JPH05347451A

JPH05347451A - 波長安定化光源

Info

Publication number: JPH05347451A
Application number: JP15476992A
Authority: JP
Inventors: Yoshito Furuyama; 義人古山; Yoshibumi Nakajima; 義文中島; Takeshi Atami; 健熱海
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1992-06-15
Filing date: 1992-06-15
Publication date: 1993-12-27

Abstract

(57)【要約】【目的】レーザダイオードを用い、吸収セルによって波
長を安定化する波長安定化光源に関し、レーザダイオー
ドの光出力特性による吸収セルの光吸収スペクトルの傾
斜に基づく発光波長のシフトを防止することを目的とす
る。【構成】変調されたレーザダイオード１の発生光のレベ
ルを、吸収セル２を経て光検出部３で検出した信号か
ら、同期検波部４で変調周波数成分の大きさと位相とを
検出した出力を、レーザダイオード１に電流を供給する
電流源５に帰還することによって、レーザダイオード１
の発生光の波長を、吸収セル２の吸収スペクトルの波長
にロックして安定化するように制御される波長安定化光
源において、電流変化検出手段６で、レーザダイオード
１の発光波長を制御する電流の変化を示す検出信号を発
生し、吸収特性補償手段７で、この検出信号に応じて吸
収セル２の出力スペクトルにおける吸収特性の傾斜を補
償することで構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、レーザダイオード（以
下ＬＤという）を用い、吸収セルによって波長を安定化
する波長安定化光源に関し、特にＬＤの光吸収スペクト
ルの傾斜に基づく発光波長のシフトを防止した波長安定
化光源に関するものである。

【０００２】ＬＤを使用した波長安定化光源における発
振波長の安定化方式としては各種のものが知られている
が、現在、吸収セルを用いたものが最も優れたものと考
えられている。

【０００３】このような吸収セルを用いて発振波長を安
定化する波長安定化光源においては、ＬＤの電流対光強
度特性がある傾きを持つことによる、発光波長のシフト
を解消して、周波数確度および周波数安定度を向上する
ことが要望されている。

【０００４】

【従来の技術】図９は、従来の吸収セルを用いた波長安
定化光源を示したものであって、１１はＬＤ、１２はＬ
Ｄの温度を制御する温度コントローラ、１３は加算器、
１４は発振器、１５は一定の吸収スペクトルを有する吸
収セル、１６は光検出器、１７は増幅器、１８は同期検
波器、１９は積分器、２０はＬＤ１１に対する電流源で
ある。

【０００５】ＬＤ１１は温度コントローラ１２によって
その温度を一定に制御されていて、加算器１３からの発
振器１４の高周波信号によって変調された電流に応じて
発振することによって、位相変調された光を発生する。
ＬＤ１１の発生光は、吸収セル１５に入射することによ
って、吸収セル１５の吸収スペクトル波長の光が吸収さ
れる。

【０００６】光検出器１６は吸収セル１５の出力光を検
出して、光の強さに応じた出力電流を発生する。この信
号は増幅器１７で増幅されたのち、同期検波器１８にお
いて発振器１４の信号によって同期検波される。検波出
力は積分器１９において積分され、積分された出力は電
流源２０に帰還されて、その電流値を変化させる。この
ように一巡の帰還制御が行われることによって、ＬＤ１
１の発振波長は吸収セル１５の吸収スペクトルの波長に
ロックされる。

【０００７】ＬＤは、注入電流の大きさを変えると、そ
の出力レベルも変化する。図１０は、ＬＤの電流対光出
力レベルの特性を示したものであって、発振領域におい
て、電流の大きさに応じて光出力レベルが変化すること
が示されている。

【０００８】このため、図９に示された光検出器１６の
光吸収スペクトルは、理想的な光吸収スペクトルに対し
て、ある傾斜を持つことになる。図１１は、吸収セルの
原理的な光吸収スペクトルを示したものであって、光検
出器出力は、ロック波長における吸収部の前後において
一定である。図１２は、従来の波長安定化光源における
光吸収スペクトルを示したものであって、図９に示され
た光検出器１６における出力特性を示し、図１０に示さ
れたＬＤの光出力レベルの傾斜に基づいて、光検出出力
は、ロック波長における吸収部の前後において、ある傾
きを持つことが示されている。

