JPH0334484A

JPH0334484A - 安定化光源

Info

Publication number: JPH0334484A
Application number: JP16871789A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Takahashi; 聡高橋; Yu Koishi; 結小石; Naoki Masuda; 直樹増田; Yoshiro Akai; 義朗赤井
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 1989-06-30
Filing date: 1989-06-30
Publication date: 1991-02-14

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〕本発明は半導体発光素子を光源とする安定化光源に関す
る。ものである。

〔従来の技術〕

近年、半導体レーザなどの半導体発光素子技術が飛躍的
に進歩しているが、このような半導体レーザでは発振波
長が環境温度について２０〜３０ＧＨ／’Ｃ１駆動電流
について３０Ｈ２／ｍＡ程度で変動してしまう。従って
、半導体レーザをコヒーレント光通信や分光技術の分野
で光源として使用しようとすると、高度の周波数（波長
）安定化が必要となる。周波数安定化の技術としては、
次のようなものがある。

第１は、半導体レーザの出力をＰＩＮホトダイオードな
どで検出し、これを駆動電流源に負帰還すると共に、高
度の温度制御を行なうものである。

これによれば、波長１．３〜１．５５μｍ帯においてｌ
Ｘ１０−９以上の周波数安定度が実現されている。

第２は、光ガルバノ効果を用いたものであり、例えば電
子通信学会報告ＯＱＥ８１−１３６（１９ｇ２．３．１
６）に示されている。光ガルバノ効果とは、放電気体中
に存在する原子または分子の遷移に一致する波長の光を
照射すると、放電電流が変化する現象であり、微小な波
長変動に対して放電電流が変化する。この技術では、１
３１０　　オーダーの高い周波数安定度が得られている。

第３は、原子、分子のスペクトルを用いた標準波長光源
を用意し、この出力光との間でのビート周波数を検出し
、半導体レーザの駆動電流源に負帰還をかけるものであ
る。これは、例えば「ジャーナル◆オブ・ライトウェー
ブ・テクノロジー」ＪＯＵＩ？ＮＡＬ　ＯＦ　ＬＩＣＩ
ＩＴＷＡＶＥ　ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ″Ｖｏ１．６゜Ｎ
ｏ、２．　　（１９８８年２月）に示されている。これ
によれば、アルカリ金属蒸気の吸収スペクトル線１２を使用したときに、２×１０　　程度の周波数安定度が
得られている。また、この場合の一般的なコヒーレント
化技術については、「オプトロニクスＪ　　（１９８８
）　Ｎｏ、９．　Ｐ、９７〜１０１に説明されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、上記の従来技術においては、例えば第１のもの
では、周波数安定度が１０−９オーダーであって十分で
はない。第２および第３のものでは、周波数安定度は高
いが長波長帯（特に１．３〜１．５５μｍ帯）では安定
化が難しい。

一方、「エレクトロニクス・レターズ」’ＥＬＥＣＴＲ
ＯＮＩＣＳ　ＬＥＴＴＥＲ３’　Ｖｏｌ、２４．Ｎｏ、
１３．Ｐ、８０４〜８０５（１９８８年６月２３日）に
は、光ガルバノ効果を用いた長波長帯の光周波数安定化
技術が示されている。しかし、長波長帯で光ガルバノ効
果を利用するための遷移状態は、例えば励起−励起状態
、励起−イオン化状態のようなごく限られたもので、遷
移確率が小さい。従って、光ガルバノ効果を利用した波
長変動検出手段からの出力も十分とることができない。

また、分子の基底状態を利用することも考えられるが、
これも同様に出力信号が小さいとか、バンド幅が広く安
定化の幅を小さく抑えることができない等の問題点を有
している。また、原子や分子の吸収スペクトル線を利用
する方法でも、その波長帯は短波長域に多くあり、従っ
て長波長帯において有効に利用できない問題がある。

そこで本発明は、長波長帯においても十分な周波数安定
度を実現できる安定化光源を提供することを目的とする
。

〔課題を解決するための手段〕

本発明に係る安定化光源は、半導体発光素子を光源とす
る安定化光源において、半導体発光素子からの光を出力
光と被検出光に分岐する分岐手段と、被検出光をより短
波長の波長変換光に変換する波長変換手段と、波長変換
光の波長変動を検出する波長変動検出手段と、この波長
変動検出手段の出力により半導体発光素子の発振波長が
一定となるようにこれを制御する制御手段とを備えるこ
とを特徴とする。

ここで、半導体発光素子を主ビーム光と反対方向のモニ
タビーム光を出力するものとし、このモニタビーム光を
より短波長の波長変換光に変換し、これを波長変動検出
手段に人力してもよい。

