JPH08130340A - 周波数安定化光源 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高安定な周波数安定化光源を提供する。 【構成】 レーザ１は出射光１Ａを偏波保存ファイバ１
１に入射する。ドライバー２はレーザ１に電流を供給
し、発振器３は出射光１Ａに周波数変調を重量させるた
めにドライバー２の出力電流に電流変調を加える。光分
岐器４は周波数変調されたファイバ１１の出射光１Ｂを
出力光４Ａ、参照光４Ｂ・４Ｃに分岐する。ガスセル５
は参照光４Ｂを入力とし、特定周波数光を吸収する。受
光器６はガスセル５の透過光５Ａを受け電気信号６Ａに
変え、受光器７は参照光４Ｃを受け電気信号７Ａに変え
る。増幅器８は出力信号７Ａを増幅する。演算器９は出
力信号６Ａと、増幅器８の出力信号８Ａを受け演算す
る。制御回路１０は演算器９の出力信号９Ａを受け、発
振器３からの信号により同期を取り、ガスセル５の光吸
収周波数レーザ１の発振波長が常に一致するようにドラ
イバー２を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、半導体レーザの発振
周波数を安定化するのに利用される。特に物質固有の光
吸収線に半導体レーザの発振周波数を制御する周波数安
定化光源に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体レーザの発振周波数は、半導体レ
ーザの周囲温度および半導体レーザへの注入電流により
容易に変化する。そのため半導体レーザの発振周波数を
安定化するために他の物質の光吸収線に半導体レーザの
発振周波数を帰還制御する方法が知られている。このよ
うな方法を用いた従来例を図４に示し以下に説明する。

【０００３】図４の１は半導体レーザであり、２は半導
体レーザ１を駆動するためのドライバーであり、３は半
導体レーザ１の出射光１Ａに周波数変調を重畳するため
にドライバー２の出力電流に電流変調を加えるための発
振器である。すなわち、半導体レーザ１は、ドライバー
２により所望の発振周波数で発振するように電流が印加
される。加えて発振器３よりドライバー２を介して半導
体レーザ１に変調電流が重畳され、半導体レーザ１の出
射光１Ａは所望の発振周波数を含む周波数近傍で周波数
掃引される。

【０００４】図４の４は光分岐器であり、周波数掃引さ
れた半導体レーザ１の出射光１Ａを出力光４Ａと参照光
４Ｂとに分岐する。出力光４Ａは外部で信号光として使
用され、参照光４Ｂは半導体レーザ１の発振周波数を安
定化するために使用される。

【０００５】図４の５は基準光吸収セルであり、６は受
光器である。基準光吸収セル５は、内部に周波数基準と
なる光吸収線を有した物質が封入されている。半導体レ
ーザ１の所望の周波数とは基準光吸収セル５の持ついく
つかの光吸収線のうち任意の１つの光吸収線の最大光吸
収周波数である。参照光４Ｂは、基準光吸収セル５を通
過し光吸収線により吸収を受ける。光吸収線の吸収量は
周波数に依存し、参照光４Ｂは周波数変調されているの
で、基準光吸収セル５を参照光４Ｂが通過する事によ
り、参照光４Ｂは周波数に応じた強度変調が加えられた
参照光５Ａとなる。すなわち基準光吸収セル５により参
照光５Ａは発振周波数周波数→強度変換が行われた強度
変調成分を有する。参照光５Ａは、受光器６で電気信号
に変換され出力信号６Ａを出力する。

【０００６】図４の１０は制御回路である。制御回路１
０は出力信号６Ａを入力とし、発振器３により同期を取
ることで、半導体レーザ１の発振周波数の基準光吸収セ
ル５の光吸収線の最大光吸収周波数からのずれを検出
し、半導体レーザ１の駆動電流を制御する事により半導
体レーザ１の発振周波数を常に基準光吸収セル５の光吸
収線の最大光吸収周波数に安定化する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来の技術において半
導体レーザ１から受光器６までは全て空間光にて構成さ
れるか、もしくは基準光吸収セル５の前までは、偏波保
存ファイバを使用して構成されていた。

【０００８】空間光で構成された場合は、製造時の軸合
せが難しくかつ機械的振動等による軸ずれを起こしやす
いという問題がある。

【０００９】また、偏波保存ファイバを使用して構成さ
れた場合には、ファイバ端面などによる微小な光反射に
より偏波干渉ノイズが発生し、受光器６で光を検出した
場合偏波干渉ノイズによる強度変調が観測され光吸収線
の最大光吸収周波数の限定が困難になり、また、偏波干
渉ノイズの形状が偏波保存ファイバのファイバフォーム
や周囲温度等により変化するため半導体レーザ１の周波
数安定度に悪影響を与える。

