JPH04307983A - Multiwavelength stabilizing laser - Google Patents

Multiwavelength stabilizing laser

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JPH04307983A
JPH04307983A JP7283491A JP7283491A JPH04307983A JP H04307983 A JPH04307983 A JP H04307983A JP 7283491 A JP7283491 A JP 7283491A JP 7283491 A JP7283491 A JP 7283491A JP H04307983 A JPH04307983 A JP H04307983A
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横浜 至
Hiroyuki Tsuda
裕之 津田
Toshimi Kominato
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Abstract

PURPOSE:To make laser beams from semiconductor lasers incident respectively on stabilized optical interferometers and after that, to select signals of prescribed wavelengths to stabilize the oscillation wavelengths of the lasers and at the same time, to make it possible to settle respectively the oscillation wavelengths of a plurality of lasers to an arbitrary wavelength. CONSTITUTION:The oscillation wavelength of a semiconductor laser 11 is stabilized into the absorption wavelength lambda1 of a wavelength reference medium 14 by a lock-in amplifier 15. Then, the emitted light of the laser 11 is transmitted to a ring resonator 13 via an optical coupler 110 and a signal only of the wavelength lambda1 is selected by a wavelength filter 115. Then, the optical path length of the resonator 13 is stabilized by a lock-in amplifier 16. On the other hand, the emitted light of a semiconductor laser 12 is subjected to frequency modulation by a frequency modulator 19, the modulated light is transmitted to the coupler 110 and the resonator 13 and a signal of a wavelength lambda2 is selected in a wavelength filter 116. The oscillation wavelength of the laser 12 is stabilized into the wavelength lambda2 by a photodetector 118, an oscillator 114 and a lock-in amplifier 17.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

【0001】0001

【産業上の利用分野】本発明は、例えば大容量のコヒー
レント光周波数多重光通信および光計測における光源と
して用いるために、原子または分子気体の共鳴線および
吸収線や光干渉計の波長を基準にし、複数のレーザ光を
その基準に同期させることによって、構成された多波長
安定化レーザ装置に関するものである。
[Industrial Application Field] The present invention is based on the resonance lines and absorption lines of atomic or molecular gases and the wavelength of an optical interferometer, for use as a light source in, for example, large-capacity coherent optical frequency division multiplexing optical communication and optical measurement. , relates to a multi-wavelength stabilized laser device constructed by synchronizing a plurality of laser beams with the reference.

【0002】0002

【従来の技術】図10は、従来の波長安定化レーザ装置
の構成を示すブロック図である。図10において符号1
は半導体レーザ、2は波長基準媒体、3は受光器、4は
ロックインアンプ、5は発振器である。半導体レーザ1
は発振器5により微小量、直接変調される。この変調さ
れた半導体レーザ1の一端面からの出射光6(他端面か
らの出射光7は外部に供給する光源光として用いる)は
波長基準媒体2を通過し、受光器3において光電変換さ
れて電気信号に変えられる。この電気信号は、ロックイ
ンアンプ4により発振器5の出力信号と比較、処理され
て誤差信号が得られる。この誤差信号は半導体レーザ1
にフィードバックされ、誤差信号に基づいて半導体レー
ザ1の駆動電流を変えることによって、上述の波長基準
媒体2の基準波長に半導体レーザ1の中心発振波長を同
期させてレーザ光の安定化を図るようにしている。ここ
で、上述の波長基準媒体としては、クリプトンなどの原
子の共鳴線やアンモニアなどの分子の吸収線、光ファブ
リペロ干渉計等の光干渉計などが用いられている。
2. Description of the Related Art FIG. 10 is a block diagram showing the configuration of a conventional wavelength stabilized laser device. In FIG. 10, code 1
is a semiconductor laser, 2 is a wavelength reference medium, 3 is a light receiver, 4 is a lock-in amplifier, and 5 is an oscillator. Semiconductor laser 1
is directly modulated by the oscillator 5 by a minute amount. This modulated light 6 emitted from one end face of the semiconductor laser 1 (the light 7 emitted from the other end face is used as a light source light to be supplied to the outside) passes through a wavelength reference medium 2 and is photoelectrically converted in a light receiver 3. can be converted into an electrical signal. This electrical signal is compared with the output signal of the oscillator 5 and processed by the lock-in amplifier 4 to obtain an error signal. This error signal is generated by the semiconductor laser 1
By changing the drive current of the semiconductor laser 1 based on the error signal, the center oscillation wavelength of the semiconductor laser 1 is synchronized with the reference wavelength of the wavelength reference medium 2 described above, and the laser beam is stabilized. ing. Here, as the above-mentioned wavelength reference medium, a resonance line of an atom such as krypton, an absorption line of a molecule such as ammonia, an optical interferometer such as an optical Fabry-Perot interferometer, etc. are used.

【0003】0003

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、かかる
従来の波長安定化レーザ装置では、原子の共鳴線を用い
た場合、一般に原子の共鳴線の波長間隔は大きく、光通
信等で使用される限られた波長帯では数個の吸収線しか
利用できない。また、分子の吸収線は比較的小さな間隔
で多数の吸収線が存在するが、任意のまた同時に複数の
波長に設定することはできない。さらに、ファブリペロ
干渉計は共振器長の設定によって任意の波長に設定でき
るが、周囲温度の変化によって、その光路長が変化し、
共振特性が変動してしまう。そのため、原子の共鳴線や
分子の吸収線と比較して、安定度の点で問題がある。
[Problems to be Solved by the Invention] However, in such conventional wavelength-stabilized laser devices, when atomic resonance lines are used, the wavelength spacing of the atomic resonance lines is generally large. Only a few absorption lines are available in the wavelength range. Furthermore, although there are many absorption lines of molecules with relatively small intervals, it is not possible to arbitrarily set multiple absorption lines at the same time. Furthermore, Fabry-Perot interferometers can be set to any wavelength by setting the resonator length, but the optical path length changes with changes in ambient temperature.
The resonance characteristics will fluctuate. Therefore, there is a problem in terms of stability compared to atomic resonance lines and molecular absorption lines.

