JPS5864083A - 周波数安定化半導体レ−ザ装置 - Google Patents
周波数安定化半導体レ−ザ装置Info
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- JPS5864083A JPS5864083A JP56162796A JP16279681A JPS5864083A JP S5864083 A JPS5864083 A JP S5864083A JP 56162796 A JP56162796 A JP 56162796A JP 16279681 A JP16279681 A JP 16279681A JP S5864083 A JPS5864083 A JP S5864083A
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- Japan
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- semiconductor laser
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-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES 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
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/06—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
- H01S5/068—Stabilisation of laser output parameters
- H01S5/0683—Stabilisation of laser output parameters by monitoring the optical output parameters
- H01S5/0687—Stabilising the frequency of the laser
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
- Optical Communication System (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は発振周波数が安定で、かつ位相ゆらぎが抑圧さ
れて狭いスペクトル幅が得られる半導体レーザ装置に関
する。
れて狭いスペクトル幅が得られる半導体レーザ装置に関
する。
半導体レーザは小形、高効率で直接変調が可能であるた
め、ＰＣＭ−ＩＭ （Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ −Ｍｕｄｕ
ｌａｔｉｏｎ ）方式などの光伝送用光源として用いら
れている。
め、ＰＣＭ−ＩＭ （Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ −Ｍｕｄｕ
ｌａｔｉｏｎ ）方式などの光伝送用光源として用いら
れている。
これらの方式は、光強度を変調して情報伝送を行なうも
のであるが、光の周波数あるいは位相な利用して情報伝
送を行なうＦＳＫ、ＰＳＫなどのコヒーレント光伝送方
式において半導体レーザな光源として用いる場合には、
その発振周波数変動及び位相ゆらぎが重要な意味なもっ
てくる。
のであるが、光の周波数あるいは位相な利用して情報伝
送を行なうＦＳＫ、ＰＳＫなどのコヒーレント光伝送方
式において半導体レーザな光源として用いる場合には、
その発振周波数変動及び位相ゆらぎが重要な意味なもっ
てくる。
半導体レーザの発振周波数は、半導体レーザの塩層及び
注入電流に依存して変化する。例えば、ＡＩ ＧａＡｓ
半導体レーザの発振周波数は、温度変化１℃当り２００
Ｈ２程度、注入電流変化は１ｍＡ当り５ Ｇ（ｚ程度の
変化をする。ここで、半導体レーザ用の電源の電流変動
は一般に１０−’ｍＡ程度以下であり問題にならないが
、半導体レーザ凪温度は、半導体レーザを恒温槽内に設
置して温度安定化を図っても、０．０１℃程度の安定度
が限界であるため、温度変動に起因した周波数変動（例
えばＡｌＧａＡｓ半導体し゛−ザでは２００ＭＨｚ程度
）が常時存在することになる。
注入電流に依存して変化する。例えば、ＡＩ ＧａＡｓ
