JPS5840356B2 - レ−ザ光周波数の制御装置 - Google Patents

レ−ザ光周波数の制御装置

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JPS5840356B2
JPS5840356B2 JP8226080A JP8226080A JPS5840356B2 JP S5840356 B2 JPS5840356 B2 JP S5840356B2 JP 8226080 A JP8226080 A JP 8226080A JP 8226080 A JP8226080 A JP 8226080A JP S5840356 B2 JPS5840356 B2 JP S5840356B2
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control device
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JP8226080A
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忠民 森
正実 但馬
孝康 福田
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Fujitsu Ltd
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Fujitsu Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/06Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
    • H01S5/068Stabilisation of laser output parameters
    • H01S5/0683Stabilisation of laser output parameters by monitoring the optical output parameters
    • H01S5/0687Stabilising the frequency of the laser

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Lasers (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はレーザ、特に炭酸ガスレーザのごとき大出力レ
ーザの発振周波数を安定させるための新規な制御装置に
関するものである。
一般にレーザを大出力のものにすると寸法が犬となるが
この場合該レーザの共振鏡間隔りが犬とナルため、該レ
ーザの縦モード発振スペクトラム間隔C/2Lが狭くな
り、レーザに固有な利得カーブ中に複数本のスペクトル
が生じ、いわゆるマルチモードとなる。
ただしCは光速である。このスペクトルはレーザの温度
上昇その他の要因によって周波数軸上で漂動するために
、該スペクトルを利用して発光せしめんとする場合には
レーザ発振周波数の自動制御(AFC)を行う必要が生
じる。
本発明はこうした必要に鑑みてなされたもので制御対象
レーザの光をヘテロダイン検波し、中間周波出力中に反
映して表れる上記複数のスペクトルのうちの1つを対象
として、これを広、狭両帯域を有するディスクリミネー
タを含んだ回路に通して正確かつ迅速なレーザ光AFC
を行わしめんとするもので、以下、図面を用いて詳記す
る。
第1図はレーザ光のAFCを行うための一般的な回路構
成図であるが、このうち1は制御対象レーザであって、
該レーザ1から外部空間に放射される光出力の一部は第
1のビームスプリッタBS1により第2のビームスプリ
ッタBS2へ導かれる。
ここで該ビームスプリッタBS2には上記制御対象レー
ザ1よりも小電力で、そのために少なくとも2桁以上周
波数安定度が高い局部発振レーザ2からの光が導入され
ているために、赤外線検知器(以下単に検知器と呼ぶ)
3ではヘテロダイン検波がなされ、その電気的出力とし
てたとえば数10MHzなる中間周波電圧VIPを生じ
る。
検知器3に生じた該電圧v1Fは中間周波増幅器IFA
によって増幅されて周波数制御装置10の入力端子5に
入力されるが、その出力端子6からは直流制御電圧vD
が出力される。
そして該制御装置10の出力端子6につながれた高圧直
流増幅器4からは、前記制御対象レーザ1が生じる周波
数変動に対応した高電圧が、該レーザ1の図示しない共
振鏡に接続されたピエゾ素子に供給され、共振鏡間隔り
を調整し、これによって自動的に周波数制御がほどこさ
れるのであるが、該回路は閉ループ回路となっており、
利得はユニティフィードバックの利得と同じ<G/(1
+G)で与えられ、その誤差は1/(1+G)に圧縮さ
れる。
ただし、Gは該回路の開ループ利得であって、こうした
回路は従来のものと特に変わるところはないが、本発明
は第1図中の10として示した制御装置に特徴を有する
ものであり、以下にその概要ならびに動作について説明
する。
第2図は上記制御装置10の内部を示したもので該制御
装置10の入力端子5から導入された中間周波信号は、
まず分配器IによってFLl 。
FL2 、FL3なる3個のフィルタに分配される。