【0004】本発明はこのような問題点を解決するため
になされたもので、分子の吸収線を用いた場合と同様の
安定度が得られ、かつ複数の波長で同時に安定化するこ
とができる実用的な多波長安定化レーザ装置を提供する
ことを目的とする。
[0004] The present invention was made to solve these problems, and it is possible to obtain stability similar to that obtained by using molecular absorption lines and to be able to stabilize at multiple wavelengths simultaneously. The purpose is to provide a practical multi-wavelength stabilized laser device.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明は、所定の波長の光のみを吸収する媒体を波長基
準として発振波長が安定化された波長安定化レーザから
なる基準レーザ部と、複数の共振波長ピークを有しかつ
前記波長安定化レーザの出射光を用いて光路長が安定化
された光干渉計からなる干渉計部と、半導体レーザと、
前記半導体レーザからのレーザ光を前記干渉計を透過さ
せた後に当該レーザ光から前記干渉計の複数の共振波長
ピークのいずれかの波長の信号を光学的に選択する波長
フィルタと、該波長フィルタで選択された信号に基づい
て前記半導体レーザの発振波長を安定化する手段とを有
する複数の安定化レーザ部とを備えたことを特徴とする
[Means for Solving the Problems] In order to achieve the above object, the present invention provides a reference laser section consisting of a wavelength stabilized laser whose oscillation wavelength is stabilized using a medium that absorbs only light of a predetermined wavelength as a wavelength reference. , an interferometer section comprising an optical interferometer having a plurality of resonant wavelength peaks and whose optical path length is stabilized using the emitted light of the wavelength stabilized laser, and a semiconductor laser;
a wavelength filter that transmits a laser beam from the semiconductor laser through the interferometer and then optically selects a signal having a wavelength of one of a plurality of resonant wavelength peaks of the interferometer from the laser beam; and a plurality of stabilizing laser sections having means for stabilizing the oscillation wavelength of the semiconductor laser based on the selected signal.

【0006】[0006]

【作用】本発明によれば例えば分子の吸収線を用いて、
光干渉計を安定化し、該安定化された光干渉計を使って
、これまでには安定化できなかった、分子の吸収線間の
任意の複数の波長において半導体レーザの発振波長を複
数、同時に安定化する。
[Operation] According to the present invention, for example, using absorption lines of molecules,
By stabilizing an optical interferometer and using the stabilized optical interferometer, it is possible to simultaneously adjust multiple oscillation wavelengths of semiconductor lasers at arbitrary multiple wavelengths between the absorption lines of molecules, which could not be stabilized so far. Stabilize.

【0007】[0007]

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。
Embodiments Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

【0008】[実施例1]図1は本発明の多波長安定化
レーザ装置の第1の実施例を示す構成ブロック図である
。この実施例は図1に示すように、光吸収媒体の吸収波
長で発振している基準レーザ部8と、光干渉計の光路長
を安定化した干渉計部9と、前記安定化された光干渉計
の共振ピークの何れかの波長で発振する安定化レーザ部
10とからおもに構成される。
[Embodiment 1] FIG. 1 is a block diagram showing a first embodiment of a multi-wavelength stabilized laser device according to the present invention. As shown in FIG. 1, this embodiment includes a reference laser section 8 that oscillates at the absorption wavelength of a light absorption medium, an interferometer section 9 that stabilizes the optical path length of the optical interferometer, and a It mainly consists of a stabilized laser section 10 that oscillates at any wavelength of the resonance peak of the interferometer.

【0009】基準レーザ部8は、半導体レーザ11と、
所定の波長の光のみを吸収する波長基準媒体14と、光
検出器111と、レーザを直接変調するたの発振器11
3と、ロックインアンプ15とからなる。干渉計部9は
、光路長を可変できるリング共振器(光干渉計)13と
、光路長調節手段としての温度調節器(温調器)18と
、光検出器117と、ロックインアンプ16と、波長フ
ィルタ115とからなる。安定化レーザ部10は、半導
体レー12と、ロックインアンプ17と、半導体レーザ
12の一端面からのレーザ光を周波数変調する光(周波
数)変調器19と、光変調器19を駆動するための発振
器114と、光検出器118と、波長フィルタ116と
からなる。基準レーザ部8のレーザ11および安定化レ
ーザ部10のレーザ12の各片端面からの光出力は各光
ファイバを通り光カップラ110で重ね合わされ干渉計
部9に送られている。
The reference laser section 8 includes a semiconductor laser 11 and
A wavelength reference medium 14 that absorbs only light of a predetermined wavelength, a photodetector 111, and an oscillator 11 for directly modulating the laser.
3 and a lock-in amplifier 15. The interferometer section 9 includes a ring resonator (optical interferometer) 13 that can vary the optical path length, a temperature controller (temperature controller) 18 as an optical path length adjusting means, a photodetector 117, and a lock-in amplifier 16. , wavelength filter 115. The stabilized laser section 10 includes a semiconductor laser 12, a lock-in amplifier 17, an optical (frequency) modulator 19 for frequency modulating the laser beam from one end face of the semiconductor laser 12, and a device for driving the optical modulator 19. It consists of an oscillator 114, a photodetector 118, and a wavelength filter 116. The optical output from each end face of the laser 11 of the reference laser section 8 and the laser 12 of the stabilized laser section 10 passes through each optical fiber, is superimposed by an optical coupler 110, and is sent to the interferometer section 9.

