JPH0331089Y2 - - Google Patents

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JPH0331089Y2
JPH0331089Y2 JP9761186U JP9761186U JPH0331089Y2 JP H0331089 Y2 JPH0331089 Y2 JP H0331089Y2 JP 9761186 U JP9761186 U JP 9761186U JP 9761186 U JP9761186 U JP 9761186U JP H0331089 Y2 JPH0331089 Y2 JP H0331089Y2
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【考案の詳細な説明】 (産業上の利用分野) この考案は、半導体レーザの出力光の波長を、
標準物質の吸収線により安定化する半導体レーザ
波長安定化装置の特性の改善に関するものであ
る。
[Detailed explanation of the invention] (Industrial application field) This invention allows the wavelength of the output light of a semiconductor laser to be
This invention relates to improving the characteristics of a semiconductor laser wavelength stabilizing device that is stabilized by the absorption line of a standard substance.

(従来例) 出願人は、特願昭61−11894号明細書(特開昭
62−171174号公報参照)において、出力光が変調
されないために瞬時的にもその出力光の波長が高
安定な半導体レーザ波長安定化装置を提案した。
第5図に、この装置の構成を示す。
(Prior art example) The applicant filed the specification of Japanese Patent Application No.
No. 62-171174) proposed a semiconductor laser wavelength stabilizing device in which the wavelength of the output light is highly stable even instantaneously because the output light is not modulated.
FIG. 5 shows the configuration of this device.

第5図において、半導体レーザLDの出力光は、
ビームスプリツタBSで分割され、その反射光は
出力光として外部に取り出され、透過光は音響光
学変調器UMに入力される。この音響光学変調器
UMは信号発生器SG2の出力により周波数D
(たとえば80MHz)で駆動され、入射光を回折す
る。この回折動作は、信号発生器SG1およびス
イツチSWにより周期的に周波数m(たとえば
2kHz)でオン・オフされる。従つて、音響光学
変調器UMからは、周期的に半導体レーザの出力
光の0次回折光と1次回折光が交互に出力され
る。この出力光は、標準物質(たとえばCs)の
入つた吸収セルCLに入射され、一部分吸収され
て光検出器PDに入力される。この光検出器PDの
出力は増幅器Aで増幅され、ロツクインアンプ
LA1で周波数mで同期整流されて、PIDコン
トローラCT2に入力される。
In Fig. 5, the output light of the semiconductor laser LD is
The light is split by the beam splitter BS, the reflected light is taken out as output light, and the transmitted light is input to the acousto-optic modulator UM. This acousto-optic modulator
UM is frequency D by the output of signal generator SG2.
(for example, 80MHz) and diffracts the incident light. This diffraction operation is performed periodically by the signal generator SG1 and the switch SW at a frequency m (for example,
2kHz) is turned on and off. Therefore, the acousto-optic modulator UM periodically outputs the 0th-order diffracted light and the 1st-order diffracted light of the output light of the semiconductor laser alternately. This output light is incident on an absorption cell CL containing a standard substance (for example, Cs), where it is partially absorbed and input into a photodetector PD. The output of this photodetector PD is amplified by amplifier A, and a lock-in amplifier
It is synchronously rectified at frequency m at LA1 and input to PID controller CT2.

第6図にロツクインアンプLAの出力特性を示
す。半導体レーザの出力光は標準物質の共鳴吸収
により吸収されるので、入射光のの周波数により
出力が変化する。標準物質の共鳴吸収の周波数νs
とすると、第6図に示すように、νs−D/2で
出力がゼロになる。従つて、ロツクインアンプ
LA1の出力がゼロになるように、PIDコントロ
ーラCT2によつて、半導体レーザLDの電流また
は温度を制御すると、ビームスプリツタBSで反
射される出力光の周波数はνs−D/2に固定さ
れる。
Figure 6 shows the output characteristics of lock-in amplifier LA. Since the output light of the semiconductor laser is absorbed by the resonant absorption of the standard material, the output changes depending on the frequency of the incident light. Frequency of resonance absorption of standard material ν s
Then, as shown in FIG. 6, the output becomes zero at ν s −D/2. Therefore, lock-in amplifier
When the current or temperature of the semiconductor laser LD is controlled by the PID controller CT2 so that the output of LA1 becomes zero, the frequency of the output light reflected by the beam splitter BS is fixed at ν s −D/2. Ru.