これらフィルタFL1 、FL2 、FL3の各特性は
第3図に示されたごとくであって、FLl とFL2の
特性はほぼ左右対称形をなし、FL3の特性はその一部
がFLl とFL2の両特性にまたがるようになされで
ある。
ただし第3図の横軸fは周波数であり、foは中間周波
増幅器IFAの中心周波数である。
フィルタFL、 とFL2の後には検波器D1゜D2
がそれぞれつながれ、それぞれ検波直流電圧を生じるよ
うになっており、該直流電圧は共に比較器11の正およ
び負の入力端子に加えられている。
なお比較器11の正入力端子と出力端子間にはインバー
タ13が挿入さえているので、該比較器11の出力信号
で切替え動作を行う電子スイッチSW1 の両端子G1
およびG2から眺めた場合には第3図中の第2象限
に書かれているフィルタFL、の存在は、第3図の点線
で示したごとく第3象限に点対称特性を有するフィルタ
FL1’の存在と全く等しいことになる。
このFL、’と前記FL2なるフィルタで構成されるS
字形特性によってFL、’とFL2の両フィルタの合成
特性はWlなる広帯域を有する1つのディスクリミネー
タを構成するものである。
一方、第2図中の電子スイッチSW2ははじめにフィル
タFL3の帯域W2内に信号が存在していないとしてあ
らかじめ先の電子スイッチSW1の端子8につながる端
子G3側に倒されているので、第1図のAFCループは
、第3図中のフィルタFL1’とFL2 とで構成され
る第1のディスクリミネータが呈する広い通過帯域幅W
1 を有する閉ループを形成する。
とのAFCループが有する閉ループ利得は上記ディスク
リミネータのf。
近傍の傾斜が少ないために小であって、これを01で表
せば、その具体的な値はたとえば3倍程度である。
ところで前記のごとくレーザが大出力となるとマルチモ
ードとなって複数のスペクトルが生じるが、令弟4図a
に示したごとく中間周波に変換されたスペクトルのうち
のたとえばn−1番目、n番目、n+1番目・・・・・
・がそれぞれfl、f2.f3・・・・・・なる周波数
に位置するとする。
n−1番目のIFスペクトルはフィルタFL、の帯域内
にあるから検波器り、によって整流されBLなる直流出
力を発生し、n番目のIFスペクトルはフィルタFL2
の帯域内にあるから検波器D2によって整流されBHな
る直流出力を発生する。
この時上記BL、BHなる直流電圧は比較器11でその
大小が比較され、BL<BHなる関係にあれば低い値を
有する方の電圧BLが、そしてBL>BHなる関係にあ
ればやはり低い値を有する方の電圧BHが、比較器11
からの出力電圧で動作するスイッチ11によってその端
子8に選択されて出力されるようにしておく。
かくすれば前記第1図のAFCループは、レーザ1〜B
S1〜BS2〜検知器3〜IFA〜第1のディスクリミ
ネータ−高圧直流増幅器4〜レーザ1、なる第1の閉ル
ープとなる。
今、第4図すのごとく周波数f2にあるn番目のスペク
トルの直流検波電圧BHの方が、周波数f1 にあるn
−1番目のスペクトルの直流検電圧BLよりも小であっ
たとすれば、これは比較器11.12によって検知され
、その結果電子スイッチSW1は端子G2側に倒されて
、端子8には出力電圧BHのみが現れ、これは電子スイ
ッチSW2を介して該制御装置10の出力端子6に現れ
る。
すなわち、あらかじめ広くとられた帯域幅W1内にn+
1番目とn番目からなる2つのスペクトルが存在した場
合、どちらのスペクトルを採るかの選択の役割を演じる
のが上記FL1′とFL2なるフィルタで構成された前
記第1のディスクリミネータである。
この場合、電子スイッチSW2は端子G2側に倒されて
いるから、第4図す中に示した周波数の初期ずれ成分△
f=f2−foはG1/(1+G1)なる閉ループ利得
を有する第1図のAFCルーフによってレーザ1を制御
し△f/(1+G)とさせるように、上記のf2なる周
波数を修正すべく、第4図す中にW2 として示した帯
域内に引き入れられる。
一方、第2の比較器12の負入力には、フィルタFL3
を通り分配器14を介して検波器D3に供給される中間
周波信号が整流された結果生じる直流電圧が印加される
ようになっている。
したがって前記周波数f2 がW2なる狭帯域内に入っ
てくれば、周波数誤差を生じている信号は第1の分配器
7を介してW2なる帯域幅のフィルタFL3を通り、第
2の分配器14を介して検波器D3で整流され、上記第
2の比較器の負入力端子に直流電圧を発生する。
しかるに該第2の比較器12の正入力端子にはVSなる
直流バイアスが印加されているから、このvsなる電圧
が上記直流電圧に対する比較レベルを決定する。
ちなみに第4図す中でlなる高さに引かれた点数イがこ
の比較レベルである。
したがって上記の負入力端子に加わった直流電圧が誤比
較レベル以下となれば、上記第2の比較器12からは第
2の電子スイッチ切替え信号が出され電子スイッチSW
2は端子G4側に倒される結果、第1図のAFCループ
は、レーザ1〜BS1〜BS2〜検知器3〜IFA〜第
1分配器7〜フィルタFL、〜第2分配器14〜狭帯域
ディスクリミネータ15〜増幅器17〜電子スイッチS
W2〜高電圧直流増幅器4〜レーザ1、なる第2の閉ル
ープを形成することになる。
かくすれば前記のごとくフィルタFL3と第2の分配器
14を通る信号はW2なる狭帯域を有する第2のディス