【0010】次に、本実施例の多波長安定化レーザ装置
の動作を図1に従って説明する。半導体レーザ11の一
端面より出射した出射光は所定の波長の光のみを吸収す
る波長基準媒体14を透過し、その透過光は受光器11
1で光電変換される。図3(a)はその吸収特性を示し
たものである。このとき、半導体レーザ11は発振器1
13で直接変調されており、ロックインアンプ15にお
いて、受光器111からの信号と発振器113からの信
号とを比較して、半導体レーザ11の発振周波数の波長
基準媒体14の吸収波長からのずれを検出し、その誤差
信号を半導体レーザ11にフィードバックし、この誤差
信号に基づいて半導体レーザの駆動電流を制御して半導
体レーザ11の発振波長を波長基準媒体14の吸収波長
に安定化するものである。その安定化光は途中に光カッ
プラ110を介して光ファイバを通ってリング共振器1
3に入射される。
Next, the operation of the multi-wavelength stabilized laser device of this embodiment will be explained with reference to FIG. The light emitted from one end surface of the semiconductor laser 11 is transmitted through a wavelength reference medium 14 that absorbs only light of a predetermined wavelength, and the transmitted light is transmitted to the light receiver 11.
1 is photoelectrically converted. FIG. 3(a) shows its absorption characteristics. At this time, the semiconductor laser 11 is connected to the oscillator 1.
A lock-in amplifier 15 compares the signal from the optical receiver 111 and the signal from the oscillator 113 to determine the deviation of the oscillation frequency of the semiconductor laser 11 from the absorption wavelength of the wavelength reference medium 14. The error signal is detected and fed back to the semiconductor laser 11, and the driving current of the semiconductor laser is controlled based on this error signal, thereby stabilizing the oscillation wavelength of the semiconductor laser 11 to the absorption wavelength of the wavelength reference medium 14. . The stabilized light passes through an optical fiber via an optical coupler 110 and then reaches the ring resonator 1.
3.

【0011】リング共振器13はその共振器長に対応し
た周波数毎に、吸収特性を持っている。図3(b)はリ
ング共振器13の吸収特性を示したものである。このう
ちの1つの吸収線を図3(a)の吸収線の波長に合わせ
る。波長λ1 に安定化された半導体レーザ11の出力
光はリング共振器13を透過し、その透過光は(受光器
117で受光されるまでは光ファイバを介して)光カッ
プラ112を通り、波長フィルタ115によってその信
号だけ選択され、受光器117で光電変換されロックイ
ンアンプ16に送られる。
The ring resonator 13 has absorption characteristics for each frequency corresponding to its resonator length. FIG. 3(b) shows the absorption characteristics of the ring resonator 13. One of these absorption lines is matched to the wavelength of the absorption line in FIG. 3(a). The output light of the semiconductor laser 11 stabilized at wavelength λ1 is transmitted through the ring resonator 13, and the transmitted light passes through the optical coupler 112 (via the optical fiber until it is received by the light receiver 117), and then passes through the wavelength filter. Only that signal is selected by the photodetector 115, photoelectrically converted by the photoreceiver 117, and sent to the lock-in amplifier 16.

【0012】図4(a)は波長フィルタ115の透過特
性を示したもので、図4(b)は吸収線(λ1 )を選
択した場合の透過特性であり、図3(a)と図4(a)
の重ね合わせに相当している。この時、半導体レーザ1
1は発振器113によって直接変調されているのでレー
ザ光は周波数変調されたものとなっており、ロックイン
アンプ16では、発振器113からの信号と受光器11
7からの信号とを比較することによって、受光器117
からの信号(リング共振器13出力)の吸収線λ1 か
らのずれが、誤差信号として検出される。この誤差信号
は、リング共振器13の温調器18におくられ、リング
共振器13の周囲温度を変えてリング共振器13の光路
長を制御し、その吸収線の1本が図4(b)のようにλ
1 に合致するようにする。
FIG. 4(a) shows the transmission characteristics of the wavelength filter 115, and FIG. 4(b) shows the transmission characteristics when the absorption line (λ1) is selected. (a)
This corresponds to the superposition of . At this time, the semiconductor laser 1
1 is directly modulated by the oscillator 113, so the laser beam is frequency modulated, and the lock-in amplifier 16 combines the signal from the oscillator 113 with the light receiver 11.
By comparing the signal from the receiver 117 with the signal from the receiver 117
The deviation of the signal from the absorption line λ1 (ring resonator 13 output) from the absorption line λ1 is detected as an error signal. This error signal is sent to the temperature controller 18 of the ring resonator 13, which changes the ambient temperature of the ring resonator 13 to control the optical path length of the ring resonator 13. ) as in λ
1.

