レーザビームを偏光方向に
より分離する第2のビームスプリッタと、分離された各
レーザビームを受光する2個の受光器、および各受光器
の出力する波長変動を示す信号電圧を入力して、2個の
半導体レーザ素子の注入電流を制御して、それぞれの発
振波長を安定化する2個の電流制御回路とにより構成さ
れたものである。
[作用コ 上記の構成による、この発明の2個の半導体レーザの発
振波長の同時安定化方法および装置においては、1個の
ルビジューム気体セルによる波長基準器を使用する。第
1図はルビジューム気体セルの波長(周波数)選択特性
を示すもので、波長λに対する透過率(相対値)の曲線
である。図中のλ0は〜780nmで、これは近赤外領
域を発振領域とする半導体レーザの発振波長にほぼ一致
するので、これに対する波長基準器として好都合である
。−万事導体レーザは前記のように注入電流により変動
するので、図の横軸を注入電流11として変化させて、
そのレーザビームを同じルビジューム気体セルを透過さ
せるときは同一の曲線を示し、IIが約62〜70mA
で選択吸収を生ずることが判る。曲線はいわば逆双峰性
であるが、透過率0.5の2点、A、!:Bをとると、
この間の周波数差は約1.5MHzである。そこでこの
2点をレーザビームの周波数f、とf2に対する基準と
して、それぞれのほぼ直線範囲の選択特性を使用するこ
とにより、1個のルビジューム気体セルにより2周波数
f、f2を同時に安定化することが、この発明の着眼点
である。以−ヒにおいて、A、82点間の周波数差は、
すなわち両レーザビームのビート周波数であるが、2周
波数測長方式ではビート周波数は、安萱性が必要である
が、しかし周波数そのものは例えば1〜数MHzの範囲
内であれば差し支えないものであり、従って上記の約1
.5MHzのビート周波数が使用できるものである。
さて、前記の構成による発振波長の同時安定化方法にお
いては、2個の半導体レーザの発振波長を近赤外領域と
して、]−記のf/とf2にほぼ等しいものとし、これ
らの合成ビームを適当な手段により分割し、一方を2周
波数測長器に充当する。
他方の合成ビームは上記の1個のルビジューム気体セル
の選択特性のA、B点をそれぞれ中心として、波長変動
により透過した各レーザビームの鉤度が変化する。これ
を受光して、波長変動を示す信号電圧かえられ、これに
よりレーザ素子の注入電流を制御してそれぞれの発振波
長が安定化される。それぞれが安定化すれば、ビート周
波数もまた安定化することは明らかである。
次に安定化装置においては、上記同様に2個の半導体レ
ーザ素子の発振領域を近赤外領域のものを使用し、注入
電流を調整してそれぞれの発振周波数を−L記のf、f
2に設定する。ここで両レーザビームはいわゆる無偏光
波であるが、第1の偏光ビームスプリッタの2面に入力
し、互いに直角の偏光面の成分が合成されて出力する。
この合成ビームはビームスプリンタにより分割されて、
その一方が上記の波長基準器に入力して、それぞれの波
長選択特性に従った強度のレーザビームの合成ビームが
出力される。この合成ビームに対して第2の偏光ビーム
スプリッタにより、レーザビームが分離される。各レー
ザビームは受光器により波長変動の信号電圧となり、電
流側回路を経て各半導体レーザ素子の注入電流が制御さ
れて、それぞれの発振波長の安定化がなされる。
[実施例コ 第2図は、この発明による2個の半導体レーザの発振波
長の同時安定化方法および装置の実施例におけるブロッ
ク構成図である。図において、2個の半導体レーザ素子
1a、1bは、ヒートシンク10aにマウントされて、
ペルチェ素子10b 、放熱m1Ocにより一定温度に
維持される。各レーザ素子よりのレーザの周波数をf、
f2とし、これらはコリメータIla、Ilbにより平
行とされて一方は直接第1の偏光ビームスプリッタ9a
に、また他方はミラー9bを経て入力する。偏光ビーム
スプリッタの性質により、両ビームの互いに直角な偏光
面の成分pおよびS波がそれぞれ透過、反射して合成さ
れる。合成ビームはビームスプリッタI2により分割さ
れ、一方は直進して2周波致方式の測長″j!A13に
入力して両ビームのビート周波数により測長が行われる
ビームスプリッタ12により分割された他方は、第1図
に示した波長選択特性を有するルビジューム気体セルの
波長基準器14に入力し、ここで前記したように波長が
変動する各レーザビームは、選択特性に従った強度とな
り、その合成ビームが出力される。この合成ビームは第
2の偏光ビームスプリブタ14により分離されて、それ
ぞれが受光器lea 、 lGbに受光され、各受光器
より波長変動を示す信号電圧V/ V2が電流制御回路
17a 、 17bに与えられて、レーザ素子1 a、
 1 bの注入型流目lとIt2が制御されるものであ
る。
[発明の効果コ 以上の説明により明らかなように、この発明による2個
の半導体レーザの発振波長の同時安定化方法および装置
においては、1個のルビジューム気体セルの波長選択特
性における適当な周波数間隔の2周波数を基準点とし、
それぞれに各レーザの周波数を対応させて、互いに独立
