JPH1079544A - 波長安定化光源及び原子共鳴器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 原子共鳴器の共鳴吸収を利用してレーザ・ダ
イオードの発振波長を安定化する波長安定化光源に関
し、原子共鳴器の特定の吸収線に確実に引き込まれる波
長安定化光源を提供する。 【解決手段】 レーザ・ダイオードの発振波長を制御す
る波長安定化光源において、原子共鳴器を構成する共鳴
セルを通過した該レーザ・ダイオードの出力光の、該共
鳴セルの吸収線に等しい波長の光のレベルに比例した電
気信号によって、該共鳴セルの複数の吸収線の所定の吸
収線の波長に引込みが行なわれたか否かを判定し、所定
の吸収線に引込みが行なわれていないと判定された場合
には、電圧が変化する回路の出力電圧を変化せしめて、
該電圧が変化する回路の出力電圧によって該レーザ・ダ
イオードの発振波長を制御し、所定の吸収線に引込みが
行なわれていると判定された場合には、該電圧が変化す
る回路の出力電圧を固定し、該固定された電圧と前記制
御信号を加算した電圧によって該レーザ・ダイオードの
発振波長を制御する

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、原子共鳴器の共鳴
吸収を利用してレーザ・ダイオードの発振波長を安定化
する波長安定化光源に係り、特に、原子共鳴器の特定の
吸収線の波長にレーザ・ダイオードの発振波長を確実に
引き込むことができる波長安定化光源に関する。

【０００２】光通信においては、光源が出力する光の強
度を通信データによって変調する強度変調方式が主流で
ある。強度変調方式においては、光源の波長が単一の場
合には、光源の波長の確度には厳しい要求はされない。

【０００３】しかし、光源の波長を複数にして、各々の
光源が出力する光の強度を異なる通信データによって強
度変調して同一の光ファイバを用いて多重通信を行なう
波長多重通信方式においては、複数の光源の波長には、
互いに干渉しないように比較的高い波長安定度が要求さ
れる。

【０００４】更に、光コヒーレント通信方式の場合に
は、キャリアとなる光源の出力光の波長が送受間におい
て同期（一致）している必要がある。従って、光コヒー
レント通信方式に適用される光源の波長は極めて安定性
が高くなければならない。

【０００５】本発明は、光通信に使用される光源の波長
安定度の向上に対する要請に応えるものである。

【０００６】

【従来の技術】図１９は、従来の波長安定化光源の構成
（その１）である。図１９において、１は発振波長を安
定化されるレーザ・ダイオード、２は該レーザ・ダイオ
ードに電流を供給するレーザ駆動回路、３はレーザ・ダ
イオードの駆動電流を制御する信号を生成するための低
周波発振器、４ａはルビジウム原子のエネルギー準位間
の遷移を利用する原子共鳴器、５は該原子共鳴器を通過
してくる光を検出する第一の光検出回路、６は該第一の
光検出回路の出力信号を前記低周波発振器の出力によっ
て検波する同期検波回路、７は前記原子共鳴器の温度制
御を行なう第一の温度制御回路、９は前記同期検波回路
の出力によって前記レーザ駆動回路の電流を制御する波
長制御回路、１７はレーザ・ダイオードの出力が所定の
値になり、且つ、原子共鳴器の温度が所定の値になった
時に出力される起動信号を受けて帰還路を閉じる第二の
スイッチ、１９はレーザ・ダイオードが出力する光を、
原子共鳴器に導く光と波長安定化光源の出力光に分離す
るハーフ・ミラーである。

【０００７】尚、通常レーザ・ダイオードの発振波長は
約１．５μであり、通常ルビジウム原子を封入した原子
共鳴器の吸収波長は約０．７５μであるので、レーザ・
ダイオードの波長を１／２にして原子共鳴器に供給しな
いと共鳴現象は起こらない。この意味で、図１９のレー
ザ・ダイオード１は発振波長を１／２にする、即ち、発
振周波数を２倍にするＳＨＧ（Second Harmonic Genera
tor)を内蔵しているものとする。そして、以降の全ての
波長安定化光源の構成においても、いちいちはことわら
ないが、レーザ・ダイオードがＳＨＧを内蔵しているも
のとする。

【０００８】ここで、原子共鳴器の基本構成を図２０に
示す。通常、原子共鳴器は円筒形であり、図２０は原子
共鳴器の中心軸を含む面における断面図である。図２０
において、４１はルビジウム原子を封入した共鳴セル、
４２ａは該共鳴セルを収容したキャビティ、４３ａはル
ビジウム原子の共鳴周波数を調整する磁界を生成するコ
イル、５は図１９の構成における第一の光検出回路であ
る。又、Ａはレーザ・ダイオードから原子共鳴器に供給
される光、Ｂは該原子共鳴器から出力される光である。
ここで、コイルはキャビティを周回するように巻かれ
ているが、図２０においてキャビティの上側では×印が
記入され、キャビティの下側では・印が記入されている
のは電気工学における通常の表現方法で、×印は紙面の
上から下に向かって流れる電流を意味し、・印は紙面の
下から上に向かって流れる電流を意味し、×印と・印の
組合せによってキャビティを周回するように電流が流れ
ることを意味する。

【０００９】尚、図２０のように、キャビティの周囲に
コイルが一様に巻かれている場合、それによる磁界の強
さの例を図２３に示す。コイルが巻かれている長さがキ
ャビティの長さにほぼ対応するが、キャビティの長さの
中で磁界の強度はほぼ±２５％以内になり、実用的に許
容できる磁界強度分布が実現される。

【００１０】まず、原子共鳴器の動作について説明す
る。原子共鳴器には，主としてルビジウム原子⁸⁷Ｒｂが
封入されている。ここに、レーザ・ダイオードの出力光
（先に説明した如く、正確には、レーザ・ダイオードの
発振波長を１／２にして出力する光である。以下におい
ても、表現の煩雑化を避けるために、上記の表現を使用
する。）を供給する。

【００１１】今、レーザ・ダイオードの発振波長を広範
囲で掃引できるものとすれば、レーザ・ダイオードの発
振波長が共鳴セルの共鳴線から遠く離れている時には、
レーザ・ダイオードの出力光は共鳴セルの共鳴線の影響
を受けないで原子共鳴器から出力される。

【００１２】一方、レーザ・ダイオードの発振波長が共
鳴セルの吸収線の波長に一致すると、封入されているル
ビジウム原子は最も効率よく所定のエネルギー準位に励
起され、再び基底準位に遷移する。従って、レーザ・ダ
イオードの出力光は、最も効率よく共鳴セルにエネルギ
ーを吸収され、原子共鳴器を通過するレーザ・ダイオー
ドの出力光のレベルは最低になる。

【００１３】そして、レーザ・ダイオードの発振波長が
共鳴セルの吸収線の波長に一致していないが、その近傍
にある時には、原子共鳴器を通過するレーザ・ダイオー
ドの出力光のレベルは、共鳴吸収の効率が悪いために吸
収線の波長に一致した時より高く、吸収線の波長から遠
く離れている時より低くなる。

【００１４】従って、レーザ・ダイオードの発振波長に
対する共鳴セルの吸収特性は図２１の左の座標に描かれ
ている曲線Ｄのように，ディップを有する曲線になる。
次に、レーザ・ダイオードの発振波長に対する共鳴セル
の吸収特性が共鳴セルの吸収線においてディップするこ
とを利用した、レーザ・ダイオードの発振波長の制御方
式について、図１９と図２１を用いて説明する。

【００１５】図１９に示したように、低周波発振器の出
力信号をレーザ駆動回路に供給して、レーザ・ダイオー
ドのバイアス電流に低周波信号を重畳している。レーザ
・ダイオードのバイアス電流に低周波信号を重畳するこ
とによって、レーザ・ダイオードの発振波長は変調を受
け、低周波信号の振幅変化に応じて発振波長が変わる。
これが、図２１のＥによって表現されている。

【００１６】レーザ・ダイオードの発振波長が低周波信
号によって変化するため、共鳴セル中おける吸収の効率
が変わるので、原子共鳴器を通過する光のレベルも変わ
る。従って、第一の光検出回路の出力も該低周波信号の
振幅変化に応じて変わる。

【００１７】まず、レーザ・ダイオードの発振波長が吸
収線の波長λ₀ に等しい場合には、低周波信号で変調さ
れたレーザ・ダイオードの発振波長は共鳴セルの吸収特
性のディップの底付近で変化するので、第一の光検出回
路の出力信号は図２１のＦに示すように、該低周波信号
を全波整流したような波形になる。

【００１８】次に、レーザ・ダイオードの発振波長が共
鳴セルの吸収線の波長λ₀ より長い場合には、低周波信
号で変調されたレーザ・ダイオードの発振波長はディッ
プの右側の立ち上がり部で変化するので、第一の光検出
回路の出力信号は図２１のＧに示すように、該低周波信
号と同じ位相で変化する。

【００１９】一方、レーザ・ダイオードの発振波長が共
鳴セルの吸収線の波長λ₀ より短い場合には、低周波信
号で変調されたレーザ・ダイオードの発振波長はディッ
プの左側の立ち下がり部で変化するので、第一の光検出
回路の出力信号は図２１のＨに示すように、該低周波信
号と逆の位相で変化する。

【００２０】このような第一の光検出回路の出力信号と
低周波信号とを同期検波回路に導いて同期検波する。こ
れは、原理的には、第一の光検出回路の出力信号のゼロ
・クロシングと低周波信号のゼロ・クロシングの位相を
合わせて、両者の積をとるのと等価であるから、レーザ
・ダイオードの発振波長が共鳴セルの吸収線の波長λ ₀
に等しい場合には同期検波回路の出力はゼロになり、レ
ーザ・ダイオードの発振波長が共鳴セルの吸収線の波長
λ₀ より長い場合には同期検波回路の出力は正になり、
レーザ・ダイオードの発振波長が共鳴セルの吸収線の波
長λ₀ より短い場合には同期検波回路の出力は負にな
る。これを図２１の右側の座標に示している。

【００２１】この同期検波回路の出力を制御信号とし
て、図１９の波長制御回路に供給し、比例制御、積分制
御、微分制御及びこれらの組合せ制御によってレーザ駆
動回路に供給する信号を生成して、レーザ・ダイオード
のバイアス電流を制御する。

【００２２】即ち、原子共鳴器、第一の光検出回路、同
期検波回路、波長制御回路、レーザ駆動回路を経由し
て、レーザ・ダイオードの発振波長に帰還がかけられ
て、レーザ・ダイオードの発振波長が吸収線の波長λ₀
に等しくなるように制御されて安定化される。

【００２３】ところで、レーザ・ダイオードの発振波長
が原子共鳴器を構成する共鳴セルの吸収特性のディップ
を外れた波長にある場合には、同期検波回路の出力は零
となる。即ち、レーザ・ダイオードの発振波長が共鳴セ
ルの吸収線の波長λ₀ に等しくないにもかかわらず、レ
ーザ・ダイオードの発振波長を共鳴セルの吸収線の波長
に等しくなるように制御する作用が働かないし、共鳴セ
ルの吸収線の波長も所定の波長ではない。このような不
安定な状態で吸収動作をさせても無意味なので、レーザ
・ダイオードの発振出力が所定の値になり（発振出力が
所定の値になれば、発振波長も所定値近傍の波長にな
る。）、且つ、原子共鳴器の温度が所定の値になった時
（温度が所定の値になれば、吸収線の波長が所定値にな
る。）に初めて負帰還ループを閉じるという方法を採用
する。図１９における第二のスイッチはこのために設け
られており、該第二のスイッチを制御する起動信号はレ
ーザ・ダイオードの発振出力が所定の値になり、且つ、
原子共鳴器の温度が所定の値になった時に出力される信
号である。

