JPH02208988A - レーザ光源の周波数安定化装置 - Google Patents

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】 （発明の技術分野） 本発明は、レーザ光源の発振周波数を安定化するための
装置に係わり、特に光共振器の共振周波数を基準として
安定化するレーザ光源の周波数安定化装置に関する。

（従来技術） 光共振器の共振周波数を基準としてレーザ光源の発振周
波数を安定化する装置では、光共振器を通過した光が受
ける強度変調成分を変調周波数で位相同期検波して光周
波数と共振周波数の周波数差が得られるように、安定化
する被安定化レーザ光源の出力光の周波数、あるいは光
共振器の共振周波数を適当な変調周波数で変調しておく
必要がある。光共振器の共振周波数を変調する方法は、
複数の被安定化レーザ光源の周波数を同時に安定化する
ことができる、周波数変調器が不用であるなど光の周波
数を変調する方法に比べて優れた点が多い。

レーザ光源の周波数安定化装置の精度は、光共振器の共
振周波数の安定度によって定まる。したがって、以下で
は、光共振器の共振周波数の安定化について詳説する。

光共振器の平均共振周波数（ある時間で共振周波数を平
均化した周波数）を安定化する最も単純な方法としては
、安定な周波数基準を基にレーザ光源の発振周波数を安
定化し、そのレーザ光源の出力光の周波数を基準として
光共振器の共振周波数を安定化する方法が考えらる。こ
の方法では、被安定化レーザ光源の発振周波数を直接変
調するか、または外部変調する必要がある。ところが、
前者では共振周波数が周期的に変化している共振器の平
均共振周波数を安定化するための手順が煩雑になる。ま
た、後者は外部周波数変調器を要するが、現在のところ
簡単に使用でき、良好な特性を有する光の周波数変調器
は手に入らない。従って、従来の周波数安定化装置とし
ては、光共振器を変調すると共に、被安定化レーザ光源
を直接変調または外部変調している。

第１図は、従来の光共振器を用いたレーザ光源の周波数
安定化装置（以下、単に「装置」と称す）のブロック図
である。

図中、１はレーザ光源、２は制御回路、３は周波数基準
器で気体の吸収線のようなものであり、４は光分波器、
５は光共振器、６は光共振器制御回路、？ａ、７ｂは受
光器、８　ａ、　８　ｂは位相同期検波器、１００は被
安定化レーザ光源、１０１は被安定化光源制御８回路で
ある。また、実線は電気信号の流れを、破線は光信号の
流れを表わし、矢印はその方向を表わしている。以後の
図面でも、実線、破線、矢印の意味は本図と同じとする
。

図から明らかなように、装置は被安定化レーザ光源１０
０及び被安定化制御回路１０１からなる被安定化部と、
レーザ光Ｒ１，制御回路２２周波数基準器３．光分波器
４．受光器７ａ及び位相同期検波器８ａからなる光源制
御部と、光共振器５゜光共振器制御回路６．受光器７ｂ
及び位相同期検波器８ｂからなる先兵振器制御部との３
つに大別される。

Ｌｌｌｌはレーザ光源ｌの出力光信号、Ｌｆｒは周波数
基準器３の出力光信号で出力光Ｌ１ｍが周波数基準器３
を通過したもの、Ｌｏｔ□Ｌ０，２は光分波器４の出力
光信号で光信号Ｌｆｒが同光分波器４によって２波に分
割されたもの、Ｌ　ｏｒは光共振器５の出力光信号で光
信号し。、２のうち同光共振器５を通過したものである
。ＳｔＳは制御回路２がレーザ光源１の周波数および出
力光強度を制御するための信号、ＳＩｃは制御回路２の
出力信号でレーザ光源１の発振周波数を変調しているも
のと同じ周波数の信号で、位相同期検波器８ａの参照信
号となる。Ｓ　ｏｒは光弁振器制御回路６が光共振器５
の共振周波数を制御するための信号、Ｓ、□、Ｓ４２は
それぞれ位相同期検波器８　ａ　＋　　８　ｂの出力信
号、Ｓｐｄ＋＋５ｐａｚはそれぞれ受光器７ａ、７ｂの
出力信号である。

