JPS62119993A - 半導体レ−ザ安定化装置 - Google Patents

半導体レ−ザ安定化装置

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JPS62119993A
JPS62119993A JP25935185A JP25935185A JPS62119993A JP S62119993 A JPS62119993 A JP S62119993A JP 25935185 A JP25935185 A JP 25935185A JP 25935185 A JP25935185 A JP 25935185A JP S62119993 A JPS62119993 A JP S62119993A
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JP
Japan
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semiconductor laser
output
optical filter
light
laser element
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Application number
JP25935185A
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English (en)
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Shuichi Murayama
秀一 村山
Koji Akiyama
浩二 秋山
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Yokogawa Electric Corp
Original Assignee
Yokogawa Electric Corp
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Publication date
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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)
  • Semiconductor Lasers (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。

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、半導体レーザ出力光の波長を安定化させる半
導体レーザ安定化装置に関するものである。
(従来の技術) 半導体レーザの発振波長は、温度や電流によって大きく
変動する(例えば、波長変化/温度変化−0,066n
m/に、波長変化/電流変化=0゜007nm/mA)
。このため従来は波長を安定化するため、半導体レーザ
素子を恒温槽などに入れていた。
(発明が解決しようとする問題点) しかしながら、上記のような構成の半導体レーザ安定化
装置では、レーザパワーを変えるために電流を変えたり
、半導体レーザの劣化によっても波長はシフトしてしま
う。また恒温槽による精密な温度制御は複雑かつ高価な
装置を必要とするという欠点がある。
本発明はこのような問題点を解決するためになされたも
ので、半導体レーザの発振波長を簡単な構成で、長期間
安定にロックすることのできる半導体レー男安定化装置
を実現することを目的とする。
(問題点を解決するための手段) 本発明の第1の発明に係る半導体レーザ安定化装置は、
半導体レーザ素子と、この半導体レーザ素子の出力光を
入射して所定の波長で透過率または反射率が変化する光
フィルタ手段と、この光フィルタ手段の出力光を入射す
る受光素子と、この受光素子の出力に対応して前記半導
体レーザ素子の温度を制御する1l制御回路とを備え、
前記半導体レーザ素子の出力光が前記所定の波長となる
ように構成したことを特徴とする。
(2)本発明の第2の発明に係る半導体レーザ安定化装
置は、半導体レーザ素子と、この半導体レーザ素子の出
力光を入射して所定の波長で透過率または反射率が変化
する光フィルタ手段と、この光フィルタ手段の出力光を
入射する受光素子と、この受光素子の出力に対応して前
記半導体レーザ素子の駆動電流を制御する制御回路とを
備え、前記半導体レーザ素子の出力光が前記所定の波長
となるように構成したことを特徴とする。
(作用) 上記のような構成の半導体レーザ安定化装置によれば、
光フィルタ手段の波長特性を利用して波長のロックを行
うことができる。
(実施例) 以下本発明を図面を用いて詳しく説明する。
第1図は本発明に係る半導体レーザ安定化装置の一実施
例を示す構成ブロック図である。1は温度制御素子を備
えた半導体レーザ素子、2はこの半導体レーザ素子1の
゛出力光を入射して2方向に分離するハーフミラ−13
はこのハーフミラ−2を透過した光が入射し誘電体多層
膜などで構成する光フィルタ、5はこの光フィルタ3を
通った光が入射する受光素子、4は前記ハーフミラ−2
で反射した光が入射する受光素子、6は前記受光素子4
.5の出力信号を入力して前記半導体レーザ素子1の温
度および注入電流を制御する制御回路である。受光素子
4.5.制御回路6は制御部60を構成している。
第2図は制御回路6の詳細な構成を示す構成ブロック図
である。61および63はそれぞれ受光素子5および4
の出力信号を増幅する増幅器、62は増幅器61.63