【0013】この安定化されたリング共振器13を用い
て第2の半導体レーザ12の発振波長を安定化する。半
導体レーザ12の片端面からの出射光は外部周波数変調
器19を用いて第1の半導体レーザと同様に周波数変調
される(他の片端面からの出射光は外部に供給する光源
光とする)。その変調光は途中に光カップラ110を介
して光ファイバを通ってリング共振器13に入射される
。このとき、発振器114の周波数は発振器113の周
波数とは異なるものに設定されている。リング共振器1
3からの出射光は途中に光カップラ112を介し光ファ
イバを通って波長フィルタ116でリング共振器13の
共振波長ピークの1つの波長(例えばλ2 )に対応す
る信号が選択され、受光器118で光電変換される。受
光器118からの信号のリング共振器13の共振周波数
からのずれを発振器114からの信号を参照してロック
インアンプ17で検出し、その誤差信号を半導体レーザ
12にフィードバックし(例えば図3(b)のλ2 の
波長に)半導体レーザ12の発振波長を安定化するもの
である。したがって、波長フィルタ116による選択周
波数を変えることによって図3(b)の共振周波数のλ
1 以外のどの共振点でも安定化することができる。波
長フィルタ115と116とは同一構成にすることがで
き、以下に詳述する。
The oscillation wavelength of the second semiconductor laser 12 is stabilized using this stabilized ring resonator 13. The light emitted from one end face of the semiconductor laser 12 is frequency-modulated using an external frequency modulator 19 in the same way as the first semiconductor laser (the light emitted from the other end face is used as light source light to be supplied to the outside). . The modulated light passes through an optical fiber via an optical coupler 110 and enters the ring resonator 13. At this time, the frequency of the oscillator 114 is set to be different from the frequency of the oscillator 113. ring resonator 1
The light emitted from the ring resonator 13 passes through an optical fiber via an optical coupler 112, and a wavelength filter 116 selects a signal corresponding to one wavelength (for example, λ2) of the resonant wavelength peak of the ring resonator 13. Photoelectrically converted. The deviation of the signal from the photoreceiver 118 from the resonance frequency of the ring resonator 13 is detected by the lock-in amplifier 17 with reference to the signal from the oscillator 114, and the error signal is fed back to the semiconductor laser 12 (for example, as shown in FIG. 3). b) The oscillation wavelength of the semiconductor laser 12 is stabilized to the wavelength of λ2. Therefore, by changing the selected frequency by the wavelength filter 116, the resonant frequency λ of FIG.
Any resonance point other than 1 can be stabilized. The wavelength filters 115 and 116 can have the same configuration and will be described in detail below.

【0014】図5に波長フィルタ115(または116
)の拡大図を示す。31は1対の無反射コーティング層
であり、その内側に1対のガラス基板35,1対のイン
ジウムチンオキサイド(ITO)あるいは酸化錫等の透
明電極層32,1対のミラー33および1対のポリイミ
ド等の配向膜34を順次配置し、その内側に液晶層36
を配置する。37は1対の透明電極層32間に電位差V
を印加するための配線である。38,39は光入出力用
の1対の光ファイバ、310,311は1対のコリメー
トレンズ、312,313は1対の複屈折性結晶、31
4,315は1対の2分の1波長板であって、これらの
各々は1対のコーティング層の外側に配置する。
FIG. 5 shows a wavelength filter 115 (or 116).
) is shown. Reference numeral 31 designates a pair of non-reflective coating layers, and inside thereof a pair of glass substrates 35, a pair of transparent electrode layers 32 made of indium tin oxide (ITO) or tin oxide, a pair of mirrors 33, and a pair of mirrors 33. Alignment films 34 made of polyimide or the like are sequentially arranged, and a liquid crystal layer 36 is placed inside them.
Place. 37 is a potential difference V between a pair of transparent electrode layers 32.
This is the wiring for applying . 38 and 39 are a pair of optical fibers for light input and output, 310 and 311 are a pair of collimating lenses, 312 and 313 are a pair of birefringent crystals, and 31
4,315 are a pair of half-wave plates, each of which is placed outside a pair of coating layers.

【0015】まず、波長フィルタの動作原理について説
明する。図6(a),(b)には、液晶に電界を印加し
ない場合とした場合の液晶分子の配向を図示した。ここ
で、41は液晶分子、42は配向膜で、配向膜42に示
してある矢印は配向方向である。例えば、液晶にネマテ
ィック液晶、配向膜に厚さ数10から1000オングス
トロームの高分子膜を用い、配向処理(ラビング等)を
行うか、同様な厚さのSiOの斜方蒸着膜を用いると電
界無印加状態で液晶分子は配向膜の配向方向に基板に平
行に配位する。これは配向処理にともない液晶の位置エ
ネルギー+配向膜との相互作用エネルギーが液晶分子が
配向方向に配位した時最小となるからである。ところが
、基板に垂直に電界を印加すると液晶分子が双極子モー
メントを持つため電界との相互作用が生じ、この系は液
晶が電界方向に回転することによって、エネルギー的に
安定となる。このとき、対向する配向膜の配向方向は反
対の向きになっているため、液晶分子の回転方向は一意
的に定まり、光の散乱要因であるディスクリネーション
を避けることが出来る。ここで、液晶の配向方向に偏光
した平行光を基板に垂直に入射する場合を考える。液晶
分子は異方性の大きい形状から推察される通り光学的に
も異方性がきわめて大きい。このため、電界印加時に液
晶分子の回転と共に偏光面の方向の屈折率(n)が大き
く変化する。屈折率変化は最大十数%にも及ぶ。nは電
界Eの関数となる。
First, the operating principle of the wavelength filter will be explained. FIGS. 6A and 6B illustrate the orientation of liquid crystal molecules when no electric field is applied to the liquid crystal. Here, 41 is a liquid crystal molecule, 42 is an alignment film, and the arrow shown on the alignment film 42 is the alignment direction. For example, if you use a nematic liquid crystal as the liquid crystal and a polymer film with a thickness of several tens to 1000 angstroms as the alignment film and perform alignment treatment (rubbing, etc.), or use an obliquely vapor-deposited SiO film with a similar thickness, there will be no electric field. In the added state, the liquid crystal molecules are aligned parallel to the substrate in the alignment direction of the alignment film. This is because the potential energy of the liquid crystal plus the interaction energy with the alignment film becomes minimum when the liquid crystal molecules are aligned in the alignment direction. However, when an electric field is applied perpendicular to the substrate, interaction with the electric field occurs because the liquid crystal molecules have a dipole moment, and this system becomes energetically stable as the liquid crystal rotates in the direction of the electric field. At this time, since the alignment directions of the opposing alignment films are opposite to each other, the rotation direction of the liquid crystal molecules is uniquely determined, and disclination, which is a cause of light scattering, can be avoided. Here, consider the case where parallel light polarized in the alignment direction of the liquid crystal is incident perpendicularly on the substrate. As expected from the highly anisotropic shape, liquid crystal molecules have extremely high optical anisotropy. Therefore, when an electric field is applied, the refractive index (n) in the direction of the polarization plane changes greatly as the liquid crystal molecules rotate. The refractive index change reaches a maximum of more than ten percent. n is a function of the electric field E.