〔作用〕

本発明によれば、半導体発光素子からの長波長の被検出
光が短波長のものに波長変換され、この波長変動が検出
される。従って、半導体発光素子の出力の波長変動を正
確に検出してフィードバックすることで、高い周波数安
定度を実現できる。

〔実施例〕

以下、添付図面を参照して本発明の詳細な説明する。

第１図は第１実施例に係る安定化光源の構成図である。

光源としての半導体レーザーは、１．３μｍ波長のレー
ザ光Ｌｏを出力し、これはハーフミラ−ＨＭで安定化出
力光Ｌ　と被検出光Ｌ２に分岐される。被検出光Ｌ２は
波長変換素子２に入力され、１／２の波長（６５０ｎ　
ｍ）の波長変換光Ｌ３とされる。波長変換素子２として
は、例えばＬ［Ｎｂ　Ｏ３で構成された導波路構造を持
つチェレンコフ放射形第２高調波発生素子（ＳＨＧ；５
ｅｃｏｎｄ　ｌｌａｒｍｏｎｌｃ　Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ
　）を用いることができる。この波長変換光Ｌ３は波長
変動検出器３に入射される。

波長変動検出器３は光ガルバノ効果を利用したホロカソ
ードランプで構成することができる。これは、６５０ｎ
ｍ近傍で遷移波長のある元素として、例えばＮｅ、Ｘｅ
、Ｂｒ、Ｈ２を封じたものであり、その構成および作用
は第２図のようになっている。

同図（ａ）の如く、Ｔ字管３０にはＮｅ等のガが封じら
れ、この中にカソード３１とアノード３２が妃設されて
いる。カソード３１とアノード３２にＤＣ高電圧を印加
し、封入ガスを放電状態とする。放電電流は約１０ｍＡ
であり、この状態ではガスは励起状態のものと、カソー
ド３１の金属原子の励起状態が基底状態のものも含めて
、定の分布で定常状態になっている。この状態で封入ガ
スか金属素子の遷移波長のいずれかに相当する光をあて
ると、定常状態が乱されて放電インピーダンスが変化す
る。この放電インピーダンスの変化に伴なってカソード
３１とアノード３２の間の電圧（電流）が変化するので
、この変化分を出力する。

例えば、封入ガスがＮｅの場合には、波長６５３．２８
８２４ｎｍに遷移波長ができる。このとき、６５３ｎｍ
近傍では放電インピーダンスは第２図（ｂ）のように変
化する。そこで、放電インピーダンスの変化の傾斜部分
、あるいは頂点の部分を用いることにより、微少な波長
変動を電気的な変動に変換できる。

この検出出力（電気信号）は検出部４を介して駆動電流
源５に与えられ、半導体レーザ１の駆動電流に対して負
帰還がかけられる。例えば、半導体レーザ１の駆動電流
１ｍＡあたりで、光周波数が３ＧＨ２変化するので、駆
動電流を制御することで発振波長を制御できる。なお、
温度制御部６は半導体レーザ１の温度を所定に制御する
ためのものである。

次に、第３図を参照して本発明の第２実施例を説明する
。

第３図はその構成図である。この実施例では、半導体レ
ーザ１は単一波長（１，３μｍ）光を出力する分布帰還
型（Ｄ　Ｆ　Ｂ　；　ＤＩｓｔｒｌｂｕｔｅｄ　Ｆｅｅ
ｄＢａｃｋ）半導体レーザで構成されている。また、波
長変動検出器３は光ガルバノ放電管３５と高圧電源３６
で構成され、検出部４はロックインアンプ４１と、Ｐ、
　　Ｉ　　（ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ　ａｏ＋ｐＨＮ
ｅｒ　ａｎｄＩｎｔｅｇｒａｔｏｒ）　４１と、発振器
４２で構成されている。この実施例においても、波長変
換素子２によって短波長（６５０ｎ　ｍ）の波長変換光
Ｌ３を得て、これを光ガルバノ放電管３５に入射してい
るので、被検出光Ｌ２の微少な波長変動が検出できる。

そして、検出結果を駆動電流源５に負帰還することで半
導体レーザ１の発振波長を安定化させることができる。

次に、第４図により第３実施例の安定化光源を説明する
。

この実施例では、ハーフミラ−の如き分岐手段を用いる
ことなく、半導体発光素子のモニタビーム光を利用する
ことで被検出光Ｌ２を得ている。

すなわち、レーザーチップ１１からの主ビーム光はキャ
ップ１２に設けられたガラス窓１３を介して出力され、
安定化出力光Ｌｌとなる。これに対し、レーザーチップ
１１からのモニタビーム光はステム１４に設けられたガ
ラス窓１５を介して出力され、被検出光Ｌ２として波長
変換素子２に入射されている。そして、半分の波長の波
長変換光Ｌ３が得られる。従って、この実施例によって
も、前述の実施例と同様の効果を奏することができる。

