JPS6189527A - 波長検出装置 - Google Patents
波長検出装置Info
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- JPS6189527A JPS6189527A JP21072884A JP21072884A JPS6189527A JP S6189527 A JPS6189527 A JP S6189527A JP 21072884 A JP21072884 A JP 21072884A JP 21072884 A JP21072884 A JP 21072884A JP S6189527 A JPS6189527 A JP S6189527A
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- Japan
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- light
- grating
- laser
- diffraction
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- 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
-
- 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
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- H01S5/0683—Stabilisation of laser output parameters by monitoring the optical output parameters
- H01S5/06837—Stabilising otherwise than by an applied electric field or current, e.g. by controlling the temperature
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- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Spectrometry And Color Measurement (AREA)
- Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (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】
（産業上の利用分野）
本発明は、半導体レーザの如き、周囲温度や注入電流に
よって揺動する発振波長を安定化する装置に関する。
よって揺動する発振波長を安定化する装置に関する。
（従来技術とその問題点）
半導体レーザは小型で消費電力が小さく、比較的高い光
出力を得られ、直接に高速変調が可能であるなどの幾多
の特長を有し、光通信装置や光ディスク等の光情報処理
など広く応用が拡がりつ〜ある。周知のごとく半導体レ
ーザは、周囲温度や注入電流による発熱などにより結晶
の屈折率が変化し、光学的な共振器長が変わり、発振波
長が変化しやすいという特性を有する。通常、波長の変
化率は温度１度当り３〜４オングストロ一ム程度ある。
出力を得られ、直接に高速変調が可能であるなどの幾多
の特長を有し、光通信装置や光ディスク等の光情報処理
など広く応用が拡がりつ〜ある。周知のごとく半導体レ
ーザは、周囲温度や注入電流による発熱などにより結晶
の屈折率が変化し、光学的な共振器長が変わり、発振波
長が変化しやすいという特性を有する。通常、波長の変
化率は温度１度当り３〜４オングストロ一ム程度ある。
半導体レーザ光をエネルギーとして使用する通常の光通
信装置や、光デイスク装置などでは上記の波長の温度変
動がシステム性能に与える影響は大きくない。しかしな
がら、波長に対して特性が依存する光学現象、例えば格
子による光の回折効果や光波の干渉効果等を利用する場
合には、上記の半導体レーザのもつ発振波長の温度依存