【0016】   n(E)=n0 +Δn(E)         
                         
  (1)ここでn0 は電界無印加時の屈折率である
n(E)=n0+Δn(E)

(1) Here, n0 is the refractive index when no electric field is applied.

【0017】波長フィルタ115では、対向する1対の
ミラー33にこのような液晶層36と1対の配向膜34
を挟んで、光共振器を構成している。ミラー33の反射
率をγ、入射光の波長をλ、ミラー33の間隔をLとす
るとこの光共振器の透過率T、共鳴波長λres は次
式で表される。
In the wavelength filter 115, such a liquid crystal layer 36 and a pair of alignment films 34 are disposed on a pair of opposing mirrors 33.
An optical resonator is constructed by sandwiching the two. When the reflectance of the mirror 33 is γ, the wavelength of the incident light is λ, and the interval between the mirrors 33 is L, the transmittance T and resonance wavelength λres of this optical resonator are expressed by the following equation.

【0018】   T=1/[1+Fsin2 (2πn(E)L/λ
)]              (2)  F=4γ
/(1−γ)2                  
                       (3
)  λres =m/2n(E)L    (m=1
,2,…)                (4)こ
こで、Fはフィネスと呼ばれる性能指数である。
T=1/[1+Fsin2 (2πn(E)L/λ
)] (2) F=4γ
/(1-γ)2
(3
) λres = m/2n(E)L (m=1
, 2,...) (4) Here, F is a figure of merit called finesse.

【0019】(4)式から明らかなように電界印加時に
液晶層36の屈折率変化にともない共鳴ピークは移動す
る。すなわち、共振器外側の1対の透明電極層32間の
電位差Vを制御することによって共振器の共鳴波長を制
御し可変波長フィルタとして動作させることが出来る。 波長フィルタ115の動作波長の上限と下限をそれぞれ
λmax ,λmin とすると、mの値の上限は次式
で与えられる。(動作波長範囲にただ一つの共鳴ピーク
が存在する条件)   m<1+λmax /(λmax −λmin )
                         
   (5)例えば、ミラーの反射率を99.0%、共
振器長を15μmとすれば半値幅30GHzで約50n
mの波長掃引が可能である。さらに、フィネスを大きく
することにより半値幅5GHz程度まで可能である。
As is clear from equation (4), the resonance peak moves as the refractive index of the liquid crystal layer 36 changes when an electric field is applied. That is, by controlling the potential difference V between the pair of transparent electrode layers 32 on the outside of the resonator, the resonant wavelength of the resonator can be controlled and the resonator can be operated as a variable wavelength filter. If the upper and lower limits of the operating wavelength of the wavelength filter 115 are λmax and λmin, respectively, then the upper limit of the value of m is given by the following equation. (Condition that only one resonance peak exists in the operating wavelength range) m<1+λmax/(λmax −λmin)

(5) For example, if the reflectance of the mirror is 99.0% and the cavity length is 15 μm, the half width is about 50 nm at 30 GHz.
A wavelength sweep of m is possible. Furthermore, by increasing the finesse, it is possible to achieve a half width of about 5 GHz.

【0020】さらに、液晶を用いた波長フィルタでは、
入射光の偏光特性に強く依存するので、図5のように、
コリメートレンズ310を介した入射光を一方の複屈折
性結晶312でp偏光成分とs偏光成分に分け、2分の
1波長板314と315を適当に回転し2つの偏光成分
の光が光共振器を透過する際に片方の偏光成分がもう1
方の偏光成分と同様の効果を受けるように調整してやる
。そののち再び他方の複屈折性結晶313を用い重ね合
わせ、コリメートレンズ311を介し出射する。このよ
うに図5の構成を用いれば偏光依存性を解消することが
できる。
Furthermore, in the wavelength filter using liquid crystal,
Since it strongly depends on the polarization characteristics of the incident light, as shown in Figure 5,
The incident light through the collimating lens 310 is divided into a p-polarized light component and an s-polarized light component by one birefringent crystal 312, and the half-wave plates 314 and 315 are appropriately rotated to cause the light of the two polarized light components to undergo optical resonance. When passing through the vessel, one polarized component becomes the other.
Adjust the polarization component so that it receives the same effect as the other polarization component. Thereafter, the other birefringent crystal 313 is used to overlap the light beams again, and the light beams are emitted through the collimating lens 311. In this way, by using the configuration shown in FIG. 5, polarization dependence can be eliminated.

