JPH04116173U - 周波数安定化レ―ザ光源 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】光パワ―の変動による周波数ドリフトを低減し
た周波数安定化レ―ザ光源を実現する。 【構成】半導体レ―ザ１の発振周波数を原子または分子
の吸収線に制御して周波数を安定化する周波数安定化レ
―ザ光源において、吸収セル３の透過光を光検出器４で
検出し、加算回路５において光検出器４の出力に関連す
る信号から半導体レ―ザ１のモニタ用フォトダイオ―ド
の出力を引算し、加算回路５の出力に基づいて制御回路
７で半導体レ―ザ１の出力周波数を吸収線に制御するこ
とにより、制御点のオフセットを相殺する。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

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周 波数安定化レ―ザ光源の周波数ドリフトの低減に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

従来から周波数安定化レ―ザ光源としては、レ―ザ光の一部を吸収用ガスセル に通し、半導体レ―ザの発振周波数を吸収線に一致させるように負帰還をかけて 安定化するものがある。 図４はそのような周波数安定化レ―ザ光源の従来例を示す構成ブロック図であ る。半導体レ―ザ１１から出射された光はビ―ムスプリッタ１２で２つに分離さ れ、一方は吸収セル１３に入射する。吸収セル１３を透過した光は光検出器１４ で検出され、制御回路１７において発振器１６の出力を参照信号として同期検波 され、その出力に基づいて半導体レ―ザ１１の発振周波数が吸収セル１３内の標 準物質が有する吸収線に制御される。加算回路２０により、制御回路１７の出力 には発振器１６の出力が変調信号として加算されるとともに、バイアス用の電流 源１９の出力が加算される。その結果、ビ―ムスプリッタ１２で分離された他方 の光は周波数安定化出力光となって外部へ出力される。

【０００３】

【考案が解決しようとする課題】

しかしながら上記の装置では、図５（Ａ）に示すように、半導体レ―ザ１１の 出力パワ―がレ―ザ周波数に対して勾配をもって変化するので、同期検波出力（ Ｂ）は直流電圧Ｖ_o だけオフセットを生じる。したがって半導体レ―ザ１１の発 振周波数を吸収線の中心に制御するためには、制御回路１７は同期検波出力を０ ＶからＶ_o だけずらした電圧に制御しなければならない。しかし、半導体レ―ザ １１の光パワ―が劣化等で変動するとオフセット電圧Ｖ_o が変化するので、この 制御点Ａが変化し、出力光の周波数がドリフトしてしまう。 本考案は、上記の課題を解決するためになされたもので、光パワ―の変動によ る周波数ドリフトを低減した周波数安定化レ―ザ光源を実現することを目的とす る。

【０００４】

【課題を解決するための手段】

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して周波 数を安定化する周波数安定化レ―ザ光源に係るもので、その特徴とするところは モニタ用フォトダイオ―ドを内蔵する半導体レ―ザと、特定の周波数で吸収線を もつ標準物質が封入され、前記半導体レ―ザの出力光を入射する吸収セルと、こ の吸収セルの透過光を検出する光検出器と、この光検出器の出力に関連する信号 と前記モニタ用フォトダイオ―ドからの出力とを加算する加算回路と、この加算 回路の出力に基づいて前記半導体レ―ザの出力周波数を前記吸収線に制御する制 御回路とを備えた点にある。

【０００５】

【作用】

モニタ用フォトダイオ―ドからの出力を光検出器の出力と関連する信号と加算 することにより、制御点のオフセットが相殺されるので、光パワ―の変動があっ ても、出力周波数はドリフトしない。

【０００６】

【実施例】

以下本考案を図面を用いて詳しく説明する。 図１は本考案に係る周波数安定化レ―ザ光源の一実施例を示す構成ブロック図 である。１はモニタ用フォトダイオ―ドを内蔵する半導体レ―ザ、２は半導体レ ―ザ１の出力光を２つに分離するビ―ムスプリッタ、３はビ―ムスプリッタ２で 分離された一方の光を入射する吸収セルで、特定の周波数の光を吸収する吸収線 を持つ標準物質を封入したもの、４は吸収セル３を透過した光を検出する光検出 器、５は光検出器４の出力を半導体レ―ザ１に内蔵されたモニタ用フォトダイオ ―ド（図示せず）の出力と加算する加算回路、６は発振器、７は発振器６の第１ の出力（周波数ｆ）を参照信号として加算回路５の出力をロックインアンプ等で 同期検波し、半導体レ―ザ１の出力周波数を吸収セル３の吸収線の中心に制御す る制御回路、８は制御回路７の出力に発振器６の出力を加算しその出力が半導体 レ―ザ１の電流を駆動する加算回路である。ここでは吸収セル３に封入される吸 収物質として、コヒ―レント光通信に最適な１．５μｍ帯で吸収線を持つアセチ レン（Ｃ₂ Ｈ₂ ）を用いている。