にレーザビームの波長変動に対する信号電圧をえて、各
素子の注入電流を制御するもので、各レーザビームに対
してそれぞれルビジューム気体セルを使用する方法に比
較して、レーザヘッドが小型化できるとともに経済性が
あるもので、2個の半導体レーザによる2周波数測長器
に寄与するところには大きいものがある。
【図面の簡単な説明】
第1図は、この発明による2個の半導体レーザの発振波
長の同時安定化方法および装置に使用する、ルビジュー
ム気体セルの波長選択特性を示す曲線図、第2図は、こ
の発明による2個の半導体レーザの発振波長の同時安定
化方法および装置の実施例にブロック構成図、第3図は
、従来の2周波数測長方式の概略構成図、第4図は従来
の2個の半導体レーザ素子による2周波数測長方式の概
略構成図である。 1・・・レーザ光源% 1a、1b・・・半導体レーザ
素子、2・・・ハーフミラ−13・・・ビームスプリッ
タ、4・・・測定ミラー、   4a・・・移動体、5
・・・参照ミラー、   6・・・検光子、7a、7b
・・・受光器、  8・・・信号処理部、9a・・・第
1の偏光ビームスプリフタ、9b・・・ミラー、10a
・・・ヒートシンク、10b・・・ペルチェ素子、10
C・・・放熱器、!1a、Ilb・・・コリメータ、1
2・・・ビームスプリッタ、I3・・・2周波数測長器
、14・・・波長基準品、I5・・・第2の偏光ビーム
スプリッタ、lGa、1Eib・・・受光器、17a、
+7b・・・電流制御回路。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)、異なる波長のレーザを発振する2個の半導体レ
    ーザ素子を光源とし、該光源の各レーザビームの合成ビ
    ームを干渉計よりなる測長器に入力し、該合成ビームの
    ビート周波数により移動体の変位量を計測する2周波数
    測長方式において、上記合成ビームを適当な分割手段に
    より分割し、該分割された一方の合成ビームを上記測長
    器に入力して上記2周波数測長方式に充当し、他方の合
    成ビームを1個のルビジュームの気体セルよりなる波長
    基準器に入力し、該波長基準器の有する各レーザビーム
    に対する波長選択特性により、変動する上記各レーザビ
    ームの波長のそれぞれを選択して受光し、えられた波長
    変動を示す2個の信号電圧により、上記2個の半導体レ
    ーザ素子の注入電流を制御して、それぞれの発振波長を
    安定化することを特徴とする、2個の半導体レーザの発
    振波長の同時安定化方法。
  2. (2)、上記2個の半導体レーザ素子の発振する異なる
    波長のレーザビームの合成ビームを用いる上記2周波数
    測長方式において、上記2個の半導体レーザ素子よりの
    レーザビームを、互いに直角な偏光面として上記合成す
    るミラーおよび第1の偏光ビームスプリッタと、該合成
    された合成ビームを分割するビームスプリッタとを具備
    し、該分割された合成ビームを入力して、上記各レーザ
    ビームの変動する波長をそれぞれ選択して出力する1個
    のルビジューム気体セルよりなる波長基準器と、該波長
    基準器の出力する各レーザビームを偏光方向により分離
    する第2の偏光ビームスプリッタと、該分離された各レ
    ーザビームを受光する2個の受光器、および各受光器の
    出力する波長変動を示す信号電圧を入力して、上記2個
    の半導体レーザ素子の注入電流を制御して、それぞれの
    発振波長を安定化する2個の電流制御回路とにより構成
    されたことを特徴とする、2個の半導体レーザの発振波
    長の同時安定化装置。
JP63128168A 1988-05-27 1988-05-27 2個の半導体レーザの発振波長の同時安定化方法および装置 Pending JPH01298782A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5189677A (en) * 1990-12-14 1993-02-23 Carl-Zeiss-Stiftung Arrangement having two laser diodes for generating light having two wavelengths
JP2006073755A (ja) * 2004-09-01 2006-03-16 National Institute Of Information & Communication Technology 多重飽和分光によるレーザー周波数安定化装置
WO2009024504A1 (de) * 2007-08-17 2009-02-26 Siemens Aktiengesellschaft Laserlichtquelle mit wenigstens zwei einzel-lasern

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