この装置の動作は、 ■レーザ光源ｌの周波数を周波数基準器３を基準として
安定化する制御部（以下、「光源制御部」と称す）、 ■安定化されたレーザ光の周波数を基準として光共振器
５の共振周波数を安定化する制御部（以下、「光共振器
制御部」と称す）、の２つに分けて考えることができる
。

光源制御部については周波数基準器３として気体の吸収
線の中心周波数を用いる一般的な手法であり、特に説明
を要しないと思われる。ただし、注意すべき点は、気体
の吸収線の中心周波数を基準としてレーザ光源１の発振
周波数を安定化するためには、気体を通過するレーザ光
の周波数を変調しておく必要があることである。

光共振器制御部の動作は、平均周波数＜　ｆ　、ｓ＞が
周波数基準器３の基準周波数ｆ　ｔｅｎｔに対して安定
化された光信号Ｌ０１！を光共振器５を通過させる。こ
の平均周波数は共振器５のある共振周波数ｆ、の近傍に
あるとする。通過した光信号し。、は、その平均周波数
＜　ｒ　、、＞が共振周波数ｆ　ｒｓに対してどの様な
関係にあるかに応じて決まるもので振幅変調を受ける。

つまり、光源制御系の場合と同様に、光共振器５の周波
数弁別作用によって瞬時周波数（光共振器５の応答時間
程度の間の平均）に応じて振幅が変化を受ける。光信号
Ｌ　ｏｒを受光器７ｂで受光して得た信号Ｓ、４！を信
号Ｓｌｃを参照信号として位相同期検波器８ｂで位相同
期検波すると共振周波数ｆ’ｒｓと平均周波数＜　ｆ　
、、＞の周波数差に関する情報を持つ信号Ｓ４２が得ら
れる。光弁振器制御回路６は両者の周波数差が減少する
ように信号Ｓ　ｏｒによって光共振器５の共振周波数ｆ
　ｒｓを制御する。

（発明が解決しようとする問題点） この周波数安定化装置の問題点は、レーザ光源ｌの出力
光が強度変調されているために、光共振器５の安定度を
高くできないことである。

周波数基準器３の透過率が極値をとる周波数ｆｆｒを基
準としてレーザ光源１の周波数を安定化する場合、周波
数基準器３を通過する光が周波数変調と同時に強度変調
されていると、基準周波数ｆｆｒとレーザ光源１の周波
数には差が生ずる。

極値付近の透過率Ｔ　（ｆ）が適当な係数Ａ　ｔ　、　
Ａ　ｔを用いて、 Ｔ（ｆ）＝Ａ、＋Ａ！（ｆ、ｐ、−ｒｔ、）”と表わさ
れるとする。ここで、ｆ　ａｐ＆は光の周波数である。

このとき、平均周波数＜　ｒ　、、＞と平均周波数＜ｒ
、、＞の周波数差δｆは、 ２Ａ、Δｆ　　　　Ｐ　ｏ−ｔ となる。ここで、Ｐ６＃％＋　ΔＰ０．．は周波数基準
器３に入射する光の強度とその変動分であり、Δｆは光
の周波数の周波数偏移幅である。もし、強度変動分ΔＰ
６９、が周波数偏移幅Δｆに比例すると、つまり、適当
な係数αを用いて Δｐ、、、ｍα・Δｆ と表わされると、周波数差δｆは周波数偏移幅Δｆに無
関係に一定値になる。半導体レーザの駆動電流を微少に
変化させて発振周波数を変調する場合などにはこの関係
が近似的に成り立っているが、もし周波数偏移幅Δｆと
強度変動分ΔＰ０，１の間の比例定数が変化すると周波
数差δｆも当然変化する。また、周波数差δｆを一定に
保つためには、光強度Ｐ、ｌ１％に対する変動分ΔＰ、
、、の比（Δｐ　、、、。

／　Ｐ　、ｐｔ　）を一定に保たなければならない、半
導体レーザの閾値電流が経時的な変化あるいは動作温度
の変化によって変化し、光強度が変動した場合には、周
波数差δｆが変化する可能性がある。

ここで注意しなければならないのは、係数Ａ。

に比べて係数Ａ３が大きいほど、つまり、周波数基準器
３の透過率の周波数選択度が高ければ高いほど周波数差
δｆが減少することである。気体の吸収線などを周波数
基準器３として用いる場合には、係数Ａ＋に比べて係数
Ａ３はそれほど大きくはない。したがって、この場合、
係数αが変化すると、周波数差つまりレーザ光源ｌの周
波数ｆｌｌが大きく変化するため、光共振器５の共振周
波数の安定度を良好に保つことができないなどの問題点
がある。