【００２４】図２２は、従来の波長安定化光源（その
２）である。図２２において、１は発振波長を安定化さ
れるレーザ・ダイオード、２は該レーザ・ダイオードに
電流を供給するレーザ駆動回路、３はレーザ・ダイオー
ドの駆動電流を制御する信号を生成するための低周波発
振器、４ａはルビジウム原子のエネルギー準位間の遷移
を利用する原子共鳴器、５は該原子共鳴器を通過してく
る光を検出する第一の光検出回路、６は該第一の光検出
回路の出力信号を前記低周波発振器の出力によって検波
する同期検波回路、７は前記ルビジウム原子共鳴器の温
度制御を行なう第一の温度制御回路、８はレーザ・ダイ
オードの温度を制御する第二の温度制御回路、９は前記
同期検波回路の出力によって前記レーザ駆動回路の電流
を制御する波長制御回路、１７はレーザ・ダイオードの
発振出力が所定の値になり、且つ、原子共鳴器の温度が
所定の値になった時に出力される起動信号によって閉じ
られる第二のスイッチ、１９はレーザ・ダイオードが出
力する光を、原子共鳴器に導く光と波長安定化光源の出
力光に分離するハーフ・ミラーである。

【００２５】図２２の構成において、原子共鳴器の動
作、低周波発振器の出力信号によってレーザ・ダイオー
ドの発振周波数を変調すること、同期検波回路の動作及
び第一のスイッチの役割は、図１９の構成の場合と全く
同じである。

【００２６】図２２の構成が図１９の構成と異なるの
は、同期検波回路の出力を波長制御回路を介して第二の
温度制御回路に供給している点であるが、レーザ・ダイ
オードの発振波長はレーザ・ダイオードの温度によって
も制御できるので、図２２の構成によってレーザ・ダイ
オードの発振波長を安定化できることは、図１９の構成
の場合と全く同じである。

【００２７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、問題が一つあ
る。それは、原子共鳴器を構成する共鳴セルの吸収線が
１本ではなく、安定化されるべきレーザ・ダイオードの
発振波長がドリフトする範囲より狭い波長の範囲に複数
の吸収線が存在することである。

【００２８】図１８は、主として⁸⁷Ｒｂを封入した共鳴
セルの吸収特性を示す図であるが、図１８において
（１）から（４）の番号を付した４本の吸収線が波長差
１３ｐｍ（ｐｍ＝１０^-12 ｍ）の間に存在する。

【００２９】一方、特定のレーザ・ダイオードの発振波
長のドリフト量は、温度に対しては０．１ｎｍ／℃（ｎ
ｍ＝１０^-9ｍ）であり、又、駆動電流に対しては０．０
１ｎｍ／ｍＡ）である。

【００３０】従って、温度が１℃変化するだけで、レー
ザ・ダイオードの発振波長は共鳴セルの複数の吸収線の
範囲より広い変化をするし、駆動電流が約１ｍＡ変化す
ると、レーザ・ダイオードの発振波長は原子共鳴器の４
本の吸収線の範囲と同程度の波長範囲で変化をする。こ
のため、レーザ・ダイオードの発振波長が４本の吸収線
のうち所定の吸収線の波長と等しくなるように予め設定
していても、第二の温度制御回路の温度制御電圧や、レ
ーザ駆動回路のバイアス電圧がドリフトしたり、レーザ
・ダイオード自体の特性がドリフトすれば、レーザ・ダ
イオードの発振波長もそれに応じてドリフトして、所定
の吸収線とは異なる吸収線の波長に引込まれて安定化さ
れる恐れがある。

【００３１】もし、図１８に示した主として⁸⁷Ｒｂを封
入した共鳴セルの吸収線の内（４）の吸収線に安定化す
る設定であったものが、（１）の吸収線に安定化された
とすると、約７ＧＨｚの周波数誤差生ずることになる。

【００３２】光コヒーレント通信方式において、４ＭＨ
ｚ帯域の画像換算で約１，０００チャネル分の情報を伝
送する場合に送受のキャリア光の周波数に約７ＧＨｚの
誤差があれば、この画像伝送は不可能になる。

【００３３】本発明は、かかる問題に鑑み、原子共鳴器
の共鳴吸収を利用してレーザ・ダイオードの発振波長を
安定化する波長安定化光源において、原子共鳴器の特定
の吸収線の波長に確実に引き込まれる波長安定化光源を
提供することを目的とする。

【００３４】

【課題を解決するための手段】さて、原子共鳴器を通過
した、共鳴セルの吸収線の波長に等しい波長の光のレベ
ルは、各々の吸収線について固有の値をとる。

【００３５】この性質を利用した本発明の第一の手段
は、原子共鳴器を通過する光の、共鳴セルの吸収線にお
けるレベルによって引込み波長が所定の波長に等しいか
否かを判定し、引込み波長が所定の波長に等しくない時
には、変化する電圧を出力せしめてレーザ・ダイオード
の発振波長を制御し、引込み波長が所定の波長に等しく
なった時には該変化する電圧をその時の電圧に固定し、
該固定された電圧と波長制御回路の出力電圧とを加算し
た電圧によってレーザ・ダイオードの発振波長を制御す
る技術である。

【００３６】本発明の第一の手段によれば、起動された
波長安定化光源が共鳴セルの複数の吸収線のうち所定の
波長の吸収線に引き込まれているか否かを判定すること
ができ、所定の波長に引き込まれていない時には、変化
する電圧を出力せしめてレーザ・ダイオードの発振波長
を制御するので、レーザ・ダイオードの発振波長は所定
の波長に一致するようにできる。

【００３７】レーザ・ダイオードの発振波長が所定の波
長に引き込まれた時には、該変化する電圧が固定され、
波長制御回路の出力電圧と加算されてレーザ・ダイオー
ドの発振波長の制御を行なう。

【００３８】ところで、レーザ・ダイオードの発振波長
は複数の吸収線のどれかに引き込まれているので、波長
制御回路の出力電圧はゼロ近傍になっている。今、レー
ザ・ダイオードの発振波長が所定の波長に引き込まれた
ことが確認される前のレーザ・ダイオードの発振波長を
制御する電圧は上記変化する電圧を固定した電圧であ
り、レーザ・ダイオードの発振波長が所定の波長に引き
込まれたことが確認された後のレーザ・ダイオードの発
振波長を制御する電圧は、上記変化する電圧を固定した
電圧と該波長制御回路のゼロ近傍の出力電圧との和の電
圧である。

【００３９】従って、レーザ・ダイオードの発振波長が
所定の波長に引き込まれたことが確認される前後のレー
ザ・ダイオードの発振波長を制御する電圧は、ほぼ等し
い値になり、レーザ・ダイオードの発振波長が所定の波
長に引き込まれたことが確認される前後においてレーザ
・ダイオードの発振波長の変化は無視できる。

【００４０】これによって、レーザ・ダイオードの発振
波長の所定の波長への引込みが確立され、以降は波長制
御回路の出力電圧の変化によってレーザ・ダイオードの
発振波長が一定に制御されるようになる。

【００４１】又、原子共鳴器を構成する共鳴セルの側面
からは、レーザ・ダイオードの出力光によって所定の準
位に励起されたルビジウム原子が基底準位に遷移する時
に放出する自然放出光が放射される。この自然放出光の
レベルは、各々の吸収線について固有の値をとる。

【００４２】この性質を利用した本発明の第二の手段
は、共鳴セルの側面から放射される自然放出光のレベル
によって引込み波長が所定の波長に等しいか否かを判定
し、引込み波長が所定の波長に等しくない時には、変化
する電圧を出力せしめてレーザ・ダイオードの発振波長
を制御し、引込み波長が所定の波長に等しくなった時に
は該変化する電圧をその時の電圧に固定し、該固定され
た電圧と波長制御回路の出力電圧とを加算した電圧によ
ってレーザ・ダイオードの発振波長を制御する技術であ
る。

【００４３】本発明の第二の手段によれば、起動された
波長安定化光源が原子共鳴器の複数の吸収線のうち所定
の波長の吸収線に引き込まれているか否かを判定するこ
とができ、所定の波長に引き込まれていない時には、変
化する電圧を出力せしめてレーザ・ダイオードの発振波
長を制御するので、レーザ・ダイオードの発振波長が所
定の波長に一致するようにできる。

【００４４】レーザ・ダイオードの発振波長が所定の波
長に引き込まれた時には、該変化する電圧が固定され、
波長制御回路の出力電圧と加算されてレーザ・ダイオー
ドの発振波長の制御を行なう。

【００４５】ところで、レーザ・ダイオードの発振波長
は複数の吸収線のどれかに引き込まれているので、波長
制御回路の出力電圧はゼロ近傍になっている。従って、
レーザ・ダイオードの発振波長が所定の波長に引き込ま
れたことが確認される前後においてレーザ・ダイオード
の発振波長を制御する電圧はほぼ等しくなり、レーザ・
ダイオードの発振波長が所定の波長に引き込まれたこと
が確認される前後においてレーザ・ダイオードの発振波
長の変化は無視できる。

【００４６】これによって、レーザ・ダイオードの発振
波長の所定の波長への引込みが確立され、以降は波長制
御回路の出力電圧の変化によってレーザ・ダイオードの
発振波長が一定に制御されるようになる。

【００４７】更に、共鳴セルの吸収線における共鳴セル
を通過する光のレベルと、共鳴セルの側面から放射され
る自然放出光のレベルとの比も、当然、各々の吸収線に
ついて固有の値をとる。

【００４８】この性質を利用した本発明の第三の手段
は、共鳴セルの側面から放射される自然放出光の共鳴セ
ルの吸収線におけるレベルと共鳴セルを通過する光の吸
収線におけるレベルとの比によって引込み波長が所定の
波長に等しいか否かを判定し、引込み波長が所定の波長
に等しくない時には、変化する電圧を出力せしめてレー
ザ・ダイオードの発振波長を制御し、引込み波長が所定
の波長に等しくなった時には該変化する電圧をその時の
電圧に固定し、該固定された電圧と波長制御回路の出力
電圧とを加算した電圧によってレーザ・ダイオードの発
振波長を制御する技術である。

【００４９】本発明の第三の手段によれば、起動された
波長安定化光源が原子共鳴器の複数の吸収線のうち所定
の波長の吸収線に引き込まれているか否かを判定するこ
とができ、所定の波長に引き込まれていない時には、変
化する電圧を出力せしめてレーザ・ダイオードの発振波
長を制御するので、レーザ・ダイオードの発振波長が変
化させられて、所定の波長に一致する。

【００５０】レーザ・ダイオードの発振波長が所定の波
長に引き込まれて一致した時には、該変化する電圧が固
定され、波長制御回路の出力電圧と加算されてレーザ・
ダイオードの発振波長の制御を行なう。

【００５１】ところで、レーザ・ダイオードの発振波長
は複数の吸収線のどれかに引き込まれているので、波長
制御回路の出力電圧はゼロ近傍になっている。従って、
レーザ・ダイオードの発振波長が所定の波長に引き込ま
れたことが確認される前後においてレーザ・ダイオード
の発振波長を制御する電圧はほぼ等しくなり、レーザ・
ダイオードの発振波長が所定の波長に引き込まれたこと
が確認される前後においてレーザ・ダイオードの発振波
長の変化は無視できる。

