JPH04113469U - Semiconductor laser frequency stabilization device - Google Patents

Semiconductor laser frequency stabilization device

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JPH04113469U
JPH04113469U JP1691891U JP1691891U JPH04113469U JP H04113469 U JPH04113469 U JP H04113469U JP 1691891 U JP1691891 U JP 1691891U JP 1691891 U JP1691891 U JP 1691891U JP H04113469 U JPH04113469 U JP H04113469U
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JP
Japan
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semiconductor laser
laser chip
photodiode
standard gas
frequency
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Application number
JP1691891U
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Japanese (ja)
Inventor
浩二 秋山
秀一 村山
Original Assignee
横河電機株式会社
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Abstract

(57)【要約】 【目的】小型で動作が安定な、信頼性の高い半導体レ―
ザ周波数安定化装置を実現する。 【構成】標準ガス2を封入した密閉容器1内に半導体レ
―ザチップ3,フォトダイオ―ド4を配設し、半導体レ
―ザチップ3から出射された光が標準ガス2内を通過し
た後フォトダイオ―ド4で受光され、フォトダイオ―ド
4からの出力に基づいて制御回路9が半導体レ―ザチッ
プ3の発振周波数を標準ガス2の吸収線に制御する。
(57) [Summary] [Purpose] A small, stable and highly reliable semiconductor laser.
Realize the frequency stabilization device. [Structure] A semiconductor laser chip 3 and a photodiode 4 are arranged in a sealed container 1 filled with a standard gas 2, and after the light emitted from the semiconductor laser chip 3 passes through the standard gas 2, the photodiode is The light is received by the diode 4, and the control circuit 9 controls the oscillation frequency of the semiconductor laser chip 3 to match the absorption line of the standard gas 2 based on the output from the photodiode 4.

Description

【考案の詳細な説明】[Detailed explanation of the idea]

【0001】0001

【産業上の利用分野】[Industrial application field]

本考案は、コヒ―レント光通信やコヒ―レント光計測器の分野で利用される半 導体レ―ザ周波数安定化装置の改良に関するものである。 This invention is a semiconductor device used in the fields of coherent optical communications and coherent optical measuring instruments. This invention relates to improvements in conductor laser frequency stabilization devices.

【0002】0002

【従来の技術】[Conventional technology]

従来から半導体レ―ザ周波数安定化装置としては、レ―ザ光の一部を吸収用ガ スセルに通し、吸収線に一致させるように半導体レ―ザに負帰還をかけて安定化 するものがある。 Traditionally, semiconductor laser frequency stabilization equipment uses a glass to absorb part of the laser light. The semiconductor laser is stabilized by applying negative feedback to match the absorption line. There is something to do.

【0003】0003

【考案が解決しようとする課題】[Problem that the idea aims to solve]

しかしながら、そのような装置では半導体レ―ザと吸収セルが別体として構成 されているので、ビ―ムスプリッタやレンズ等余分の光学系が必要で、寸法も大 きくなり、半導体レ―ザからフォトダイオ―ドまで距離が離れているのでアライ ンメントも大変で、信頼性にも問題がある。 本考案は、上記の課題を解決するためになされたもので、小型で動作が安定な 、信頼性の高い半導体レ―ザ周波数安定化装置を実現することを目的とする。 However, in such devices, the semiconductor laser and absorption cell are constructed separately. Therefore, extra optical systems such as beam splitters and lenses are required, and the size is also large. The distance between the semiconductor laser and the photodiode is large, so alignment is difficult. It is also difficult to maintain, and there are problems with reliability. This invention was developed to solve the above problems, and is a compact and stable device. The purpose of this research is to realize a highly reliable semiconductor laser frequency stabilization device.

【0004】0004

【課題を解決するための手段】[Means to solve the problem]

本考案は半導体レ―ザの発振周波数を原子または分子の吸収線に制御する半導 体レ―ザ周波数安定化装置に係るもので、その特徴とするところは密閉された容 器と、この容器内に配設される半導体レ―ザチップと、前記容器内に封入され前 記半導体レ―ザチップから出射される光を吸収線の周波数で吸収する標準ガスと 、前記容器内に配設され前記標準ガス内を通過した光を入射するフォトダイオ― ドと、前記フォトダイオ―ドからの出力に基づいて前記半導体レ―ザチップの発 振周波数を前記標準ガスの吸収線に制御する制御回路とを備えた点にある。 This invention is a semiconductor laser that controls the oscillation frequency of a semiconductor laser to the absorption line of atoms or molecules. This device is related to a body laser frequency stabilization device, and its feature is that it is a sealed container. a semiconductor laser chip disposed in the container, and a semiconductor laser chip sealed in the container. A standard gas that absorbs the light emitted from the semiconductor laser chip at the absorption line frequency. , a photodiode disposed in the container and receiving light that has passed through the standard gas; and the output of the semiconductor laser chip based on the output from the photodiode. and a control circuit for controlling the vibration frequency to the absorption line of the standard gas.