の出力を入力する差動増幅器、64はこの差動増幅器6
2の出力に基づいて半導体レーザ素子1の温度I制御素
子を制aするPIDコントローラ、65は前記増幅器6
3の出力を入力して光パワーの設定値と比較する設定回
路、66はこの設定回路65の出力に基づいて半導体レ
ーザ素子の注入電流を制御するPIDコントローラであ
る。
上記のような構成の半導体レーザ安定化装置の動作を次
に説明する。第3図は半導体レーザ1の出力波長の温度
依存性を示す特性曲線図で、温度で波長を制御できるこ
とがわかる。半導体レーザ素子1の出力光はハーフミラ
−2で分離され、透過光は光フィルタ3に入射する。光
フィルタ3は第4図の特性曲線図に示すように所定の波
長λχを閾値とするローパス特性を有している。光フィ
ルタ3を透過した光は受光素子5で検出され、増幅器6
1で増幅される。ハーフミラ−2で反射された光は受光
素子4で検出され、増幅器63で増幅される。増幅器6
1の出力と増幅器63の出力は差動増幅器でその差を演
算され、PIDコントローラ64の入力となる。PID
コントローラ64はその出力で半導体レーザ素子1の温
度を制御する。この結果、ハーフミラ−2を透過する光
lが、ハーフミラ−2で反射する光(至)すなわち半導
体レーザ素子1の出力光の光量の1/2と等しくなるよ
うに制御回路6が半導体レーザ素子1の温度を(第3図
のTχに)制御するので、半導体レーザ素子1の出力光
の波長はλχにロックされる。
増幅器63の出力は設定回路65において光パワーの設
定値と比較され、その誤差がPrDコントローラ66の
入力となり、PIDコントローラ66の出力で半導体レ
ーザ素子1の注入M流を制御している。したがって半導
体レーザ素子1の出力パワーも一定に制御されている。
半導体レーザ素子1の反対側からの出力が外部で利用さ
れる。また第1図では省略されているが、制御部60は
光フィルタ3の温度を検出して光フィルタ3の温度特性
を補償する機能も備えている。
この様な構成の装置によれば、波長のロックを光フィル
タで行っているため、半導体レーザの劣化が起きても波
長が変化しないという利点がある。
また受光素子4でハーフミラ−2の反射光を検出してい
るので、パワー設定値を変えて半導体レーザ素子1の出
力パワーが変化しても波長のシフトが起こらない。なお
レーザパワーの制御をローカルに行えば(例えば半導体
レーザ素子内にある光パワーモニタ用受光素子を利用す
る)、第1図においてハーフミラ−2および受光素子4
を省略できる。
また上記の実施例では半導体レーザ素子1の反対側から
外部出力を取出しているが、半導体レーザ素子1とハー
フミラ−2との間にビームスプリッタなどを設けて外部
に取出してもよい。
第5図は本発明の第2の実施例を示すための構成ブロッ
ク図である。第1図と同一の部分には同じ記号を付して
説明を省略する。制御回路16において、161は受光
素子5の出力を増幅する増幅器、162はこの増幅器1
61の出力を入力するロックインアンプ、164は受光
素子4の出力を増幅し光パワーの設定値と比較する増幅
器、165はこの増幅器164および前記ロックインア
ンプ162の出力を入力する電流コントローラ、166
はこの電流コントローラ165により電流出力を制御さ
れる電流源、17は半導体レーザ素子11の温度をルリ
御するm度コントローラ、163は前記ロックインアン
プ162およびtR流源166に出力が接続する発振器
である。
ここでは半導体レーザ11の電流を変化させてレーザ出
力光の波長を変え、半導体レーザ素子11の温度は温度
コントローラ17により独立に設定m度に定植制御され
る。半導体レーザ11には直流分と周波数fの交流分の
和が注入電流として加わる。ロックインアンプ162の
参照周波数が2fのときに得られる2次微分波形出力が
Oになるように注入電流を制御すれば波長の[1ツクが
行われる。
このような構成の装置によれば、ロックインアンプを使
用しているのでノイズの低減に効果があリ、より正確に
波長のロックを行うことができる。
第6図は第1図および第5図の実施例において、ハーフ
ミラ−を省略した本発明の第3の実施例を示す部分構成
ブロック図である。22.23は半導体レーザ素子1の
出力を入射して平行光にするレンズである。半導体レー
ザ素子1の出力光の一部はレンズ22および光フィルタ
3を介して受光素子5に入射し、他の一部はレンズ23
を介して受光素子4に入射する。
第7図は本発明の第4の実施例を説明するための特性曲
線図である。すなわら上記の各実施例において、光フィ
ルタ3の角度を変えることにより、点線に示すように波
長に対する透過特性をシフトすることができる。この結
果、半導体レーザ安定化装置がロックするレーザ光の波
長を変えることができる。
第8図は本発明の第5の実施例を示す構成ブロック図で
ある。32は半導体レーザ素子1の出力光を入射するダ
イクロイックミラーで光フィルタ手段を構成し、第9図
の特性曲線図に示すような反射透過特性を有する。36
はダイクロイックミラー32からの透過光を受光素子5
で検出した信号△およびダイクロイックミラー32から
の反射光を受光素子4で検出した信号Bを入力し、半導
体レーザ素子1に対してA/Bを一定にするように波長
制御を行い、△十Bを一定とするように出力制御を行う
制御回路である。第1図の実施例に比べて光学系の構成
が簡単になるという利点がある。
第10図は本発明の第6の実施例を示す構成ブロック図
である。41は半導体レーザ素子1の出力光を直線偏光
とする偏光子、42はこの偏光子41の出力光の偏光方
向を回転させる旋光物質でここでは水晶を用いたもの、