半導体レーザの発振周波数は、温度変化１℃当り２００
Ｈ２程度、注入電流変化は１ｍＡ当り５ Ｇ（ｚ程度の
変化をする。ここで、半導体レーザ用の電源の電流変動
は一般に１０−’ｍＡ程度以下であり問題にならないが
、半導体レーザ凪温度は、半導体レーザを恒温槽内に設
置して温度安定化を図っても、０．０１℃程度の安定度
が限界であるため、温度変動に起因した周波数変動（例
えばＡｌＧａＡｓ半導体し゛−ザでは２００ＭＨｚ程度
）が常時存在することになる。
一方、半導体レーザ出力の位相は、量子位相雑音により
ランダムに変化するため、出力のスペクトルはローレン
ツ形の形状を示す。このような位相ゆらぎによるスペク
トルの広がりは、例えば、ＡＩ ＱａＡｓ半導体レーザ
のスペクトル半値全幅にして１０ＭＨｚ程度もある。
ランダムに変化するため、出力のスペクトルはローレン
ツ形の形状を示す。このような位相ゆらぎによるスペク
トルの広がりは、例えば、ＡＩ ＱａＡｓ半導体レーザ
のスペクトル半値全幅にして１０ＭＨｚ程度もある。
以上述べたような半導体レーザの発振周諧位相ゆらぎに
よる発振スペクトル幅の広がりは、コヒーレント光伝送
システムなど、光の周波数、位相が重要な意味をもつシ
ステムに半導体レーザを適用する場合に大きな欠点とな
っている。
よる発振スペクトル幅の広がりは、コヒーレント光伝送
システムなど、光の周波数、位相が重要な意味をもつシ
ステムに半導体レーザを適用する場合に大きな欠点とな
っている。
本発明は、半導体レーザの発振周波数ン安定化させ、か
つ、発振スペクトル幅の低減を図ることを目的とし、半
導体レーザにおいて注入電流の変調により高速周波数変
暉を実現できるという事実にもとづき、半導体レーザ出
力の一部から発振周波数変動及び位相ゆらぎに対応した
信号を電気信号として取り出し、それを半導体レーザの
注入電流に負帰還するもので、以下図面に従って詳細に
説明する。
つ、発振スペクトル幅の低減を図ることを目的とし、半
導体レーザにおいて注入電流の変調により高速周波数変
暉を実現できるという事実にもとづき、半導体レーザ出
力の一部から発振周波数変動及び位相ゆらぎに対応した
信号を電気信号として取り出し、それを半導体レーザの
注入電流に負帰還するもので、以下図面に従って詳細に
説明する。
第１図は本発明の実施例であって、１はバイアス電流供
給端子、２はバイアス電流と帰還信号を重畳する回路、
３は補償された注入電流、４は半導体レーザ、５はビー
ムスプリッタ、６は周波数弁別器、７は帰還信号であり
、実線は電気信号、波線は光信号を表している。
給端子、２はバイアス電流と帰還信号を重畳する回路、
３は補償された注入電流、４は半導体レーザ、５はビー
ムスプリッタ、６は周波数弁別器、７は帰還信号であり
、実線は電気信号、波線は光信号を表している。
まず、帰還ループを開き、帰還信号７を重畳回路２に与
えない場合を考える。半導体レーザ４の出力の一部をビ
ームスプリッタ５で取り出し、周波数弁別器６に入射す
る。周波数弁別器は第２図に示すように、光周波数の偏
移量に比例した電気信号出力が得られるような回路であ
る。温度変動に起因する半導体レーザの発振周波数変動
にもとづく周波数弁別器出力のスペクトルは、第３図（
ａ）のように与えられる。ここに、ｆＣＴは遮断周波数
であり、１０’Ｈｚ程度である。一方、位相ゆらぎによ
るローレンツ形スペクトルを有する信号に対する周波数
弁別器の出力は、第３図（ｂ）に示すように、遮断周波
数７ＣＬ （１０Ｉ３Ｈｚ程度）以下で一定の大きさの
周波数成分を有する。したがって、発振周波数変動及び
スペクトルの広がりケ有する半導体レーザ忙関しては、
周波数弁別器出力のスペクトルは、第３図（ａｌ 、
（ｂ）の和として第３図（ｃｌのようになる。
えない場合を考える。半導体レーザ４の出力の一部をビ
ームスプリッタ５で取り出し、周波数弁別器６に入射す
る。周波数弁別器は第２図に示すように、光周波数の偏
移量に比例した電気信号出力が得られるような回路であ
る。温度変動に起因する半導体レーザの発振周波数変動
にもとづく周波数弁別器出力のスペクトルは、第３図（
ａ）のように与えられる。ここに、ｆＣＴは遮断周波数
であり、１０’Ｈｚ程度である。一方、位相ゆらぎによ
るローレンツ形スペクトルを有する信号に対する周波数
弁別器の出力は、第３図（ｂ）に示すように、遮断周波
数７ＣＬ （１０Ｉ３Ｈｚ程度）以下で一定の大きさの
周波数成分を有する。したがって、発振周波数変動及び