数値例を上げると、アンモニアガスの吸収線では係数の
比Ａ　ｘ　／　Ａ　＋　は１０−’　ＭＨｚ−”程度で
あり、１．５μｍ帯の分布帰還半導体レーザでは係数α
は１０”’（ｍＷ／ＭＨｚ）程度である。半導体レーザ
の発光強度を３ｍＷとすると、係数αの変動Δαに対す
る周波数差δｆの変化Δ（δｆ）は、Δ（δｆ）−１７
０・（Δα／α） ＭＨｚ程度となる。仮に、係数αが１パーセント変化す
ると発振周波数が１．７ＭＨｚ変化する。

以上のように、従来のレーザ光源の周波数安定化装置で
は、レーザ光源１を周波数変調するさいに強度変調も必
ず起こり、この強度変調に起因してレーザ光源１の発振
周波数がずれてしまうため、光共振器５の正確な基準周
波数が得られないという問題があった。

本発明は、上述した従来技術の問題点を解決するために
なされたもので、レーザ光源の強度変調の影響を軽減し
たレーザ光源の周波数安定化装置を提供することを目的
とする。

（問題点を解決するための手段） 本発明の特徴は、レーザ光源の発振周波数により共振周
波数が予め調整されている光共振器に被安定化レーザ光
源の出力光を通過させて被安定化レーザ光源の発振周波
数を安定化するレーザ光源の周波数安定化装置において
、前記レーザ光源の出力光を分岐する第１の光分波器と
、予め定められた周期により共振周波数が偏位されてい
る光共振器と、該光共振器の出射光を電気信号に変換す
る第１の受光器と、該第１の光分波器の一方の分岐光の
一部を電気信号に変化する第２の受光器と、該第１の受
光器と該第２の受光器からの出力信号及び該予め定めら
れた周期で与えられる共振周波数の偏移に関する偏移情
報のうち少なくとも一方の信号に基づいて前記レーザ光
源の発振周波数を制御する制御回路とを有する光源制御
部と、前記光共振器の出射光を分岐する第２の光分波器
と、基準周波数となる吸収線を有し前記レーザ光源の発
振周波数と該吸収線の中心周波数との周波数ずれを監視
する周波数基準器と、該周波数基準器の出射°光を受光
して電気信号に変化する第３の受光器と、該第３の受光
器の出力信号と前記予め定められた周期と位相で同期検
波して前記周波数ずれを検出するための位相同期検波器
と、該位相同期検波器の出力信号に基づいて前記光共振
器の共振周波数を制御する光共振器制御回路とを有する
先兵振器制御部とを有し、 該光源制御部では前記レーザ光源の出力光の平均強度と
前記光共振器を通過した後の出射光との瞬時的な光強度
の比が一定となるように前記レーザ光源の発振周波数を
該制御回路で制御すると共に、該先兵振器制御部では前
記先兵振器通過後の光の周波数を適当な時間の間平均し
た平均周波数が該周波数基準器の基準周波数と比較して
両者の周波数差が減少するように前記光共振器の共振周
波数を制御するように構成されていることにある。

以下、図面を用いて本発明について詳細に説明する。

（実施例１） 第２図は本発明による第１の実施例であり、レーザ光源
の周波数安定化装置のブロック図である。

図中、１はレーザ光源、２は制御回路、３は周波数基準
器で気体の吸収線のようなものであり、４ａ、４ｂは光
分波器、５は光共振器、６は光共振器制御回路、７ａ、
７ｂ、７ｃは受光器、８は位相同期検波器、９は信号発
生器、１００は安定化される対象の被安定化レーザ光源
、１０１は被安定化レーザ光源１００を制御する被安定
化制御回路１０１（図ではより安定な制御を行なうため
に信号発生器９から基準信号をもらう場合の構成を図示
しているが、必ずしも必要でない）である。

レーザ光源１の発振周波数は外部から印加する信号によ
って制御できる。この際、レーザ光源ｌの発光強度が変
化してもよいが、例えば、半導体レーザダイオードのよ
うに、発光強度の変化の大きさは発振周波数の変化の大
きさに対応して決まっているものとする。実線は電気信
号の流れを、破線は光信号の流れを表わし、矢印はその
方向を表わしている。