【００５２】これによって、レーザ・ダイオードの発振
波長の所定の波長への引込みが確立され、以降は波長制
御回路の出力電圧の変化によってレーザ・ダイオードの
発振波長が一定に制御されるようになる。

【００５３】上記のように、波長安定化光源の波長を所
定の波長に一致させて安定化する手段は大きく分けて三
つあるが、上記の各々について複数の変形もありうる。
それらも含めて、発明の実施の形態において本発明の技
術を詳述する。

【００５４】更に、本発明の第四の手段は、キャビティ
の側面に穴をあけて、自然放出光を検出することができ
るようにした原子共鳴器の構成である。本発明の第四の
手段によれば、自然放出光を検出することが可能になる
ので、本発明の第二の手段及び本発明の第三の手段の実
現が可能になる。

【００５５】

【発明の実施の形態】図１６は、共鳴セルの出力光で、
単一の吸収線についてのみ表現したものである。

【００５６】図１６において、（イ）は共鳴セルの通過
光で、レーザ・ダイオードの出力光の波長を掃引する
と、共鳴セルの吸収線の波長の近傍でディップする。そ
のディップした底のレベル、即ち吸収線の波長に等しい
波長のレベルＬ₁ は、各々の吸収線について固有の値を
とる。

【００５７】図１６において、（ロ）は共鳴セルの側面
から放射される自然放出光で、共鳴セルの吸収線の近傍
の波長の光で形成されており、そのピークレベルＬ
₂ は、各々の吸収線について固有の値をとる。

【００５８】従って、共鳴セルの通過光の吸収線に等し
い波長のレベルＬ₁ と、共鳴セルの側面から放射される
自然放出光の吸収線におけるレベルＬ₂ との比もまた、
各々の吸収線について固有の値をとる。

【００５９】以下において本発明の技術について詳述す
るが、先ず、共鳴セルの通過光の吸収線に等しい波長の
レベルＬ₁ が各々の吸収線について固有の値をとる性質
を利用した技術について述べる。

【００６０】図１は、本発明の波長安定化光源の構成
（その１−１）である。図１において、１は発振波長を
安定化されるレーザ・ダイオード、２は該レーザ・ダイ
オードに電流を供給するレーザ駆動回路、３はレーザ・
ダイオードの駆動電流を制御する信号を生成するための
低周波発振器、４はルビジウム原子のエネルギー準位間
の遷移を利用する原子共鳴器、５は該原子共鳴器を通過
してくる光を検出する第一の光検出回路、６は該第一の
光検出回路の出力信号を前記低周波発振器の出力によっ
て検波する同期検波回路、７は前記ルビジウム原子共鳴
器の温度制御を行なう第一の温度制御回路、９は同期検
波回路の出力によって前記レーザ駆動回路の電流を制御
する波長制御回路、１０は共鳴セルの通過光の吸収線に
おけるレベルによって、複数の吸収線のうち所定の吸収
線に引き込まれているか否かを判定する引込み波長判定
回路、１１は変化する電圧を生成する電圧掃引回路、１
３は電圧加算回路、１４は該電圧加算回路の出力と該電
圧掃引回路の出力とを切り替える第一のスイッチ、１６
は該第一のスイッチを制御するスイッチ制御回路、１９
はレーザ・ダイオードが出力する光を、原子共鳴器に導
く光と波長安定化光源の出力光に分離するハーフ・ミラ
ーである。

【００６１】図１は、図１９に示した従来の波長安定化
光源（その１）に対して、引込み波長判定回路、電圧掃
引回路、電圧加算回路、第一のスイッチ及びスイッチ制
御回路を付加して、複数の吸収線のうち所定の吸収線に
必ず引き込まれるようにしたものである。

【００６２】この波長安定化光源は、次のように動作す
る。即ち、初期状態では前記スイッチ制御回路が出力す
るスイッチ制御信号によって、前記第一のスイッチは前
記電圧加算回路側を選択し、前記同期検波回路が出力す
る引込み検出信号によって前記電圧掃引回路が電圧をゼ
ロに固定する。引込み検出信号によって電圧掃引回路の
出力をゼロに固定するのは、初期の引込み動作中に電圧
掃引回路から掃引電圧が出力されて、初期の引込みに支
障が生ずるのを防止するためである。尚、電圧掃引回路
の出力をゼロに固定又は解放することは、電圧掃引回路
の出力点にスイッチを設けて、引込み検出信号によって
該スイッチを制御すればよい。

【００６３】この状態では図１９の波長安定化光源の構
成と同じになり、既に説明したようにレーザ・ダイオー
ドの発振波長は原子共鳴器を構成する共鳴セルの吸収線
の波長に引き込まれる。

【００６４】引込みが完了した時に、該引込み検出信号
が該電圧掃引回路の出力をゼロから解放する。この時、
レーザ・ダイオードの発振波長が共鳴セルの所定の吸収
線に引込みが行なわれていない時には、該スイッチ制御
回路が該第一のスイッチに前記電圧掃引回路側を選択さ
せ、該引込み波長判定信号が該電圧掃引回路に掃引を開
始させると同時に、該引込み波長判定信号が前記同期検
波回路からの引込み検出信号の出力を引込み状態と同じ
に固定する。これで、該電圧掃引回路の出力がレーザ駆
動回路に供給されるので、レーザ・ダイオードの発振波
長が変化する。

【００６５】尚、引込み波長判定信号によって引込み検
出信号の出力を引込み状態と同じに固定するのは、レー
ザ・ダイオードの発振波長を或る吸収線から別の吸収線
に変化させる間に引込み検出信号が引込み状態ではない
ことを示すことがありうるが、これによって電圧掃引回
路の出力がゼロに固定されて、レーザ・ダイオードの波
長を変化させられなくなるのを防止するためである。こ
れを具体的に実現するには、同期検波回路の引込み検出
信号の出力端に、引込み検出信号と引込み波長判定信号
の論理積をとることができる回路を設けておけばよい。

【００６６】こうして、該レーザ・ダイオードの発振波
長が所定の吸収線の波長に等しくなると、該引込み波長
判定回路が出力する引込み波長判定信号が該電圧掃引回
路の出力電圧を固定する。引込み波長判定信号によって
電圧掃引回路の出力を固定するには、例えば、掃引出力
電圧を格納しているＲＯＭのアドレスを指定するカウン
タに供給するクロックを引込み波長判定信号によって止
めればよい。そして、これと同時に前記引込み検出信号
を固定から解除し、又、該スイッチ制御回路が該第一の
スイッチを該電圧加算回路側に切り替える。

【００６７】この時には、レーザ・ダイオードの発振波
長は所定の吸収線の波長に等しくなっているので、波長
制御回路の出力電圧は、ほぼゼロになっている。従っ
て、レーザ・ダイオードの発振波長が所定の吸収線に等
しくなったと判定される前後において、レーザ駆動回路
に供給される電圧はほぼ等しい。このため、レーザ・ダ
イオードの発振波長が所定の吸収線に等しくなったと判
定される前後において、レーザ・ダイオードの発振波長
の変化は無視できる程度である。

【００６８】従って、上記の制御によって、レーザ・ダ
イオードの発振波長の所定の吸収線の波長への引込みが
確立される。即ち、レーザ・ダイオードの発振波長は、
所定の吸収線の波長に等しくなり、レーザ・ダイオード
の発振波長はその波長に固定されることになり、本発明
の課題が解決される。

【００６９】図２は、図１の構成における、引込み波長
判定回路の構成例と動作を示す図である。引込み波長判
定回路の構成例を示す図２（イ）において、１０１は第
一の光検出回路の出力Ｖ_d と所定の基準電圧Ｖ_r の差の
電圧Ｖ_d −Ｖ_r を生成する差動増幅器、１０２は所定の
電圧Ｖ_r を出力する第一の基準電圧源、１０３は該差動
増幅器の出力と所定の誤差電圧Ｖ_e の大小を比較する第
一の比較器、１０４は該差動増幅器の出力と所定の誤差
電圧−Ｖ_e の大小を比較する第二の比較器、１０５は所
定の誤差電圧Ｖ_e を出力する第二の基準電圧源、１０６
は所定の誤差電圧−Ｖ_e を出力する第三の基準電圧源、
１０７は該第一の比較器と該第二の比較器の出力の論理
和を演算する論理和回路である。

【００７０】図２（ロ）の動作に示す如く、第一の比較
器は、該差動増幅器の出力Ｖ_d −Ｖ _r が誤差電圧Ｖ_e よ
り大きい時に“１”を出力し、該差動増幅器の出力Ｖ_d
−Ｖ _r が誤差電圧Ｖ_e より小さい時に“０”を出力す
る。一方、第二の比較器は、該差動増幅器の出力Ｖ_d −
Ｖ_r が誤差電圧−Ｖ_e より小さい時に“１”を出力し、
該差動増幅器の出力Ｖ_d −Ｖ_r が誤差電圧−Ｖ_e より大
きい時に“０”を出力する。

【００７１】従って、論理和回路は、該差動増幅器の出
力Ｖ_d −Ｖ_r が誤差電圧−Ｖ_e より小さい時と、該差動
増幅器の出力Ｖ_d −Ｖ_r が誤差電圧Ｖ_e より大きい時に
“１”を出力し、該差動増幅器の出力Ｖ_d −Ｖ_r が誤差
電圧−Ｖ_e より大きくて、誤差電圧Ｖ_e より小さい範囲
で“０”を出力する。

【００７２】即ち、図２の引込み波長判定回路はウィン
ドウ・コンパレータになっており、第一の光検出回路の
出力が、所定の吸収線に対応するレベルに対して誤差が
大きい場合には“１”を出力して電圧掃引回路の出力電
圧を変化せしめると同時に、スイッチ制御回路に“１”
を供給し、第一の光検出回路の出力が、所定の吸収線に
対応するレベルに対して誤差が小さい場合には“０”を
出力して電圧掃引回路の出力電圧を固定させると同時
に、スイッチ制御回路に“１”を供給する。

【００７３】図３は、図１の構成におけるスイッチ制御
回路の構成例である。図３において、１６１は２：１セ
レクタ、１６２は起動信号を微分する微分回路、１６３
及び１６４は論理反転回路、１６５は論理和回路、１６
６は論理積回路、１６７は論理和回路である。

【００７４】尚、該微分回路が出力するパルスの幅は、
同期検波回路の動作遅延時間より長く、同期検波回路が
引込みを検出する時間より短く設定しておくとよい。図
３に示す如く、スイッチ制御回路は３種類の入力信号を
論理処理して、第一のスイッチを制御するスイッチ制御
信号を出力する。

【００７５】スイッチ制御回路に入力される第一の信号
は、レーザ・ダイオードが所定のレベルを出力し、且
つ、共鳴セルが所定の温度に達した時に出力される起動
信号である。その第二の信号は、同期検波回路が引込み
を検出して出力する引込み検出信号である。その第三の
信号は、引込み波長判定回路が出力する引込み波長判定
信号である。

【００７６】その内、起動信号は微分された後に論理和
回路１６５に供給される。又、引込み検出信号は論理和
回路１６５と論理反転回路１６３を介して論理積回路に
供給される。更に、引込み波長判定信号は論理反転回路
１６４を介して論理積回路に供給される。そして、論理
和回路１６５の出力と論理積回路の出力は論理和回路１
６７に供給され、該論理和回路１６７の出力は２：１セ
レクタの選択信号端子に供給される。