性は影響が大きすぎ使用しにくい。例えば、音波による
光の回折効果を使りた装置の一例、超音波セルに印加す
る高周波信号の周波数スペクトルをセルによって回折さ
れる光の回折位置によって検出する音響光学スペクトラ
ムアナライザーのスペクトル解析の分解能は光波の波長
の安定度の影響を受けるため、半導体レーザを光源とし
て用いることは難かしい。更に光の干渉を使う光センサ
−、例えば円形状に巻かれた光フアイバ中をこの円形ル
ープに対して右回りに透過する光波と左回りに透過する
光波とを干渉させ、ファイバルーズの作る面内で発生す
る回転角速度を２つの光波の位相差を干渉光強度変化と
して検出する光フアイバジャイロ装置では、左右両回り
の光の光路差は全く同一に設定するのは難しい。光源の
波長の揺動は光路差を介して干渉光強度の変化を招来す
る。即ち、検出信号にドリフトが付加され、測定精度の
低下を来たす。
信装置や、光デイスク装置などでは上記の波長の温度変
動がシステム性能に与える影響は大きくない。しかしな
がら、波長に対して特性が依存する光学現象、例えば格
子による光の回折効果や光波の干渉効果等を利用する場
合には、上記の半導体レーザのもつ発振波長の温度依存
性は影響が大きすぎ使用しにくい。例えば、音波による
光の回折効果を使りた装置の一例、超音波セルに印加す
る高周波信号の周波数スペクトルをセルによって回折さ
れる光の回折位置によって検出する音響光学スペクトラ
ムアナライザーのスペクトル解析の分解能は光波の波長
の安定度の影響を受けるため、半導体レーザを光源とし
て用いることは難かしい。更に光の干渉を使う光センサ
−、例えば円形状に巻かれた光フアイバ中をこの円形ル
ープに対して右回りに透過する光波と左回りに透過する
光波とを干渉させ、ファイバルーズの作る面内で発生す
る回転角速度を２つの光波の位相差を干渉光強度変化と
して検出する光フアイバジャイロ装置では、左右両回り
の光の光路差は全く同一に設定するのは難しい。光源の
波長の揺動は光路差を介して干渉光強度の変化を招来す
る。即ち、検出信号にドリフトが付加され、測定精度の
低下を来たす。
波長を検出する方法として良く知られている技術として
は、分光器の技術がある。空間周波数の稠密な鋸歯状反
射格子に被測定光を照射し反射回折させ、定められた方
向に位置するスリットを透過するように、前記反射格子
を回転させ、その回転角度から波長を知るものである。
は、分光器の技術がある。空間周波数の稠密な鋸歯状反
射格子に被測定光を照射し反射回折させ、定められた方
向に位置するスリットを透過するように、前記反射格子
を回転させ、その回転角度から波長を知るものである。
半導体レーザを光学装置の光源に用いる利点の１つは、
それが小型であり、装置全体が小型化することにある。
それが小型であり、装置全体が小型化することにある。
光デイスク装置の光ピツクアップに観られるように、半
導体レーザ放射光を平行光束化し、偏光分離する等の周
辺光回路を含めても煙草箱大の大きさ程度にしか過ぎな
い。このような小型装置における半導体レーザの波長揺
動を検出するのに前述の分光器の技術を用いることは困
難である、反射格子の回折角度から波長変化を検出する
本方法では、波長弁別分解能を高めるのには反射格子か
らスリットまでの光路長を長大にとらなければならない
からである。このため装置サイズが大型化することを免
れることは出来ない。
導体レーザ放射光を平行光束化し、偏光分離する等の周
辺光回路を含めても煙草箱大の大きさ程度にしか過ぎな
い。このような小型装置における半導体レーザの波長揺
動を検出するのに前述の分光器の技術を用いることは困
難である、反射格子の回折角度から波長変化を検出する
本方法では、波長弁別分解能を高めるのには反射格子か
らスリットまでの光路長を長大にとらなければならない
からである。このため装置サイズが大型化することを免
れることは出来ない。
（発明の目的）
本発明の目的は、上述のような従来の欠点を除去せしめ
て、小型で量産性に優れる波長検出装置を提供すること
にある。
て、小型で量産性に優れる波長検出装置を提供すること
にある。
（発明の構成）
本発明によれば、中心波長λのレーザ光を平行光束化し