なお、TBは恒温槽であり、半導体レーザLD
が格納されている。CT1はPIDコントローラで
あり、半導体レーザLDの温度を測定し、その温
度が一定になるようにペルチエ素子PEを駆動す
る。
Note that TB is a constant temperature bath, and the semiconductor laser LD
is stored. CT1 is a PID controller that measures the temperature of the semiconductor laser LD and drives the Peltier element PE so that the temperature is constant.

(考案が解決すべき問題点) しかしながら、このような半導体レーザ波長安
定化装置は、帰還ループのゲインを高くして共鳴
吸収の周波数から離れた点から動作を開始させる
と、出力光の周波数は設定値を通りすぎて、共鳴
吸収のないところまで飛んでしまう。また、帰還
ループのゲインを低くすると、設定値を通りすぎ
ることはないが、出力光の周波数の安定度が悪く
なる。
(Problem to be solved by the invention) However, in such a semiconductor laser wavelength stabilizing device, if the gain of the feedback loop is increased and the operation is started from a point away from the resonance absorption frequency, the frequency of the output light will change. It passes the set value and flies to a point where there is no resonance absorption. Furthermore, if the gain of the feedback loop is lowered, the frequency of the output light will become less stable, although the set value will not be exceeded.

(考案の目的) この考案の目的は、標準物質の共鳴吸収からは
ずれた点から動作を開始しても設定値に同調し、
かつ出力光の周波数が高安定な半導体レーザ波長
安定化装置を提供することにある。
(Purpose of the invention) The purpose of this invention is to synchronize to the set value even if the operation starts from a point outside the resonance absorption of the standard material.
Another object of the present invention is to provide a semiconductor laser wavelength stabilizing device in which the frequency of output light is highly stable.

(問題点を解決するための手段) 前記問題点を解決するために本考案は、半導体
レーザの出力光を変調し、この出力光を吸収セル
に入射して、この吸収セルの透過光を光検出器で
検出して前記半導体レーザに帰還させる構成の半
導体レーザ波長安定化装置において、帰還ループ
に可変ゲイン増幅器を設置したものである。
(Means for Solving the Problems) In order to solve the above problems, the present invention modulates the output light of a semiconductor laser, inputs this output light into an absorption cell, and converts the transmitted light of the absorption cell into a light beam. In a semiconductor laser wavelength stabilizing device configured to detect the wavelength with a detector and feed it back to the semiconductor laser, a variable gain amplifier is installed in the feedback loop.

(作用) 光検出器の出力に関連する信号により可変ゲイ
ン増幅器を制御し、半導体レーザの出力光が設定
値から大幅に外れているときは帰還ループのゲイ
ンを低くし、設定値に近ずくと帰還ループのゲイ
ンを高くする。
(Function) The variable gain amplifier is controlled by a signal related to the output of the photodetector, and when the output light of the semiconductor laser deviates significantly from the set value, the gain of the feedback loop is lowered, and when it approaches the set value, the gain of the feedback loop is lowered. Increase the gain of the feedback loop.

(実施例) 第1図に本考案に係る半導体レーザ安定化装置
の一実施例を示す。なお、第5図と同一要素には
同一符号を付し、説明を省略する。第1図におい
て、1は増幅器Aの出力が入力され、その出力が
ロツクインアンプLA1に入力される可変ゲイン
増幅器、2は増幅器Aの出力がその反転入力端子
に入力されるコンパレータ、3はコンパレータ3
の非反転入力端子と共通電位点の間に接続された
設定電源である。可変ゲイン増幅器1のゲインは
コンパレータ3で制御される。
(Example) FIG. 1 shows an example of a semiconductor laser stabilizing device according to the present invention. Note that the same elements as in FIG. 5 are given the same reference numerals, and their explanations will be omitted. In Fig. 1, 1 is a variable gain amplifier to which the output of amplifier A is input and its output is input to lock-in amplifier LA1, 2 is a comparator to which the output of amplifier A is input to its inverting input terminal, and 3 is a comparator. 3
is a setting power supply connected between the non-inverting input terminal of and a common potential point. The gain of variable gain amplifier 1 is controlled by comparator 3.

