JPH11340557A - 波長安定化光源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 共鳴セルによって得られる複数の吸収線のい
ずれかを選択的に利用して、レーザダイオードの発振波
長を自動的に安定化する。 【解決手段】 強度の異なる複数の吸収線を有する共鳴
セル１０１を透過したレーザダイオード１０２のレーザ
光強度を測定手段１０３によって測定し、この測定結果
を表す出力信号に応じて、安定化制御手段１０４が環境
調整手段１０５を介してレーザダイオード１０２の動作
環境を制御する波長安定化光源装置において、クリップ
指示の入力に応じて、測定手段１０３の出力信号を所定
のクリップレベルでクリッピングして、安定化制御手段
１０４の処理に供するクリッピング手段１１１と、波長
安定化光源装置の立ち上げ時に、出力信号をクリッピン
グする旨のクリップ指示を送出し、レーザダイオード１
０２の発振波長が安定化した後にクリッピングを解除す
るクリップ制御手段１１２とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、共鳴セルに封入さ
れた原子または分子によって得られる複数の吸収線のい
ずれかを利用してレーザーダイオードの発振波長を安定
化する波長安定化光源装置に関するものである。近年、
従来の金属線による通信網に代わる光ファイバ網の整備
などのために、安価でかつ信頼性の高い光源装置の開発
が必要とされている。このような要望に応じて、アセチ
レンやシアン分子の吸収線（波長1.5μm付近）やルビジ
ウム原子の吸収線（波長780nm 付近）などが高い安定性
を有することを利用して、レーザーダイオードの発振波
長を安定化する波長安定化光源装置が提案されている。

【０００２】

【従来の技術】図１０に、従来の波長安定化光源装置の
構成例を示す。図１０において、レーザダイオード（Ｌ
Ｄ）４０１から出射したレーザ光の一部は、ビームスプ
リッタ（ＢＳ）４０２によって出力光から分離され、ル
ビジウムなどの気体が封入された共鳴セル４０３に入射
する構成となっている。

【０００３】上述したレーザダイオード４０１は、レー
ザドライバ４０４から駆動電流の供給を受ける構成とな
っており、低周波発振器４０５から出力される低周波信
号によってこの駆動電流を変調することにより、レーザ
ダイオード４０１の発振波長を所定の範囲で変動させる
構成となっている。また、共鳴セル４０３の出射側には
光検出器４０６が配置されており、この光検出器４０６
の出力信号が、増幅回路４０７を介して同期検波回路４
０８に入力され、上述した低周波信号に基づく同期検波
処理に供されている。

【０００４】ここで、図１１(ａ)に示すように、共鳴セ
ル４０３が波長λ₀ に吸収線を持っている場合に、低周
波信号による変調によってレーザダイオード４０１の発
振波長λが変動すると、同期検波回路４０８の出力信号
は、発振波長λが波長λ₀ の十分に近傍にあるときに
は、図１１(ｂ)に示すように、波長λが波長λ₀ と等し
いときを境に極性が変化し、波長の増大につれて単調に
減少する直流信号となる。

【０００５】したがって、この同期検波回路４０８の出
力信号を誤差信号としてＰＩＤ制御部４０９に入力し、
レーザドライバ４０４の制御処理に供することにより、
レーザダイオード４０１を上述した波長λ₀ と所定の関
係を有する波長λで安定的に発振させることができる。
このように、レーザダイオード４０１の発振波長が吸収
線の近傍にあることが保証されれば、上述した低周波発
振器４０５、同期検波回路４０８およびＰＩＤ制御部４
０９からなる引き込み制御回路を用いて駆動電流を制御
することにより、レーザダイオード４０１の発振波長を
この吸収線の波長に安定化させることができる。

【０００６】ところで、例えば、ルビジウム原子を封入
した共鳴セルでは、主成分である原子量８７のルビジウ
ム⁸⁷Rb（以下、ルビジウム８７と称する）に、原子量８
５のルビジウム⁸⁵Rb（以下、ルビジウム８５と称する）
がわずかに混入している。このような共鳴セルの吸収特
性は、図１２に示すように、ルビジウム８７による２本
の吸収線（図１２において、符号P1、P4を付して示す）
に加えて、ルビジウム８５による２本の吸収線（図１２
において、符号P2、P3を付して示す）がわずか約13.9pm
の範囲に分布している。