た光束の一部を光路より分離し、格子ピッチαの透過型
回折格子にほぼ 比θｉ＋１＝λ／α なる入射角θｔで入射し、前記回折格子の透過回折光、
反射回折光のいずれか一方または双方を光検出器で差動
受光し、差動出力より前記レーザ光の波長λの変化を検
出する波長検出装置が得られる。
た光束の一部を光路より分離し、格子ピッチαの透過型
回折格子にほぼ 比θｉ＋１＝λ／α なる入射角θｔで入射し、前記回折格子の透過回折光、
反射回折光のいずれか一方または双方を光検出器で差動
受光し、差動出力より前記レーザ光の波長λの変化を検
出する波長検出装置が得られる。
（本発明の作用仮埋）
次に図面を参照して、この発明の詳細な説明する。第２
図は、この発明の詳細な説明するために回折格子に対す
る光の入射、回折の関係を示す断面図である。
図は、この発明の詳細な説明するために回折格子に対す
る光の入射、回折の関係を示す断面図である。
図においては、１１が格子面であることを示すために、
格子を実際よりも拡大しである。第２図では入射光１２
が図に示した入射角θ１で格子の基板面１３から入射す
る。基板面では入射光は屈折し、基板の屈折率をｎとす
ると屈折角θ２は、次式の関係となる。
格子を実際よりも拡大しである。第２図では入射光１２
が図に示した入射角θ１で格子の基板面１３から入射す
る。基板面では入射光は屈折し、基板の屈折率をｎとす
ると屈折角θ２は、次式の関係となる。
ｓｉｎθ１＝：ｎ５ｉｎθ２ −（１）屈
折光１４は、格子面１１で次式に従い回折して、点線で
示した回折光１５となって空気中に出る。
折光１４は、格子面１１で次式に従い回折して、点線で
示した回折光１５となって空気中に出る。
ｎｄｎθ２＋比θ、＝λ／α ・・・ （２）こへに、
λは光の波長、αは格子のピッチを表わす。（２）弐ｋ
（１）式を代入すると、次式となる。
λは光の波長、αは格子のピッチを表わす。（２）弐ｋ
（１）式を代入すると、次式となる。
ｔｈ０１＋比θ、＝λ／α ・・・ （３）（３）式
で、λ／αが１よりも大きい場合について考察する。入
射角θ１を９０°からＯｏの方向へ小さくして行くと、
回折角θ、は、大きくなって行き、入射角θ、が 龜θ１＝λ／α−１川（４） の時、θ、は９０１Ｃなり、回折光は空気中に出て来な
くなる。この時、基板内では、次式が成立する。
で、λ／αが１よりも大きい場合について考察する。入
射角θ１を９０°からＯｏの方向へ小さくして行くと、
回折角θ、は、大きくなって行き、入射角θ、が 龜θ１＝λ／α−１川（４） の時、θ、は９０１Ｃなり、回折光は空気中に出て来な
くなる。この時、基板内では、次式が成立する。
ｒｅｓｉｎθ２ ＋ ｎ ｓｉｎθ４＝λ／α ・・・
（５）したがってｎ５ｉｎθ４＝１となり、１４で示
す反射回折光が生じる。ところが、廊θ４ ” １／ｎ
であるから、回折光１６は基板面１３で全反射し、反射
光１７どなる。反射光１７は回折光１６と鏡面対称であ
ｉから格子面１１で反射回折光１８を生じる。反射回折
光１８は基板面１３で屈折し、屈折光１９となり空気中
に出る。以上説明したように（４）式のθ、を境として
ｓｉｎθ１＋１〉λ／αの時は回折光１９は生じず格子
面側から回折光１５を生じる。
（５）したがってｎ５ｉｎθ４＝１となり、１４で示
す反射回折光が生じる。ところが、廊θ４ ” １／ｎ
であるから、回折光１６は基板面１３で全反射し、反射
光１７どなる。反射光１７は回折光１６と鏡面対称であ
ｉから格子面１１で反射回折光１８を生じる。反射回折
光１８は基板面１３で屈折し、屈折光１９となり空気中
に出る。以上説明したように（４）式のθ、を境として
ｓｉｎθ１＋１〉λ／αの時は回折光１９は生じず格子
面側から回折光１５を生じる。
ｓｂ＋θ１＋１〈λ／αの時は、回折光１９を生じ、格
子面側の回折光１５は生じない。従って、回折光１つと
回折光１５とを差動で検出することにより、レーザ光の
波長λのλ／α＝ｓｉｎθ１＋１を満たす値からのずれ
を検出することができる。また、異なる検出法として回
折光１５を生じる条件、すなわちｓｉｎθ１＋１〉λ／
αとなるように格子への光ビームの入射角θ１を設定し
ておく。
