JPH05291678A

JPH05291678A - 波長安定化レーザ装置

Info

Publication number: JPH05291678A
Application number: JP11856492A
Authority: JP
Inventors: Yoshihisa Sakai; 義久界; Koichi Wakita; 紘一脇田; Shoichi Sudo; 昭一須藤; Isamu Odaka; 勇小高
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1992-04-13
Filing date: 1992-04-13
Publication date: 1993-11-05

Abstract

(57)【要約】【目的】小型で安定した出力光を得られる用にするこ
とを目的とする。【構成】半導体レーザ２と光変調器５とを同一の基板
１上に形成するので半導体レーザ２と光変調器５との位
置関係は簡単に揃えることが可能で、このため半導体レ
ーザ２から出射されるレーザ光が正確に光変調器５の導
波路に入射する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、光通信および光計測
における基準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と
り、レーザ光をその基準に同期させることによって安定
させる波長安定化レーザ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図５は、従来の波長安定化レーザ装置の
構成を示す構成図である（文献：柳川等、アプライド
フィジックスレターズ４７巻、１０３６ページ〜１
０３８ページ、１９８５年参照）。図５において、２ａ
は所定の波長で発振する半導体レーザ、３，４はレン
ズ、５ａは光周波数変調器、６ｂは長さが１ｃｍ〜１ｍ
程度のアンモニアやアセチレンなどのガスを封入したガ
ラス管からなる吸収セル、７は光電変換用の受光器、８
は高周波発振器、９は位相検波器、１０はローパスフィ
ルタである。

【０００３】半導体レーザ２ａの片端面からの出射光
は、レンズ３により平行光とされて光周波数変調器５ａ
に入射し、この光周波数変調器５ａで、高周波発振器８
による変調信号を参照した所定の周波数変調がかけら
れ、周波数変調光として出力される。ついで、この周波
数変調光は、吸収セル６ｂに入射し、吸収セル６ｂ内の
ガスの吸収波長と同一の波長の光はそのガスに吸収さ
れ、異なる波長の光は透過する。すなわち、光周波数変
調器５ａから出力された周波数変調光の中心周波数（波
長）と、吸収セル６ｂのなかのガスの光吸収線のピーク
周波数（波長）との周波数差が吸収セル６ｂで検出され
る。この吸収セル６ｂの透過光は、レンズ４を通り受光
器７に入射し、光信号から電気信号に変換されて、位相
検波器９に送られる。

【０００４】位相検波器９では、送られてきた信号と高
周波発振器８の参照信号とを位相比較することにより、
前述の周波数差に応じた誤差信号を発生し、ローパスフ
ィルタ１０を通して位相検波器９から漏れる高周波発振
器８からの高周波信号成分を除去して、その誤差信号に
より半導体レーザ２ａの注入電流を制御し、半導体レー
ザ２ａの発振波長（周波数）が波長（周波数）基準とし
ての吸収セル６ｂのアセチレンガスの光吸収線に追従す
るようにする。これにより、半導体レーザ２ａは周波数
が安定したレーザ光を出力する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来の波長安定化レー
ザ装置は、以上のように構成されており、半導体レーザ
２ａとレンズ３と光周波数変調器５ａとの位置関係が少
しでもずれていると光路が乱れ、半導体レーザ２ａの出
射光を光周波数変調器５ａを通して的確に吸収セル６ｂ
の中を通過させることや、その透過光を受光器７に感度
良く受光させることが困難となる。すなわち、半導体レ
ーザ２ａのレーザを発振する活性層の大きさと、そのレ
ーザを変調する光周波数変調器５ａの導波部の大きさは
は１０μｍ程度であり、各々の相対的な位置が１０μｍ
ずれると、半導体レーザ２ａの出射光を安定して吸収セ
ルに入射させ、受光器７に受光させることができなくな
ってしまい、この１０μｍという位置精度を確保するこ
とが非常に困難であった。

【０００６】ここで、この問題を解決するために、半導
体レーザ２ａとレンズ３，４と光変調器５ａとを強固な
固定定盤上に設置することも考えられるが、これでは装
置が大型化し重量が増加してしまうと言う問題があっ
た。