このような構成において、吸収セルCLの共鳴
吸収を第2図のようであるとし、音響光学変調器
UMの出力光の周波数が点Pの位置にあるとする
と、透過光量が多くなり、増幅器Aの出力が負方
向に大きく振れ、コンパレータ2の出力がハイレ
ベルになり、可変ゲイン増幅器1のゲインが小さ
くなる。そのため、動作点はPからゆつくり共鳴
吸収の底すなわち周波数νsの方向に移動し、それ
につれて透過光量が減少し、増幅器Aの出力は
徐々に高くなる。点Qにおいて、増幅器Aの出力
は設定電源3より高くなり、コンパレータ2の出
力はローレベルになり、可変ゲイン増幅器1のゲ
インは高くなる。そのため、半導体レーザLDの
出力は高安定で点Rに保持される。
In such a configuration, assuming that the resonance absorption of the absorption cell CL is as shown in Figure 2, the acousto-optic modulator
Assuming that the frequency of the output light of UM is at point P, the amount of transmitted light increases, the output of amplifier A swings significantly in the negative direction, the output of comparator 2 becomes high level, and the gain of variable gain amplifier 1 increases. becomes smaller. Therefore, the operating point slowly moves from P toward the bottom of resonance absorption, that is, toward the frequency ν s , the amount of transmitted light decreases, and the output of amplifier A gradually increases. At point Q, the output of amplifier A becomes higher than the set power supply 3, the output of comparator 2 becomes low level, and the gain of variable gain amplifier 1 becomes high. Therefore, the output of the semiconductor laser LD is held at point R with high stability.

第3図に本考案の他の実施例を示す。第3図
は、コンパレータを複数個用いて、可変ゲイン増
幅器1のゲインの切り換えを複数にしたものであ
る。第3図において、21,22,23はコンパ
レータであり、増幅器Aの出力がそれらの反転入
力端子に接続され、それらの出力は可変ゲイン増
幅器1の出力を制御する。31,32,33は設
定電源であり、それぞれコンパレータ21,2
2,23の非反転入力端子に接続されている。ま
た図示はしていないが、第1図と同じように、増
幅器Aには光検出器PDの出力が入力され、可変
ゲイン増幅器1の出力はロツクインアンプLA1
に入力される。このような構成において、第2図
の点S,T,Qでそれぞれコンパレータ21,2
2,23がローレベルになり、可変ゲイン増幅器
1のゲインを徐々に高くする。このようにする
と、より高速で、かつ安定に点Rに収束すること
ができる。なお、可変ゲイン増幅器のゲインを連
続的に制御するようにしてもよい。
FIG. 3 shows another embodiment of the present invention. In FIG. 3, a plurality of comparators are used to switch the gain of the variable gain amplifier 1 in a plurality of ways. In FIG. 3, 21, 22, and 23 are comparators, the outputs of the amplifier A are connected to their inverting input terminals, and their outputs control the output of the variable gain amplifier 1. 31, 32, 33 are setting power supplies, and comparators 21, 2, respectively.
It is connected to the non-inverting input terminals 2 and 23. Although not shown, the output of the photodetector PD is input to the amplifier A as in FIG. 1, and the output of the variable gain amplifier 1 is input to the lock-in amplifier LA1.
is input. In such a configuration, comparators 21 and 2 are connected at points S, T, and Q in FIG.
2 and 23 become low level, and the gain of the variable gain amplifier 1 is gradually increased. In this way, it is possible to converge to point R more quickly and stably. Note that the gain of the variable gain amplifier may be controlled continuously.

