JPS62154683A - レ−ザ発生装置 - Google Patents

レ−ザ発生装置

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JPS62154683A
JPS62154683A JP60294342A JP29434285A JPS62154683A JP S62154683 A JPS62154683 A JP S62154683A JP 60294342 A JP60294342 A JP 60294342A JP 29434285 A JP29434285 A JP 29434285A JP S62154683 A JPS62154683 A JP S62154683A
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absorption cell
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laser
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秀人 岩岡
Koji Akiyama
浩二 秋山
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Yokogawa Electric Corp
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Yokogawa Electric Corp
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    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
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    • G—PHYSICS
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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】 イ、「発明の目的」 （ｐＩ業上の利用分野〕 本発明は、原子線吸収にレーザ光をロックして波長を安
定化するとともに複数の波長のレーザ光を出力すること
ができる装置に関するものである。
（従来の技術） コヒーレント光通信やコヒーレント光計測の分野では、
波長が安定化され、スペクトル純度の高い（狭スペクト
ル幅の）光源が必要とされる。
このようなことから、従来、原子線吸収にレーザ光をロ
ックして安定な波長を出力することのできる装置が案出
されている。この装置は例えば、ルビジウムＲｂ、セシ
ウムＣｓ等で構成される吸収セルに半導体レーザカ日う
のレーｔｆ光を通し、通３４シたレーザ光を光検出器で
検出する。この場合、吸収セル内を構成する原子の種類
により一義的に定まる特定の波長のレーザは、吸収セル
内で吸収され減衰する。そこで、半導体レーザから出力
されるレーザ光の発振波長が、この吸収線スペクトルの
中心となるように制御することで、絶対値が正確な波長
のレーザ光を１ｑるようにしたものである。
（発明が解決しようとする問題点） しかし、以上のような従来の手段は、１台のレー曖ア発
生装置から１波長のレーザ光しか得ることができない。
従って、２つの波長のレーザ光が必要な場合は、ビーム
スプリッタ等を用いて、合波しなければならないが、こ
の手段は、光軸を調整する必要がある等、実用に適さな
い。また、それぞれの波長に対して異なる吸収セルを必
要とするので高価である。
本発明は、以上の点に濫みてなされたもので、その目的
は１個の吸収セルを用いて、複数個の安定な波長のレー
ザ光を出力することができる装置を提供することである
。
口、「発明の構成」 〔問題点を解決するための手段〕 本発明は、上記問題点を解決するために、複数個の半導
体レーザと、 この各半導体レーザに異なる周波数で変調をかける手段
（１７，１８）と、 複数種の波長のレーザ光を吸収する物質で構成され、前
記各半導体レーザから出力されるレーザ光を導入する吸
収セルと、 この吸収セルの透過光を受ける受光素子と、この受光素
子の出力に基づく信号を受けて前記半導体レーザの発振
波長を制御する手段（１１，１４゜１２、１５）と、　
を備え、 前記吸収セルにおける複数種の吸収スペクトルに、各半
導体レーザの発振波長をロックするようにしたものであ
る。
（実施例〕 以下、図面を用いて本発明の詳細な説明する。
第１図は、本発明の一構成例を示した図である。
その構成は、まず、半導体レーザ１と２の出力光をビー
ムスプリッタ４で合波する。そして、この合光を吸収セ
ルフに導入する。吸収セルフの内部には、複数種の波長
のレーザ光を吸収する物質、例えばセシウムＣｓ、ルビ
ジウムＲｂ、アンモニアＮＨコ、水８２０等が封入され
ている。即ち、吸収セルフを透過した光には、複数の吸
収スペクトルが生じている。吸収セルフを透過したレー
ザ光は、ビームスプリッタ５で分波され、一部は透過し
て出力光として用い、一部は反射して受光素子９に照射
され、受光光パワーに応じた電気信号となる。この信号
をそれぞれロックインアンプ１１゜１２に入力した後、
更に電流制御回路１４．１５に加える。そして、電流制
御回路１４．１５の出力と、発ｊ辰器１７．１８の出力
（周波数！＋　、　／２　＞は、加算器２０、２１で加
算され、半導体レーザ１，２に加えられる。従って、半