次に、第５図を参照して第４実施例に係る安定化光源を
検出する。

第５図はその構成図である。この実施例では、波長変動
検出器３は標準波長光源３７と、光検出器３８と、周波
数カウンタ３９で構成される。標準波長光源３７として
は例えばＫｒ８６放電管が用いられる、原子あるいは分
子のスペクトル線は第一次標準波長にも使用される安定
した波長の光を発する。この光はハーフミラ−ＨＭによ
って波長変換素子２からのＳＨＧと混合され、周波数ｆ
ａ−ｃ　ｌ　１／λ　−１／λ２１のビートが出力され
る。ここでλ１は標準波長光源３７からの光の波長、λ
２は波長変換素子２からのＳＨＧの光の波長とする。

具体的には、半導体レーザーからの被検出光Ｌ２の波長
が１２９１．６１４４ｎｍであるときは、波長変換素子
２からの光の波長λ１は６４５．８０　（７２０）とな
る。一方、標準波長光源３７　（Ｋｒ　８６）からの光
の波長は６４５．８０７２０である。このλ　、λ２の
波長が例えば０．０００１ｎｍ相違したときには、ビー
ト周波数はｆ　−〜６０ＭＨ２となる。このビート周波
数は周波数カウンタ３９によりカウントされ、制御部９
に送られる。制御部９はビート周波数ｆＢにもとづき駆
動電流源５を制御し、半導体レーザーに対して負帰還を
かける。これによって、半導体レーザーの発振波長が標
準波長光源３７からの光の波長の２倍の波長に安定化さ
れる。

ここで、標準波長光源３７を構成する原子（たとえばＫ
ｒ８Ｂ）については、波長５００〜９００ｎｍにスペク
トルを有するものが多いので、長波長用の半導体発光素
子の安定化に適している。

〔発明の効果〕

以上、詳細に説明した通り本発明では、半導体発光素子
からの長波長の被検出光が短波長のものに波長変換され
、この波長変動が検出される。従って、半導体発光素子
の出力の波長変動を正確に検出してフィードバックする
ことで、高い周波数安定度を実現できる。このため、長
波長帯においても十分な周波数安定度を実現できる安定
化光源を堤供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例に係る安定化光源の構成図
、第２図は光ガルバノ効果を利用した検出器の説明図、
第３図は本発明の第２実施例に係る安定化光源の構成図
、第４図は本発明の第３実施例に係る安定化光源の構成
図、第５図は本発明の第４実施例に係る安定化光源の構
成図である。１・・・半導体発光素子（半導体レーザ）、２・・・波
長変換素子、３・・・波長変動検出器、４・・・検出部
、５・・・駆動電流源、６・・・温度制御部、９・・・制御部。

Claims

【特許請求の範囲】１、半導体発光素子を光源とする安定化光源において、
前記半導体発光素子からの光を出力光と被検出光に分岐
する分岐手段と、前記被検出光をより短波長の波長変換
光に変換する波長変換手段と、前記波長変換光の波長変
動を検出する波長変動検出手段と、この波長変動検出手
段の出力により前記半導体発光素子の発振波長が一定と
なるようにこれを制御する制御手段とを備えることを特
徴とする安定化光源。２、前記波長変動検出手段が光ガルバノ効果を用いた検
出器であることを特徴とする請求項１記載の安定化光源
。３、前記波長変動検出手段が原子または分子のスペクト
ル線を用いた標準波長光源を有し、前記波長変換光と前
記標準波長光源からの光の間のビート周波数を検出する
ように構成されていることを特徴とする請求項１記載の
安定化光源。４、半導体発光素子を光源とする安定化光源において、
前記半導体発光素子からの光のうち出力光とは反対方向
に出射するモニタ光をより短波長の波長変換光に変換す
る波長変換手段と、前記波長変換光の波長変動を検出す
る波長変動検出手段と、この波長変動検出手段の出力に
より前記半導体発光素子の発振波長が一定となるように
これを制御する制御手段とを備えることを特徴とする安
定化光源。５、前記波長変動検出手段が光ガルバノ効果を用いた検
出器であることを特徴とする請求項４記載の安定化光源
。６、前記波長変動検出手段が原子または分子のスペクト
ル線を用いた標準波長光源を有し、前記波長変換光と前
記標準波長光源からの光の間のビート周波数を検出する
ように構成されていることを特徴とする請求項４記載の
安定化光源。