【０００７】特に、ルビジウム８７による吸収線P1とル
ビジウム８５による吸収線P2との間隔およびルビジウム
８７による吸収線P4とルビジウム８５による吸収線P3と
の間隔は極めて小さい。これに対して、レーザダイオー
ド４０１の発振波長は温度依存性が大きく、温度１度の
変動に対して発振波長は約０.1nmも変動してしまうた
め、波長安定化光源装置の立ち上げ直後においては、レ
ーザダイオード４０１の発振波長と共鳴セル４０３の吸
収線との関係が不定となってしまう。

【０００８】このため、従来は、レーザダイオード４０
１の温度特性を予め記録しておき、レーザダイオード４
０１の温度が、所望の発振波長（例えば、図１２に符号
P1で示したルビジウム８７の吸収線）が得られる温度に
安定するのを待つとともに、人手によってレーザドライ
バ４０４の駆動電流を調整し、所望の発振波長が得られ
たことを確認してから、上述した同期検波回路４０８や
ＰＩＤ制御部４０９による安定化制御を開始していた。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
の波長安定化光源装置は、レーザダイオード４０１の発
振波長が共鳴セル４０３の所望の吸収線の近傍にある状
態で、引き込みを開始して安定化することを前提として
おり、図１２に示したような複数の吸収線から所望の吸
収線を判別するための手段は備えていなかった。

【００１０】その一方、レーザダイオードの発振波長の
温度依存性は極めて大きく、また、通電間隔や通算使用
時間などの使用状態によって、エージングによる波長ず
れ量も著しく変化する。このため、前回に駆動した際の
データを利用して、レーザダイオード４０１の温度およ
び注入電流を厳密に制御したとしても、図１２に符号P1
で示したルビジウム８７の吸収線と符号P2で示したルビ
ジウム８５の吸収線とのいずれか一方を選択的に波長安
定化制御に供することは非常に困難である。

【００１１】また一方、アイソトープ分離処理によって
ルビジウム８５を完全に取り除いて、純粋なルビジウム
８７の気体を生成することも非常に困難である。したが
って、従来の波長安定化光源装置では、装置の立ち上げ
時には、近接している吸収線を判別して、所望の吸収線
を波長安定化制御に供するために、人手による調整作業
が必要不可欠であった。

【００１２】しかしながら、光ファイバ網を展開するた
めには、波長安定化光源装置を無人局に設置し、全く人
手を介することなく、所望の波長で安定的に発振させる
必要があり、波長安定化光源装置の立ち上げ時に、共鳴
セル４０３の所望の吸収線を選択的に利用して、レーザ
ダイオード４０１の発振波長を自動的に引き込む技術が
必要とされている。

【００１３】更に、このような用途では、レーザダイオ
ード４０１の経年変化（エージング）による波長ずれの
影響を含む様々な動作環境の変化を自動的に補正して、
波長安定化制御動作を有効に作用させるための技術も必
要である。本発明は、共鳴セルによって得られる複数の
吸収線のいずれかを選択的に利用して、レーザダイオー
ドの発振波長を自動的に安定化する波長安定化光源装置
を提供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】図１に、請求項１から請
求項３の波長安定化光源装置の原理ブロック図を示す。
請求項１の発明は、強度の異なる複数の吸収線からなる
吸収特性を有する共鳴セル１０１を透過したレーザダイ
オード１０２のレーザ光強度を測定手段１０３によって
測定し、この測定結果を表す出力信号に応じて、安定化
制御手段１０４が環境調整手段１０５を介してレーザダ
イオード１０２の温度および駆動電流を含む動作環境を
制御する波長安定化光源装置において、クリップ指示の
入力に応じて、複数の吸収線の強度に基づいて決定した
所定のクリップレベルを設定し、測定手段１０３の出力
信号を所定の増幅率で増幅するとともにクリップレベル
でクリッピングして、安定化制御手段１０４の処理に供
するクリッピング手段１１１と、波長安定化光源装置の
立ち上げ時に、出力信号をクリッピングする旨のクリッ
プ指示を送出し、安定化制御手段１０４の動作により、
レーザダイオード１０２の発振波長が安定化した後にク
リッピングを解除するクリップ制御手段１１２とを備え
たことを特徴とする。