【０００７】この発明は、以上のような問題を解決する
ためになされたもので、小型で安定した出力光を得られ
る用にすることを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明の波長安定化レ
ーザ装置は、半導体レーザと、その半導体レーザの出射
光を周波数変調する半導体レーザと同一の基板上に形成
された変調器と、変調器により変調された光を吸収する
吸収媒体と、吸収媒体の透過光を光電変換する光電変換
器とを有する。また、この発明の波長安定化レーザ装置
は、さらに、光電変換器が半導体レーザと変調器が形成
される基板と同一の基板上に形成されたものである。。

【０００９】

【作用】装置を大型化せずに、半導体レーザと変調器と
に光学的なずれが生じない安定した光路が得られる。ま
た、光電変換器とにも光学的なずれが生じない安定した
光路が得られる。

【００１０】

【実施例】（実施例１）以下、この発明の１実施例を図
を参照して説明する。図１はこの発明の１実施例の波長
安定化レーザ装置の構成を示す構成図であり、図２は図
１の基板１と半導体レーザ２と光変調器５との構成を示
す断面図である。図１おいて、１はＩｎＰからなる基
板、２は基板１上に形成された活性層部がＩｎＧａＡｓ
／ＩｎＧａＡｓＰからなるＭＱＷ構造の半導体レーザ、
５は基板１上に形成された導波層部がＩｎＧａＡｓ／Ｉ
ｎＡｌＡｓからなるＭＱＷ構造の光変調器であり、それ
ぞれ、有機金属成長法（ＭＯＶＰＥ法），分子線エピタ
キシー法（ＭＢＥ法）により製造される。また、６は炭
素同位体置換アセチレンガス（¹³Ｃ₂Ｈ₂）が１０Ｔｏｒ
ｒの圧力で封入されているセル長５０ｍｍの吸収セルで
あり、他は図５と同様である。

【００１１】図２において、１２，１３，１４は電極で
あり、レーザを発振させるために半導体レーザ２に注入
する電流は電極１３に印加し、レーザを変調せるための
変調信号は電極１４に印加する。また、１５は半導体レ
ーザ２と光変調器５が接して結合している界面であり、
半導体レーザ２の活性層部と光変調器５の導波層部は同
じ高さになるようになっている。そして、光変調器５は
そのＭＱＷ構造の導波層部の光学特性が吸収から透過に
変化する波長である吸収端を半導体レーザ２の発振波長
付近に合わせるように導波層部の材料や導波層部の量子
井戸の厚さを選択して構成する。

【００１２】ところで、半導体レーザ２と光変調器５の
良好な光結合と電気絶縁を得るために、半導体レーザ２
と光変調器５の界面１５は凹凸の無い平坦性が必要であ
り、このためこれらの形状の形成にはフォトリソグラフ
ィとドライエッチングの技術を採用する。フォトリソグ
ラフィ技術によりそれぞれの形状を形成すると、半導体
レーザ２と光変調器５の位置精度は簡単に１０μｍ以下
にできる。そして、以上のように、半導体レーザ２，光
変調器５の順で形成しているので、半導体レーザ２を形
成した後に、その発振波長に合わせて光変調器５の吸収
波長を決めてから光変調器５を形成することができる。

【００１３】半導体レーザ２からは、波長１．５３６μ
ｍのレーザ発振が得られ、光変調器５に−２．５Ｖの直
流電圧と変調周波数２００ＭＨｚで１．５Ｖの電圧を印
加することにより、π／２ラジアンの変調指数が得られ
た。これは、変調幅が約６００ＭＨｚに相当している。

【００１４】次に、図１の波長安定化レーザ装置の動作
について説明する。半導体レー２の片端面から出射した
レーザ光は、光変調器５に入射し、この光変調器５で高
周波発振器８からの２００ＭＨｚの変調信号により変調
幅６００ＭＨｚの周波数変調がかけられ、周波数が変調
された変調光として出力される。光変調器５から出力さ
れた変調光はレンズ３で平行光になり、次いで、吸収セ
ル６に入射する。吸収セル６では、光吸収線が波長１．
５３７６５６μｍので吸収率５０％，半値全幅６００Ｍ
Ｈｚのものを用いて、このアセチレンガスの光吸収線の
ピーク波長からずれている波長の光を透過する。すなわ
ち、変調光の中心周波数（波長）と吸収セル６中のガス
の光吸収ピーク周波数（波長）との周波数差がこの吸収
セル６で検出されることになる。