また、本発明による装置は被安定化レーザ光源１００及
び被安定化制御回路１０１からなる被安定化部と、レー
ザ光源１．制御回路２．光分波器４ａ、受光器７ａ、光
共振器５．光分波器４ｂ及び受光器７ｂからなる光源制
御部と、光共振器５゜光分波器４ｂ、周波数基準器３．
受光器７ｃ、位相同期検波器８．光共振器制御回路６及
び信号発生器９からなる先兵振器制御部との３つに大別
される。このうち、本発明の最も特徴部分は、光共振器
５の出力光Ｌ　ｏｒが光強度一定となるようにレーザ光
源１０周波数が制御されていることである。

Ｌ　１１はレーザ光源１の出力光信号、Ｌ０□１および
Ｌｏｎｇｓは光分波器４ａの出力光信号で光信号Ｌｔｓ
が同光分波器４ａによって２波に分割されたもの、Ｌ　
ｏｒは光共振器５の出力光信号で光信号Ｌｏａ＋ｚのう
ち光共振器５を通過したもの、Ｌ　ｏ４ｔｇおよびＬＯ
４ｔｔは光分波器４ｂの出力光信号で光信号Ｌ　ｏｒが
光分波器４ｂによって２波に分割されたもの、Ｌｆｒは
周波数基準器３の出力光信号で出力光Ｌ　ｏａ＊ｘのう
ち周波数基準器３を通過したものである。Ｓ１１は制御
回路２がレーザ光源１の周波数ｒｔｓおよび出力光強度
Ｐ０．．を制御するための信号、３６Ｆは光共振器制御
回路６が光共振器５の共振周波数ｆ、、、を制御および
変調するための信号、Ｓ１ｍは位相同期検波器８の出力
信号、Ｓ、、。

５Ｐ４２＋　Ｓ　ｐｄ３はそれぞれ受光器７ａ、７ｂ、
７ｃの出力信号である。Ｓ、。４は信号発生器９の出力
信号で、光共振器制御回路６はこの信号を基に光共振器
５の共振周波数ｆ、、３を変調する。Ｓ　ｒａｆは同じ
く信号発生器９の出力信号で、位相同期検波器８はこの
信号を基に入力信号５ｐ４３を位相同期検波する。した
がって、信号Ｓ、。４と信号Ｓ　ｒａｆは同じ周波数の
信号である。

先ず、光源制御部の動作について説明すると、光共振器
制御回路６は予め信号発生器９の出力信号Ｓ１．４にし
たがって光共振器５の共振周波数ｆ　ｒｓを周期的に変
調する。レーザ光源１の出力信号Ｌ　１１１は光分波器
４ａによって、光信号り。４□とり、ｏａ＋ｔに分割さ
れる。そのうち、光信号Ｌｏｄ□は光共振器５に入射す
る光の平均強度（したがって、光信号Ｌ１ｍの平均強度
）を監視するために受光器７ａによって受光される。受
光器７ａは光信号ＬＯｄ１１の強度を信号Ｓ、４．とし
て制御回路２に伝達する。

一方、光信号ＬＯｄ１２は光共振器５を通過してり。、
。

となり、さらに、光分波器４ｂでＬ６ａｔＩとＬｏｄ！
２とに分割される。光信号Ｌｏｄ□は受光器７ｂで受光
され、その強度は信号Ｓ、。とじて制御回路２に伝達さ
れる。制御回路２は光信号し、４１１の平均強度と光信
号し、１１の瞬時強度の比が一定になるように、レーザ
光源１の発振周波数ｒ＋ｓを制御する。発光強度Ｐ、９
、は、この周波数制御の結果として一般に変化する。こ
のときのレーザ光源１の発振周波数ｒ＋ｓと光共振器５
の透過率の関係について第３図を用いて説明する。