43はこの旋光物質42の出力光を2つの方向に分離す
る偏光ビームスプリッタ、46はこの偏光ビームスプリ
ッタ43の透過光を検出する受光素子5の出力と反射光
を検出する受光素子4の出力を入力して半導体レーザ素
子1の温度および電流を制御する制御回路である。偏光
子41.旋光物質42および偏光ビームスプリンタ43
は光フィルタ手段を構成している。旋光角度は波長によ
り変化するから、この装置にJ>ける波長特性は第11
図の特性曲線図のようになる。制御回路46の動作は第
8図の場合と同様である。
第12図は本発明の第7の実施例で、第10図の装置に
おいて、偏光ビームスプリッタ43の代りに襖屈折を利
用するローションプリズム53を使用したものを示す構
成ブロック図である。
(発明の効果) 以上述べたように本発明によれば、半導体レーザの発掘
波長を簡単な構成で、長期間安定にロックすることので
きる半導体レーザ安定化装置を簡単な構成で実現するこ
とができる。光計測用光源としても優れている。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係る半導体レーザ安定化装置の一実施
例を示す構成ブロック図、第2図は第1図装置の部分構
成ブロック図、第3図および第4図は第1図装置の動作
を説明するための特性曲線図、第5図は本発明に係る半
導体レーザ安定化装置の第2の実施例を示す構成ブロッ
ク図、第6図は本発明に係る半導体レーザ安定化装置の
第3の実施例を示す要部構成ブロック図、第7図は本発
明に係る半導体レーザ安定化装置の第4の実施例を説明
するための特性曲線図、第8図は本発明に係る半導体レ
ーザ安定化装置の第5の実施例を示す構成ブロック図、
第9図は第8図装置の動作を説明するための特性曲線図
、第10図は本発明に係る半導体レーザ安定化装置の第
6の実施例を示す構成ブロック図、第11図は第10図
装置の動作を説明するための特性曲線図、第12図は本
発明に係る半導体レーザ安定化t装置の第7の実施例を
示す要部構成ブロック図である。 1.11・・・半導体レーザ素子、3,32,41゜4
2.43.53・・・光フィルタ手段、4,5.・・・
受光素子、6,16.36.46・・・制御回路、λχ
・・・所定の波長。 ′jPJ1図 M2図 第3図 温度ニー−〉 ° 第4図 X長−一 篤5図 篤10図 第12図 篤11図 深長λ−〉

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)半導体レーザ素子と、この半導体レーザ素子の出
    力光を入射して所定の波長で透過率または反射率が変化
    する光フィルタ手段と、この光フィルタ手段の出力光を
    入射する受光素子と、この受光素子の出力に対応して前
    記半導体レーザ素子の温度を制御する制御回路とを備え
    、前記半導体レーザ素子の出力光が前記所定の波長とな
    るように構成したことを特徴とする半導体レーザ安定化
    装置。
  2. (2)制御回路は半導体レーザ素子の光出力と光フィル
    タ手段の光出力の比が一定となるように半導体レーザ素
    子の温度を制御する特許請求の範囲第1項記載の半導体
    レーザ安定化装置。
  3. (3)制御回路は半導体レーザ素子の光出力が一定とな
    るように半導体レーザ素子の駆動電流も制御する特許請
    求の範囲第2項記載の半導体レーザ安定化装置。
  4. (4)光フィルタ手段として波長により透過光量と反射
    光量の比が変化する光フィルタ素子を使用し、制御回路
    は前記比が一定になるように半導体レーザ素子の温度を
    制御する特許請求の範囲第1項記載の半導体レーザ安定
    化装置。
  5. (5)制御回路は半導体レーザ素子の光出力が一定とな
    るように半導体レーザ素子の駆動電流も制御する特許請
    求の範囲第4項記載の半導体レーザ安定化装置。
  6. (6)光フィルタ手段における光フィルタ素子の角度を
    変えることにより半導体レーザ素子の出力光の波長を変
    化させるようにした特許請求の範囲第1項記載の半導体
    レーザ安定化装置。
  7. (7)半導体レーザ素子と、この半導体レーザ素子の出
    力光を入射して所定の波長で透過率または反射率が変化
    する光フィルタ手段と、この光フィルタ手段の出力光を
    入射する受光素子と、この受光素子の出力に対応して前
    記半導体レーザ素子の駆動電流を制御する制御回路とを
    備え、前記半導体レーザ素子の出力光が前記所定の波長
    となるように構成したことを特徴とする半導体レーザ安
    定化装置。
  8. (8)制御回路は半導体レーザ素子の光出力と光フィル
    タ手段の光出力の比が一定となるように半導体レーザ素
    子の駆動電流を制御する特許請求の範囲第7項記載の半
    導体レーザ安定化装置。
  9. (9)光フィルタ手段として波長により透過光量と反射
    光量の比が変化する光フィルタ素子を使用し、制御回路
    は前記比が一定になるように半導体レーザ素子の駆動電
    流を制御する特許請求の範囲第7項記載の半導体レーザ
    安定化装置。
  10. (10)光フィルタ手段における光フィルタ素子の角度
    を変えることにより半導体レーザ素子の出力光の波長を
    変化させるようにした特許請求の範囲第7項記載の半導
    体レーザ安定化装置。
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