子面側の回折光１５は生じない。従って、回折光１つと
回折光１５とを差動で検出することにより、レーザ光の
波長λのλ／α＝ｓｉｎθ１＋１を満たす値からのずれ
を検出することができる。また、異なる検出法として回
折光１５を生じる条件、すなわちｓｉｎθ１＋１〉λ／
αとなるように格子への光ビームの入射角θ１を設定し
ておく。
回折光１５の出射角度θ、は（３）式よりθ、＝廁′″
１（λ／α−幽θｍ） ・・・ （６）から、波長
λの変化により回折光１５の出射角度θ。
１（λ／α−幽θｍ） ・・・ （６）から、波長
λの変化により回折光１５の出射角度θ。
が変化するため、２分割光検出器によってこの角度変化
、即ち波長変化を検出することができる。
、即ち波長変化を検出することができる。
以上が本発明の原理である。
本発明に用いる回折格子の表裏を逆転しても、同様の効
果が得られる。
果が得られる。
第３図は、第２図の回折格子の表裏を逆転した場合の本
発明の原理を示す断面図である。本図においても２１が
格子面であることを示すために、格子を実際よりも拡大
しである。第３図では入射光加が図に示したθ、で格子
の格子面こから入射する。
発明の原理を示す断面図である。本図においても２１が
格子面であることを示すために、格子を実際よりも拡大
しである。第３図では入射光加が図に示したθ、で格子
の格子面こから入射する。
格子面では入射光は回折し、基板の屈折率をｎとすると
、回折角θ６は次式の関係となる。
、回折角θ６は次式の関係となる。
蜘θＢ ＋ ｎ ｓｉｎθ６＝λ／α ・・・ （７
）回折光ｎは、基板面部で次式に従い屈折して点線で示
した屈折光必となって空気中に出る。
）回折光ｎは、基板面部で次式に従い屈折して点線で示
した屈折光必となって空気中に出る。
ｎｍθ６＝廊θ、 ・・・ （８）（方式を
（６）式に代入すると、次式となる。
（６）式に代入すると、次式となる。
血θ、十幽θ７＝λ／α ・・・ （９）こ工でも
、（８）式でλ昨が１よりも大きい場合について考察す
る。
、（８）式でλ昨が１よりも大きい場合について考察す
る。
入射角θ、を（３）°から０°の方向へ小さくして行く
と屈折角θ、は大きくなって行き、入射角θ、が血θ、
＝λ／α−１・・・ α１ の時、θ、は９０°になり、屈折光は空気中に出て来な
くなり、基板面りで全反射する。全反射した光５は格子
面２１で再び回折し、回折光圧となって空気中に出る。
と屈折角θ、は大きくなって行き、入射角θ、が血θ、
＝λ／α−１・・・ α１ の時、θ、は９０°になり、屈折光は空気中に出て来な
くなり、基板面りで全反射する。全反射した光５は格子
面２１で再び回折し、回折光圧となって空気中に出る。
以上説明したように（９）式のθ、を境として、比θ、
＋ １ ） ２／ＣＬの時は回折光がは生じず、基板
面側から屈折光Ｕを生じる。比θ、＋１＜シ□□□時は
、回折光３を生じ、基板面側の屈折光あは生じない。従
って、前述と同様回折光あと屈折光列とを差動で検出、
または屈折光スの角度変化を検出することにより光源の
波長変化を検出することができる。
＋ １ ） ２／ＣＬの時は回折光がは生じず、基板
面側から屈折光Ｕを生じる。比θ、＋１＜シ□□□時は
、回折光３を生じ、基板面側の屈折光あは生じない。従
って、前述と同様回折光あと屈折光列とを差動で検出、
または屈折光スの角度変化を検出することにより光源の
波長変化を検出することができる。
（実施例）
第１図は本発明の装置を波長安定化装置に応用した実施
例を示す構成図である。光源である半導体レーザ１の放
射光はコリメーティングレンズ２によって平行ビームに
される。平行ビームの光路中に挿入されたビームスプリ
ッタ３によって光束の一部が分離され回折格子４へ入射
される。回折格子４の格子ピッチα、半導体レーザ１の
中【波長λ。、回折格子への入射角θｔはほぼ癲θｔ＋
１＝λシ′α を満たすように設定させられている。周囲温度の変動等
によって半導体レーザ１の発振波長は変化する。周囲温
度が低下し、発振波長が短波長にずれたとき、前述の如
く回折格子４の光入射側とは反対側の面から出射する光
９が現われる。波長が長波長にずれたとき、光入射側の
