JPH0513077U - 周波数安定化レ―ザ光源 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】ビ―ト法による安定度の評価を容易にした周波
数安定化レ―ザ光源を実現する。 【構成】半導体レ―ザ１を発振手段の出力により直接変
調して、半導体レ―ザ１の発振周波数を原子または分子
の吸収線の中心に制御する周波数安定化レ―ザ光源にお
いて、発振手段１０〜１２が複数の発振周波数ｆ₁ ，ｆ
₂を切換え可能とすることにより、ビ―ト周波数ｆ₁ −
ｆ₂ による安定度の評価の際に２台の光源１０，１１の
変調周波数をずらして正確に安定度が評価できるように
した。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、コヒ―レント光通信用測定器の光周波数基準として用いられる周波 数安定化レ―ザ光源の改良に関し、特にビ―ト法による安定度の評価を容易にし た周波数安定化レ―ザ光源に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

図３は周波数安定化レ―ザ光源の従来例を示すブロック図で、半導体レ―ザを 直接変調して、その発振周波数を原子や分子の吸収線の中心に制御するものを示 している。半導体レ―ザ１の出力光はレンズ２で平行光となった後ビ―ムスプリ ッタ３で２つの方向に分離し、一方の光はレンズ２でファイバ４に集光されて出 力光となり、他方の光は標準物質が封入された吸収セル５に入射する。吸収セル ５を透過した光は光検出器６で検出されて電気信号に変換され、ロックインアン プ等からなる同期検波回路７に入力する。半導体レ―ザ１の発振周波数は周波数 ｆ₁ の発振器１０の出力で電流変調されており、同期検波回路７は発振器１０の 出力を参照信号として同期検波を行う。ＰＩ制御回路８は同期検波回路７の出力 が一定となるように半導体レ―ザ１の電流を制御する。ＰＩ制御回路８の出力と 発振器１０の発振出力は加算回路９で加算されて半導体レ―ザ１に入力される。 この結果、半導体レ―ザ１の発振周波数は吸収セル５の標準物質の原子または分 子の吸収線の中心に制御され、レ―ザ出力光は原子または分子で決まる絶対値が 高精度の周波数となる。

【０００３】

【考案が解決しようとする課題】

上記のような光源の安定度の評価は２つの光源のビ―ト信号を利用するもので 、図４のような構成で行なわれる。発振周波数ｆ₀₁の第１の光源２１の出力光は 、発振周波数ｆ₀₂の第２の光源２２の出力光が周波数シフタ２３で周波数ｆ_s シ フトされたものと合成され、フォトダイオ―ド（以下ＰＤと呼ぶ）２５で検出さ れたビ―ト信号がカウンタ２６で計数される。

【０００４】 しかしながら、図３の光源では出力光が変調周波数ｆ₁ で変調されているため 、図４のように２台の光源のビ―ト信号を使って安定度を評価する際、２台の変 調周波数ｆ₁ の僅かな差でビ―ト周波数が少しずつずれ、最大周波数偏移までゆ っくりドリフトする等、見掛上の光源の安定度が悪化してしまうという問題があ る。その理由を以下に説明する。半導体レ―ザ１の出力光の周波数ｆ₀ は次式に 示すように、中心周波数ｆ_avは安定だが、瞬時的には周波数ｆ₁ で正弦波状に変 化している。 ｆ₀ ＝ｆ_av＋ｆ_div ｓｉｎ（２πｆ₁ ｔ） …（１） ここで波長１，５μｍ帯では、ｆ_avは約２００ＴＨｚ、ｆ₁ は通常１〜２ｋＨｚ 、変調振幅ｆ_div は２〜５００ＭＨｚ、ｆ_avの安定度は吸収線に制御した場合、 約１ＭＨｚである。図４のＰＤ２５の出力周波数ｆ_beatは光源２１，２２の中心 周波数をそれぞれｆ_av1 ，ｆ_av2 、変調周波数をそれぞれｆ₁₁，ｆ₁₂とすると、 次式で表される。 ｆ_beat＝ｆ₀₁−ｆ₀₂＋ｆ_s ＝｛ｆ_av1 ＋ｆ_div ｓｉｎ（２πｆ₁₁ｔ）｝−｛ｆ_av2 ＋ｆ_div ｓｉｎ（ ２πｆ₁₂ｔ）｝＋ｆ_s ＝ｆ_av1 −ｆ_av2 ＋ｆ_s ＋２ｆ_div ｃｏｓ｛π（ｆ₁₁＋ｆ₁₂）ｔ｝ｓｉｎ ｛π（ｆ₁₁−ｆ₁₂）ｔ｝ …（２） ここでヘテロダイン周波数ｆ_s は８０〜１４０ＭＨｚである。ｆ_av1 −ｆ_av2 は 変調が掛かっていない場合のｆ_beatを示すが、ｆ₁₁−ｆ₁₂が非常に小さい場合は その周期で振幅２ｆ_div でｆ_beatが変動するので、見掛上ｆ_av1 −ｆ_av2 の安定 度が悪いように測定されてしまう。図５はｆ₁₁，ｆ₁₂がほぼ同じ２．０８３ｋＨ ｚであるときの周波数ゆらぎの様子を表す図である。