【0005】[0005]

【作用】 密閉容器内に半導体レ―ザチップとフォトダイオ―ドと標準ガスが一体となっ ているので、ビ―ムスプリッタやレンズ等余分の光学系が不要で、寸法も小さく なり、アラインメントも容易となり、信頼性も向上する。[Effect] A semiconductor laser chip, photodiode, and standard gas are integrated in a sealed container. Because of this, there is no need for extra optical systems such as beam splitters or lenses, and the size is small. This makes alignment easier and improves reliability.

【0006】[0006]

【実施例】【Example】

以下本考案を図面を用いて詳しく説明する。 図1は本考案に係る半導体レ―ザ周波数安定化装置の一実施例を示す構成断面 図である。 The present invention will be explained in detail below using the drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view showing an embodiment of a semiconductor laser frequency stabilizing device according to the present invention. It is a diagram.

【0007】 図において、11は基板、12は基板11に固定されたキャップで、基板11 とキャップ12からなるパッケ―ジ1は内側に密閉された空間を持った容器を構 成する。2はパッケ―ジ1内に封入された標準ガス、3は基板11に固定された 半導体レ―ザチップ、4は基板11に固定され、半導体レ―ザチップ3から出射 された光を受光するフォトダイオ―ド、5はキャップ12の穴に固定されたレン ズである。6,7はそれぞれフォトダイオ―ド4,半導体レ―ザチップ3の電極 を外部へ取出す端子、8は接地端子で、いずれも基板11に固定されている。9 は端子6からの信号を入力し、その出力を端子7に印加する制御回路である。標 準ガス2としては、例えば半導体レ―ザチップ3の発振周波数帯が1.5μm帯 のときは、これと対応した吸収線を持つC2 2 (アセチレン),HCN(シア ン化水素),NH3 (アンモニア)等を用いる。In the figure, 11 is a substrate, 12 is a cap fixed to the substrate 11, and the package 1 consisting of the substrate 11 and the cap 12 constitutes a container having a sealed space inside. 2 is a standard gas sealed in the package 1, 3 is a semiconductor laser chip fixed to the substrate 11, and 4 is a photodiode fixed to the substrate 11 to receive the light emitted from the semiconductor laser chip 3. 5 is a lens fixed to a hole in the cap 12. Terminals 6 and 7 take out the electrodes of the photodiode 4 and semiconductor laser chip 3 to the outside, respectively, and 8 is a ground terminal, both of which are fixed to the substrate 11. 9 is a control circuit which inputs the signal from the terminal 6 and applies its output to the terminal 7. For example, when the oscillation frequency band of the semiconductor laser chip 3 is 1.5 μm, the standard gas 2 may be C 2 H 2 (acetylene), HCN (hydrogen cyanide), or NH 3 (ammonia), which have absorption lines corresponding to this. ) etc.

【0008】 図1の装置の動作を次に説明する。半導体レ―ザチップ3から出射した光の一 方はパッケ―ジ1内の空間を進行する間に標準ガス2の吸収線により特定の周波 数で吸収を受けた後、フォトダイオ―ド4に入射する。制御回路9はフォトダイ オ―ド4の出力に対応して半導体レ―ザチップ3の電流を制御し、半導体レ―ザ チップ3の発振周波数を標準ガスの吸収周波数に制御する。半導体レ―ザチップ 3から出射した光の他方はレンズ5で平行光とされ、外部へ取出される。[0008] The operation of the apparatus of FIG. 1 will now be described. One of the lights emitted from the semiconductor laser chip 3 In this case, a specific frequency is generated by the absorption line of the standard gas 2 while it travels through the space inside the package 1. After being absorbed by the number, the light enters the photodiode 4. The control circuit 9 is a photo die The current of the semiconductor laser chip 3 is controlled in accordance with the output of the ode 4, and the semiconductor laser The oscillation frequency of the chip 3 is controlled to the absorption frequency of the standard gas. semiconductor laser chip The other part of the light emitted from the lens 3 is converted into parallel light by the lens 5 and taken out to the outside.