【００１５】請求項１の発明は、所望の吸収線に相当す
る信号レベルと不要な吸収線に相当する信号レベルとの
間にクリップレベルを設定することにより、測定手段１
０３の出力信号から不要な吸収線による変動を排除する
ことができる。これにより、所望の吸収線による出力信
号の変動に基づいて、安定化制御手段１０４が環境調整
手段１０５を制御することができるから、レーザダイオ
ード１０２の発振波長を特定の吸収線の波長に安定化さ
せることができる。

【００１６】請求項２の発明は、請求項１に記載の波長
安定化光源装置において、環境調整手段１０５を介して
レーザダイオード１０２の動作環境を所定の範囲で変化
させ、レーザダイオード１０２の発振波長を所定の範囲
で変更する波長変更手段１１３と、レーザダイオード１
０２の発振波長変化に対応する測定手段１０３の出力信
号の変化に基づいて、共鳴セルの吸収特性を評価する特
性評価手段１１４と、特性評価手段１１４による評価結
果に基づいて、クリッピング手段１１１によるクリップ
レベルを変更するレベル変更手段１１５とを備えた構成
であることを特徴とする。

【００１７】請求項２の発明は、波長変更手段１１３の
動作に伴って特性評価手段１１４が動作することによ
り、波長安定化光源装置を立ち上げる度に、その時点に
おけるレーザダイオード１０２の特性を考慮した吸収特
性を求めることができる。この吸収特性に基づいて、レ
ベル変更手段１１５が動作することにより、エージング
などによるレーザダイオード１０２の特性変化に対応し
てクリップレベルを変更し、安定化制御手段１０４を有
効に動作させることが可能となる。

【００１８】請求項３の発明は、請求項２に記載の波長
安定化光源装置において、特性評価手段１１４による評
価結果に基づいて、クリッピング手段１１１による測定
手段１０３の出力信号の直流増幅率を変更する増幅率変
更手段１１６とを備えた構成であることを特徴とする。
請求項３の発明は、特性評価手段１１４による評価結果
に基づいて、増幅率変更手段１１６が動作することによ
り、波長安定化光源装置を立ち上げる度に、その時点に
おけるレーザダイオード１０２の発光強度に適した直流
増幅率を設定することができる。

【００１９】図２に、請求項４の波長安定化光源装置の
原理ブロック図を示す。請求項４の発明は、強度の異な
る複数の吸収線からなる吸収特性を有する共鳴セル１０
１を透過したレーザダイオード１０２のレーザ光強度を
測定手段１０３によって測定し、この測定結果を表す出
力信号に応じて、安定化制御手段１０４が環境調整手段
１０５を介してレーザダイオード１０２の温度および駆
動電流を含む動作環境を制御する波長安定化光源装置に
おいて、温度調整指示の入力に応じて共鳴セル１０１の
温度を調整し、通常の稼働温度あるいは稼働温度よりも
低い所定の準備温度とする温度調整手段１２１と、波長
安定化光源装置の立ち上げ時に、準備温度とする旨の温
度調整指示を送出し、安定化制御手段１０４の動作によ
り、レーザダイオード１０２の発振波長が安定化した後
に、稼働温度とする旨の温度調整指示を送出する温度制
御手段１２２とを備えたことを特徴とする。

【００２０】請求項４の発明は、温度制御手段１２２か
らの指示に応じて温度調整手段１２１が動作することに
より、波長安定化光源装置の立ち上げ時に共鳴セル１０
１を低温状態とし、吸収特性に寄与する原子あるいは分
子の絶対量が少ない状態で安定化制御動作を開始するの
で、一般に強度が弱い不要な吸収線を排除することがで
きる。

【００２１】これにより、所望の吸収線による測定手段
１０３の出力信号の変動に基づいて、安定化制御手段１
０４が環境調整手段１０５を制御することができるか
ら、レーザダイオード１０２の発振波長を特定の吸収線
の波長に安定化させることが可能である。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて、本発明の
実施形態について詳細に説明する。