第4図に、コンパレータの入力として増幅器A
の2次微分波形を用いる実施例を示す。なお、第
1図と同一要素には同一符号を付し、説明を省略
する。第4図において、信号発生器SG1は正弦
波または三角波でSG2をFM変調する。増幅器
Aの出力はロツクインアンプLA2および可変ゲ
イン増幅器1に入力される。ロツクインアンプ
LA2は、信号発生器SG2の変調周波数の2倍の
周波数2mの出力をも発生する信号発生器SG1
で駆動され、同期整流される。このようにして、
増幅器Aの2次微分が得られる。ロツクインアン
プLA2の出力はコンパレータ2の反転入力端子
に入力され、このコンパレータ2の出力により、
可変ゲイン増幅器1を制御する。可変ゲイン増幅
器1の出力はロツクインアンプLA1に入力され
る。3は設定電源であり、コンパレータ2の非反
転入力端子に接続される。
In Figure 4, amplifier A is used as the input to the comparator.
An example using a second-order differential waveform of . Note that the same elements as in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and explanations thereof will be omitted. In FIG. 4, a signal generator SG1 FM modulates SG2 with a sine wave or a triangular wave. The output of amplifier A is input to lock-in amplifier LA2 and variable gain amplifier 1. lock-in amplifier
LA2 is a signal generator SG1 that also generates an output with a frequency of 2m, which is twice the modulation frequency of the signal generator SG2.
and is synchronously rectified. In this way,
The second derivative of amplifier A is obtained. The output of lock-in amplifier LA2 is input to the inverting input terminal of comparator 2, and the output of comparator 2 provides
The variable gain amplifier 1 is controlled. The output of variable gain amplifier 1 is input to lock-in amplifier LA1. 3 is a setting power supply, which is connected to the non-inverting input terminal of the comparator 2.

なお、第1図、第3図、第4図実施例では、い
ずれも可変ゲイン増幅器1は増幅器Aの後に挿入
するようにしたが、ロツクインアンプLA1、
PIDコントローラCT2の後に挿入してもよい。
すなわち、帰還ループ内であればどこに挿入して
もよい。
In the embodiments shown in FIGS. 1, 3, and 4, the variable gain amplifier 1 is inserted after the amplifier A, but the lock-in amplifier LA1,
It may be inserted after the PID controller CT2.
That is, it may be inserted anywhere within the feedback loop.

また、半導体レーザLDの出力光をビームスプ
リツタBSで分割し、その分割された光を音響光
学変調器UMで変調して吸収セルCLを透過させ、
この透過光を光検出器PDで検出して半導体レー
ザLDに帰還させる構成の半導体レーザ波長安定
化装置に適用したが、半導体レーザの直接変調し
て吸収セルを通し、この吸収セルの透過光を検出
して半導体レーザに帰還する構成の半導体レーザ
波長安定化装置に適用してもよい。要は、半導体
レーザの出力光を変調し、この出力光を吸収セル
に入射して、その透過光の強度に関連する信号を
半導体レーザに帰還する構成の半導体レーザ波長
安定化装置であれば、本考案を適用できる。
In addition, the output light of the semiconductor laser LD is split by a beam splitter BS, the split light is modulated by an acousto-optic modulator UM, and transmitted through an absorption cell CL.
We applied this to a semiconductor laser wavelength stabilization device that detects this transmitted light with a photodetector PD and returns it to the semiconductor laser LD. The present invention may also be applied to a semiconductor laser wavelength stabilizing device configured to detect and feed back to the semiconductor laser. In short, if it is a semiconductor laser wavelength stabilization device that modulates the output light of a semiconductor laser, makes this output light enter an absorption cell, and returns a signal related to the intensity of the transmitted light to the semiconductor laser, The present invention can be applied.