【０００９】図１３は、光吸収スペクトルのＳカーブを
示したものであって、実線は従来の波長安定化光源にお
ける光吸収スペクトルのＳカーブを示し、点線は理想的
な光吸収スペクトルの場合のＳカーブを示している。図
１３から明らかなように、光吸収スペクトルが傾斜を持
つ場合のＳカーブは、理想的な光吸収スペクトルのＳカ
ーブに対して、同期検波出力が０になる波長がずれてい
る。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】このように従来の波長
安定化光源においては、ＬＤの電流対光出力レベル特性
の傾きに基づく、光吸収スペクトルの傾斜によって、発
振波長がシフトし、そのため波長安定化光源の周波数確
度が低下するという問題があった。

【００１１】本発明は、このような従来技術の問題点を
解決しようとするものであって、吸収セルによって波長
を安定化する波長安定化光源において、光吸収スペクト
ルの傾斜をなくすことによって、発振波長のシフトを防
止して周波数確度を向上させた、波長安定化光源を提供
することを目的としている。

【００１２】

【課題を解決するための手段】(1) 本発明は、変調され
たレーザダイオード１の発生光のレベルを吸収セル２を
経て光検出部３において検出した信号から、同期検波部
４によって変調周波数成分の大きさと位相とを検出した
出力を、レーザダイオード１に電流を供給する電流源５
に帰還することによって、レーザダイオード１の発生光
の波長を吸収セル２の吸収スペクトルの波長にロックし
て安定化するように制御される波長安定化光源におい
て、レーザダイオード１の発光波長を制御する電流の変
化を示す検出信号を発生する電流変化検出手段６と、こ
の検出信号に応じて吸収セル２の出力スペクトルにおけ
る吸収特性の傾斜を補償する吸収特性補償手段７とを設
けたものである。

【００１３】(2) また本発明は(1) の場合に、電流変化
検出手段６が、レーザダイオード１の駆動電流の変化を
検出して電流変化検出信号を発生する駆動電流検出回路
２２からなり、吸収特性補償手段７が、電流変化検出信
号に応じて吸収セル２の入力光に対する透過率を変化す
る光アッテネータ２１からなるものである。

【００１４】(3) また本発明は(1) の場合に、電流変化
検出手段６が、レーザダイオード１の駆動電流の変化を
検出して電流変化検出信号を発生する駆動電流検出回路
２２からなり、吸収特性補償手段７が、電流変化検出信
号を、光検出部３の出力電流を電圧に変換して光レベル
検出信号を発生する電流電圧変換回路２３の基準電圧に
加算するものである。

【００１５】(4) また本発明は(1) の場合に、電流変化
検出手段６が、レーザダイオード１の発生光を分岐する
光分岐部２４と、この分岐光のレベルを検出して電流変
化検出信号を発生する光検出器２５とからなり、吸収特
性補償手段７が、光検出部３の光レベル検出信号と光検
出器２５の電流変化検出信号との差を求める差動増幅器
２６からなるものである。

【００１６】(5) また本発明は(4) の場合に、吸収特性
補償手段７が、差動増幅器２６において、光電変換され
た電流からなる光検出部３の検出信号と光検出器２５の
検出信号との差を求めるものである。

【００１７】(6) また本発明は(4) の場合に、吸収特性
補償手段７が、光電変換された電流からなる光検出部３
の検出信号と光検出器２５の検出信号とをそれぞれ電圧
に変換する電流−電圧変換部３５，３６と、電流−電圧
変換部３５，３６の出力電圧の差をとる差動増幅器３７
とからなるものである。

【００１８】

【作用】(1) 波長安定化光源においては、変調されたレ
ーザダイオード１の発生光のレベルを吸収セル２を経て
光検出部３において検出した信号から、同期検波部４に
よって変調周波数成分の大きさと位相とを検出した出力
を、レーザダイオード１に電流を供給する電流源５に帰
還することによって、レーザダイオード１の発生光の波
長を吸収セル２の吸収スペクトルの波長にロックするよ
うに制御して、発光波長を安定化する。

【００１９】この場合に、電流変化検出手段６を設け
て、レーザダイオード１の発光波長を制御する電流の変
化を示す検出信号を発生し、吸収特性補償手段７を設け
て、この検出信号に応じて吸収セル２の出力スペクトル
における吸収特性の傾斜を補償する。

【００２０】従って、吸収セルによって波長を安定化す
る波長安定化光源において、レーザダイオードの電流対
光出力レベル特性の傾きに基づく、光吸収スペクトルの
傾斜によって発振波長がシフトし、そのため波長安定化
光源の周波数確度が低下することが防止される。