【００２３】図３に、請求項１の波長安定化光源装置の
実施形態を示す。図３において、波長安定化光源装置
は、図１０に示した従来の波長安定化光源装置の引き込
み制御回路にクリッピング手段１１１に相当するクリッ
ピング回路２１０と安定化制御処理部２２０とを付加
し、この安定化制御処理部２２０からの指示に応じて、
クリッピング回路２１０が、測定手段１０３に相当する
光検出器４０６の出力信号を増幅するとともにクリッピ
ングして、同期検波回路４０８による同期検波処理に供
する構成となっている。

【００２４】図４に、請求項１の発明を適用した引き込
み制御回路の構成を示す。図４に示したクリッピング回
路２１０において、可変抵抗２１１は、安定化制御処理
部２２０からの切り換え信号に応じてスイッチ２１２が
動作し、抵抗Ｒvをバイパスする経路を断続することに
より、光検出器４０６の出力信号を増幅するオペアンプ
２１３の直流ゲインを切り替える構成となっている。

【００２５】ここで、上述した抵抗Ｒv として、基本と
なる抵抗Ｒに比べて十分に大きい抵抗値を持つ素子を用
いて可変抵抗２１１を構成すれば、安定化制御処理部２
２０からの切り換え信号に応じてスイッチ２１２を開放
することにより、クリッピング回路２１０に備えられた
オペアンプ２１３による直流ゲインを大幅に増大させる
ことができる。

【００２６】このようにして直流ゲインを増大させた場
合には、図５に示すように、直流ゲインの増大分に対応
するクリップレベル（図５において点線で示した）より
も高いレベルの入力信号に対する出力信号は飽和する。
したがって、図１２において符号P1、P4で示したルビジ
ウム８７の吸収線のみが、低周波発振器４０５、同期検
波回路４０８およびＰＩＤ制御部４０９からなる安定化
制御手段１０４による引き込み制御に有効な吸収特性と
して残ることになる（図５参照）。

【００２７】一方、図４に示した安定化制御処理部２２
０において、初期化制御部２２１は、環境情報保持部２
２２に保持された環境情報に基づいて、環境調整手段１
０５に相当する温度コントローラ４１０およびレーザド
ライバ４０４にそれぞれ温度および駆動電流を指定する
とともに、信号生成部２２３による切り換え信号の生成
動作を制御する構成となっている。

【００２８】ここで、環境情報保持部２２２は、例え
ば、前回に波長安定化光源装置によってレーザダイオー
ド４０１の波長が安定化したときに、レーザダイオード
４０１の温度および駆動電流を環境情報として保持して
おく構成とすればよい。また、ロック判定部２２４は、
同期検波回路４０８によって得られる誤差信号に基づい
て、引き込み制御に利用する吸収線が確定したか否かを
判定し、この判定結果を初期化制御部２２１の処理に供
する構成となっている。

【００２９】この初期化制御部２２１は、例えば、波長
安定化光源装置の立ち上げに伴って、信号生成部２２３
にスイッチ２１２の開放を指示する切り換え信号の生成
を指示してクリッピング回路２１０に送出し、また、上
述したロック判定部２２４による判定結果によって、吸
収線が確定した旨が示されたときに、信号生成部２２３
にスイッチ２１２の閉塞を指示する切り換え信号の生成
を指示して、クリッピングを解除する構成とすればよ
い。

【００３０】このように、波長安定化光源装置の立ちあ
げおよびロック判定部２２４による判定結果に応じて、
初期化制御部２２１が信号生成部２２３の動作を制御す
ることにより、請求項１で述べたクリップ制御手段１１
２の機能が実現されている。

【００３１】これにより、引き込み制御回路が動作を開
始してから、基準となるべき吸収線が確定するまでの期
間だけ、光検出器４０６の出力信号をクリッピングし
て、図５に示すように、例えば、符号P1、P4で示したル
ビジウム８７の吸収線の近傍の紛らわしい吸収線を排除
することができる。また、従来の技術の項で述べたよう
に、環境情報保持部２２２に保持しておいた環境情報を
利用して、レーザダイオード４０１の温度および駆動電
流を高い精度で制御すれば、図１２に符号P1、P4を付し
て示した２本の吸収線を区別し、レーザダイオード４０
１の発振波長をいずれか一方の吸収線の波長の近傍とす
ることは可能である。