【0021】例えば、図1の装置構成において、半導体
レーザ11,12として波長1.5500μmで発振す
るInGaAsP系の分布帰還型半導体レーザ(DFB
型LD)を使用した。セル長5cmの吸収セル14に、
光吸収媒体として同位体置換アセチレンガス(13C2
 H2 )を10Torr封入した。図7はアセチレン
ガスと同位体置換アセチレンガスの吸収特性を示した図
である。セル長は10cm、圧力は760Torrであ
る。 そのうち、1.54949μmの吸収線(半値全幅80
0MHz,吸収強度10%)を利用して前記半導体レー
ザ11を吸収線に波長同期させた。発振器113の周波
数を10kHzとし、この構成系を使い半導体レーザ1
1の中心発振波長の変動を1×10−5nm(光周波数
にして1MHz)以下に抑えた。
For example, in the device configuration shown in FIG. 1, the semiconductor lasers 11 and 12 are InGaAsP distributed feedback semiconductor lasers (DFB) that oscillate at a wavelength of 1.5500 μm.
Type LD) was used. In the absorption cell 14 with a cell length of 5 cm,
Isotopically substituted acetylene gas (13C2
H2) was sealed at 10 Torr. FIG. 7 is a diagram showing the absorption characteristics of acetylene gas and isotope-substituted acetylene gas. The cell length is 10 cm and the pressure is 760 Torr. Among them, the absorption line of 1.54949 μm (full width at half maximum 80
The wavelength of the semiconductor laser 11 was synchronized to the absorption line using a wavelength of 0 MHz and an absorption intensity of 10%. The frequency of the oscillator 113 is 10kHz, and the semiconductor laser 1 is
The fluctuation in the center oscillation wavelength of No. 1 was suppressed to 1×10 −5 nm (1 MHz in terms of optical frequency) or less.

【0022】この波長安定化光を光ファイバカップラ1
10を通してリング共振器13に入射した。リング共振
器13として、直径が13mm、損失が0.04dB/
cm、フィネスが30の石英系導波路形リング共振器を
用いた。共振周波数間隔は5GHzである。温度による
屈折率変化は10−5/℃であり、1℃で1.8GHz
の共振ピークのシフトが可能である。半導体レーザ11
の10KHzの変調光の成分を波長フィルタ115で分
波し、ロックインアンプ16でロックイン検出し、リン
グ共振器13の共振器長を安定化した。
This wavelength stabilized light is transferred to the optical fiber coupler 1.
10 and entered the ring resonator 13. The ring resonator 13 has a diameter of 13 mm and a loss of 0.04 dB/
A quartz-based waveguide ring resonator with a finesse of 30 cm and a finesse of 30 cm was used. The resonant frequency spacing is 5 GHz. The refractive index change due to temperature is 10-5/℃, and 1.8GHz at 1℃
It is possible to shift the resonance peak of Semiconductor laser 11
The 10 KHz modulated light component was demultiplexed by a wavelength filter 115, lock-in was detected by a lock-in amplifier 16, and the resonator length of the ring resonator 13 was stabilized.

【0023】ところで、リング共振器13を出射した光
は光カップラ112で分配され一部が波長フィルタ11
5に入射する。この時、波長フィルタ115の印加電圧
を調整し基準レーザ部8のレーザ光のみを選択するよう
に調整する。この構成系で、リング共振器13の共振ピ
ークの1本を波長1.54949μm(光周波数にして
193612GHz)の吸収線に合わせた。共振ピーク
の周波数安定性は1MHzが得られた。
By the way, the light emitted from the ring resonator 13 is distributed by the optical coupler 112, and a part of the light is transmitted to the wavelength filter 11.
5. At this time, the voltage applied to the wavelength filter 115 is adjusted so that only the laser beam from the reference laser section 8 is selected. In this configuration, one of the resonance peaks of the ring resonator 13 was aligned with an absorption line having a wavelength of 1.54949 μm (optical frequency: 193612 GHz). The frequency stability of the resonance peak was 1 MHz.

【0024】さらに、半導体レーザ12の片端面からの
出力光を音響光学変調器19に入射し、100kHzで
変調幅120MHzの周波数変調を与え、安定化された
リング共振器13に入射した。半導体レーザ12の10
0kHzの変調光の成分を波長フィルタ116で分離し
、ロックインアンプ17でロックイン検出し、リング共
振器13の1本の共振ピーク、波長1.54953μm
(光周波数にして193607GHz)で安定化した。 この構成系を使い半導体レーザ12の中心発振波長の変
動を1×10−5nm(光周波数にして1MHz)以下
に抑えることができた。この径で5GHzごとの任意の
周波数において半導体レーザの発振波長を安定化するこ
とができる。さらに、リング共振器13の共振器長を任
意に選ぶことによって任意の波長において安定化が可能
である。
Furthermore, the output light from one end facet of the semiconductor laser 12 was input to an acousto-optic modulator 19, frequency modulated at 100 kHz with a modulation width of 120 MHz, and input into the stabilized ring resonator 13. Semiconductor laser 12 of 10
The 0kHz modulated light component is separated by the wavelength filter 116, locked-in is detected by the lock-in amplifier 17, and one resonance peak of the ring resonator 13, wavelength 1.54953 μm is detected.
(Optical frequency is 193,607 GHz). Using this configuration system, it was possible to suppress fluctuations in the center oscillation wavelength of the semiconductor laser 12 to 1×10 −5 nm (1 MHz in terms of optical frequency) or less. With this diameter, the oscillation wavelength of the semiconductor laser can be stabilized at any frequency of 5 GHz. Furthermore, by arbitrarily selecting the resonator length of the ring resonator 13, stabilization can be achieved at any wavelength.