【００２１】(2) (1) の場合に、駆動電流検出回路２２
によって、レーザダイオード１の駆動電流の変化を検出
することによって、上述の電流変化を検出した信号を発
生し、光アッテネータ２１によって、電流変化検出信号
に応じて吸収セル２の入力光に対する透過率を変化する
ことによって、吸収特性の補償を行うことができる。

【００２２】(3) また(1) の場合に、駆動電流検出回路
２２によって、レーザダイオード１の駆動電流の変化を
検出することによって、上述の電流変化を検出した信号
を発生し、電流変化検出信号を、光検出部３の出力電流
を電圧に変換して光レベル検出信号を発生する電流電圧
変換回路２３の基準電圧に加算することによって、吸収
特性の補償を行うことができる。

【００２３】(4) また(1) の場合に、光分岐部２４によ
って、レーザダイオード１の発生光を分岐し、光検出器
２５によって、この分岐光のレベルを検出することによ
って、上述の電流変化を検出した信号を発生し、差動増
幅器２６によって、光検出部３の光レベル検出信号と光
検出器２５の電流変化検出信号との差を求めることによ
って、吸収特性の補償を行うことができる。

【００２４】(5) さらに(4) の場合に、差動増幅器２６
において、光電変換された電流からなる光検出部３の検
出信号と光検出器２５の検出信号との差を求めることに
よって、吸収特性の補償を行うことができる。

【００２５】(6) さらに(4) の場合に、電流−電圧変換
部３５，３６によって、光電変換された電流からなる光
検出部３の検出信号と光検出器２５の検出信号とをそれ
ぞれ電圧に変換し、差動増幅器３７によって、電流−電
圧変換部３５，３６の出力電圧の差をとることによっ
て、吸収特性の補償を行うことができる。

【００２６】

【実施例】図２は、本発明の実施例（１）を示したもの
であって、図９におけると同じものを同じ番号で示し、
２１は制御型の光アッテネータ、２２は駆動電流検出回
路である。

【００２７】図２において、ＬＤ１１の発生光は、光ア
ッテネータ２１を経て減衰を受けて、吸収セル１５に入
射する。駆動電流検出回路２２は、ＬＤ１１の駆動電流
に比例した出力を発生して、光アッテネータ２１に供給
する。光アッテネータ２１は、ＬＤ１１における駆動電
流に応じてその光減衰度を制御され、ＬＤ駆動電流が大
きいほど、透過光が減少するように制御される。

【００２８】本実施例の場合、吸収セル１５の出力にお
けるＬＤ波長に対応する光検出器出力は、図１１に示さ
れたような理想的な光吸収スペクトルとすることがで
き、従って、光吸収スペクトルの傾斜に基づく発光波長
のシフトを防止して、発生光の周波数確度および周波数
安定度を向上させることができる。

【００２９】図３は、図２の実施例の具体的回路構成例
を示したものであって、図２におけると同じものを同じ
番号で示し、３１はＬＤドライブ回路、３２は増幅器、
３３はレーザダイオード（ＬＤ）である。

【００３０】図３において、ＬＤ３３に対する駆動電流
をｉとし、増幅器３２の利得をＧとすると、光アッテネ
ータ２１に供給される電圧はＧｉＲ_Xとなり、ＬＤ３３
の駆動電流に比例した電圧を光アッテネータ２１に与え
ることができる。従って、増幅器の利得Ｇまたは抵抗Ｒ
_Xの値を調整することによって、図１２に示されたよう
な光吸収スペクトルの傾きを補正して、図１１に示され
たような、理想的な光吸収スペクトルとすることができ
る。

【００３１】図４は、図２の実施例における各部の特性
を示したものであって、（ａ）は光アッテネータの透過
率特性、（ｂ）は吸収セルによる吸収率特性、（ｃ）は
補正を行わないときの光検出器出力である。

【００３２】光アッテネータ２１は、図４（ａ）に示す
ように、その駆動電流または電圧が大きいほど透過率が
小さくなる特性を有している。また吸収セルによる吸収
率のパターンは、図４（ｂ）に示すように、吸収波長の
前後において平坦な特性を持っている。しかしながら、
前述のようにＬＤの発生光量は電流値によって変化する
ため、補正を行わない場合、光検出器出力においては図
４（ｃ）のような、ある傾いた特性となり、電流値によ
って共鳴波長がシフトする。