(考案の効果) 以上実施例と共に具体的に説明したように、本
考案では、光検出器と半導体レーザの間の帰還路
の間に可変ゲイン増幅器を挿入し、この可変ゲイ
ン増幅器のゲインを前記光検出器の出力に関連す
る信号で制御するようにした。従つて、半導体レ
ーザの出力光が設定値から大きく外れた場合で
も、設定値を飛び越してしまうことはなく、ま
た、高安定で設定値に保持できる。そのため、始
動時に半導体レーザの出力光が設定値から大きく
外れていても設定値に収束させることができ、か
つ、波長が高安定になるという効果を有する。
(Effects of the invention) As specifically explained in conjunction with the embodiments above, in the present invention, a variable gain amplifier is inserted between the feedback path between the photodetector and the semiconductor laser, and the gain of the variable gain amplifier is adjusted as described above. It is now controlled by a signal related to the output of the photodetector. Therefore, even if the output light of the semiconductor laser deviates significantly from the set value, it will not jump over the set value and can be maintained at the set value with high stability. Therefore, even if the output light of the semiconductor laser deviates significantly from the set value at the time of startup, it can be converged to the set value, and the wavelength is highly stable.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本考案に係る半導体レーザ波長安定化
装置の一実施例を示す構成ブロツク図、第2図は
動作点を説明するための特性曲線図、第3図、第
4図は本考案の他の実施例を示す構成ブロツク
図、第5図は従来例を示す構成ブロツク図、第6
図はロツクインアンプの出力特性を示す特性曲線
図である。 1……可変ゲイン増幅器、2,21,22,2
3……コンパレータ、3,31,32,33……
設定電源、PD……半導体レーザ、UM……音響
光学変調器、CL……吸収セル、A……増幅器、
SG1,SG2……信号発生器、LA1,LA2……
ロツクインアンプ。
Fig. 1 is a configuration block diagram showing an embodiment of the semiconductor laser wavelength stabilizing device according to the present invention, Fig. 2 is a characteristic curve diagram for explaining the operating point, and Figs. A configuration block diagram showing another embodiment, FIG. 5 is a configuration block diagram showing a conventional example, and FIG. 6 is a configuration block diagram showing a conventional example.
The figure is a characteristic curve diagram showing the output characteristics of a lock-in amplifier. 1...Variable gain amplifier, 2, 21, 22, 2
3... Comparator, 3, 31, 32, 33...
Setting power supply, PD... semiconductor laser, UM... acousto-optic modulator, CL... absorption cell, A... amplifier,
SG1, SG2...Signal generator, LA1, LA2...
lock-in amplifier.

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】 半導体レーザの出力光を変調し、この変調され
た出力光を吸収セルに入射し、この吸収セルの透
過光を光検出器で検出して、この光検出器の出力
に関連する信号を前記半導体レーザに帰還する構
成の半導体レーザ波長安定化装置において、 前記光検出器と前記半導体レーザの経路の間に
設置された可変ゲイン増幅器を有し、この可変ゲ
イン増幅器のゲインを前記光検出器の出力信号に
関連する信号により制御することを特徴とする半
導体レーザ波長安定化装置。
[Claims for Utility Model Registration] The output light of a semiconductor laser is modulated, the modulated output light is incident on an absorption cell, the transmitted light of this absorption cell is detected by a photodetector, and the photodetector is A semiconductor laser wavelength stabilizing device configured to feed back a signal related to output to the semiconductor laser, further comprising a variable gain amplifier installed between the photodetector and the path of the semiconductor laser, A semiconductor laser wavelength stabilizing device characterized in that a gain is controlled by a signal related to an output signal of the photodetector.
JP9761186U 1985-12-20 1986-06-27 Expired JPH0331089Y2 (en)

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US06/937,359 US4833681A (en) 1985-12-26 1986-12-03 Semiconductor laser wavelength stabilizer
US06/942,448 US4893353A (en) 1985-12-20 1986-12-16 Optical frequency synthesizer/sweeper
US06/943,670 US4856899A (en) 1985-12-20 1986-12-18 Optical frequency analyzer using a local oscillator heterodyne detection of incident light
DE3643569A DE3643569C2 (en) 1985-12-20 1986-12-19 Optical frequency analyzer
GB8630374A GB2185619B (en) 1985-12-20 1986-12-19 Optical frequency synthesizer/sweeper
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