【００３２】したがって、初期化制御部２２１からの指
示に応じて温度コントローラ４１０およびレーザドライ
バ４０４がレーザダイオード４０１の動作環境を調整
し、レーザダイオード４０１により、例えば図１２に符
号P4を付して示した吸収線の近傍の波長のレーザ光が得
られれば、低周波発振器４０５、同期検波回路４０８お
よびＰＩＤ制御部４０９が引き込み制御動作により、吸
収線をこの吸収線を選択的に利用して引き込み制御動作
が行われる。

【００３３】すなわち、共鳴セルによって得られる複数
の吸収線いずれか１本を選択的に利用して、自動的にレ
ーザダイオードの発振波長を安定化することができる。
これにより、レーザダイオードと共鳴セルとを利用した
波長安定化光源装置の立ち上げを完全に自動化すること
が可能となり、波長安定化光源装置の設置場所を人手に
よる微調整が期待できない無人局などにも拡大すること
ができる。

【００３４】なお、上述したようにして、引き込み制御
に利用される吸収線が確定した後は、光検出器４０６の
出力信号についてのクリッピングを解除し、本来の波長
ずれ感度を活用して、従来と同様の波長安定化制御を行
えばよい。また、クリッピングレベルを更に低く設定し
て、図５において符号P1で示した吸収線をも排除すれ
ば、図５において符号P4で示した最も強い吸収線のみが
残るので、波長安定化光源装置の立ち上げ直後のレーザ
ダイオード４０１の発振波長にかかわらず、引き込み制
御に利用される波長をこの吸収線の波長に限定すること
ができる。

【００３５】この場合は、引き込み制御の開始時におけ
るレーザダイオード４０１の温度や駆動電流の制限を緩
めることができるので、温度コントローラ４１０やレー
ザドライバ４０４の低コスト化を図ることができる。そ
の一方、図１２に示したように、符号P2、P3で示した吸
収線の強度と符号P4で示した吸収線の強度の差に比べ
て、符号P1で示した吸収線と符号P4で示した吸収線との
強度の差は極めて小さいから、上述したようにして、符
号P4で示した最も強い吸収線のみを抽出するためには、
クリッピングレベルを厳密に設定する必要がある。

【００３６】次に、クリッピングレベルを厳密に設定す
る方法について説明する。図６に、請求項２の波長安定
化光源装置の要部構成を示す。図６に示した波長安定化
光源装置は、図２に示した波長安定化光源装置に、測定
制御部２３１と特性評価部２３２とレベル決定部２３３
とを付加するとともに、上述したクリッピング回路２１
０に代えてクリッピング回路２４０を備え、レベル決定
部２３３によって決定されたクリッピングレベルに応じ
て、クリッピング回路２４０が動作する構成となってい
る。

【００３７】図６において、測定制御部２３１は、請求
項２で述べた波長変更手段１１３に相当するものであ
り、例えば、引き込み制御動作に先立って、レーザドラ
イバ４０４を制御してレーザダイオード４０１の発振波
長を所定の範囲でスイープする構成となっている。ま
た、特性評価部２３２は、請求項２で述べた特性評価手
段１１４に相当するものであり、上述した測定制御部２
３１の動作に応じて得られる光検出器４０６の出力信号
を受け取り、レーザダイオード４０１の発振波長の変化
に対応する出力信号レベルの変化として共鳴セル４０３
の吸収特性を評価する構成となっている。

【００３８】ここで、光検出器４０６の出力信号レベル
には、レーザダイオード４０１を出射したレーザ光が共
鳴セル４０３に入射するまでの光路上の吸収や、レーザ
ダイオード４０１自体のエージングなど、様々な環境条
件の影響による変化分も含まれている。すなわち、この
測定制御部２３１とレーザドライバ４０４と特性評価部
２３２とにより、波長安定化光源装置を立ち上げる度
に、上述したような様々な環境条件による影響を共鳴セ
ル４０３の吸収特性に含めて評価し、レベル決定部２３
３の処理に供することができる。