【0025】特に、図7に示したアセチレンガスおよび
同位体置換アセチレンガスを用いれば1.50μmから
1.56μmの広範囲にわたって局在する吸収線間の連
続な波長で安定化が可能である。これは、1本の吸収線
を使う場合に比較して、リング共振器の波長分散特性の
影響による、周波数誤差を除去することができる。光吸
収性ガスとして通常のアセチレンガス、アンモニアガス
、メタンガス、二酸化炭素等を用いても前記機能と同様
の動作原理によって発振波長安定化を行うことができる
In particular, by using the acetylene gas and the isotope-substituted acetylene gas shown in FIG. 7, it is possible to stabilize the continuous wavelength between absorption lines localized over a wide range of 1.50 μm to 1.56 μm. Compared to the case where one absorption line is used, this makes it possible to eliminate frequency errors due to the influence of the wavelength dispersion characteristics of the ring resonator. Even if ordinary acetylene gas, ammonia gas, methane gas, carbon dioxide, etc. are used as the light-absorbing gas, the oscillation wavelength can be stabilized by the same operating principle as the above function.

【0026】図1では半導体レーザ11の変調に直接変
調を、半導体レーザ12の変調に音響光学変調器19を
用いたが、どちらを用いても本発明を実現できる。なお
、音響光学変調器の代わりにLiNbO3 変調器、電
気光学変調器など、他の構成の変調器を用いても同様の
効果を得ることができる。また、図8のように複数の安
定化レーザ部10,10′,10″,…を接続すること
により、複数のレーザを同時に安定化することができる
In FIG. 1, direct modulation is used to modulate the semiconductor laser 11, and an acousto-optic modulator 19 is used to modulate the semiconductor laser 12, but the present invention can be realized using either of them. Note that similar effects can be obtained by using modulators with other configurations, such as a LiNbO3 modulator or an electro-optic modulator, instead of the acousto-optic modulator. Further, by connecting a plurality of stabilizing laser sections 10, 10', 10'', . . . as shown in FIG. 8, a plurality of lasers can be stabilized at the same time.

【0027】[実施例2]図2は本発明の多波長安定化
レーザ装置の第2の実施例を示す構成ブロック図である
。この実施例は図2に示すように、波長フィルタとして
マッハツェンダ干渉計119を用いている。この干渉計
119にはリング共振器13からの光が入射される。 またマッハツェンダ干渉計119はリング共振器13と
同一の石英導波路上に構成されている。そのため極めて
コンパクトな構成系にすることができる。マッハツェン
ダ干渉計119の光路の一方にはリング共振器13と同
様にヒーターが埋め込まれておりその印加電圧を変化さ
せることにより波長を選択するものである。周波数間隔
としてリング共振器13の周波数間隔5GHzを最小単
位として10GHz、20GHz、40GHzと設定す
ることにより、任意の周波数の光を選択することができ
る。この干渉計119からの光は受光器117および1
18に与えられる。他の構成は第1の実施例と同様であ
る。
[Embodiment 2] FIG. 2 is a block diagram showing a second embodiment of the multi-wavelength stabilized laser device of the present invention. As shown in FIG. 2, this embodiment uses a Mach-Zehnder interferometer 119 as a wavelength filter. Light from the ring resonator 13 is incident on this interferometer 119 . Further, the Mach-Zehnder interferometer 119 is configured on the same quartz waveguide as the ring resonator 13. Therefore, it is possible to make the system extremely compact. Like the ring resonator 13, a heater is embedded in one of the optical paths of the Mach-Zehnder interferometer 119, and the wavelength is selected by changing the applied voltage. By setting the frequency interval to 10 GHz, 20 GHz, and 40 GHz using the 5 GHz frequency interval of the ring resonator 13 as the minimum unit, light of an arbitrary frequency can be selected. The light from this interferometer 119 is transmitted to receivers 117 and 1.
given to 18. The other configurations are the same as in the first embodiment.

【0028】また、図9のようにマッハツェンダ干渉計
119を多段に重ね合わせ、複数の安定化レーザ部を接
続することにより、複数のレーザを同時に安定化するこ
とができる。
Furthermore, by stacking the Mach-Zehnder interferometers 119 in multiple stages and connecting a plurality of stabilizing laser sections as shown in FIG. 9, a plurality of lasers can be stabilized at the same time.

【0029】以上、本発明を実施例にもとづき具体的に
説明したが、本発明は、前記実施例に限定されるもので
はなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可
能であることは言うまでもない。
Although the present invention has been specifically explained above based on examples, it goes without saying that the present invention is not limited to the above-mentioned examples and can be modified in various ways without departing from the gist thereof. .

【0030】[0030]

【発明の効果】以上、説明したように、本発明によれば
、同時に複数の半導体レーザの発振波長を任意の波長に
極めて高精度で同期、安定化することができ、例えばコ
ヒーレント光通信における波長標準光源や光計測におけ
る光源として利用できる利点がある。
As explained above, according to the present invention, the oscillation wavelengths of a plurality of semiconductor lasers can be simultaneously synchronized and stabilized to an arbitrary wavelength with extremely high precision. It has the advantage of being usable as a standard light source or a light source for optical measurement.

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

【図1】本発明の多波長安定化レーザ装置の第1の実施
例の構成を示すブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a first embodiment of a multi-wavelength stabilized laser device of the present invention.

【図2】同第2の実施例の構成を示すブロック図である
FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the second embodiment.

【図3】光吸収性ガスおよびリング共振器を透過した光
の光強度を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing the light intensity of light transmitted through a light-absorbing gas and a ring resonator.