【００７７】一方、２：１セレクタの一方の入力端子
（この端子は、選択信号が“１”の時に選択される端子
である。）は論理レベル“１”に固定されており、該
２：１セレクタのもう一方の入力端子（この端子は、選
択信号が“０”の時に選択される端子である。）は論理
レベル“０”に固定されている。

【００７８】さて、起動信号は、起動がかかった時に
“１”、起動がかかっていない時に“０”であるものと
する。又、引込み検出信号は、引込み状態ではない時に
“１”、引込み後に“０”であるものとする。更に、引
込み波長判定信号は、所定の波長に引き込まれていない
時に“１”、所定の波長に引き込まれた時に“０”であ
るものとする。

【００７９】そうすると、起動がかかった直後と、同期
検波回路が引込み検出をする前と、引込み検出がされて
且つ所定の波長に一致していると判定された時に２：１
セレクタは“１”を出力する。又、引込みが検出されて
も、所定の波長に一致していない場合には、微分パルス
の幅が引込み時間より短いことを考慮すると、該２：１
セレクタは“０”を出力する。

【００８０】このスイッチ制御回路を図１の構成に適用
し、スイッチ制御信号の“１”によって電圧加算回路の
出力を選択し、スイッチ制御信号の“０”によって電圧
掃引回路の出力を選択するように前記第一のスイッチを
構成すれば（これは、２：１セレクタを使用すれば容易
に実現できることである。）、起動がかかった直後から
引込み検出がされる迄は該第一のスイッチは電圧加算回
路の出力を選択するので、図１の構成は引込み動作を行
なう。

【００８１】次に、引込みが検出されても、所定の波長
に引き込まれていない時には、該第一のスイッチは電圧
掃引回路の出力を選択するので、レーザ・ダイオードの
波長に制御がかかるようになる。

【００８２】そして、レーザ・ダイオードの波長が所定
の吸収線の波長に等しくなると、該第一のスイッチは再
び該電圧加算回路の出力を選択する。この時には、電圧
掃引回路の出力電圧は引込み波長判定回路の出力によっ
て固定されており、波長制御回路の出力電圧はほぼゼロ
になっているので、この切替えによってレーザ・ダイオ
ードの波長制御は擾乱を殆ど受けない。故に、レーザ・
ダイオードの発振波長は、所定の吸収線の波長に一致
し、以降は波長制御回路の出力電圧によって発振波長が
一定に保たれるようになる。

【００８３】図４は、本発明の波長安定化光源の構成
（その１−２）である。図４において、１は発振波長を
安定化されるレーザ・ダイオード、２は該レーザ・ダイ
オードに電流を供給するレーザ駆動回路、３はレーザ・
ダイオードの駆動電流を制御する信号を生成するための
低周波発振器、４はルビジウム原子のエネルギー準位間
の遷移を利用する原子共鳴器、５は該原子共鳴器を通過
してくる光を検出する第一の光検出回路、６は該第一の
光検出回路の出力信号を前記低周波発振器の出力によっ
て検波する同期検波回路、７は前記ルビジウム原子共鳴
器の温度制御を行なう第一の温度制御回路、８は該レー
ザ・ダイオードの温度を制御することによって該レーザ
・ダイオードの発振波長を制御する第二の温度制御回
路、９は同期検波回路の出力によって前記レーザ駆動回
路の電流を制御する波長制御回路、１０は共鳴セルの通
過光の吸収線におけるレベルによって、複数の吸収線の
うち所定の吸収線に引き込まれているか否かを判定する
引込み波長判定回路、１１は変化する電圧を生成する電
圧掃引回路、１３は電圧加算回路、１４は第一のスイッ
チ、１６はスイッチ制御回路、１９はレーザ・ダイオー
ドが出力する光を、原子共鳴器に導く光と波長安定化光
源の出力光に分離するハーフ・ミラーである。

【００８４】図４は、図２２に示した従来の波長安定化
光源（その２）に対して、引込み波長判定回路、電圧掃
引回路、電圧加算回路、第一のスイッチ及びスイッチ制
御回路を付加して、複数の吸収線のうち所定の吸収線に
必ず引き込まれるようにしたものである。

【００８５】この波長安定化光源の動作は、図１の構成
に関する説明より省略しているが、概ね次の通りであ
る。即ち、共鳴セルの通過光に比例した電気信号を出力
する第一の光検出回路の出力によって、引込み波長判定
回路が、レーザ・ダイオードが引き込まれた波長が所定
の吸収線の波長に等しいか否かを判定する。レーザ・ダ
イオードが引き込まれた波長が所定の吸収線の波長に等
しくないと判定された時には、該引込み波長判定回路の
出力によって電圧掃引回路から掃引電圧を出力せしめ、
前記スイッチ制御回路の出力によって前記第一のスイッ
チを該電圧掃引回路の出力側に固定し、該電圧掃引回路
の出力を第二の温度制御回路に供給してレーザ・ダイオ
ードの発振波長を変化させる。

【００８６】こうして、該レーザ・ダイオードの発振波
長が所定の吸収線の波長に等しくなると、該引込み波長
判定回路は該電圧掃引回路の出力電圧を固定し、該スイ
ッチ制御回路の出力によって該第一のスイッチを電圧加
算回路側に切り替える。

【００８７】この時には、レーザ・ダイオードの発振波
長は所定の吸収線の波長に等しくなっているので、波長
制御回路の出力電圧はほぼゼロになっている。従って、
レーザ・ダイオードの発振波長が所定の吸収線に等しく
なったと判定される前後において、該第二の温度制御回
路に供給される電圧はほぼ等しい。このため、レーザ・
ダイオードの発振波長が所定の吸収線に等しくなったと
判定される前後において、レーザ・ダイオードの発振波
長の変化は無視できる程度である。

【００８８】従って、上記の制御によって、レーザ・ダ
イオードの発振波長の所定の吸収線の波長への引込みが
確立される。即ち、レーザ・ダイオードの発振波長は、
所定の吸収線の波長に等しくなり、レーザ・ダイオード
の発振波長はその波長に固定されることになり、本発明
の課題が解決される。

【００８９】尚、引込み波長判定回路の構成及び動作
と、スイッチ制御回路の構成及び動作は図１の構成にお
けるものと全く同じであるので、説明を省略する。図１
と図４の構成の波長安定化光源の特徴は、従来の波長安
定化光源に使用していた原子共鳴器をそのまま使用し
て、共鳴セルの特定の吸収線の波長にレーザ・ダイオー
ドの発振波長を引き込むことができる点にある。

【００９０】図５は、本発明の波長安定化光源の構成
（その１−３）である。図５において、１は発振波長を
安定化されるレーザ・ダイオード、２は該レーザ・ダイ
オードに電流を供給するレーザ駆動回路、３はレーザ・
ダイオードの駆動電流を制御する信号を生成するための
低周波発振器、４はルビジウム原子のエネルギー準位間
の遷移を利用する原子共鳴器、５は該原子共鳴器を通過
してくる光を検出する第一の光検出回路、６は該第一の
光検出回路の出力信号を前記低周波発振器の出力によっ
て検波する同期検波回路、７は前記ルビジウム原子共鳴
器の温度制御を行なう第一の温度制御回路、８は該レー
ザ・ダイオードの温度を制御することによって該レーザ
・ダイオードの発振波長を制御する第二の温度制御回
路、９は同期検波回路の出力によって前記レーザ駆動回
路の電流を制御する波長制御回路、１０は共鳴セルの通
過光の吸収線におけるレベルによって、複数の吸収線の
うち所定の吸収線に引き込まれているか否かを判定する
引込み波長判定回路、１１は変化する電圧を生成する電
圧掃引回路、１７は起動信号によって制御される第二の
スイッチ、１８は同期検波回路が出力する引込み検出信
号によって制御される第三のスイッチ、１９はレーザ・
ダイオードが出力する光を、原子共鳴器に導く光と波長
安定化光源の出力光に分離するハーフ・ミラーである。

【００９１】図５の構成は、図４の構成から電圧加算回
路と第一のスイッチ及びスイッチ制御回路を除去し、波
長制御回路の出力電圧を前記第二のスイッチを介してレ
ーザ駆動回路に供給し、電圧掃引回路の出力を前記第三
のスイッチを介して第二の温度制御回路に供給するよう
にしたものである。

【００９２】この波長安定化光源は、次のように動作す
る。即ち、起動がかけられた時には、該第二のスイッチ
がオンになり、この時には引込みは検出されていないの
で第三のスイッチはオフである。従って、この時には図
５の構成は図１９の構成と同じになって、引込みを行な
う。

【００９３】そして、引込みが検出されると該第三のス
イッチがオンになる。この時に、共鳴セルの通過光に比
例した電気信号を出力する第一の光検出回路の出力によ
って、引込み波長判定回路が所定の波長に引き込まれて
いないと判定すれば、引込み判定回路が出力する引込み
判定信号が電圧掃引回路から電圧を出力せしめ、これを
前記第二の温度制御回路に供給する。これによってレー
ザ・ダイオードの波長が制御される。尚、この時、引込
み波長判定信号が同期検波回路が出力する引込み検出信
号を引込み状態と同じに固定し、レーザ・ダイオードの
波長制御の間に該第三のスイッチが開放されないように
する。

【００９４】その後、共鳴セルの通過光に比例した電気
信号を出力する第一の光検出回路の出力によって、引込
み波長判定回路が所定の波長に引き込まれたことを判定
すると、電圧掃引回路の出力電圧が固定される。この
時、引込み波長判定信号が引込み検出信号を固定から解
放するが、引込み検出信号は引込み状態を示してきるの
で、第三のスイッチは閉じられたままになって、電圧掃
引回路の出力が引続き第二の温度制御回路に供給され
る。

【００９５】この時には、レーザ・ダイオードの発振波
長は所定の吸収線の波長に等しくなっているので、波長
制御回路の出力電圧はほぼゼロ近傍になって、レーザ駆
動回路を介してレーザ・ダイオードの発振波長を制御し
ている。

【００９６】従って、上記の制御によって、レーザ・ダ
イオードの発振波長の所定の吸収線の波長への引込みが
確立される。即ち、レーザ・ダイオードの発振波長は、
所定の吸収線の波長に等しくなり、レーザ・ダイオード
の発振波長はその波長に固定されることになり、本発明
の課題が解決される。

【００９７】尚、図５の構成における引込み波長判定回
路も、図１の構成のそれと同じものである。図６は、本
発明の波長安定化光源の構成（その１−４）である。

【００９８】図６において、１は発振波長を安定化され
るレーザ・ダイオード、２は該レーザ・ダイオードに電
流を供給するレーザ駆動回路、３はレーザ・ダイオード
の駆動電流を制御する信号を生成するための低周波発振
器、４はルビジウム原子のエネルギー準位間の遷移を利
用する原子共鳴器、５は該原子共鳴器を通過してくる光
を検出する第一の光検出回路、６は該第一の光検出回路
の出力信号を前記低周波発振器の出力によって検波する
同期検波回路、７は前記ルビジウム原子共鳴器の温度制
御を行なう第一の温度制御回路、８は該レーザ・ダイオ
ードの温度を制御することによって該レーザ・ダイオー
ドの発振波長を制御する第二の温度制御回路、９は同期
検波回路の出力によって前記レーザ駆動回路の電流を制
御する波長制御回路、１０は共鳴セルの通過光の吸収線
におけるレベルによって、複数の吸収線のうち所定の吸
収線に引き込まれているか否かを判定する引込み波長判
定回路、１１は変化する電圧を生成する電圧掃引回路、
１７は第二のスイッチ、１８は第三のスイッチ、１９は
レーザ・ダイオードが出力する光を、原子共鳴器に導く
光と波長安定化光源の出力光に分離するハーフ・ミラー
である。