【００１０】この発明は、光学系に偏波保存ファイバを
使用する事により製造が容易で、機械的振動等に対して
安定であり、偏波保存ファイバを使用することにより発
生する偏波干渉ノイズを除去し、かつ偏波保存ファイバ
以外の複屈折性物質を周波数安定化光源に使用した場合
に発生する偏波干渉ノイズをも除去し、高安定な周波数
安定化光源を提供する事を目的とする。

【００１１】

【課題を解説するための手段】この目的を達成するため
に、この発明は、半導体レーザ１の出射光の周波数を基
準光吸収セル５の光吸収線に制御し安定化する周波数安
定化光源において、半導体レーザ１から基準光吸収セル
５までの光路および前記光路からの分岐先の全部または
一部に偏波保存ファイバを使用した場合、基準光吸収セ
ル５の直前に光分岐器４を配置し、光分岐器４の一方の
出力光は受光器７に入力され電気信号に変換され出力さ
れ、光分岐器４の他方の出力光は基準光吸収セル５を通
過した後受光器６に入力され電気信号に変換され出力さ
れ、受光器７の出力信号を入力とし所望の振幅に増幅す
る増幅器８を備え、増幅器８の出力を一方の入力とし、
受光器６の出力を他方の入力とする演算器９を備え、演
算器９により光分岐器４以前の光路および前記光路から
の分岐先内に存在する偏波保存ファイバによる偏波干渉
ノイズを除去し半導体レーザ１に帰還をかける事により
出射光の周波数を安定化する。また、半導体レーザ１か
ら基準光吸収セル５までの光路および前記光路からの分
岐先の一部に偏波保存ファイバ以外の複屈折性の性質を
有する物質を使用する。

【００１２】

【作用】この発明では、基準光吸収セルの直前に光分岐
器を配置する。光分岐器に入力する信号には、偏波干渉
ノイズによる強度変調が含まれている。光分岐器の一方
の出力光は受光器に入力され電気信号に変換して出力さ
れる。光分岐器の他方の出力光は基準光吸収セルを通過
し、基準光吸収セルにより所望の光吸収を受け受光器に
入力される。前記２つの受光器の出力にはそれぞれ偏波
干渉ノイズによる強度変調が含まれている。前者の受光
器の出力の振幅を所望の値に増幅し、後者の受光器の出
力から減算することで後者の受光器の出力から偏波干渉
ノイズによる強度変調成分を除去し、基準光吸収セルに
よる光吸収の成分のみを得る。

【００１３】

【実施例】次に、この発明による周波数安定化光源の実
施例を図を用いて説明する。

【００１４】図１は、この発明による実施例である。図
１の１は発振周波数1553μｍのＤＦＢ−半導体レーザで
あり、偏波保存ファイバ１１と一体構造となるような半
導体レーザモジュール１２とされ半導体レーザ１からの
出射光１Ａは偏波保存ファイバ１１を経て出射光１Ｂと
して出力される。図１の２は半導体レーザ１を駆動する
ためのドライバーである。図１の３は発振器である。発
振器３は、半導体レーザ１に直接電流変調を加えて半導
体レーザ１の発振周波数を掃引し、半導体レーザ１の出
射光の一部が基準光吸収セル５を通過する事で周波数安
定化に必要な信号を得るための物であり、半導体レーザ
１の出射光が周波数掃引されれば発振器３ではなく、外
部に周波数変調器を設ける等の他の方法によってもかま
わない。

【００１５】周波数変調を加え基準光吸収セル５から必
要な信号を得る。図１の４は、光分岐器でありビームス
プリッタを２個用いて偏波保存ファイバ１１からの出射
光１Ｂを出力光４Ａ、参照光４Ｂ、参照光４Ｃに分岐す
る。図１の５は基準光吸収セルであり、内部には基準物
質としてアセチレンガスが封入されている。

【００１６】図１の６は、受光器であり基準光吸収セル
５を通過した後の参照光５Ａを受け電気信号に変換し出
力信号６Ａを出力する。図１の７は受光器であり、参照
光４Ｃを受け電気信号に変換し出力信号７Ａを出力す
る。図１の８は増幅器であり、出力信号７Ａを所望の振
幅になるように調整し出力信号８Ａとして出力する。図
１の９は演算器であり出力信号６Ａと出力信号８Ａを入
力とし、出力信号６Ａから出力信号８Ａを減算し出力信
号９Ａとして出力する。図１の１０は制御回路であり、
出力信号９Ａを入力とし、発振器３からの同期信号によ
り同期を取りながら半導体レーザ１の発振周波数が常に
基準光吸収セル５の光吸収線の最大光吸収周波数に一致
するようにドライバー２の出力電流を調整する。