【０００７】 図１の装置の動作を次に説明する。半導体レ―ザ１は加算回路８を介して発振 器６により周波数ｆで電流変調される。半導体レ―ザ１から出射した光の一部は ビ―ムスプリッタ２で反射して吸収セル３に入射し、内部に封入された吸収物質 の吸収線で特定の周波数の光が吸収される。半導体レ―ザ１の出力光のうちビ― ムスプリッタ２を透過した光は本装置の光出力となる。吸収セル３を透過した光 は光検出器４で検出され、その出力ｖ_D は加算回路５で半導体レ―ザ１のモニタ 用フォトダイオ―ド出力ｖ_M を加算される。制御回路７は加算回路５の出力を周 波数ｆで同期検波し、吸収線の微分特性を有する同期検波出力が０Ｖとなるよう に制御信号を出力する。

【０００８】 図２は制御回路７による制御動作を示す特性曲線図である。半導体ダイオ―ド １の電流を駆動して周波数を掃引すると、光検出器４の出力Ｖ_D からは図２（Ａ ）に示すような傾きを持った吸収線が得られる。この傾きはレ―ザ電流の変化に よる光パワ―の変動によるもので、図４の装置で述べた直流オフセットの原因と なる。このときモニタ用フォトダイオ―ドの出力は図２（Ｂ）のようになり、図 ２（Ａ）と同じ傾きを持った特性となる。ここで加算回路５は光検出器４の出力 とモニタ用フォトダイオ―ドの出力を符号を反転して加算しているので、結局引 算となり、制御回路７はｖ_D −ｖ_M を入力することになる。ｖ_D −ｖ_M の周波数 特性は図２（Ｃ）のようになり、傾きのない特性となる。この信号を制御回路７ 内のロックインアンプで同期検波すれば、図２（Ｄ）のイ（実線）に示すように 直流オフセットのない微分特性を得ることができる。点線ロは従来のように光検 出器４の出力Ｖ_D のみを同期検波した場合の微分特性を示す。制御回路７により 加算回路５の出力が０Ｖとなるように半導体レ―ザの電流を制御すると、半導体 レ―ザの発振周波数は図２（Ｄ）の点Ｂに制御される。光パワ―の変動で図２（ Ａ）の傾きが変動しても、同時に図２（Ｂ）の傾きが変化して相殺されるので、 制御点Ｂが変動せず、周波数ドリフトは生じない。

【０００９】 このような構成の周波数安定化レ―ザ光源によれば、モニタ用フォトダイオ― ドで検出した半導体レ―ザの出力パワ―を用いて同期検波信号に含まれる直流オ フセットを相殺することにより、光パワ―変動による周波数ドリフトを減少また は除去することができる。また半導体レ―ザの光パワ―の長期的な変動による周 波数ドリフトも防ぐことができる。 なお吸収セル３内の標準物質としては、アセチレンガスに限られず、アンモニ アガス（ＮＨ₃ ）やシアン化水素（ＨＣＮ）等各種の物質を用いることができる 。

【００１０】 図３は本考案に係る周波数安定化レ―ザ光源の他の実施例を示す構成ブロック 図である。図１と同じ部分は同一の記号を付して説明を省略する。 図において、光検出器４の出力はロックインアンプ等からなる同期検波回路７ １に入力して同期検波され、半導体レ―ザ１のモニタ用フォトダイオ―ドの出力 とともに加算回路５に入力する。加算回路５の出力は制御回路７２に入力する。 加算回路５において同期検波回路７１の出力ｖ_S からモニタ用フォトダイオ― ドからの信号ｖ_M がさし引かれる。一般に半導体レ―ザ１の光パワ―が劣化等に より減少すると、周波数特性の傾きが小さくなるので、同期検波回路７１の出力 に含まれる直流オフセット電圧の値は減少するが、同時にモニタ用フォトダイオ ―ドの出力も減少するので、変動分が相殺され、オフセットドリフトが除去され る。したがって図１の場合と同様に、制御点は光パワ―の変動の影響を受けず、 光パワ―による周波数ドリフトは生じなくなる。

【００１１】

【考案の効果】

以上述べたように本考案によれば、光パワ―の変動による周波数ドリフトを低 減した周波数安定化レ―ザ光源を簡単な構成で実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案に係る周波数安定化レ―ザ光源の一実施
例を示す構成ブロック図である。

【図２】図１の装置における制御回路７の制御動作を示
す特性曲線図である。

【図３】本考案に係る周波数安定化レ―ザ光源の他の実
施例を示す構成ブロック図である。

【図４】周波数安定化レ―ザ光源の従来例を示す構成ブ
ロック図である。

【図５】図４装置の動作を示す説明図である。

【符号の説明】

１ 半導体レ―ザ ３ 吸収セル ４ 光検出器 ５ 加算回路 ７ 制御回路 ７１ 同期検波回路

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】半導体レ―ザの発振周波数を原子または分
   子の吸収線に制御して周波数を安定化する周波数安定化
   レ―ザ光源において、モニタ用フォトダイオ―ドを内蔵
   する半導体レ―ザと、特定の周波数で吸収線をもつ標準
   物質が封入され、前記半導体レ―ザの出力光を入射する
   吸収セルと、この吸収セルの透過光を検出する光検出器
   と、この光検出器の出力に関連する信号と前記モニタ用
   フォトダイオ―ドからの出力とを加算する加算回路と、
   この加算回路の出力に基づいて前記半導体レ―ザの出力
   周波数を前記吸収線に制御する制御回路とを備えたこと
   を特徴とする周波数安定化レ―ザ光源。