【００９９】図６は、図５において、電圧掃引回路の出
力をレーザ駆動回路に供給し、波長制御回路の出力を第
二の温度制御回路に供給するように変更したものであ
る。この波長安定化光源は、次のように動作する。即
ち、起動がかけられた時には、該第二のスイッチがオン
になり、この時には引込みは検出されていないので第三
のスイッチはオフである。従って、この時には図６の構
成は図２２の構成と同じになって、引込みを行なう。

【０１００】そして、引込みが検出されると該第三のス
イッチがオンになる。この時に、共鳴セルの通過光に比
例した電気信号を出力する第一の光検出回路の出力によ
って、引込み波長判定回路が所定の波長に引き込まれて
いないと判定すれば、引込み判定回路が出力する引込み
判定信号が電圧掃引回路から電圧を出力せしめ、これを
前記レーザー駆動回路に供給すると同時に、該引込み波
長判定信号が同期検出回路の引込み検出信号を引込み状
態と同じに固定する。これによってレーザ・ダイオード
の波長が制御される。

【０１０１】その後、共鳴セルの通過光に比例した電気
信号を出力する第一の光検出回路の出力によって、引込
み波長判定回路が所定の波長に引き込まれたことを判定
すると、電圧掃引回路の出力電圧が固定される。又、引
込み波長判定信号が引込み検出信号を固定から解放する
が、この時には、引込み検出信号は引込み状態を示して
いるので、第三のスイッチはオンのままになって、電圧
掃引回路の固定された電圧をレーザ駆動回路に引続き供
給する。

【０１０２】この時には、レーザ・ダイオードの発振波
長は所定の吸収線の波長に等しくなっているので、波長
制御回路の出力電圧はほぼゼロ近傍になって、レーザ駆
動回路を介してレーザ・ダイオードの発振波長を制御し
ている。

【０１０３】従って、上記の制御によって、レーザ・ダ
イオードの発振波長の所定の吸収線の波長への引込みが
確立される。即ち、レーザ・ダイオードの発振波長は、
所定の吸収線の波長に等しくなり、レーザ・ダイオード
の発振波長はその波長に固定されることになり、本発明
の課題が解決される。

【０１０４】尚、図６の構成における引込み判定回路
も、図１の構成のそれと同じものである。図５及び図６
の波長安定化光源の特徴は、従来の波長安定化光源に使
用した原子共鳴器をそのまま使用して、所定の吸収線の
波長に確実に引き込むことができる点にある。

【０１０５】次に、共鳴セルの側面から放射される自然
放出光のレベルＬ₂ が各々の吸収線について固有の値を
とる性質を利用した発明について述べる。図７は、本発
明の波長安定化光源の構成（その２−１）である。

【０１０６】図７において、１は発振波長を安定化され
るレーザ・ダイオード、２は該レーザ・ダイオードに電
流を供給するレーザ駆動回路、３はレーザ・ダイオード
の駆動電流を制御する信号を生成するための低周波発振
器、４はルビジウム原子のエネルギー準位間の遷移を利
用する原子共鳴器、５は該原子共鳴器を通過してくる光
を検出する第一の光検出回路、６は該第一の光検出回路
の出力信号を前記低周波発振器の出力によって検波する
同期検波回路、７は前記ルビジウム原子共鳴器の温度制
御を行なう第一の温度制御回路、９は同期検波回路の出
力によって前記レーザ駆動回路の電流を制御する波長制
御回路、１０は共鳴セルの通過光の吸収線におけるレベ
ルによって、複数の吸収線のうち所定の吸収線に引き込
まれているか否かを判定する引込み波長判定回路、１１
は変化する電圧を生成する電圧掃引回路、１２は自然放
出光を検出する第二の光検出回路、１３は電圧加算回
路、１４は第一のスイッチ、１６はスイッチ制御回路、
１９はレーザ・ダイオードが出力する光を、原子共鳴器
に導く光と波長安定化光源の出力光に分離するハーフ・
ミラーである。

【０１０７】図７の構成は、図１９に示した従来の波長
安定化光源（その１）に対して、第二の光検出回路、引
込み波長判定回路、電圧掃引回路、電圧加算回路、第一
のスイッチ及びスイッチ制御回路を付加して、複数の吸
収線のうち所定の吸収線に必ず引き込まれるようにした
ものである。

【０１０８】この波長安定化光源の動作は、図１の構成
に関する説明より省略をしているが、概ね次の通りであ
る。即ち、共鳴セルの側面から放射される自然放出光に
比例した電気信号を出力する第二の光検出回路の出力に
よって、引込み波長判定回路が、レーザ・ダイオードが
引き込まれた波長が所定の吸収線の波長に等しいか否か
を判定する。レーザ・ダイオードが引き込まれた波長が
所定の吸収線の波長に等しくないと判定された時には、
該引込み波長判定回路の出力によって電圧掃引回路から
電圧を出力せしめると同時に、前記スイッチ制御回路の
出力によって該第一のスイッチを該電圧掃引回路の出力
側に切替え、該電圧掃引回路の出力をレーザ駆動回路に
供給してレーザ・ダイオードの発振波長を変化させる。

【０１０９】該レーザ・ダイオードの発振波長が所定の
吸収線の波長に等しくなると、該引込み波長判定回路は
該電圧掃引回路の出力電圧を固定すると同時に、該スイ
ッチ制御回路の出力が該第一のスイッチを前記電圧加算
回路の出力を選択する。

【０１１０】この時には、レーザ・ダイオードの発振波
長は所定の吸収線の波長に等しくなっているので、波長
制御回路の出力電圧はほぼゼロになっている。従って、
レーザ・ダイオードの発振波長が所定の吸収線に等しく
なったと判定される前後において、レーザ駆動回路に供
給される電圧はほぼ等しい。このため、レーザ・ダイオ
ードの発振波長が所定の吸収線に等しくなったと判定さ
れる前後において、レーザ・ダイオードの発振波長の変
化は無視できる程度である。

【０１１１】従って、上記の制御によって、レーザ・ダ
イオードの発振波長の所定の吸収線の波長への引込みが
確立される。即ち、レーザ・ダイオードの発振波長は、
所定の吸収線の波長に等しくなり、レーザ・ダイオード
の発振波長はその波長に固定されることになり、本発明
の課題が解決される。

【０１１２】ここで、図７の構成における引込み波長判
定回路は、図２において示したものと全く同じ構成であ
る。ただ、差動増幅器の一方の入力端子に第二の光検出
回路の出力を供給する点と、第一の基準電圧源の出力電
圧が自然放出光のレベルに対応したものである点だけが
図２の構成と異なっている。

【０１１３】尚、以下に説明する本発明の波長安定化光
源の構成（その２−２）から本発明の波長安定化光源の
構成（その２−４）に使用する引込み波長判定回路は、
図６の本発明の波長安定化光源の構成（その２−１）に
おける引込み波長判定回路と全く同じものである。

【０１１４】又、図７におけるスイッチ制御回路は、図
１のものと全く同じである。図８は、本発明の波長安定
化光源の構成（その２−２）である。図８において、１
は発振波長を安定化されるレーザ・ダイオード、２は該
レーザ・ダイオードに電流を供給するレーザ駆動回路、
３はレーザ・ダイオードの駆動電流を制御する信号を生
成するための低周波発振器、４はルビジウム原子のエネ
ルギー準位間の遷移を利用する原子共鳴器、５は該原子
共鳴器を通過してくる光を検出する第一の光検出回路、
６は該第一の光検出回路の出力信号を前記低周波発振器
の出力によって検波する同期検波回路、７は前記ルビジ
ウム原子共鳴器の温度制御を行なう第一の温度制御回
路、９は同期検波回路の出力によって前記レーザ駆動回
路の電流を制御する波長制御回路、１０は共鳴セルの通
過光の吸収線におけるレベルによって、複数の吸収線の
うち所定の吸収線に引き込まれているか否かを判定する
引込み波長判定回路、１１は変化する電圧を生成する電
圧掃引回路、１２は自然放出光を検出する第二の光検出
回路、１３は電圧加算回路、１４は第一のスイッチ、１
６はスイッチ制御回路、１９はレーザ・ダイオードが出
力する光を、原子共鳴器に導く光と波長安定化光源の出
力光に分離するハーフ・ミラーである。

【０１１５】図８は、図２２に示した従来の波長安定化
光源（その２）に対して、第二の光検出回路、引込み波
長判定回路、電圧掃引回路、電圧加算回路、第一のスイ
ッチ及びスイッチ制御回路を付加して、複数の吸収線の
うち所定の吸収線に必ず引き込まれるようにしたもので
ある。

【０１１６】この波長安定化光源の動作は、図１の構成
に関する説明より省略しているが、概ね次の通りであ
る。即ち、共鳴セルの側面から放射される自然放出光に
比例した電気信号を出力する第二の光検出回路の出力に
よって、引込み波長判定回路が、レーザ・ダイオードが
引き込まれた波長が所定の吸収線の波長に等しいか否か
を判定する。レーザ・ダイオードが引き込まれた波長が
所定の吸収線の波長に等しくないと判定された時には、
該引込み波長判定回路の出力によって電圧掃引回路から
電圧を出力せしめると同時に、前記スイッチ制御回路の
出力によって前記第一のスイッチを該電圧掃引回路の出
力を選択し、該電圧掃引回路の出力を第二の温度制御回
路に供給してレーザ・ダイオードの発振波長を変化させ
る。

【０１１７】該レーザ・ダイオードの発振波長が所定の
吸収線の波長に等しくなると、該引込み波長判定回路は
該電圧掃引回路の出力電圧を固定すると同時に、該スイ
ッチ制御回路の出力によって該第一のを電圧加算回路側
に切り替える。

【０１１８】この時には、レーザ・ダイオードの発振波
長は所定の吸収線の波長に等しくなっているので、波長
制御回路の出力電圧はほぼゼロになっている。従って、
レーザ・ダイオードの発振波長が所定の吸収線に等しく
なったと判定される前後において、レーザ駆動回路に供
給される電圧はほぼ等しい。このため、レーザ・ダイオ
ードの発振波長が所定の吸収線に等しくなったと判定さ
れる前後において、レーザ・ダイオードの発振波長の変
化は無視できる程度である。

【０１１９】従って、上記の制御によって、レーザ・ダ
イオードの発振波長の所定の吸収線の波長への引込みが
確立される。即ち、レーザ・ダイオードの発振波長は、
所定の吸収線の波長に等しくなり、レーザ・ダイオード
の発振波長はその波長に固定されることになり、本発明
の課題が解決される。

【０１２０】尚、図８の構成における引込み波長判定回
路とスイッチ制御回路は図７の構成におけるものと全く
同じである。図９は、本発明の波長安定化光源の構成
（その２−３）である。