【００３３】そこで、本実施例では、駆動電流検出回路
２２を用いて、ＬＤの駆動電流に比例した電流，電圧を
検出して、光アッテネータ２１に印加する。これによっ
て、吸収セルに入射される光は、ＬＤの電流，波長に依
存しなくなるので、理想的な共鳴パターンが得られ、共
鳴波長のシフトが解消する。

【００３４】図５は、本発明の実施例（２）を示したも
のであって、図２におけると同じものを同じ番号で示
し、２３は電流電圧変換回路である。

【００３５】図５において、駆動電流検出回路２２は、
ＬＤ１１の駆動電流に比例した出力を発生する。光検出
器１６は吸収セル１５の光出力を検出して、吸収セル１
５の出力におけるＬＤ波長に対応する光検出器出力電流
を発生する。電流電圧変換回路２３はこの光検出器出力
電流を電圧に変換するが、電流電圧変換回路２３には基
準電圧として、駆動電流検出回路２２からのＬＤ１１の
駆動電流に比例した電圧が加算されている。従って電流
電圧変換回路２３の出力においては、ＬＤ１１の電流変
化による光量変化の影響が除去される。

【００３６】図６は、図５の実施例の具体的回路構成例
を示したものであって、図３および図５におけると同じ
ものを同じ番号で示している。

【００３７】図６において、ＬＤ３３に対する駆動電流
をｉとし、増幅器３２の利得をＧとすると、増幅器３２
の出力電圧はＧＲ_Xｉとなり、ＬＤ１１の駆動電流に比
例した電圧が得られる。増幅器３２の出力電圧を、電流
電圧変換回路２３に基準電圧として与える。これによっ
て、電流電圧変換回路２３の出力には、光吸収スペクト
ルの傾きを補正した出力が得られ、ＬＤの電流変化によ
る光量変化の影響を除去することができる。

【００３８】図７は本発明の実施例（３）を示したもの
であって、図５におけると同じものを同じ番号で示し、
２４はハーフミラー等からなる光分岐部、２５は光検出
器、２６は差動増幅器である。

【００３９】光分岐部２４は、吸収セル１５の前段に設
けられていて、ＬＤ１１の発生光を分割して、一方を吸
収セル１５に入力し、他方を光検出器２５に入射する。
これによって光検出器２５から、ＬＤ１１の駆動電流の
変化に対応して変化する光出力レベルが得られる。一
方、光検出器１６からは、吸収セル１５を通過した光に
基づく光出力が発生する。

【００４０】これによって、差動増幅器２６の出力に
は、ＬＤ１１の駆動電流の変化に対応する特性を持つ光
検出器２５の出力と、図１３に示されたような特性を有
する光検出器１６の出力との差の出力が得られる。すな
わち、傾斜を持つ吸収スペクトルの出力レベルから、電
流増加分による光出力レベルの変化が差し引かれるの
で、図１２に示されたような、理想的な光吸収スペクト
ルの出力を得ることができる。

【００４１】図８は、図７の実施例の具体的回路構成例
を示したものであって、（ａ）は差動増幅器を用いる場
合を示し、（ｂ）は電流−電圧変換部と差動増幅器とを
用いる場合を示している。図７におけると同じものを同
じ番号で示し、３５，３６は増幅器等からなる電流−電
圧変換部、３７は差動増幅器である。

【００４２】図８（ａ）の場合は、差動増幅器２６を用
いて、光検出器１６の出力電流と、光検出器２４の出力
電流との差を求めることによって、補償された光スペク
トルの出力を得ることができる。

【００４３】図８（ｂ）の場合は、電流−電圧変換部３
５，３６によって、光検出器１６の出力電流と、光検出
器２４の出力電流とをそれぞれ電圧信号に変換したの
ち、差動増幅器３７によって、両出力の差を求めること
によって、補償された光スペクトルの出力を得ることが
できる。

【００４４】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、レ
ーザダイオードの発生光の波長を吸収セルの吸収スペク
トルの波長にロックして安定化するように制御される波
長安定化光源において、レーザダイオードの光吸収スペ
クトルがある傾斜を持つため、Ｓカーブの同期検波出力
が０となる波長がずれることを防止できる。本発明によ
れば、理想的な光吸収スペクトルを得ることができるの
で、レーザダイオードの発生波長のシフトが解消され、
周波数確度および周波数安定度の高い波長安定化光源を
構成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理的構成を示す図である。