面から出射する光１０が現われる。各々を光検出器５及
び６によらて受光され増幅器７によって差動増幅され、
半導体レーザ１に設置されているペルチェ素子８への注
入電流が与えられる。この帰還系により発振波長がλ。
例を示す構成図である。光源である半導体レーザ１の放
射光はコリメーティングレンズ２によって平行ビームに
される。平行ビームの光路中に挿入されたビームスプリ
ッタ３によって光束の一部が分離され回折格子４へ入射
される。回折格子４の格子ピッチα、半導体レーザ１の
中【波長λ。、回折格子への入射角θｔはほぼ癲θｔ＋
１＝λシ′α を満たすように設定させられている。周囲温度の変動等
によって半導体レーザ１の発振波長は変化する。周囲温
度が低下し、発振波長が短波長にずれたとき、前述の如
く回折格子４の光入射側とは反対側の面から出射する光
９が現われる。波長が長波長にずれたとき、光入射側の
面から出射する光１０が現われる。各々を光検出器５及
び６によらて受光され増幅器７によって差動増幅され、
半導体レーザ１に設置されているペルチェ素子８への注
入電流が与えられる。この帰還系により発振波長がλ。
となるように安定化される。
回折格子の数値例としては、λ： ７８０ｎｍで使う場
合、入射角をほぼ４５″とすると（４）式から格子ピッ
チは０．４５６９μｍとなる。このようなピッチ格子は
２光束干渉で容易に製作できる。ホトレジストに直接記
録するためには、波長４４１．６μｍのＨｅ （’ｄン
ーザを用いて、入射角２８．８９１の等入射角で２光束
を干渉させれば得られる。
合、入射角をほぼ４５″とすると（４）式から格子ピッ
チは０．４５６９μｍとなる。このようなピッチ格子は
２光束干渉で容易に製作できる。ホトレジストに直接記
録するためには、波長４４１．６μｍのＨｅ （’ｄン
ーザを用いて、入射角２８．８９１の等入射角で２光束
を干渉させれば得られる。
第４図は別なる実施例の構成図で、回折格子の一方向に
出射する回折光の波長による回折角変化を２分割光検出
器で検出する方式である。回折格子４に、例えば格子ピ
ッチα＝０．４７μｍの回折格子を設け、発振中心波長
０．７８μｍの半導体レーザ１をコリメーティングレン
ズ２によって平行光束化し、ビームスプリッタ３により
て光束の一部を該回折格子４に入射角度４５′で入射さ
せると、このような条件は前述の栄件画０１＋１〉λ浄
を満足するため、回折格子からの出射光は、回折格子に
対し、入射側と反対側の面より出射する光束のみとなり
、その出射角度は（６）式によって与えられ、波長が変
化すると出射角度θ３が変化する。例えば、光波長が０
．７７９μｍから０．７８１１１ｍまで変化したとき出
射角度θ、は７１．８’から７２．６スと変化する。回
折格子の光出射位置から３０籠程度離れた位置に、２分
割光検出器５を設けておくと、該２分割光検出器５上で
光束はＱ、４ｍも変位する。この変位を２分割光検出器
５の差動出力として、増幅器７を介してベルチェ素子８
へ帰還をかけることにより、発振波長を一定化すること
ができる。
出射する回折光の波長による回折角変化を２分割光検出
器で検出する方式である。回折格子４に、例えば格子ピ
ッチα＝０．４７μｍの回折格子を設け、発振中心波長
０．７８μｍの半導体レーザ１をコリメーティングレン
ズ２によって平行光束化し、ビームスプリッタ３により
て光束の一部を該回折格子４に入射角度４５′で入射さ
せると、このような条件は前述の栄件画０１＋１〉λ浄
を満足するため、回折格子からの出射光は、回折格子に
対し、入射側と反対側の面より出射する光束のみとなり
、その出射角度は（６）式によって与えられ、波長が変
化すると出射角度θ３が変化する。例えば、光波長が０
．７７９μｍから０．７８１１１ｍまで変化したとき出
射角度θ、は７１．８’から７２．６スと変化する。回
折格子の光出射位置から３０籠程度離れた位置に、２分
割光検出器５を設けておくと、該２分割光検出器５上で
光束はＱ、４ｍも変位する。この変位を２分割光検出器
５の差動出力として、増幅器７を介してベルチェ素子８
へ帰還をかけることにより、発振波長を一定化すること
ができる。
周知の如く半導体レーザは温度のみならず、注入電流に