【０１２１】図９において、１は発振波長を安定化され
るレーザ・ダイオード、２は該レーザ・ダイオードに電
流を供給するレーザ駆動回路、３はレーザ・ダイオード
の駆動電流を制御する信号を生成するための低周波発振
器、４はルビジウム原子のエネルギー準位間の遷移を利
用する原子共鳴器、５は該原子共鳴器を通過してくる光
を検出する第一の光検出回路、６は該第一の光検出回路
の出力信号を前記低周波発振器の出力によって検波する
同期検波回路、７は前記ルビジウム原子共鳴器の温度制
御を行なう第一の温度制御回路、８は該レーザ・ダイオ
ードの温度を制御することによって該レーザ・ダイオー
ドの発振波長を制御する第二の温度制御回路、９は同期
検波回路の出力によって前記レーザ駆動回路の電流を制
御する波長制御回路、１０は共鳴セルの通過光の吸収線
におけるレベルによって、複数の吸収線のうち所定の吸
収線に引き込まれているか否かを判定する引込み波長判
定回路、１１は変化する電圧を生成する電圧掃引回路、
１２は共鳴セルの側面から放射される自然放出光検出す
る第二の光検出回路、１７は第二のスイッチ、１８は第
三のスイッチ、１９はレーザ・ダイオードが出力する光
を、原子共鳴器に導く光と波長安定化光源の出力光に分
離するハーフ・ミラーである。

【０１２２】図９は、図８から電圧加算回路と第一のス
イッチ及びスイッチ制御回路を除去し、波長制御回路の
出力電圧を前記第二のスイッチを介してレーザ駆動回路
に供給し、電圧掃引回路の出力を前記第三のスイッチを
介して第二の温度制御回路に供給するようにしたもので
ある。

【０１２３】この波長安定化光源は、若干省略している
が、次のように動作する。即ち、起動がかけられた時に
は、該第二のスイッチがオンになり、この時には引込み
は検出されていないので第三のスイッチはオフである。
従って、この時には図９の構成は図１９の構成と同じに
なって、引込みを行なう。

【０１２４】そして、引込みが検出されると該第三のス
イッチがオンになる。この時に、共鳴セルの側面から出
力される自然放出光に比例した電気信号を出力する第二
の光検出回路の出力によって、引込み波長判定回路が所
定の波長に引き込まれていないと判定すれば、引込み判
定回路が出力する引込み判定信号が電圧掃引回路から電
圧を出力せしめ、これを前記第二の温度制御回路に供給
する。これによってレーザ・ダイオードの波長が制御さ
れる。

【０１２５】その後、共鳴セルの自然放出光に比例した
電気信号を出力する第二の光検出回路の出力によって、
引込み波長判定回路が所定の波長に引き込まれたことを
判定すると、電圧掃引回路の出力電圧が固定され、第
二、第三のスイッチは双方ともオンのままになる。

【０１２６】この時には、レーザ・ダイオードの発振波
長は所定の吸収線の波長に等しくなっているので、波長
制御回路の出力電圧はほぼゼロ近傍になって、レーザ駆
動回路を介してレーザ・ダイオードの発振波長を制御し
ている。

【０１２７】従って、上記の制御によって、レーザ・ダ
イオードの発振波長の所定の吸収線の波長への引込みが
確立される。即ち、レーザ・ダイオードの発振波長は、
所定の吸収線の波長に等しくなり、レーザ・ダイオード
の発振波長はその波長に固定されることになり、本発明
の課題が解決される。

【０１２８】尚、図９の構成における引込み波長判定回
路も、図７の構成のそれと同じものである。図１０は、
本発明の波長安定化光源の構成（その２−４）である。

【０１２９】図１０において、１は発振波長を安定化さ
れるレーザ・ダイオード、２は該レーザ・ダイオードに
電流を供給するレーザ駆動回路、３はレーザ・ダイオー
ドの駆動電流を制御する信号を生成するための低周波発
振器、４はルビジウム原子のエネルギー準位間の遷移を
利用する原子共鳴器、５は該原子共鳴器を通過してくる
光を検出する第一の光検出回路、６は該第一の光検出回
路の出力信号を前記低周波発振器の出力によって検波す
る同期検波回路、７は前記ルビジウム原子共鳴器の温度
制御を行なう第一の温度制御回路、８は該レーザ・ダイ
オードの温度を制御することによって該レーザ・ダイオ
ードの発振波長を制御する第二の温度制御回路、９は同
期検波回路の出力によって前記レーザ駆動回路の電流を
制御する波長制御回路、１０は共鳴セルの通過光の吸収
線におけるレベルによって、複数の吸収線のうち所定の
吸収線に引き込まれているか否かを判定する引込み波長
判定回路、１１は変化する電圧を生成する電圧掃引回
路、１２は共鳴セルの側面から放射される自然放出光検
出する第二の光検出回路、１７は第二のスイッチ、１８
は第三のスイッチ、１９はレーザ・ダイオードが出力す
る光を、原子共鳴器に導く光と波長安定化光源の出力光
に分離するハーフ・ミラーである。

【０１３０】図１０は、図９において、電圧掃引回路の
出力を第三のスイッチを介してレーザ駆動回路に供給
し、波長制御回路の出力を第二のスイッチを介して第二
の温度制御回路に供給するように変更したものである。

【０１３１】この波長安定化光源は、若干省略している
が、次のように動作する。即ち、起動がかけられた時に
は、該第二のスイッチがオンになり、この時には引込み
は検出されていないので第三のスイッチはオフである。
従って、この時には図１０の構成は図２２の構成と同じ
になって、引込みを行なう。

【０１３２】そして、引込みが検出されると該第三のス
イッチがオンになる。この時に、共鳴セルの側面から出
力される自然放出光に比例した電気信号を出力する第二
の光検出回路の出力によって、引込み波長判定回路が所
定の波長に引き込まれていないと判定すれば、引込み判
定回路が出力する引込み判定信号が電圧掃引回路から電
圧を出力せしめ、これを前記第二の温度制御回路に供給
する。これによってレーザ・ダイオードの波長が制御さ
れる。

【０１３３】その後、共鳴セルの自然放出光に比例した
電気信号を出力する第二の光検出回路の出力によって、
引込み波長判定回路が所定の波長に引き込まれたことを
判定すると、電圧掃引回路の出力電圧が固定され、第
二、第三のスイッチは双方ともオンのままになる。

【０１３４】この時には、レーザ・ダイオードの発振波
長は所定の吸収線の波長に等しくなっているので、波長
制御回路の出力電圧はほぼゼロ近傍になって、レーザ駆
動回路を介してレーザ・ダイオードの発振波長を制御し
ている。

【０１３５】従って、上記の制御によって、レーザ・ダ
イオードの発振波長の所定の吸収線の波長への引込みが
確立される。即ち、レーザ・ダイオードの発振波長は、
所定の吸収線の波長に等しくなり、レーザ・ダイオード
の発振波長はその波長に固定されることになり、本発明
の課題が解決される。

【０１３６】尚、図１０の構成における引込み波長判定
回路も、図７の構成のそれと同じものである。図７、図
８、図９及び図１０の構成の波長安定化光源の特徴は、
原子共鳴器に僅かな設計変更を要するものの、共鳴セル
の所定の吸収線に確実に引込みを行なうことができる点
にある。更に、以降に説明する波長安定化光源に発展さ
せられるものである。

【０１３７】次いで、共鳴セルを通過する光の吸収線に
おけるレベルＬ₁ と、共鳴セルの側面から放射される自
然放出光のレベルＬ₂ との比が各々の吸収線について固
有の値をとる性質を利用した発明について述べる。

【０１３８】図１１は、本発明の波長安定化光源の構成
（その３−１）である。図１１において、１は発振波長
を安定化されるレーザ・ダイオード、２は該レーザ・ダ
イオードに電流を供給するレーザ駆動回路、３はレーザ
・ダイオードの駆動電流を制御する信号を生成するため
の低周波発振器、４はルビジウム原子のエネルギー準位
間の遷移を利用する原子共鳴器、５は該原子共鳴器を通
過してくる光を検出する第一の光検出回路、６は該第一
の光検出回路の出力信号を前記低周波発振器の出力によ
って検波する同期検波回路、７は前記ルビジウム原子共
鳴器の温度制御を行なう第一の温度制御回路、９は同期
検波回路の出力によって前記レーザ駆動回路の電流を制
御する波長制御回路、１０は共鳴セルの通過光の吸収線
におけるレベルによって、複数の吸収線のうち所定の吸
収線に引き込まれているか否かを判定する引込み波長判
定回路、１１は変化する電圧を生成する電圧掃引回路、
１２は自然放出光を検出する第二の光検出回路、１３は
電圧加算回路、１４は第一のスイッチ、１５は該第一の
光検出回路の出力と該第二の光検出回路の出力との間で
割算を行なう除算回路、１６はスイッチ制御回路、１９
はレーザ・ダイオードが出力する光を、原子共鳴器に導
く光と波長安定化光源の出力光に分離するハーフ・ミラ
ーである。

【０１３９】図１１の構成は、図１９に示した従来の波
長安定化光源（その１）に対して、第二の光検出回路、
引込み波長判定回路、電圧掃引回路、電圧加算回路、第
一のスイッチ、除算回路、スイッチ制御回路を付加し
て、複数の吸収線のうち所定の吸収線に必ず引き込まれ
るようにしたものである。

【０１４０】この波長安定化光源は、図１の構成に対す
る説明に比較して若干省略しているが、次のように動作
する。即ち、第一の光検出回路が出力する共鳴セルを通
過する光の吸収線におけるレベルに比例した電気信号
と、第二の光検出回路が出力する共鳴セルの側面から放
射される自然放出光に比例した電気信号を除算回路に導
き、両者の間で割算を行なう。そして、該除算回路の出
力によって、引込み波長判定回路が、レーザ・ダイオー
ドが引き込まれた波長が所定の吸収線の波長に等しいか
否かを判定する。レーザ・ダイオードが引き込まれた波
長が所定の吸収線の波長に等しくないと判定された時に
は、該引込み波長判定回路の出力によって電圧掃引回路
から電圧を出力せしめると同時に、前記スイッチ制御回
路の出力によって前記第一のスイッチを該電圧掃引回路
の出力を選択し、該電圧掃引回路の出力をレーザ駆動回
路に供給してレーザ・ダイオードの発振波長を変化させ
る。

【０１４１】該レーザ・ダイオードの発振波長が所定の
吸収線の波長に等しくなると、該引込み波長判定回路は
該電圧掃引回路の出力電圧を固定すると同時に、該スイ
ッチ制御回路の出力によって該第一のスイッチを電圧加
算回路側に切り替える。

【０１４２】この時には、レーザ・ダイオードの発振波
長は所定の吸収線の波長に等しくなっているので、波長
制御回路の出力電圧はほぼゼロになっている。従って、
レーザ・ダイオードの発振波長が所定の吸収線に等しく
なったと判定される前後において、レーザ駆動回路に供
給される電圧はほぼ等しい。このため、レーザ・ダイオ
ードの発振波長が所定の吸収線に等しくなったと判定さ
れる前後において、レーザ・ダイオードの発振波長の変
化は無視できる程度である。

【０１４３】従って、上記の制御によって、レーザ・ダ
イオードの発振波長の所定の吸収線の波長への引込みが
確立される。即ち、レーザ・ダイオードの発振波長は、
所定の吸収線の波長に等しくなり、レーザ・ダイオード
の発振波長はその波長に固定されることになり、本発明
の課題が解決される。

【０１４４】ここで、図１１の構成における引込み波長
判定回路は、図２において示したものと全く同じ構成で
ある。ただ、差動増幅器の一方の入力端子に除算回路の
出力を供給する点と、第一の基準電圧源の出力電圧が、
所定の吸収線における、第一の光検出回路が出力する共
鳴セルを通過する光の吸収線におけるレベルに比例した
電気信号と、第二の光検出回路が出力する共鳴セルの側
面から放射される自然放出光に比例した電気信号との除
算結果に対応するものである点だけが図２の構成と異な
っている。