【００３９】このレベル決定部２３３は、上述した特性
評価部２３２から吸収線P1および吸収線P4に対応する光
検出器４０６の出力信号レベルL1、L4を受け取り、例え
ば、これらの出力信号レベルの平均値をクリッピングレ
ベルCLとして、クリッピング回路２４０に送出すればよ
い。このようにして、環境条件の変化による影響を考慮
して、適切なクリッピングレベルを決定することができ
る。

【００４０】また、図６に示したクリッピング回路２４
０は、例えば、図４に示した可変抵抗２１１に代えて、
基本抵抗Ｒと可変抵抗Ｒv1とからなる可変抵抗２１５お
よび抵抗制御部２１６を備えて構成し、抵抗制御部２１
６が、入力されたクリッピングレベルCLに応じて、可変
抵抗Ｒv1の抵抗値を適切な値に設定する構成とすればよ
い。

【００４１】つまり、上述したレベル決定部２３３から
の指示に応じて、抵抗制御部２１６が可変抵抗Ｒv1を制
御することにより、請求項２で述べたレベル変更手段１
１５の機能を実現する構成となっている。この場合は、
レーザダイオード４０１のエージングを含む様々な環境
条件の変化に柔軟に対応して、常に、適切なクリッピン
グレベルを設定することができるので、所望の吸収線を
確実に判別して、波長安定化処理に供することが可能で
あり、波長安定化光源装置の信頼性を向上することがで
きる。

【００４２】また、上述したようにして得られた吸収特
性を利用して、波長安定化光源装置の安定性を向上する
ことも可能である。図７に、請求項３の波長安定化光源
装置の要部構成を示す。図７に示す波長安定化光源装置
は、図６に示した波長安定化光源装置にゲイン決定部２
３４を付加するとともに、図６に示した可変抵抗２１５
および抵抗制御部２１６に代えて、可変抵抗Ｒv1および
可変抵抗Ｒv2からなる可変抵抗２１７と抵抗制御部２１
８とからなるクリッピング回路２４１を備えた構成とな
っている。

【００４３】この抵抗制御部２１８は、レベル決定部２
３３から受け取った指示に応じて可変抵抗Ｒv1を操作す
るとともに、ゲイン決定部２３４からの指示に応じて可
変抵抗Ｒv2の抵抗値を変更する構成となっている。ま
た、図７に示したゲイン決定部２３４は、特性評価部２
３２によって得られた吸収特性に基づいて、全ての吸収
線を識別可能とする最大の直流ゲインに相当する出力信
号レベルLgを抽出し、抵抗制御部２１７に対して、可変
抵抗Ｒv2の抵抗値をこの信号レベルLgに対応する抵抗値
Ｒg とする旨を指示する構成となっている。

【００４４】つまり、このゲイン決定部２３４からの指
示に応じて、上述した抵抗制御部２１８がクリッピング
回路２４１に備えられた可変抵抗Ｒv2を操作することに
より、請求項３で述べた増幅率変更手段１１６の機能を
実現し、このクリッピング回路２４１に備えられたオペ
アンプ２１３の基本的な増幅率を変更することができ
る。上述したように、特性評価部２３２によって得られ
た吸収特性は、その時点における波長安定化光源装置の
動作環境からの影響を含んでいるから、この吸収特性に
基づいて決定した直流ゲインを適用することにより、レ
ーザダイオード４０１のエージングを含む様々な環境条
件の変化に柔軟に対応して、常に、適切な直流ゲインを
得ることが可能となる。

【００４５】これにより、オペアンプ２１３の帰還抵抗
を可能な限り大きくして、同期検波回路４０８における
Ｓ／Ｎ比を高くすることが可能となり、波長安定化光源
装置の波長安定性を更に向上することができる。ところ
で、共鳴セルによる吸収特性は、気化したルビジウム原
子の寄与によるものであるから、気化しているルビジウ
ム８５の絶対量が少なければ、これによって現れる不要
な吸収線の強度は無視できるほど小さくなると考えられ
る。