よっても波長が変化する。２分割検出器の差動出力を注
入電流に帰還を掛けても波長安定化を実現できる。
よっても波長が変化する。２分割検出器の差動出力を注
入電流に帰還を掛けても波長安定化を実現できる。
（発明の効果）
本発明に用いる回折格子は表面レリーフ格子として上記
に述べたようにホトレジストに製作した後、ニッケル電
鋳法で金型を製作することで、圧縮成形や射出成形によ
ってプラスチックに安価に量産できる。又ホトリングラ
フィによってガラス表面をエツチングしても製作できる
。
に述べたようにホトレジストに製作した後、ニッケル電
鋳法で金型を製作することで、圧縮成形や射出成形によ
ってプラスチックに安価に量産できる。又ホトリングラ
フィによってガラス表面をエツチングしても製作できる
。
以上述べたように本発明により小型で安価で量産性にす
ぐれた波長検出装置が得られる。
ぐれた波長検出装置が得られる。
３図は本発明の原理を示す回折格子の断面図である。
図において、１・・・半導体レーザ、２・・・コリメー
ティングレンズ、３・・・ビームスプリッタ、４・・・
回折格子、５．６・・・光検出器、７・・・増幅器、８
・・・ベルチェ素子、１１ 、２１・・・格子面、１３
、２３・・・基板面。 位２人弁理士 内層 晋
ティングレンズ、３・・・ビームスプリッタ、４・・・
回折格子、５．６・・・光検出器、７・・・増幅器、８
・・・ベルチェ素子、１１ 、２１・・・格子面、１３
、２３・・・基板面。 位２人弁理士 内層 晋
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 中心波長λのレーザ光を格子ピッチαの透過型回折格子
に、ほぼ ｓｉｎθ＿ｉ＋１＝λ／α なる入射角θ＿ｉで入射し、該回折格子の透過回折光及
び反射回折光のいずれか一方または双方を光検出器で差
動受光することにより前記レーザ光の波長の揺動を検出
することを特徴とする波長検出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59210728A JPH0663866B2 (ja) | 1984-10-08 | 1984-10-08 | 波長検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59210728A JPH0663866B2 (ja) | 1984-10-08 | 1984-10-08 | 波長検出装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6189527A true JPS6189527A (ja) | 1986-05-07 |
| JPH0663866B2 JPH0663866B2 (ja) | 1994-08-22 |
Family
ID=16594121
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59210728A Expired - Lifetime JPH0663866B2 (ja) | 1984-10-08 | 1984-10-08 | 波長検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0663866B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0615321A2 (en) * | 1993-03-10 | 1994-09-14 | AT&T Corp. | Article comprising a wavelength-stabilized semiconductor laser |
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Also Published As
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|---|---|
| JPH0663866B2 (ja) | 1994-08-22 |
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