【００１７】次に、この発明による周波数安定化光源の
動作を図２および図３を用いて説明する。図２の２１は
基準光吸収セルの光吸収線の光吸収特性である。図３の
３１は発振器の信号でありこの実験では、のこぎり波で
示したがくり返し周期が一定であれば他の形状の信号で
もかまわない。発振器の信号３１により半導体レーザの
発振周波数ｆ0 は、△ｆの周波数変調が加えられる。３
２は、発振器の信号３１による半導体レーザの出射光の
周波数変化である。ただし簡単のために半導体レーザの
駆動電流と発振周波数の変化は発振器の信号３１で与え
られた振幅に対して線形に変化すると仮定した。３３
は、発振器の信号３１による半導体レーザの出射光の光
強度の変化である。

【００１８】半導体レーザからの出射光が偏波保存ファ
イバもしくは他の複屈折性物質を通過し、出射光が微小
な反射の影響を受けると３４のような偏波干渉ノイズが
重畳した信号となる。３４で示した信号を光分岐器を用
いて分岐すると分岐先の信号は光分岐器の分岐比に依存
して振幅が小さくなって表れるため３５のようになる。
光分岐器で分岐された信号３５の一つを基準光吸収セル
を通過させるとこの光は３２で示したように周波数変調
も有しているため図２に示した各周波数に対応した光吸
収を受けるため３６のような強度変調の信号となる。

【００１９】基準ガスセルを通過した信号３６を受光器
により電気信号に変換し、また光分岐器で分岐された光
である信号３５の一つを直接受光器で受け電気信号に変
換し所望の振幅となるように増幅する。前者の電気信号
から後者の電気信号を減算することで３７の様な偏波干
渉ノイズが除去された信号が得られ基準光吸収セルによ
る光吸収線の特性のみの信号が得られる。

【００２０】

【発明の効果】以上説明したようにこの発明の周波数安
定化光源では、偏波保存ファイバを使用する事により製
造を容易にし、機械的振動等による不具合を解消すると
共に、偏波保存ファイバが持つ複屈折性による偏波干渉
ノイズを除去し、また他の複屈折性物質を使用した場合
にも同様な効果を得る事により基準光吸収セルの光吸収
線の最大光吸収周波数に周波数安定化光源の発振周波数
を制御する。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明による周波数安定化光源の実施例によ
る構成図である。

【図２】基準光吸収セルの光吸収線の光吸収特性図であ
る。

【図３】この発明の動作を示す波形図である。

【図４】従来技術による周波数安定化光源の構成図であ
る。

【符号の説明】

１ 半導体レーザ ２ ドライバー ３ 発振器 ４ 光分岐器 ５ 基準光吸収セル ６ 受光器 ７ 受光器 ８ 増幅器 ９ 演算器 １０ 制御回路 １１ 偏波保存ファイバ １２ 半導体レーザモジュール

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体レーザ(1) の出射光の周波数を基
   準光吸収セル(5) の光吸収線に制御し安定化する周波数
   安定化光源において、 半導体レーザ(1) から基準光吸収セル(5) までの光路お
   よび前記光路からの分岐先の全部または一部に偏波保存
   ファイバを使用した場合、 基準光吸収セル(5) の直前に光分岐器(4) を配置し、 光分岐器(4) の一方の出力光は受光器(7) に入力され電
   気信号に変換され出力され、 光分岐器(4) の他方の出力光は基準光吸収セル(5) を通
   過した後受光器(6)に入力され電気信号に変換され出力
   され、 受光器(7) の出力信号を入力とし所望の振幅に増幅する
   増幅器(8) を備え、 増幅器(8) の出力を一方の入力とし、受光器(6) の出力
   を他方の入力とする演算器(9) を備え、 演算器(9) により光分岐器(4) 以前の光路および前記光
   路からの分岐先内に存在する偏波保存ファイバによる偏
   波干渉ノイズを除去し半導体レーザ(1) に帰還をかける
   事により出射光の周波数を安定化することを特徴とする
   周波数安定化光源。
2. 【請求項２】 半導体レーザ(1) から基準光吸収セル
   (5) までの光路および前記光路からの分岐先の一部に偏
   波保存ファイバ以外の複屈折性の性質を有する物質を使
   用した請求項１記載の周波数安定化光源。