【０１４５】又、図１１の構成におけるスイッチ制御回
路は図１の構成におけるスイッチ制御回路と全く同じも
のである。更に、除算回路は対数比増幅器を使用すれば
実現できる。対数増幅器には、例えば、ＢＵＲＲ−ＢＲ
ＯＷＮ社のＬＯＧ１００がある。

【０１４６】図１２は、本発明の波長安定化光源の構成
（その３−２）である。図１２において、１は発振波長
を安定化されるレーザ・ダイオード、２は該レーザ・ダ
イオードに電流を供給するレーザ駆動回路、３はレーザ
・ダイオードの駆動電流を制御する信号を生成するため
の低周波発振器、４はルビジウム原子のエネルギー準位
間の遷移を利用する原子共鳴器、５は該原子共鳴器を通
過してくる光を検出する第一の光検出回路、６は該第一
の光検出回路の出力信号を前記低周波発振器の出力によ
って検波する同期検波回路、７は前記ルビジウム原子共
鳴器の温度制御を行なう第一の温度制御回路、９は同期
検波回路の出力によって前記レーザ駆動回路の電流を制
御する波長制御回路、１０は共鳴セルの通過光の吸収線
におけるレベルによって、複数の吸収線のうち所定の吸
収線に引き込まれているか否かを判定する引込み波長判
定回路、１１は変化する電圧を生成する電圧掃引回路、
１２は自然放出光を検出する第二の光検出回路、１３は
電圧加算回路、１４は第一のスイッチ、１５は該第一の
光検出回路の出力と該第二の光検出回路の出力との間で
割算を行なう除算回路、スイッチ制御回路、１９はレー
ザ・ダイオードが出力する光を、原子共鳴器に導く光と
波長安定化光源の出力光に分離するハーフ・ミラーであ
る。

【０１４７】図１２の構成は、図２２に示した従来の波
長安定化光源（その２）に対して、第二の光検出回路、
引込み波長判定回路、電圧掃引回路、電圧加算回路、第
一のスイッチ、除算回路、スイッチ制御回路を付加し
て、複数の吸収線のうち所定の吸収線に必ず引き込まれ
るようにしたものである。

【０１４８】この波長安定化光源は、若干の省略がある
が、次のように動作する。即ち、第一の光検出回路が出
力する共鳴セルを通過する光の吸収線におけるレベルに
比例した電気信号と、第二の光検出回路が出力する共鳴
セルの側面から放射される自然放出光に比例した電気信
号を除算回路に導き、両者の間で割算を行なう。そし
て、該除算回路の出力によって、引込み波長判定回路
が、レーザ・ダイオードが引き込まれた波長が所定の吸
収線の波長に等しいか否かを判定する。レーザ・ダイオ
ードが引き込まれた波長が所定の吸収線の波長に等しく
ないと判定された時には、該引込み波長判定回路の出力
によって電圧掃引回路から電圧を出力せしめると同時
に、前記スイッチ制御回路の出力によって前記第一のス
イッチで該電圧掃引回路の出力を選択し、該電圧掃引回
路の出力を前記第二の温度制御回路に供給してレーザ・
ダイオードの発振波長を変化させる。

【０１４９】該レーザ・ダイオードの発振波長が所定の
吸収線の波長に等しくなると、該引込み波長判定回路は
該電圧掃引回路の出力電圧を固定すると同時に、該スイ
ッチ制御回路の出力によって該第一のスイッチを電圧加
算回路側に切り替える。

【０１５０】この時には、レーザ・ダイオードの発振波
長は所定の吸収線の波長に等しくなっているので、波長
制御回路の出力電圧はほぼゼロになっている。従って、
レーザ・ダイオードの発振波長が所定の吸収線に等しく
なったと判定される前後において、レーザ駆動回路に供
給される電圧はほぼ等しい。このため、レーザ・ダイオ
ードの発振波長が所定の吸収線に等しくなったと判定さ
れる前後において、レーザ・ダイオードの発振波長の変
化は無視できる程度である。

【０１５１】従って、上記の制御によって、レーザ・ダ
イオードの発振波長の所定の吸収線の波長への引込みが
確立される。即ち、レーザ・ダイオードの発振波長は、
所定の吸収線の波長に等しくなり、レーザ・ダイオード
の発振波長はその波長に固定されることになり、本発明
の課題が解決される。

【０１５２】尚、図１２の構成における引込み波長判定
回路は図１１の構成における引込み波長判定回路と全く
同じであり、図１２の構成におけるスイッチ制御回路は
図１１の構成におけるスイッチ制御回路と全く同じであ
り、更に、除算回路も市販品によって構成することがで
きるのは図１１の場合と同じである。

【０１５３】図１３は、本発明の波長安定化光源の構成
（その３−３）である。図１３において、１は発振波長
を安定化されるレーザ・ダイオード、２は該レーザ・ダ
イオードに電流を供給するレーザ駆動回路、３はレーザ
・ダイオードの駆動電流を制御する信号を生成するため
の低周波発振器、４はルビジウム原子のエネルギー準位
間の遷移を利用する原子共鳴器、５は該原子共鳴器を通
過してくる光を検出する第一の光検出回路、６は該第一
の光検出回路の出力信号を前記低周波発振器の出力によ
って検波する同期検波回路、７は前記ルビジウム原子共
鳴器の温度制御を行なう第一の温度制御回路、８は該レ
ーザ・ダイオードの温度を制御することによって該レー
ザ・ダイオードの発振波長を制御する第二の温度制御回
路、９は同期検波回路の出力によって前記レーザ駆動回
路の電流を制御する波長制御回路、１０は共鳴セルの通
過光の吸収線におけるレベルによって、複数の吸収線の
うち所定の吸収線に引き込まれているか否かを判定する
引込み波長判定回路、１１は変化する電圧を生成する電
圧掃引回路、１２は共鳴セルの側面から放射される自然
放出光検出する第二の光検出回路、１５は該第一の光検
出回路の出力と該第二の光検出回路の出力との間で割算
を行なう除算回路、１７は第二のスイッチ、１８は第三
のスイッチ、１９はレーザ・ダイオードが出力する光
を、原子共鳴器に導く光と波長安定化光源の出力光に分
離するハーフ・ミラーである。

【０１５４】図１３は、図１１から電圧加算回路と第一
のスイッチ及びスイッチ制御回路を除去し、波長制御回
路の出力電圧を第二のスイッチを介してレーザ駆動回路
に供給し、電圧掃引回路の出力を第三のスイッチを介し
て第二の温度制御回路に供給するようにしたものであ
る。

【０１５５】この波長安定化光源は、若干の省略はある
が、次のように動作する。即ち、起動がかけられた時に
は、該第二のスイッチがオンになり、この時には引込み
は検出されていないので第三のスイッチはオフである。
従って、この時には図１３の構成は図１９の構成と同じ
になって、引込みを行なう。

【０１５６】そして、引込みが検出されると該第三のス
イッチがオンになる。この時に、共鳴セルの通過光に比
例した電気信号を出力する第一の光検出回路の出力と、
共鳴セルの側面から出力される自然放出光に比例した電
気信号を出力する第二の光検出回路の出力の比によっ
て、引込み波長判定回路が所定の波長に引き込まれてい
ないと判定すれば、引込み判定回路が出力する引込み判
定信号が電圧掃引回路から電圧を出力せしめ、これを前
記第二の温度制御回路に供給する。これによってレーザ
・ダイオードの波長が制御される。

【０１５７】その後、共鳴セルの通過光に比例した電気
信号を出力する第一の光検出回路の出力と、共鳴セルの
側面から出力される自然放出光に比例した電気信号を出
力する第二の光検出回路の出力の比によって、引込み波
長判定回路が所定の波長に引き込まれたことを判定する
と、電圧掃引回路の出力電圧が固定され、第二、第三の
スイッチは双方ともオンのままになる。

【０１５８】この時には、レーザ・ダイオードの発振波
長は所定の吸収線の波長に等しくなっているので、波長
制御回路の出力電圧はほぼゼロ近傍になって、レーザ駆
動回路を介してレーザ・ダイオードの発振波長を制御し
ている。

【０１５９】従って、上記の制御によって、レーザ・ダ
イオードの発振波長の所定の吸収線の波長への引込みが
確立される。即ち、レーザ・ダイオードの発振波長は、
所定の吸収線の波長に等しくなり、レーザ・ダイオード
の発振波長はその波長に固定されることになり、本発明
の課題が解決される。

【０１６０】尚、図１３の構成における引込み波長判定
回路、除算回路は図１１におけるものと全く同じであ
る。図１４は、本発明の波長安定化光源の構成（その３
−４）である。

【０１６１】図１４において、１は発振波長を安定化さ
れるレーザ・ダイオード、２は該レーザ・ダイオードに
電流を供給するレーザ駆動回路、３はレーザ・ダイオー
ドの駆動電流を制御する信号を生成するための低周波発
振器、４はルビジウム原子のエネルギー準位間の遷移を
利用する原子共鳴器、５は該原子共鳴器を通過してくる
光を検出する第一の光検出回路、６は該第一の光検出回
路の出力信号を前記低周波発振器の出力によって検波す
る同期検波回路、７は前記ルビジウム原子共鳴器の温度
制御を行なう第一の温度制御回路、８は該レーザ・ダイ
オードの温度を制御することによって該レーザ・ダイオ
ードの発振波長を制御する第二の温度制御回路、９は同
期検波回路の出力によって前記レーザ駆動回路の電流を
制御する波長制御回路、１０は共鳴セルの通過光の吸収
線におけるレベルによって、複数の吸収線のうち所定の
吸収線に引き込まれているか否かを判定する引込み波長
判定回路、１１は変化する電圧を生成する電圧掃引回
路、１２は共鳴セルの側面から放射される自然放出光検
出する第二の光検出回路、１７は第二のスイッチ、１８
は第三のスイッチ、１９はレーザ・ダイオードが出力す
る光を、原子共鳴器に導く光と波長安定化光源の出力光
に分離するハーフ・ミラーである。

【０１６２】図１４の構成は、図１３の構成において、
電圧掃引回路の出力を前記第三のスイッチを介してレー
ザ駆動回路に供給し、波長制御回路の出力を前記第二の
スイッチを介して第二の温度制御回路に供給するように
変更したものである。

【０１６３】この波長安定化光源は、若干の省略はある
が、次のように動作する。即ち、起動がかけられた時に
は、該第二のスイッチがオンになり、この時には引込み
は検出されていないので第三のスイッチはオフである。
従って、この時には図１４の構成は図２２の構成と同じ
になって、引込みを行なう。

【０１６４】そして、引込みが検出されると該第三のス
イッチがオンになる。この時に、共鳴セルの通過光に比
例した電気信号を出力する第一の光検出回路の出力と、
共鳴セルの側面から出力される自然放出光に比例した電
気信号を出力する第二の光検出回路の出力の比によっ
て、引込み波長判定回路が所定の波長に引き込まれてい
ないと判定すれば、引込み判定回路が出力する引込み判
定信号が電圧掃引回路から電圧を出力せしめ、これを前
記レーザー駆動回路に供給する。これによってレーザ・
ダイオードの波長が制御される。