光共振器５のある時刻での共振周波数ｆ　ｒｉがｆ４゜
であり、透過率が図中の曲ｖＡＣ０で表わされるとする
。このとき、レーザ光源１の周波数ｒ＋ｓが曲線Ｃ０上
の点Ｐ０対応するような周波数ｆｌｓｌｌであったとす
る。すると、光共振器５に入射した光に対する透過率は
点Ｐ０に対応する透過率Ｔ０となり、光共振器５を通過
する光の強度はＰ　ｏｐ。となる。次に、光共振器５の
共振周波数ｆ４がｆ　ｒａｔ　となり、透過率が曲線Ｃ
Ｉで表わされるように変化したとする。このとき、レー
ザ光源１の周波数ｒｔｓが変化しなければ、透過率は図
中の点Ｐｌ゛に対応する値に増大する。ところが、光共
振器５を通過する前の光強度の平均値に対する通過後の
光強度の比が一定になるように制御回路２がレーザ光源
１を制御するように構成しであるために、レーザ光源１
の発振周波数ｆ１ｍは図中の点Ｐ１に対応するような周
波数ｆ、□に変化する。半導体レーザのように、発振周
波数の増加に対して発光強度が減少するような場合には
、この周波数は曲線ＣＩ上で透過率が曲線Ｃ０上の点Ｐ
０での透過率と等しくなる共振周波数よりも低くなり、
点Ｐ１での透過率は点Ｐ６での透過率よりも高くなる。

一方、共振周波数ｆ　ｒｓが低くなり、透過率が曲線Ｃ
２で表わされる場合は、逆に、曲線Ｃ２上で透過率が曲
線Ｃ０上の点Ｐ０での透過率と等しくなる共振周波数よ
りもレーザ光源１の発振周波数ｆ　１１は高くなり、共
振周波数と透過率は点Ｐ２に対応する値となる。レーザ
光源１の発光強度が発振周波数の変化に関わらず変化し
ない場合には、もちろん曲線Ｃｏ、　Ｃｔ、　Ｃｚの透
過率が一定な点に対応する共振周波数に発振周波数が変
化する。

ここで、光共振器５の透過率Ｔ。、　（ｆ）が、Ｔ、、
（ｆ）　　＝ １　＋　［（Ｌｐ％−ｆ４）／Δｆ０］と表わされ、レ
ーザ光源１の発振周波数ｆｌ１ｍの変化Δｆ１１に対し
て発光強度の変化ΔＰ　ｏｐＬがΔＰ　ａｐｔ”α・Δ
ｆ　１１ と表わされるとする。ここで、ｆ　ｏｐＬは光の周波数
、Δｆ　ｒｓは光共振器５の透過率の半値半幅、Ｔｏは
光周波数ｆ　ｏａｔ　”　ｆ　ｒ’ｓのときの光共振器
５の透過率、αは適当な係数である。最初、共振周波数
ｆ　ｒｓがｆ、、、。のときに、レーザ光源１の発振周
波数ｆｌｌがｆｌｓｌ）であり、発光強度がＰ。９、で
あったとする０次に、共振周波数ｆ　ｒｉがｆ　ｒｓＯ
からｆ□。＋δｆ　ｒｓに変化したとすると、発振周波
数ｆｌｓはΔｆ１１変化する。ここで、Δｆ　ＩｌＢ”
’δｆ□［１＋０．５（ξ＋１／ξ）（αΔｆ　ｒｓ）
　／　Ｐｏｐｔ　］ ξ　−（ｆ　Ｉ−（ｌ　　ｆ　Ｐ−ｏ）／Δｆ　ｒｓで
ある。ただし、（αΔｆＰ−）／ｐｏ−ｔの絶対値が１
に比べて充分小さいものとする。通常の半導体レーザと
ファプリーベロー共振器の組合せの場合には、この仮定
は充分に成立する。

ここで、光共振器５の共振周波数【、、、を平均周波数
＜ｒ、、＞を中心として周期的に変調周波数ｆ。

で変調すると、レーザ光源１の発振周波数ｒ＋ｓの平均
値＜　ｆ　、、＞は、共振周波数ｆ　ｒｓの平均値＜ｒ
、、、＞から光信号Ｌ０１．とＬａｄ！ｌの強度比で決
まる周波数だけ離れた一定周波数に制御される。