【００４６】次に、このことを利用して、所望の吸収線
を選択する方法を説明する。図８に、請求項４の波長安
定化光源装置の実施形態を示す。図８に示した波長安定
化光源装置は、図３に示した波長安定化光源装置のクリ
ッピング回路２１０に代えて、固定抵抗とオペアンプと
からなる前置増幅回路２５１と温度制御部２５２とを備
え、この温度制御部２５２が、安定化制御処理部２２０
からの切り換え信号に応じて、請求項４で述べた温度調
整手段１２１に相当するペルチェ素子２５３を操作する
ことにより、共鳴セル４０３の温度を調整する構成とな
っている。

【００４７】ここで、温度制御部２５２は、請求項４で
述べた温度制御手段１２２に相当するものであり、例え
ば、通常に稼働させる際に共鳴セル４０３を安定化させ
るべき温度T1（例えば、摂氏30度程度の常温）と、この
温度T1よりも十分に低い温度T2（例えば、摂氏−20度程
度の低温）とを含む複数の段階で共鳴セル４０３の温度
を調整する構成とすればよい。

【００４８】この場合に、安定化制御処理部２２０によ
り、波長安定化光源装置の立ち上げ時に、上述した低い
温度T2を指定する切り換え信号を温度制御部２５２に送
出すれば、共鳴セル４０３を低温状態としてルビジウム
８５およびルビジウム８７の気化量を抑え、図９に示す
ように、ルビジウム８５による吸収線の絶対的な強度を
十分に小さくすることができる。

【００４９】このようにして、共鳴セル４０３内に混入
しているルビジウム８５による吸収線を排除することに
より、レーザダイオード４０１の波長安定化制御に利用
する吸収線を確実に特定することができ、レーザダイオ
ード４０１の発振波長を自動的に安定化制御することが
可能となる。その後、安定化制御処理部２２０により、
常温状態を指定する切り換え信号を温度制御部２５２に
送出し、これに応じて温度制御部２５２がペルチェ素子
２５３を操作して共鳴セル４０３を常温状態とすれば、
引き込み制御部を本来の感度で動作させ、レーザダイオ
ード４０１の発振波長の安定化制御を持続させることが
できる。

【００５０】

【発明の効果】以上に説明したように、請求項１の発明
によれば、安定化制御手段への入力信号をクリッピング
することにより、安定化制御に利用する基準となる波長
から不要な吸収線を排除し、特定の吸収線を選択的に利
用してレーザダイオードの発振波長を安定化することが
できるから、波長安定化光源装置を完全に自動で立ち上
げることが可能となり、波長安定化光源装置の設置場所
を無人の施設にも拡大することができる。

【００５１】更に、請求項２および請求項３の発明によ
れば、波長安定化光源装置を立ち上げる度に、その時点
におけるレーザダイオードのエージングを含む動作環境
の影響を考慮して、適切なクリップレベルおよび直流増
幅率を設定することができるから、動作環境の変化に柔
軟に対応して、波長安定化光源装置の自動立ち上げを支
援することができる。

【００５２】また一方、請求項４の発明によれば、共鳴
セルによって得られる吸収線の強度が温度に依存するこ
とを利用して、安定化制御に利用する基準となる波長か
ら不要な吸収線を排除し、特定の吸収線を選択的に利用
してレーザダイオードの発振波長を安定化することがで
きるから、波長安定化光源装置を完全に自動で立ち上げ
ることが可能となり、波長安定化光源装置の設置場所を
無人の施設にも拡大することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１から請求項３の波長安定化光源装置の
原理ブロック図である。