【０１６５】その後、共鳴セルの通過光に比例した電気
信号を出力する第一の光検出回路の出力と、共鳴セルの
側面から出力される自然放出光に比例した電気信号を出
力する第二の光検出回路の出力の比によって、引込み波
長判定回路が所定の波長に引き込まれたことを判定する
と、電圧掃引回路の出力電圧が固定され、第二、第三の
スイッチは双方ともオンのままになる。

【０１６６】この時には、レーザ・ダイオードの発振波
長は所定の吸収線の波長に等しくなっているので、波長
制御回路の出力電圧はほぼゼロ近傍になって、レーザ駆
動回路を介してレーザ・ダイオードの発振波長を制御し
ている。

【０１６７】従って、上記の制御によって、レーザ・ダ
イオードの発振波長の所定の吸収線の波長への引込みが
確立される。即ち、レーザ・ダイオードの発振波長は、
所定の吸収線の波長に等しくなり、レーザ・ダイオード
の発振波長はその波長に固定されることになり、本発明
の課題が解決される。

【０１６８】尚、図１４の構成における引込み波長判定
回路、除算回路は、図１１の構成におけるものと全く同
じである。図１１乃至図１４の構成の波長安定化光源の
特徴は、原子共鳴器に僅かな設計変更を要するものの、
レーザ・ダイオードの発振波長を共鳴セルの所定の吸収
線の波長に確実に引き込むことができる点にある。更
に、レーザ・ダイオードの出力光のレベルに比例する、
共鳴セルの通過光の吸収線におけるレベル及び自然放出
光のレベルが、レーザ・ダイオードのドリフトによって
変化しても、除算回路の出力は変化しないので、図１１
乃至図１４の構成の波長安定化光源の波長安定化の作用
はレーザ・ダイオードのドリフトに無関係であること
は、非常に大きな特徴である。

【０１６９】図１５は、自然放出光を検出する原子共鳴
器の構成を示す図である。図１５において、４１はルビ
ジウム原子を封入した共鳴セル、４２は該共鳴セルを収
容したキャビティ、４３はルビジウムの共鳴周波数を調
整する磁界を生成するコイル、５は前記第一の光検出回
路、１２は前記第二の光検出回路である。又、Ａはレー
ザ・ダイオードから原子共鳴器に入力される光、Ｂは該
原子共鳴器から出力される光、Ｃは共鳴セルの側面から
放射される自然放出光である。

【０１７０】ここで、第二の光検出回路が自然放出光を
検出する部位を除いて、コイルはキャビティを周回する
ように巻かれているが、キャビティの上では×印が記入
され、キャビティの下では・印が記入されているのは、
電気工学上の通常の表現方法で、×印は紙面の上から下
に向かって流れる電流を意味し、・印は紙面の下から上
に向かって流れる電流を意味する。

【０１７１】このように、分割されて巻かれたコイルを
ヘルムホルツ型のコイルというが、ヘルムホルツ型のコ
イルを巻かれたヘルムホルツ型キャビティの磁界を図１
７に示す。図１７に示すように、適切に設計されたヘル
ムホルツ型キャビティの磁界強度は、コイルが連続して
巻かれた通常のキャビティの磁界強度より、その変化を
小さくできる。従って、キャビティの側面に自然放出光
を取り出すための穴を設けても、原子共鳴器の特性には
何等影響はない。

【０１７２】又、既に第一の光検出回路をキャビティの
中に設ける技術が実用化されているので、第二の光検出
回路をキャビティの中に設けることも可能で、この場合
には、コイルを一体に巻いても、ヘルムホルツ型に巻い
てもよい。

【０１７３】

【発明の効果】以上詳述した如く、本発明により、原子
共鳴器を使用した波長安定化光源において、原子共鳴器
が有する複数の吸収線の中で所定の吸収線の波長に確実
に引き込まれて、引き込まれた吸収線の波長に等しい波
長の光を出力する波長安定化光源を実現することができ
る。

【０１７４】特に、本発明の第一の手段によれば、原子
共鳴器に何等設計変更を加えなくても、レーザ・ダイオ
ードの発振波長を共鳴セルの所定の吸収線の波長に引き
込むことが可能になる。

【０１７５】次に、本発明の第二の手段によれば、原子
共鳴器に僅かな変更を加える必要はあるものの、自然放
出光のレベルによってレーザ・ダイオードの発振波長を
共鳴セルの所定の吸収線の波長に引き込むことが可能に
なる。

【０１７６】又、本発明の第三の手段によれば、原子共
鳴器に僅かな変更を加える必要はあるものの、自然放出
光のレベルと共鳴セルの通過光の比によってレーザ・ダ
イオードの発振波長を共鳴セルの所定の吸収線の波長に
引き込むことが可能になるので、レーザ・ダイオードの
ドリフトに左右されないでレーザ・ダイオードの発振波
長を共鳴セルの所定の吸収線の波長に引き込むことが可
能になる。

【０１７７】更に、本発明の第四の手段によれば、上記
のいずれの型の波長安定化光源も実現することができ
る。本発明の波長安定化光源を使用することにより、送
受間における光の波長を完全になくすことが可能になる
ので、光の広帯域性を利用する光コヒーレント通信方式
の実現が促進される。又、光コヒーレント通信方式の実
用化以前に、波長多重光通信方式に用いられる光源にも
本発明の波長安定化光源を使用することができる。

【０１７８】即ち、本発明は光通信方式の大容量化に大
きく貢献しうるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の波長安定化光源の構成（その１−
１）。

【図２】 引込み波長判定回路の構成例と動作。

【図３】 スイッチ制御回路の構成例。

【図４】 本発明の波長安定化光源の構成（その１−
２）。

【図５】 本発明の波長安定化光源の構成（その１−
３）。

【図６】 本発明の波長安定化光源の構成（その１−
４）。

【図７】 本発明の波長安定化光源の構成（その２−
１）。

【図８】 本発明の波長安定化光源の構成（その２−
２）。

【図９】 本発明の波長安定化光源の構成（その２−
３）。

【図１０】 本発明の波長安定化光源の構成（その２−
４）。

【図１１】 本発明の波長安定化光源の構成（その３−
１）。

【図１２】 本発明の波長安定化光源の構成（その３−
２）。

【図１３】 本発明の波長安定化光源の構成（その３−
３）。

【図１４】 本発明の波長安定化光源の構成（その３−
４）。

【図１５】 自然放出光を検出する原子共鳴器の構成。

【図１６】 共鳴セルの出力光。

【図１７】 ヘルムホルツ型キャビティの磁界。

【図１８】 共鳴セルの吸収特性。

【図１９】 従来の波長安定化光源の構成（その１）。

【図２０】 原子共鳴器の基本構成。

【図２１】 光検出回路出力と制御信号。

【図２２】 従来の波長安定化光源の構成（その２）。

【図２３】 キャビティの磁界。

【符号の説明】

１ レーザ・ダイオード ２ レーザ駆動回路 ３ 低周波発振器 ４ 原子共鳴器 ５ 第一の光検出回路 ６ 同期検波回路 ７ 第一の温度制御回路 ８ 第二の温度制御回路 ９ 波長制御回路 １０ 引込み波長判定回路 １１ 電圧掃引回路 １２ 第二の光検出回路 １３ 電圧加算回路 １４ 第一のスイッチ １５ 除算回路 １６ スイッチ制御回路 １７ 第二のスイッチ １８ 第三のスイッチ １９ ハーフ・ミラー ４１ 共鳴セル ４２、４２ａ キャビティ ４３、４３ａ コイル １０１ 差動増幅器 １０２ 第一の基準電圧源 １０３ 第一の比較器 １０４ 第二の比較器 １０５ 第二の基準電圧源 １０６ 第三の基準電圧源 １０７ 論理和回路 １６１ ２：１セレクタ １６２ 微分回路 １６３、１６４ 論理反転回路 １６５ 論理和回路 １６６ 論理積回路 １６７ 論理和回路

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 低周波信号によってレーザ・ダイオード
   の発振波長を変調し、原子共鳴器を通過した発振波長を
   変調された該レーザ・ダイオードの出力光に比例した電
   気信号を生成し、該生成された電気信号を該低周波信号
   によって同期検波して得られる制御信号によって該レー
   ザ・ダイオードの発振波長を制御する波長安定化光源に
   おいて、 原子共鳴器を構成する共鳴セルを通過した該レーザ・ダ
   イオードの出力光の、該共鳴セルの吸収線に等しい波長
   の光のレベルに比例した電気信号によって、該共鳴セル
   の複数の吸収線の所定の吸収線の波長に引込みが行なわ
   れたか否かを判定し、 所定の吸収線に引込みが行なわれていないと判定された
   場合には、電圧が変化する回路の出力電圧を変化せしめ
   て、該電圧が変化する回路の出力電圧によって該レーザ
   ・ダイオードの発振波長を制御し、 所定の吸収線に引込みが行なわれていると判定された場
   合には、該電圧が変化する回路の出力電圧を固定し、該
   固定された電圧と前記制御信号を加算した電圧によって
   該レーザ・ダイオードの発振波長を制御することを特徴
   とする波長安定化光源。
2. 【請求項２】 低周波信号によってレーザ・ダイオード
   の発振波長を変調し、原子共鳴器を通過した発振波長を
   変調された該レーザ・ダイオードの出力光に比例した電
   気信号を生成し、該生成された電気信号を該低周波信号
   によって同期検波して得られた制御信号によって該レー
   ザ・ダイオードの発振波長を制御する波長安定化光源に
   おいて、 原子共鳴器を構成する共鳴セルの側面から放射される自
   然放出光のレベルに比例した電気信号によって、該共鳴
   セルの複数の吸収線の所定の吸収線の波長に引込みが行
   なわれたか否かを判定し、 所定の吸収線に引込みが行なわれていないと判定された
   場合には、電圧が変化する回路の出力電圧を変化せしめ
   て、該電圧が変化する回路の出力電圧によって該レーザ
   ・ダイオードの発振波長を制御し、 所定の吸収線に引込みが行なわれていると判定された場
   合には、該電圧が変化する回路の出力電圧を固定し、該
   固定された電圧と前記制御信号を加算した電圧によって
   該レーザ・ダイオードの発振波長を制御することを特徴
   とする波長安定化光源。
3. 【請求項３】 低周波信号によってレーザ・ダイオード
   の発振波長を変調し、原子共鳴器を通過した発振波長を
   変調された該レーザ・ダイオードの出力光に比例した電
   気信号を生成し、該生成された電気信号を該低周波信号
   によって同期検波して得られた制御信号によって該レー
   ザ・ダイオードの発振波長を制御する波長安定化光源に
   おいて、 原子共鳴器を構成する共鳴セルを通過した該レーザ・ダ
   イオードの出力光の、該共鳴セルの吸収線に等しい波長
   の光のレベルに比例した電気信号と、該共鳴セルの側面
   から放射される自然放出光のレベルに比例した電気信号
   の比によって、該共鳴セルの複数の吸収線の所定の吸収
   線の波長に引込みが行なわれたか否かを判定し、 所定の吸収線に引込みが行なわれていないと判定された
   場合には、電圧が変化する回路の出力電圧を変化せしめ
   て、該電圧が変化する回路の出力電圧によって該レーザ
   ・ダイオードの発振波長を制御し、 所定の吸収線に引込みが行なわれていると判定された場
   合には、該電圧が変化する回路の出力電圧を固定し、該
   固定された電圧と前記制御信号を加算した電圧によって
   該レーザ・ダイオードの発振波長を制御することを特徴
   とする波長安定化光源。
4. 【請求項４】 共鳴セルの側面から放射される自然放出
   光を検出することを特徴とする原子共鳴器。