スペクトルの広がりケ有する半導体レーザ忙関しては、
周波数弁別器出力のスペクトルは、第３図（ａｌ 、
（ｂ）の和として第３図（ｃｌのようになる。
次に帰還ループを閉じ１、帰還信号７を回路２に与える
場合を考える。帰還信号７の負帰還により注入電流を補
償すれば、半導体レーザに発振周波数変動及び位相ゆら
ぎに応じた周波数変調がかかり、本来の発振周波数変動
、位相ゆらぎを補償し、第３図（ｄｌに示すように、周
波数弁別器圧力のうちｆＣＦ以下の周波数成分を抑圧す
ることができる。
場合を考える。帰還信号７の負帰還により注入電流を補
償すれば、半導体レーザに発振周波数変動及び位相ゆら
ぎに応じた周波数変調がかかり、本来の発振周波数変動
、位相ゆらぎを補償し、第３図（ｄｌに示すように、周
波数弁別器圧力のうちｆＣＦ以下の周波数成分を抑圧す
ることができる。
ここに、ｆＣＦは帰還ループの帯域であり、半導体レー
ザの周波数変調特性、周波数弁別器の構成、帰還ループ
−巡の遅延時間などによって定まり、１０■Ｉｚ〜１（
３Ｈｚ程度が実現できる。このように帰還ループの構成
により、周波数弁別器出力のうち、発振周波数変動に起
因する成分と、スペクトル広がりに起因する成分の一部
を抑圧することができるため、発振周波数を安定化し、
かつ、スペクトル幅を狭くすることができる。
ザの周波数変調特性、周波数弁別器の構成、帰還ループ
−巡の遅延時間などによって定まり、１０■Ｉｚ〜１（
３Ｈｚ程度が実現できる。このように帰還ループの構成
により、周波数弁別器出力のうち、発振周波数変動に起
因する成分と、スペクトル広がりに起因する成分の一部
を抑圧することができるため、発振周波数を安定化し、
かつ、スペクトル幅を狭くすることができる。
周波数弁別器の構成法としては、干渉を用いる方法、フ
ァブリペロ共振器を用い゛る方法、セシウムや水など原
子、分子の吸収線を基準に用いる方法などが可能である
。−例として干渉を用いる方法の原理を第４図に示す。
ァブリペロ共振器を用い゛る方法、セシウムや水など原
子、分子の吸収線を基準に用いる方法などが可能である
。−例として干渉を用いる方法の原理を第４図に示す。
第４図において、８は入射光、９はビームスプリッタ、
１０と１１は分割された光、１２は合波器、１３は合波
された光、１４は光兼波器＞１５は検波器出力である。
１０と１１は分割された光、１２は合波器、１３は合波
された光、１４は光兼波器＞１５は検波器出力である。
ｉｏ 、 ｉｌは光路長が異なるため位相回転量が異な
り、２つの光の位相差をφとすれば、ｃｏｓφに比例し
た検波器出力１５が得られる。所望の発振周波敗走のと
きｃｏｓφ＝０となるように光路差を設定しておけば、
周波数変動Δｆ〆に対して５ｉｎ（ΔｆΔｔ）に比例し
た出力が得られ、Δｆ・Δｔ＜＜１ の範囲では、Δｆ
にほぼ比例した出力が得られる。なお、Δｔは２つの光
１０ 、１１の遅延時間差である。この周波数弁別器の
帯域は、光検波器の帯域、光路長などで決定されるが、
例えばシリコンの検波器は帯域がＩＧＨｚ以上もあり、
また光路も導波路化して小形化すればｉｔｓ ”’−ｍ
オ〒ダとすることができ、問題ではなくなる。さらに導
波路化することにより、電気光学効果などを用いた光路
差の調整、すなわち発振周波敗走の調整も可能となる。
り、２つの光の位相差をφとすれば、ｃｏｓφに比例し
た検波器出力１５が得られる。所望の発振周波敗走のと
きｃｏｓφ＝０となるように光路差を設定しておけば、
周波数変動Δｆ〆に対して５ｉｎ（ΔｆΔｔ）に比例し
た出力が得られ、Δｆ・Δｔ＜＜１ の範囲では、Δｆ
にほぼ比例した出力が得られる。なお、Δｔは２つの光
１０ 、１１の遅延時間差である。この周波数弁別器の
帯域は、光検波器の帯域、光路長などで決定されるが、
例えばシリコンの検波器は帯域がＩＧＨｚ以上もあり、
また光路も導波路化して小形化すればｉｔｓ ”’−ｍ
オ〒ダとすることができ、問題ではなくなる。さらに導
波路化することにより、電気光学効果などを用いた光路
差の調整、すなわち発振周波敗走の調整も可能となる。
他の例として、原子、分子の吸収線を用いる方法を第５
図に示す。１６は入射光、１７はビームスプリンタ、１
８．１９は分割された光、加は所望の吸収線を有する原
子又は分子、２１ 、２２は検波器、ｎは差動増幅器、
冴は差動増幅器出力である。加の原子、分子は第６図に
示すような光の透過率特性を有しており、半導体レーザ
の発振周波数は、図中に示す中心周波数に固定される。
図に示す。１６は入射光、１７はビームスプリンタ、１