【０００５】 上記の問題を避けるため、２台の光源の変調周波数を同期させることも考えら れるが、実際には半導体レ―ザの位相遅れに経時変化があるため、完全に同期を とることはできない。したがって図３の光源について上記の方法で安定度を評価 することは難しい。 本考案は、上記の課題を解決するためになされたもので、出力が周波数変調さ れ、ビ―ト法による安定度の評価を容易に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。

【０００６】

【課題を解決するための手段】

本考案は半導体レ―ザを発振手段の出力により直接変調して、半導体レ―ザの 発振周波数を原子または分子の吸収線の中心に制御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発振手段が複数の発振周波数を切換え可 能に構成した点にある。

【０００７】

【作用】

発振手段が複数の発振周波数を切換えることができるので、ビ―ト周波数によ る安定度の評価の際に２台の光源の変調周波数をずらして正確に安定度を評価す ることができる。

【０００８】

【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。図３と同じ部分は同一の記号を付して説明を省略する。

【０００９】 図１において、１０，１１はそれぞれ周波数ｆ₁ ，ｆ₂ の第１，第２の発振器 、１２は発振器１０，１１の出力のいずれかを選択してロックインアンプ７に参 照周波数信号として加え、加算回路９に変調信号として加えるスイッチであり、 これらは２つの発振周波数が切換え可能な発振手段を構成する。ここでｆ₁ −ｆ ₂ が数十Ｈｚ以上となるように変調周波数ｆ₁ とｆ₂ が設定される。スイッチ１ ２を用いて変調周波数ｆ₁ を選択した光源１と、同様に変調周波数ｆ₂ を選択し た光源２を用いて、図４の構成でビ―ト周波数による安定度の評価を行うと、ｆ ₁ −ｆ₂ が数十Ｈｚ以上あるため、（２）式からも明らかなように周波数ゆらぎ はカウンタ２６で平均化される。したがって見掛上の安定度が悪化せずに正確な 測定が可能となる。図２はｆ₁ ＝２．０００ｋＨｚ，ｆ₂ ＝２．０８３ｋＨｚと 変調周波数をずらした場合の周波数ドリフトΔｆの変化が非常に小さいことを示 している。

【００１０】 このような構成の周波数安定化レ―ザ光源によれば、出力光に含まれる変調周 波数を切換可能とすることにより、常に正確に安定度を評価することができる。 なお発振手段として２つの発振器１０，１１を用いる代りに、スイッチ１２で インダクタンスやキャパシタンスの値を切換えて発振周波数を変える発振器や、 スイッチ１２で制御電圧を切換えて発振周波数を変えるＶＣＯ（電圧制御発振器 ）等を用いてもよい。 また適切にずれた変調周波数を得るため等、必要であれば３種以上の変調周波 数を切換可能としてもよい。

【００１１】

【考案の効果】

以上述べたように本考案によれば、複数の変調周波数を切換可能とすることに より、出力が周波数変調され、ビ―ト法による安定度の評価が容易な周波数安定 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の装置の安定度を示す特性曲線図である。

【図３】従来の周波数安定化レ―ザ光源の一例を示す構
成ブロック図である。

【図４】ビ―ト法による光源の安定度評価の方法を示す
構成ブロック図である。

【図５】従来の周波数安定化レ―ザ光源の安定度を示す
特性曲線図である。

【符号の説明】

１ 半導体レ―ザ １０ 第１の発振器 １１ 第２の発振器 １２ スイッチ ｆ₁ ，ｆ₂ 発振周波数

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者 吉武 哲 東京都武蔵野市中町２丁目９番32号 横河 電機株式会社内

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】半導体レ―ザを発振手段の出力により直接
   変調して、半導体レ―ザの発振周波数を原子または分子
   の吸収線の中心に制御する周波数安定化レ―ザ光源にお
   いて、発振手段が複数の発振周波数を切換え可能に構成
   したことを特徴とする周波数安定化レ―ザ光源。