本発明による装置の有用性を明らかにするために、第１
図の説明で行なったような数値例をあげて比較する。第
１図の場合と同じ特性の半導体レーザを用い、光共振器
５の透過率の半値半幅Δｆｒｓが２５　Ｍ　Ｈｚ、ξ−
１（発振周波数ｆ　ＩＩが共振周波数からちょうど半値
半幅Δｆ　ｒｓだけ離れたところにある）、共振周波数
の変化幅δｆ　ｒｓをかなり大きくとって１００ＭＨｚ
とした場合の、発振周波数ｆ１ｍの変化分Δｆ　Ｉｓの
変動Δ（Δｆ　＋−）はΔ（Δｆ　＋−）　＝　０．２
５・（Δα／α）ＭＨｚとなる。ここで、係数αが同じ
く１パーセント変化したとしても発振周波数の変化は２
．５ＫＨｚに過ぎない。この値を第１図に構成を示した
装置の場合と比べると約３桁小さく、本発明による装置
が安定度に関して格段に優れていることがわかる。

さらに、この変化は、例えばある周波数から共振周波数
ｆ０を変化させた場合の発振周波数ｆ　１１の変化の大
きさに対するものであり、共振周波数ｆ、が変化しない
場合には、係数αの変化は周波数の安定度に影響しない
。

共振周波数ｆ０が、ある周波数１□。を中心に時間的に
正弦波状に最大振幅δｆ　ｒｓで変化している場合には
、発振周波数の平均値＜　ｒ　、、＞は、もし共振周波
数ｆ□がｆ４゜で一定であるときの発振周波数ｆｌｓ。

から周波数δｆ　ＩＩは、δｆｔ−”（ξ＋１／ξ）２
η２Δｆ、ｓ／ＣＦ３ξ）η　−αδｆ、、／２Ｐ、＃
、 だけ、離れた周波数に安定化される。変動Δ（Δ１　、
、）を計算したと同じ条件のとき、係数αの変化に対し
てこの周波数のずれδｆ＋ｓは、１．５　Ｘ　１０−’
　（Δα／α） ＭＨｚだけ変化する。これから明らかなように、発振周
波数の平均値＜　ｆ　、、＞に対しては、係数αの変化
の影響はほとんど無視できる。

また、本発明では、光共振器５の出射光である光−信号
Ｌ　ｏｒは周波数変調されているが、強度変調はほとん
ど受けていない。強度変調は、光信号Ｌ　ｏｒと光信号
Ｌｌｌの強度比を一定に保つための制御系の利得、帯域
などによって決まり、これらを十分に確保しておけば強
度変調がほとんど残留しないようにできる。

次に、光共振制御部の動作について説明する。

光分波器４ｂで分割された残りの光信号Ｌａｄ。は周波
数基準器３を通過して光信号Ｌｆｒとなり、受光器７Ｃ
で受光される。周波数基準器３としては気体の吸収線の
ように、特定の周波数の光を選択的に透過あるいは吸収
し、透過あるいは吸収の周波数両側で透過率が急峻に変
化するようなものを想定している。光信号Ｌ　ｏｒ、従
って光信号Ｌｏａｔｚの平均周波数が周波数基準器３の
基準周波数ｆｆｒの近傍にあれば、周波数基準器３の周
波数弁別特性によって光信号し１．、は強度変調を受け
る。光信号Ｌｆｒが受ける強度変調は、光信号Ｌ　ｏｒ
すなわちレーザ光源１の発振周波数ｒｌｓの平均周波数
＜　ｒ　、、＞が基準周波数ｆｆｒの高い側にあるかあ
るいは低い側にあるかによって位相が反転し、かつ画周
波数の周波数差の大きさに応じた振幅を持つ。

受光器７ｃの出力信号Ｓ□、を信号発生器９の出力信号
Ｓ１．、を参照信号として位相同期検波器８で位相同期
検波すれば、同周波数差に関する情報が得られる。この
情報を担う信号Ｓ１．を基にして、光共振制御回路６は
光共振器５のある時間で平均化された平均共振周波数＜
ｒ、、＞と基準周波数ｆｆｒとの周波数差が一定となる
ように光共振器５を制御する。この際、光信号Ｌ　６４
２２はほとんど強度変調されていないから、レーザ光源
ｌの平均発振周波数＜ｆ＋ｓ＞は基準周波数ｆｆｒとほ
とんど一致する。したがって、同じようにレーザ光源１
の発振周波数ｒ＋ｓを変調しているにも関わらず、第１
図の方式に比べて係数αの変動による影響が格段に少な
い。したがって、光共振器５の共振周波数の係数αの変
化に対する安定度もきわめて良好である。