【図２】本発明の実施例（１）を示す図である。

【図３】図２の実施例の具体的回路構成例を示す図であ
る。

【図４】図２の実施例における各部の特性を示す図であ
って、（ａ）は光アッテネータの透過率特性、（ｂ）は
吸収セルによる吸収率特性、（ｃ）は補正を行わないと
きの光検出器出力である。

【図５】本発明の実施例（２）を示す図である。

【図６】図５の実施例の具体的回路構成例を示す図であ
る。

【図７】本発明の実施例（３）を示す図である。

【図８】図７の実施例の具体的回路構成例を示す図であ
って、（ａ）は差動増幅器を用いる場合を示し、（ｂ）
は電流−電圧変換部と差動増幅器とを用いる場合を示し
ている。

【図９】従来の吸収セルを用いた波長安定化光源を示す
図である。

【図１０】ＬＤの電流対光出力レベルの特性を示す図で
ある。

【図１１】吸収セルの原理的な光吸収スペクトルを示す
図である。

【図１２】従来の波長安定化光源における光吸収スペク
トルを示す図である。

【図１３】光吸収スペクトルのＳカーブを示す図であ
る。

【符号の説明】

１レーザダイオード２吸収セル３光検出部４同期検波部５電流源６電流変化検出手段７吸収特性補償手段２１光アッテネータ２２駆動電流検出回路２４光分岐部２５光検出器２６差動増幅器３５電流−電圧変換部３６電流−電圧変換部３７差動増幅器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】変調されたレーザダイオード（１）の発
生光のレベルを吸収セル（２）を経て光検出部（３）に
おいて検出した信号から同期検波部（４）において復調
して得られた該変調周波数成分の大きさと位相とを検出
した出力を該レーザダイオード（１）に電流を供給する
電流源（５）に帰還することによって該レーザダイオー
ド（１）の発生光の波長を該吸収セル（２）の吸収スペ
クトルの波長にロックして安定化するように制御される
波長安定化光源において、前記レーザダイオード（１）の発光波長を制御する電流
の変化を示す検出信号を発生する電流変化検出手段
（６）と、該検出信号に応じて前記吸収セル（２）の出力スペクト
ルにおける吸収特性の傾斜を補償する吸収特性補償手段
（７）とを設けたことを特徴とする波長安定化光源。
【請求項２】前記電流変化検出手段（６）が、前記レ
ーザダイオード（１）の駆動電流の変化を検出して前記
電流変化検出信号を発生する駆動電流検出回路（２２）
からなり、前記吸収特性補償手段（７）が、該電流変化
検出信号に応じて前記吸収セル（２）の入力光に対する
透過率を変化する光アッテネータ（２１）からなること
を特徴とする請求項１に記載の波長安定化光源。
【請求項３】前記電流変化検出手段（６）が、前記レ
ーザダイオード（１）の駆動電流の変化を検出して前記
電流変化検出信号を発生する駆動電流検出回路（２２）
からなり、前記吸収特性補償手段（７）が、該電流変化
検出信号を、前記光検出部（３）の出力電流を電圧に変
換して前記光レベル検出信号を発生する電流電圧変換回
路（２３）の基準電圧に加算するものであることを特徴
とする請求項１に記載の波長安定化光源。
【請求項４】前記電流変化検出手段（６）が、前記レ
ーザダイオード（１）の発生光を分岐する光分岐部（２
４）と、該分岐光のレベルを検出して前記電流変化検出
信号を発生する光検出器（２５）とからなり、前記吸収
特性補償手段（７）が、前記光検出部（３）の光レベル
検出信号と該光検出器（２５）の電流変化検出信号との
差を求める差動増幅器（２６）からなることを特徴とす
る請求項１に記載の波長安定化光源。
【請求項５】前記吸収特性補償手段（７）が、前記差
動増幅器（２６）において、光電変換された電流からな
る前記光検出部（３）の検出信号と前記光検出器（２
５）の検出信号との差を求めるものであることを特徴と
する請求項４に記載の波長安定化光源。
【請求項６】前記吸収特性補償手段（７）が、光電変
換された電流からなる前記光検出部（３）の検出信号と
前記光検出器（２５）の検出信号とをそれぞれ電圧に変
換する電流−電圧変換部（３５，３６）と、該電流−電
圧変換部（３５，３６）の出力電圧の差をとる差動増幅
器（３７）とからなることを特徴とする請求項４に記載
の波長安定化光源。