【図２】請求項４の波長安定化光源装置の原理ブロック
図である。

【図３】請求項１の波長安定化光源装置の実施形態を示
す図である。

【図４】引き込み制御回路の詳細構成図である。

【図５】クリッピングによる効果を示す図である。

【図６】請求項２の波長安定化光源装置の要部構成を示
す図である。

【図７】請求項３の波長安定化光源装置の要部構成を示
す図である。

【図８】請求項４の波長安定化光源装置の実施形態を示
す図である。

【図９】温度制御による効果を説明する図である。

【図１０】従来の波長安定化光源装置の構成例を示す図
である。

【図１１】波長安定化制御動作を説明する図である。

【図１２】共鳴セルの吸収特性を示す図である。

【符号の説明】

１０１、４０３ 共鳴セル １０２、４０１ レーザダイオード １０３ 測定手段 １０４ 安定化制御手段 １０５ 環境調整手段 １１１ クリッピング手段 １１２ クリップ制御手段 １１３ 波長変更手段 １１４ 特性評価手段 １１５ レベル変更手段 １１６ 増幅率変更手段 １２１ 温度調整手段 １２２ 温度制御手段 ２１０、２４０、２４１ クリッピング回路 ２１１、２１５、２１７ 可変抵抗 ２１２ スイッチ ２１３ オペアンプ ２１６、２１８ 抵抗制御部 ２２０ 安定化制御処理部 ２２１ 初期化制御部 ２２２ 環境情報保持部 ２２３ 信号生成部 ２２４ ロック判定部 ２３１ 測定制御部 ２３２ 特性評価部 ２３３ レベル決定部 ２３４ ゲイン決定部 ２５１ 前置増幅部 ２５２ 温度制御部 ２５３ ペルチェ素子 ４０２ ビームスプリッタ（ＢＳ） ４０４ レーザドライバ（ＬＤ） ４０５ 低周波発振器 ４０６ 光検出器 ４０７ 増幅回路 ４０８ 同期検波回路 ４０９ ＰＩＤ制御部 ４１０ 温度コントローラ

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｈ０４Ｂ 10/26

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 強度の異なる複数の吸収線からなる吸収
   特性を有する共鳴セルを透過したレーザダイオードのレ
   ーザ光強度を測定手段によって測定し、この測定結果を
   表す出力信号に応じて、安定化制御手段が環境調整手段
   を介して前記レーザダイオードの温度および駆動電流を
   含む動作環境を制御する波長安定化光源装置において、 クリップ指示の入力に応じて、前記複数の吸収線の強度
   に基づいて決定した所定のクリップレベルを設定し、前
   記測定手段の出力信号を所定の増幅率で増幅するととも
   に前記クリップレベルでクリッピングして、前記安定化
   制御手段の処理に供するクリッピング手段と、 波長安定化光源装置の立ち上げ時に、前記出力信号をク
   リッピングする旨のクリップ指示を送出し、前記安定化
   制御手段の動作により、前記レーザダイオードの発振波
   長が安定化した後にクリッピングを解除するクリップ制
   御手段とを備えたことを特徴とする波長安定化光源装
   置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の波長安定化光源装置に
   おいて、 環境調整手段を介してレーザダイオードの動作環境を所
   定の範囲で変化させ、前記レーザダイオードの発振波長
   を所定の範囲で変更する波長変更手段と、 前記レーザダイオードの発振波長変化に対応する測定手
   段の出力信号の変化に基づいて、共鳴セルの吸収特性を
   評価する特性評価手段と、 前記特性評価手段による評価結果に基づいて、クリッピ
   ング手段によるクリップレベルを変更するレベル変更手
   段とを備えた構成であることを特徴とする波長安定化光
   源装置。
3. 【請求項３】 請求項２に記載の波長安定化光源装置に
   おいて、 特性評価手段による評価結果に基づいて、クリッピング
   手段による測定手段の出力信号の直流増幅率を変更する
   増幅率変更手段とを備えた構成であることを特徴とする
   波長安定化光源装置。
4. 【請求項４】 強度の異なる複数の吸収線からなる吸収
   特性を有する共鳴セルを透過したレーザダイオードのレ
   ーザ光強度を測定手段によって測定し、この測定結果を
   表す出力信号に応じて、安定化制御手段が環境調整手段
   を介して前記レーザダイオードの温度および駆動電流を
   含む動作環境を制御する波長安定化光源装置において、 温度調整指示の入力に応じて共鳴セルの温度を調整し、
   通常の稼働温度あるいは前記稼働温度よりも低い所定の
   準備温度とする温度調整手段と、 波長安定化光源装置の立ち上げ時に、前記準備温度とす
   る旨の温度調整指示を送出し、前記安定化制御手段の動
   作により、前記レーザダイオードの発振波長が安定化し
   た後に、前記稼働温度とする旨の温度調整指示を送出す
   る温度制御手段とを備えたことを特徴とする波長安定化
   光源装置。