【図4】波長フィルタの透過特性を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing transmission characteristics of a wavelength filter.

【図5】液晶を用いた波長フィルタの構成図である。FIG. 5 is a configuration diagram of a wavelength filter using liquid crystal.

【図6】液晶分子の配位図である。FIG. 6 is a configuration diagram of liquid crystal molecules.

【図7】アセチレンガスおよび同位体置換アセチレンガ
スの光吸収特性を示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing the light absorption characteristics of acetylene gas and isotope-substituted acetylene gas.

【図8】本発明の波長安定化レーザ装置の他の実施例の
構成を示すブロック図である。
FIG. 8 is a block diagram showing the configuration of another embodiment of the wavelength stabilized laser device of the present invention.

【図9】同他の実施例の構成を示すブロック図である。FIG. 9 is a block diagram showing the configuration of another embodiment.

【図10】従来の光吸収セルを用いた波長安定化レーザ
装置の構成を示すブロック図である。
FIG. 10 is a block diagram showing the configuration of a wavelength stabilized laser device using a conventional light absorption cell.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,11,12  半導体レーザ 2,14  吸収セル 3,111,117,118  受光器4,15,16
,17  ロックインアンプ5,113,114  発
振器 8  基準レーザ部 9  干渉計部 10  安定化レーザ部 13  リング共振器 18  温調器 19  外部変調器 110,112  光カップラ 115,116  波長フィルタ 119  マッハツェンダ干渉計
1, 11, 12 Semiconductor laser 2, 14 Absorption cell 3, 111, 117, 118 Light receiver 4, 15, 16
, 17 Lock-in amplifier 5, 113, 114 Oscillator 8 Reference laser section 9 Interferometer section 10 Stabilizing laser section 13 Ring resonator 18 Temperature controller 19 External modulator 110, 112 Optical coupler 115, 116 Wavelength filter 119 Mach-Zehnder interferometer

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】  所定の波長の光のみを吸収する媒体を
波長基準として発振波長が安定化された波長安定化レー
ザからなる基準レーザ部と、複数の共振波長ピークを有
しかつ前記波長安定化レーザの出射光を用いて光路長が
安定化された光干渉計からなる干渉計部と、半導体レー
ザと、前記半導体レーザからのレーザ光を前記干渉計を
透過させた後に当該レーザ光から前記干渉計の複数の共
振波長ピークのいずれかの波長の信号を光学的に選択す
る波長フィルタと、該波長フィルタで選択された信号に
基づいて前記半導体レーザの発振波長を安定化する手段
とを有する複数の安定化レーザ部とを備えたことを特徴
とする多波長安定化レーザ装置。
1. A reference laser section comprising a wavelength stabilized laser whose oscillation wavelength is stabilized using a medium that absorbs only light of a predetermined wavelength as a wavelength reference; an interferometer section consisting of an optical interferometer whose optical path length is stabilized using emitted light from a laser; a semiconductor laser; and a laser beam from the semiconductor laser that transmits the laser beam through the interferometer and then transmits the interference from the laser beam. a wavelength filter that optically selects a signal having one wavelength among a plurality of resonant wavelength peaks of the laser, and a means for stabilizing the oscillation wavelength of the semiconductor laser based on the signal selected by the wavelength filter. A multi-wavelength stabilized laser device comprising: a stabilized laser section;
【請求項2】  前記波長フィルタは、1対のガラス基
板と、該1対のガラス基板の内側に順次積層した1対の
透明電極層と、1対の反射ミラーと、1対の配向膜と、
液晶とを有することを特徴とする請求項1記載の多波長
安定化レーザ装置。
2. The wavelength filter includes a pair of glass substrates, a pair of transparent electrode layers sequentially laminated inside the pair of glass substrates, a pair of reflective mirrors, and a pair of alignment films. ,
2. The multi-wavelength stabilized laser device according to claim 1, further comprising a liquid crystal.
【請求項3】  所定の波長の光のみを吸収する媒体を
波長基準として発振波長が安定化された波長安定化レー
ザからなる基準レーザ部と、複数の半導体レーザと、前
記基準レーザ部からのレーザ光と前記複数の半導体レー
ザからのレーザ光とが入射され、複数の共振ピークを有
する光干渉計と、該光干渉計の出力に多段接続され、当
該複数の共振ピークのいずれかの波長を光学的に選択す
る複数の波長フィルタと、該複数の波長フィルタのいず
れか1つからの前記基準レーザ部の出射光に基づいて前
記光干渉計の光路長を安定化する手段と、前記複数の波
長フィルタの各々によって選択された信号に基づいて前
記複数の半導体レーザの発振波長を各々安定化する手段
とを具えたことを特徴とする多波長安定化レーザ装置。
3. A reference laser section comprising a wavelength stabilized laser whose oscillation wavelength is stabilized using a medium that absorbs only light of a predetermined wavelength as a wavelength reference, a plurality of semiconductor lasers, and a laser beam from the reference laser section. The light and the laser beams from the plurality of semiconductor lasers are incident on an optical interferometer having a plurality of resonance peaks, and the output of the optical interferometer is connected in multiple stages to optically detect any wavelength of the plurality of resonance peaks. means for stabilizing the optical path length of the optical interferometer based on the light emitted from the reference laser section from any one of the plurality of wavelength filters; A multi-wavelength stabilized laser device comprising: means for stabilizing the oscillation wavelength of each of the plurality of semiconductor lasers based on a signal selected by each of the filters.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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AP2236A (en) * 2005-03-29 2011-05-23 Cytec Tech Corp Modification of copper/iron selectivity in copper solvent extraction systems.

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