第１図の方式でも、レーザ光源１と周波数基準器３の間
、に可変減衰器を挿入して振幅変調を取り除くこともで
きるが、余分な可変減衰器が必要になる。これに対して
、本発明では、いわば、安定化すべき光共振器５が周波
数変調器兼可変減衰器の役割を果している。

（実施例２） 第４図は、本発明による第２の実施例であり、装置のブ
ロック図を示している。但し、被安定化部は省略しであ
る。

実施例１の構成との違いは、光源制御部における制御信
号として信号発生器９の出力信号Ｓ□を移相器１０を用
いて位相を調整し、信号Ｓ□として制御回路２に入力し
ていることである。

信号Ｓ　ｓｓは信号Ｓ、。４と同様な信号である。位相
調整された信号Ｓｐ、を適当な振幅に調節してレーザ光
源ｌに印加すれば、信号５Ｐｄｌ＋　Ｓ　、４２に基づ
く制御を行わなくても光信号Ｌ　ｏｒの強度変調をかな
り抑制することができる。また、この構成では、信号Ｓ
□による方法で取り除けなかった強度変調を、信号５Ｉ
ｉｌ＋Ｓｐｄ！に基づく制御で取り除けばよいために、
発振周波数、発光強度の制御性が良好になる。

第５図（ａ）及び（ｂ）は制御回路２の具体的な構成例
である。図中、２１．２２及び２３は振幅調整器、２４
．２７は加算器、２５は割算器、２６はレーザ光源１を
制御無しでも適当な強度で発光させておくためのバイア
スを供給するためのバイアス回路である＠　５ＩＩＩＪ
　Ｓｌ、Ｓ＊ｚはそれぞれ振幅調整器２１，２２．２３
の出力信号、Ｓ４ゑ。

は割算器２５の出力信号、Ｓ　ｂ！ｍｓはバイアス回路
２６の出力信号、Ｓ　ｍｕは加算器２７の出力信号であ
る。なお、信号５ｉｌｌがない場合には振幅調整器２１
は不用である。

第５図（ａ）の制御回路２では、信号Ｓ２．、と信号Ｓ
、。の振幅比を割算器２５で求めて信号Ｓ４！。

とし、振幅調整器２２で振幅を調整して信号Ｓｋｚとし
、信号Ｓ　ＤＩの振幅を振幅調整器２１で調整した信号
Ｓ□およびバイアス回路２６の出力信号Ｓ　ｂＡａｓと
ともに加算器２４で加算して信号３＋１とし、レーザ光
源を制御する。

第５図（ｂ）では、割算器２５を用いる代わりに振幅調
整器２３と加算器２７を用いている。入射する光の周波
数が一定であれば、先光共振器５５の透過率は一定であ
るから、光分波器４ａ、４ｂの分割比、受光器７ａ、７
ｂの受光感度の差などを振幅調節器２３で補正して、信
号Ｓ０と信号５ｐｄｌ　の振幅が等しくなるようにして
おけば、両者を加算器２７で加算した信号Ｓ　ｍｕの振
幅は、周波数が前記の一定値に等しいときにはレーザ光
源１の発光強度によらず零になる。したがって、この信
号Ｓ　ｍｕを用いれば割算器２５を用いたと同様な効果
が得られる。

なお、振幅調整器２１，２２．２３は、入力信号に対し
て一定の振幅比を持つ信号を出力するものであるが、こ
のうち振幅調整器２１を入出力信号の振幅比が入力信号
の大きさに依存するような非線形なものとしておけば、
適当な非線形性をもたせることによって、周波数差δｆ
１ｍをさらに小さ（でき、共振周波数の平均値の安定性
をより高めることができる。

（発明の効果） ここで、本発明の利点をまとめると、次のようになる。

■レーザ光源１の発振周波数ｆ１ｍと発光強度Ｐ０．．
の間の比例定数が変化しても発振周波数の平均値＜　ｆ
　、、＞、すなわち、共振周波数の平均値くｆｏ〉がほ
とんど影響を受けない。

■周波数変調器が不用である。

■制御するのが共振周波数の平均値であるために、共振
周波数を変調する変調周波数はかなり高（できる。例え
ば、光共振器５を共振器の機械的振動の機械共振周波数
近傍で動作させても差し支えない、このような周波数で
の光共振器５の共振周波数の制御は困難であるが、変調
自体は微弱な駆動入力で容易に行うことができる。