８．１９は分割された光、加は所望の吸収線を有する原
子又は分子、２１ 、２２は検波器、ｎは差動増幅器、
冴は差動増幅器出力である。加の原子、分子は第６図に
示すような光の透過率特性を有しており、半導体レーザ
の発振周波数は、図中に示す中心周波数に固定される。
すなわち、ビームスプリッタ１７で分割された光１８．
１９は、一方（１８）は原子、分子中を通り検波器２１
で検波され、他方（１９）は直接検波器ｎで検波される
。
１９は、一方（１８）は原子、分子中を通り検波器２１
で検波され、他方（１９）は直接検波器ｎで検波される
。
発振周波数が中心周波数にあるとき、差動増幅器乙の出
力２４がＯになるように設定しておけば、発振周波数の
変動に応じた電気信号を、得ることができ、周波数弁別
器が実現できる。 − 帰還ルーノの帯域を決定する要因となるものは、半導体
レーザの周波数変調特性、周波数弁別器の帯域、帰還信
号重畳用の回路の帯域、半導体レーザから周波数弁別器
までの光路長などである。半導体レーザは、数ＧＨｚ程
度までの周波数変調が可能であり、その他についても電
子回路部分についてはＩＣ化、光路部分については導波
路化により１０ＭＨｚ−Ｉ ＧＨｚの帯域は確保できる
。
力２４がＯになるように設定しておけば、発振周波数の
変動に応じた電気信号を、得ることができ、周波数弁別
器が実現できる。 − 帰還ルーノの帯域を決定する要因となるものは、半導体
レーザの周波数変調特性、周波数弁別器の帯域、帰還信
号重畳用の回路の帯域、半導体レーザから周波数弁別器
までの光路長などである。半導体レーザは、数ＧＨｚ程
度までの周波数変調が可能であり、その他についても電
子回路部分についてはＩＣ化、光路部分については導波
路化により１０ＭＨｚ−Ｉ ＧＨｚの帯域は確保できる
。
以上説明したよう′に、本装置により発振周波数変動が
小さく、かつ、発振スペクトル幅が狭い半導体レーザ装
置を実現できる。
小さく、かつ、発振スペクトル幅が狭い半導体レーザ装
置を実現できる。
前述のように、半導体レーザの発振周波数は注入電流に
よって変化するので、注入電流を変調すればＦＭ信号を
得ることができる。本装置の第１図において、周波数弁
別器６の出・力に含まれる変調信号成分のみを除去して
注入電流に負帰還する機能を回路２に付加すれば、本装
置を周波数のゆらぎが小さく、かつ、発振スペクトル幅
が狭いＦＭ送信器として用いることもできる。
よって変化するので、注入電流を変調すればＦＭ信号を
得ることができる。本装置の第１図において、周波数弁
別器６の出・力に含まれる変調信号成分のみを除去して
注入電流に負帰還する機能を回路２に付加すれば、本装
置を周波数のゆらぎが小さく、かつ、発振スペクトル幅
が狭いＦＭ送信器として用いることもできる。
第１図は本発明による半導体レーザ装置の構成例、第２
図は周波数弁別器の入出力特性を示す図、第３図は本装
置の動作説明図、第４図は干渉を用いた周波数弁別器の
構成例、第５図は原子、分子の吸収線を用いた周波数弁
別器の構成例、第６図は原子、分子の光の透過率特性で
ある。 図面中番号 １・・・・・・バイアス電流供給端子、２・・・・・・
帰還信号重畳回路、 ３・・・・・・補償された注入電流、 ４・・・・・・半導体レーザ、 ５・・・・・・ビー
ムスプリッタ、６・・・・・・周波数弁別器、 ７・・
・・・・帰還信号、８・・・・・・入射光、
９・・・・・・ビームスプリッタ、１０．１１・・・分
割された光、１２・・・・・・合波器、１３・・・・・
・合波された光、 １４・・・・・・光検波器、１５・
・・・・・検波器出力、 １６・・・・・・入射光、
１７・・・・・・ビームスプリッタ、１８ 、１９・・
・分割され１こ光、加・・・・・・所望の吸収線を有す
る原子、分子、２１ 、２２・・・光検波器、 羽・
・・・・・差動増幅器、Ｕ・・・・・・差動増幅器出力 特許出願人 日本電信電話公社 特許出願代理人 弁理士 山 本 恵 − 第４図 １１１ 第５図 第６図 収
図は周波数弁別器の入出力特性を示す図、第３図は本装
置の動作説明図、第４図は干渉を用いた周波数弁別器の
構成例、第５図は原子、分子の吸収線を用いた周波数弁
別器の構成例、第６図は原子、分子の光の透過率特性で
ある。 図面中番号 １・・・・・・バイアス電流供給端子、２・・・・・・
帰還信号重畳回路、 ３・・・・・・補償された注入電流、 ４・・・・・・半導体レーザ、 ５・・・・・・ビー
ムスプリッタ、６・・・・・・周波数弁別器、 ７・・