【0009】 図2は半導体レ―ザチップ3の電流を端子7を介して変化し、レ―ザ周波数f を掃引したときにフォトダイオ―ド4の出力Pの変化を示す特性曲線図である。 制御回路9は半導体レ―ザチップ3の発振周波数を図2の吸収線の中心イ(周波 数f1 )や吸収の肩ロ(周波数f2 )に制御する。FIG. 2 is a characteristic curve diagram showing the change in the output P of the photodiode 4 when the current of the semiconductor laser chip 3 is changed via the terminal 7 and the laser frequency f is swept. The control circuit 9 controls the oscillation frequency of the semiconductor laser chip 3 to be at the center A (frequency f 1 ) of the absorption line in FIG. 2 or at the bottom of the absorption line (frequency f 2 ).

【0010】 図3は半導体レ―ザチップ3の発振周波数を吸収中心f1 に制御する場合の制 御回路9の構成例を示すブロック図である。制御回路9aにおいて、フォトダイ オ―ド4の出力はロックインアンプ91で発振器92の出力を参照信号として同 期検波される。PI制御回路93はロックインアンプ91の出力が一定となるよ うに半導体レ―ザチップ3の電流を制御する。PI制御回路93の出力は加算回 路94で発振器92の発振出力と加算され、レ―ザ駆動回路95から出力される 。半導体レ―ザチップ3の出力周波数は発振器92の出力で電流変調される。FIG. 3 is a block diagram showing an example of the configuration of the control circuit 9 for controlling the oscillation frequency of the semiconductor laser chip 3 to the absorption center f 1 . In the control circuit 9a, the output of the photodiode 4 is synchronously detected by a lock-in amplifier 91 using the output of the oscillator 92 as a reference signal. The PI control circuit 93 controls the current of the semiconductor laser chip 3 so that the output of the lock-in amplifier 91 is constant. The output of the PI control circuit 93 is added to the oscillation output of the oscillator 92 in an adder circuit 94 and output from the laser drive circuit 95. The output frequency of the semiconductor laser chip 3 is current-modulated by the output of the oscillator 92.

【0011】 図4は半導体レ―ザチップ3の発振周波数を吸収の肩f2 に制御する場合の制 御回路9の構成例を示すブロック図である。制御回路9bにおいて、フォトダイ オ―ド4からの出力は減算回路96において基準電圧源97の出力と比較され、 その差がPI制御回路93に入力する。PI制御回路の出力は93はレ―ザ駆動 回路95を介して半導体レ―ザチップ3に印加される。PI制御回路93はフォ トダイオ―ド4の出力が基準電圧源97の出力と等しくなるように制御する。基 準電圧源97の出力は吸収の肩ロと対応する電圧に設定される。FIG. 4 is a block diagram showing an example of the configuration of the control circuit 9 for controlling the oscillation frequency of the semiconductor laser chip 3 to the absorption shoulder f 2 . In the control circuit 9b, the output from the photodiode 4 is compared with the output of the reference voltage source 97 in the subtraction circuit 96, and the difference is input to the PI control circuit 93. The output 93 of the PI control circuit is applied to the semiconductor laser chip 3 via a laser drive circuit 95. The PI control circuit 93 controls the output of the photodiode 4 to be equal to the output of the reference voltage source 97. The output of the reference voltage source 97 is set to a voltage corresponding to the absorption peak.

【0012】 このような構成の半導体レ―ザ周波数安定化装置によれば、半導体レ―ザチッ プ,フォトダイオ―ドを収めたパッケ―ジ内に標準ガスが封入されているので、 構成が簡単で小型となる。通常、半導体レ―ザのパッケ―ジ内にはN2 等の乾燥 気体を入れて水分,湿気による半導体レ―ザチップの劣化を防ぐので、その代り に標準ガスを用いても、工程が増えることもない。 また通常の半導体レ―ザは温度や電流で周波数が変動するが、上記の実施例に よれば、標準ガスの吸収線に発振周波数が制御されるので、周波数の安定な量子 標準が実現できる。[0012] According to the semiconductor laser frequency stabilizing device having such a configuration, the standard gas is sealed in the package containing the semiconductor laser chip and the photodiode, so the configuration is simple. It becomes small. Normally, a dry gas such as N2 is placed inside the semiconductor laser package to prevent the semiconductor laser chip from deteriorating due to moisture, so even if standard gas is used instead, the number of steps will increase. Nor. Further, although the frequency of a normal semiconductor laser fluctuates depending on temperature and current, according to the above embodiment, the oscillation frequency is controlled to the absorption line of the standard gas, so a quantum standard with a stable frequency can be realized.