【００１５】この吸収セル６を透過した透過光は、受光
器７に入射して光信号から電気信号に変換された後、位
相検波器９に送られ、高周波発振器８からの参照信号と
位相比較される。これにより位相検波器９は、前述した
周波数差に応じた誤差信号を発生し、この誤差信号をロ
ーパスフィルタ１０を通して半導体レーザ１へ供給し、
その注入電流を制御する。以上のことにより、半導体レ
ーザ２の発振するレーザ光の波長は、波長基準としての
吸収セル６内のアセチレンガスの光吸収線に追従するよ
うに制御される。

【００１６】図３は、上記の安定化動作前後の半導体レ
ーザ２の発振するレーザ光の周波数（波長）の揺らぎを
位相検波器９の誤差信号を基に測定した結果を示す変化
図である。この安定化動作前は約２００ＭＨｚの揺らぎ
があったものが、安定化後はその揺らぎが１ＭＨｚ以下
に抑えることができた。

【００１７】（実施例２）図４は、この発明の第２の実
施例を示す波長安定化レーザ装置の構成図である。図４
において、７ａは半導体レーザ２と光変調器５が並設さ
れている基板１ａ上に光変調器５と５ｍｍの間隔を開け
て形成した受光器、６ａは光変調器５と受光器７ａの間
に配置される吸収セルであり、他は図１と同様である。
この実施例２でも前記の実施例１と同様の動作をする。

【００１８】なお、実施例２では吸収セル６ａを光変調
器５と受光器７ａの間に配置するようにしたが、基板１
ａと半導体レーザ２と光変調器５と受光器７ａとをパッ
ケージ内に封止し、そのパッケージ内を吸収セル６ａ内
と同じアセチレンガスで充填するようにしても良い。ま
た、上記実施例では光吸収ガスとして炭素同位元素置換
アセチレンガスを用いたが、これに限るわけではなく、
通常のアセチレンガス，アンモニアガス，メタンガス，
二酸化炭素などを用いてもよい。

【００１９】

【発明の効果】以上のように、この発明では大きな固定
定盤などを使用せずに、半導体レーザと光変調器および
光電変換器のそれぞれに光学的なずれが無い安定した光
路が得られるので、小型で安定したレーザ光出力を得ら
れると言う効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例１の波長安定化レーザ装置の
構成を示す構成図である。

【図２】図１の基板１と半導体レーザ２と光変調器５の
構造を示す断面図である。

【図３】図１の波長安定化レーザ装置の安定化動作前後
の半導体レーザ２のレーザ光の周波数の揺らぎを示す変
化図である。

【図４】この発明の実施例２の波長安定化レーザ装置の
構成を示す構成図である。

【図５】従来の波長安定化レーザ装置の構成を示す構成
図である。

【符号の説明】

１基板２半導体レーザ３レンズ５光変調器６吸収セル７受光器８高周波発振器９位相検波器１０ローパスフィルタ

フロントページの続き (72)発明者小高勇東京都千代田区内幸町１丁目１番６号日本電信電話株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体レーザと、その半導体レーザの出射光を周波数変調する前記半導体
レーザと同一の基板上に形成された変調器と、前記変調器により変調された光のうち所定の周波数の光
を吸収する吸収媒体と、前記吸収媒体を透過した透過光を光電変換する光電変換
器とを有することを特徴とする波長安定化レーザ装置。
【請求項２】半導体レーザと、その半導体レーザの出射光を周波数変調する前記半導体
レーザと同一の基板上に形成された変調器と、前記変調器により変調された光のうち所定の周波数の光
を吸収する吸収媒体と、前記吸収媒体を透過した透過光を光電変換する前記半導
体レーザと変調器とが形成されている同一の基板上に形
成された光電変換器とを有することを特徴とする波長安
定化レーザ装置。