■共振周波数が変調されているため、被安定化レーザ光
源ｌＯＯの周波数を周波数変調することなしに、光共振
器５の適当な共振周波数を基準として安定化することが
できる。この場合、周波数変調器を全く用いずに、多数
のレーザ光源の周波数安定化を行うことが可能になる。

以上説明したように、本発明による方式を用いれば、周
波数変調器を用いずに先光共振器５５の平均共振周波数
を高安定に保つことができるので、被安定化レーザ光源
の周波数を高安定に保つことが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のレーザ光源の周波数安定化装置のブロッ
ク図、第２図は本発明によるレーザ光源の周波数安定化
装置のブロック図、第３図は本発明に用いる光共振器５
の透過率波長特性図、第４図は本発明による第２のレー
ザ光源の周波数安定化装置のブロック図、第５図（ａ）
（ｂ）は本発明で用いる制御回路２の構成図である。 １・・・レーザ光源、２・・・制御回路、３・・・周波
数基準器、４ａ、４ｂ・・・光分波器、５・・・光共振
器、６・・・光弁振器制御ｎ回路、　１ａ、７ｂ、７ｃ
・・・受光器、８・・・位相同期検波器、９・・・信号
発生器、１０・・・移相器、２１，２２．２３・・・振
幅調整器、２４．２７・・・加算器、２５・・・割算器
、２６・・・パイ・アス回路、１００・・・被安定化レ
ーザ光源、１０１・・・被安定化制御回路。 特許出願人　　国際電信電話株式会社

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）レーザ光源の発振周波数により共振周波数が予め
   調整されている光共振器に被安定化レーザ光源の出力光
   を通過させて被安定化レーザ光源の発振周波数を安定化
   するレーザ光源の周波数安定化装置において、 前記レーザ光源の出力光を分岐する第１の光分波器と、
   予め定められた周期により共振周波数が偏位されている
   光共振器と、該光共振器の出射光を電気信号に変換する
   第１の受光器と、該第１の光分波器の一方の分岐光の一
   部を電気信号に変化する第２の受光器と、該第１の受光
   器と該第２の受光器からの出力信号及び該予め定められ
   た周期で与えられる共振周波数の偏移に関する偏移情報
   のうち少なくとも一方の信号に基づいて前記レーザ光源
   の発振周波数を制御する制御回路とを有する光源制御部
   と、 前記光共振器の出射光を分岐する第２の光分波器と、基
   準周波数となる吸収線を有し前記レーザ光源の発振周波
   数と該吸収線の中心周波数との周波数ずれを監視する周
   波数基準器と、該周波数基準器の出射光を受光して電気
   信号に変化する第３の受光器と、該第３の受光器の出力
   信号と前記予め定められた周期と位相で同期検波して前
   記周波数ずれを検出するための位相同期検波器と、該位
   相同期検波器の出力信号に基づいて前記光共振器の共振
   周波数を制御する光共振器制御回路とを有する光共振器
   制御部とを有し、 該光源制御部では前記レーザ光源の出力光の平均強度と
   前記光共振器を通過した後の出射光との瞬時的な光強度
   の比が一定となるように前記レーザ光源の発振周波数を
   該制御回路で制御すると共に、該光共振器制御部では前
   記光共振器通過後の光の周波数を適当な時間の間平均し
   た平均周波数が該周波数基準器の基準周波数と比較して
   両者の周波数差が減少するように前記光共振器の共振周
   波数を制御するように構成されていることを特徴とする
   レーザ光源の周波数安定化装置。
2. （２）前記光源制御部のレーザ光源の発振周波数が前記
   第１及び第２の受光器の電気信号がほぼ一致するように
   制御されるように構成されていることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載のレーザ光源の周波数安定化装置
   。
3. （３）前記光源制御部のレーザ光源の発振周波数が前記
   共振周波数の偏移に関する偏移情報により制御されるよ
   うに構成されていることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載のレーザ光源の周波数安定化装置。
4. （４）前記光源制御部のレーザ光源の発振周波数が前記
   第１の受光器と前記該第２の受光器からの出力信号及び
   前記共振周波数の偏移に関する偏移情報とを用いて制御
   されるように構成されていることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載のレーザ光源の周波数安定化装置。