【0013】 なお、上記の実施例において、半導体レ―ザチップ3のフォトダイオ―ド4と 対向する側に第2のレンズを配置して、標準ガス内の光路を伸ばすことにより、 吸収量を増加させることができる。 また標準ガスとしては1.5μm帯のものに限らず、0.78μm帯でRbガ ス、0.85μm帯でCsガス、1.3μm帯でNH3 ,CH3 OH等任意のも のを用いることができる。 また密閉容器としては半導体レ―ザ用のパッケ―ジをそのまま利用してもよい し、その他の任意のものを使用してもよい。In the above embodiment, the amount of absorption is increased by arranging the second lens on the side of the semiconductor laser chip 3 facing the photodiode 4 to extend the optical path within the standard gas. can be done. In addition, the standard gas is not limited to the 1.5 μm band, but any arbitrary gas such as Rb gas for the 0.78 μm band, Cs gas for the 0.85 μm band, and NH 3 or CH 3 OH for the 1.3 μm band can be used. can. Further, as the sealed container, a package for a semiconductor laser may be used as is, or any other suitable container may be used.

【0014】[0014]

【考案の効果】[Effect of the idea]

以上述べたように本考案によれば、小型で動作が安定な、信頼性の高い半導体 レ―ザ周波数安定化装置を簡単な構成で実現することができる。 As described above, according to the present invention, a highly reliable semiconductor with small size and stable operation can be realized. A laser frequency stabilizing device can be realized with a simple configuration.

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

【図1】本考案に係る半導体レ―ザ周波数安定化装置の
一実施例を示す構成断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of an embodiment of a semiconductor laser frequency stabilizing device according to the present invention.

【図2】標準ガスの吸収特性を示す特性曲線図である。FIG. 2 is a characteristic curve diagram showing the absorption characteristics of a standard gas.

【図3】図1の制御回路9の一構成例を示すブロック図
である。
FIG. 3 is a block diagram showing an example of the configuration of the control circuit 9 in FIG. 1;

【図4】図1の制御回路9の他の構成例を示すブロック
図である。
4 is a block diagram showing another example of the configuration of the control circuit 9 in FIG. 1. FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 容器 2 標準ガス 3 半導体レ―ザチップ 4 フォトダイオ―ド 9 制御回路 1 container 2 Standard gas 3 Semiconductor laser chip 4 Photodiode 9 Control circuit

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】[Scope of utility model registration request] 【請求項1】半導体レ―ザの発振周波数を原子または分
子の吸収線に制御する半導体レ―ザ周波数安定化装置に
おいて、密閉された容器と、この容器内に配設された半
導体レ―ザチップと、前記容器内に封入され前記半導体
レ―ザチップから出射される光を吸収線の周波数で吸収
する標準ガスと、前記容器内に配設され前記標準ガス内
を通過した光を入射するフォトダイオ―ドと、前記フォ
トダイオ―ドからの出力に基づいて前記半導体レ―ザチ
ップの発振周波数を前記標準ガスの吸収線に制御する制
御回路とを備えたことを特徴とする半導体レ―ザ周波数
安定化装置。
Claim 1: A semiconductor laser frequency stabilization device for controlling the oscillation frequency of a semiconductor laser to an atomic or molecular absorption line, comprising: a sealed container; and a semiconductor laser chip disposed within the container. a standard gas sealed in the container that absorbs the light emitted from the semiconductor laser chip at an absorption line frequency; and a photodiode disposed in the container that receives the light that has passed through the standard gas. - a control circuit for controlling the oscillation frequency of the semiconductor laser chip to the absorption line of the standard gas based on the output from the photodiode. conversion device.
JP1691891U 1991-03-20 1991-03-20 Semiconductor laser frequency stabilization device Withdrawn JPH04113469U (en)

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