・・・・帰還信号、８・・・・・・入射光、
９・・・・・・ビームスプリッタ、１０．１１・・・分
割された光、１２・・・・・・合波器、１３・・・・・
・合波された光、 １４・・・・・・光検波器、１５・
・・・・・検波器出力、 １６・・・・・・入射光、
１７・・・・・・ビームスプリッタ、１８ 、１９・・
・分割され１こ光、加・・・・・・所望の吸収線を有す
る原子、分子、２１ 、２２・・・光検波器、 羽・
・・・・・差動増幅器、Ｕ・・・・・・差動増幅器出力 特許出願人 日本電信電話公社 特許出願代理人 弁理士 山 本 恵 − 第４図 １１１ 第５図 第６図 収
Claims (1)
- 半導体レーザと、該半導体レーザの出力の一部を周波数
弁別して電気信号を与える周波数弁別器と、半導体レー
ザのバイアス電流と周波数弁別器の出力とを負帰還重畳
し半導体レーザに注入電流を与える手段とを有し、半導
体レーザの発振周波数変動と位相゛ゆらぎを抑圧したこ
とを特徴とする周波数安定化半導体レーザ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56162796A JPS5864083A (ja) | 1981-10-14 | 1981-10-14 | 周波数安定化半導体レ−ザ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56162796A JPS5864083A (ja) | 1981-10-14 | 1981-10-14 | 周波数安定化半導体レ−ザ装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5864083A true JPS5864083A (ja) | 1983-04-16 |
Family
ID=15761368
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56162796A Pending JPS5864083A (ja) | 1981-10-14 | 1981-10-14 | 周波数安定化半導体レ−ザ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5864083A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62250682A (ja) * | 1986-04-23 | 1987-10-31 | Yokogawa Electric Corp | 半導体レ−ザ波長安定化装置 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5595384A (en) * | 1979-01-13 | 1980-07-19 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Semiconductor laser device |
| JPS5655087A (en) * | 1979-10-12 | 1981-05-15 | Fujitsu Ltd | Wavelength control system for laser diode |
-
1981
- 1981-10-14 JP JP56162796A patent/JPS5864083A/ja active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5595384A (en) * | 1979-01-13 | 1980-07-19 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Semiconductor laser device |
| JPS5655087A (en) * | 1979-10-12 | 1981-05-15 | Fujitsu Ltd | Wavelength control system for laser diode |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62250682A (ja) * | 1986-04-23 | 1987-10-31 | Yokogawa Electric Corp | 半導体レ−ザ波長安定化装置 |
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