クリミネータ15に供給される。
ここで、該第2のディスクリミネータ15の特性は第4
図Cに示されているごとくであり、中心周波数f。
近傍での曲線の傾斜は急である。したがってこの傾斜を
1因として決まる開ループ利得を02で表すならば、該
第2のAFCループにはG2/(1千02 )なる閉ル
ープ利得による帰還がかかり初期誤差△fはさらに△f
/(1+G2 )となるように動作し上記のごとく狭帯
域W2内に入って来た周波数f2 を一層f。
に近づけるように前記AFCループが働く。
ここで上記第2の閉ループ利得は、第4図Cに示した第
2のディスクリミネータの周波数f。
近辺の傾斜が極めて急峻であることからその具体的な値
は、前記第1の閉ループが有していた閉ループ利得G1
の約10倍程度の値たとえば30倍となる。
AFCループが有するループ利得が犬であればAFCの
応答速度もまた犬となるがゆえに、この第2の閉ループ
のAFC動作は迅速に行われ、その結果前記のごとく狭
帯域W2に引き入れられて来た周波数f2は最終的にf
に一致するようになりこの中間周波増幅器の中心周波数
f。
にロックされる。
このようにしてn番目のスペクトルが中心周波数f。
にロックされれば、該n番目のスペクトルと(n−1)
番目あるいは(n+1)番目のスペクトルとの間のいわ
ゆる縦モード発振スペクトル間隔C/2Lは一定である
ので、(n−1)番目。
n番目、(n+1)番目・・・・・・のすべてのスペク
トルが漂動を起こすことはなくなり、したがってここに
第1図に示した制御対象レーザ1の発光周波数の安定化
は完遂される。
以上に述べた本発明に係る大出力レーザの自動周波数制
御装置は、その構成が簡単であり、すべてアナログ量で
動作するものであるために、AFC応答速度も速く、し
たがって迅速なAFC動作を行うものであるので実用上
多大の効果が期待できる。
【図面の簡単な説明】
第1図はレーザ光のAFCを行うための一般的な回路構
成図、第2図は本発明によるンーザの発光周波数制御を
行う制御装置の系統図、第3図は該系統図中におけるフ
ィルタFL1 、FL、、。 FL3の各特性ならびに相互関係を示す図、第4図aは
、マルチモードで働くレーザが生じる複数のスペクトル
を示す図、第4図すは前記系統図中の広帯域を有する第
1のディスクリミネータとフィルタFL3の特性を示す
図、第4図Cは第2図中の狭帯域を有する第2のディス
クリミネータ15の特性を示す図である。 1・・・・・・制御対象レーザ、2・・・・・・局部発
振レーザ、3・・・・・・検知器、4・・・・・・高圧
直流増幅器、5,6・・・・・・制御装置10の入力お
よび出力端子、7・・・・・・第1の分配器、8・・・
・・・第1の電子スイッチSW1の出力端子、11・・
・・・・第1の比較器、12・・・・・・第2の比較器
、13・・・・・・インバータ、14・・・・・・第2
の分配器、15・・・・・・第2のディスクリミネータ
、17・・・・・・増幅器。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 ヘテロダイン検知器とこれにつながる中間周波増幅
    器を含んだ形で形成された大出力レザーのAFCループ
    中に挿入される周波数制御装置において、前記周波数制
    御装置を比較的広帯域のディスクリミネータと比較的狭
    帯域のディスクリミネータとで構成しかつ前記広帯域デ
    ィスクリミネータを中間周波増幅器の中心周波数の上下
    に対称的に広がる特性を有する第1および第2のフィル
    タと当該両フィルタの出力を比較する比較器で構成し、
    さらに上記中心周波数に一致した中心周波数を有しかつ
    上記狭帯域ディスクリミネータの帯域に略等しい通過特
    性を有する第3のフィルタをもうけ、該第3のフィルタ
    出力に応じて広帯域ディスクリミネータの出力と狭帯域
    ディスクリミネータの出力とをAFCループ中で切り替
    え接続するようにしたことを特徴とするレーザ光周波数
    の制御装置。
JP8226080A 1980-06-17 1980-06-17 レ−ザ光周波数の制御装置 Expired JPS5840356B2 (ja)

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JPS577987A JPS577987A (en) 1982-01-16
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62297064A (ja) * 1986-06-16 1987-12-24 Rodeele Nitta Kk 半導体等のウエ−ハ保持用積層体

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JPS6023180A (ja) * 1983-07-19 1985-02-05 住友ベークライト株式会社 包装体及びその製法
US5317582A (en) * 1993-04-12 1994-05-31 Hughes Aircraft Company System for detecting modulated laser signals

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