導体レーザ１，２は、各電流制御回路１４．１５から加
えられる信号により、印加電流が定まるので、この電流
値により発振周波数が決定される。更に、ここでは、光
振器１７．　ｉｏからの変調信号が加算されているので
、異なる周波数！、、ｆ２で発振波長が変調される。ま
た、発掘器１７．１８の出力は、それぞれロックインア
ンプ１１゜１２にも加えられ、ｆｌ　、ｆ２で同期整流
が行なわれる。
なお、ここでは半導体レーザの発振波長を変える手段と
して、電流制御回路を用いた例で説明するが、これに限
定するわけではなく、半導゛体し−ザの出力波長を変え
ることができるものなら、例えば、温度制御回路等なん
でも良い。
以上のように構成された第１図装置の動作は以下の如く
である。
本明細出では、吸収セルフを構成する吸収物質としてセ
シウムＣｓを用いた例で説明する。第２図は、Ｃｓ原子
のエネルギ一単位を示ず図である。
同図において、波長が８５２，１１２ｎｍの光をＣｓ原
子に当てると、６Ｓ＆から６　Ｐ％へキャリアが励起さ
れるため、光はエネルギーを失い吸収が起きる。
ここで６ａＬ６ＰＸの準位はそれぞれ２本、４本の超微
細構造を持つ。従って、厳密に言えば、この準位間で６
通りの波長（または周波数）の光で吸収が起きる。しか
し、実際は、原子の運動によるドツプラー広がりのため
、吸収スペクトル幅は、数百ＭＨ２になるので、通常（
３４Ｐレベルの微細構造は観測されない。従って、Ｃｓ
を通過した光には、第３図に示すように、（ａ）、（ｂ
）の２つの吸収として受光素子９で観測される。
このＣｓ原子に周波数ν１．ν２の光を透過させると透
過光量は、それぞれν１、ν２の変化に応じた第３図の
吸収信号が１９られる。第３図に示す吸収信号のうら（
ａ）は、第２図に示す（ａ）即ちＦ４からのものであり
、第３図に示ず（ｂ）は、第２図の（ｂ）即らＦ３から
のものである。
従って、受光素子９の出力はそれらの和となる。
従って、ロックインアンプｉ？、　１２の波形は、この
受光索子９からの信号（第３図）を微分した第４図、第
５図に示すような波形となる。
今、周波数ν１の光はｆｌにより、ν２の光はＩ２によ
り変調されているとする。そこで、ロックインアンプ１
１．１２をそれぞれの変調周波数ｆ１゜Ｉ２で同期整流
すると（このときｍ−ｆ、〜ｎ・Ｉ２（ｎ’ｌ、ｎは整
数）となるようにＪ’ｌ、Ｉ２を定めており）、ロック
インアンプ１１の出力には、周波数ν２の光の影響は現
れないし、ロックインアンプ１２の出力には、周波数ν
１の光の影響は現れない。従って、ロックインアンプ１
１．１２の出力は、それぞれ独立に第４図（ロックイン
アンプ１１の出力）、第５図（ロックインアンプ１２の
出力）のような波形となる。そして、ロックインアンプ
１１の出力が第４図のＡ点、ロックインアンプ１２の出
力が第５図の８点となるように電流制御回路１４゜１５
で、半導体レーザ１，２の発振周波数を制御すれば、ビ
ームスプリッタ５から取出されるレーザ光は、波長−８
５２，１１２ｎｍ付近であって、互いに９１９２．６Ｍ
　Ｉ−１ｚ　！！ｉ！なる安定な２つの波長の光となる
。
次に、Ｃｓの代りにＲｂを用いた場合を説明する。この
場合、Ｃｓと同様に基底準位がＦ＝１゜Ｆ＝２の超微細
１ｌｉＩ造を持つ。「＝１力目らの吸収を起こす周波数
をν＋　、Ｆ＝２からの吸収を起こり周波数をν３とす
ると、これらの差であるΔシーン１−シ２は、′ｉ″Ｒ
ｂの時は、Δシー６．８ＧＨｚ、　　Ｒｂの時は、Δν
ｚ３ＧＨｚとなる。
また、ＲｂのＤ１線（５Ｓ　ｌ／２単位から５Ｐ先への
励起７９４．７ｒｖ）とＤ２線（５Ｓ’／、から５Ｐ４
への励起７８０．　Ｏｎｍ　）を使用すれば、Δλ−１
４，７ｎｍとなる。また、ＣｓとＲｂを通すことにより
、Δλ−８５２，１−７８０（または７９４．７）　＝
　７２．ｉ　（または５７．４）　ｎｍにもなる。更に
、Ｈ２ＯやＮ８３等の分子吸収線を使用しても良い。
また、半導体レーザは、２個に限るものではなく、個数
を増やせば、上の周波数の相合ぜて多種類のものができ
る。その場合、ロックインアンプ、発振器、電流制御回
路は、その数だけ増設する。
第７図のような構成を用いると、ドツプラ広がりが無く
なるので、第２図で説明した超微細構造を識別すること
ができるようになる。従って、第６図に示すように超微
細構造に基づいたロックインアンプの出力信号が１９ら
れるので、そのうち、どこにロックするかで、Δνは、
更に小さくすることができる。なお、第７図が第１図と
異なる所は、第７図で点線で示した部分である。即ち、
第７図に示づように、ビームスプリッタ３１〜３５、受
光素子３Ｇ、　３７及び差動増幅器３８を設り、この差
動増幅器３８の出力をロックインアンプに導入するよう
にした点である。
また、第１図で示したロックインアンプに入力される周
波数は、Ｉ、の高調波を使用しても良い。
この場合、３倍調波を用いると、第４図、第５図のロッ
クインアンプのバイアス成分が無くなる効果がある。
また、第１図で、ビームスプリッタ４の代りに、偏光ビ
ームスプリッタを用いれば、出力レーザ光は、直交偏波
となる。
また、第１図で、ビームスプリッタ５の透過光を出力レ
ーザ光とする代りに、ビームスプリッタ４で反射したν
２と透過したν１を出力光とすれば、これらの光は吸収
セルフを通過していないので、大きな出力を取出せる。
ハ、ｒ本発明の効果」 以上述べたように、本光明によれば、次の効果が得られ
る。
■　１個の吸収セルで少数の波長のシー９光を出力する
ことができる。
■　複数の出力レーザ光が原子吸収線にロックされてい
るので、非常に安定した波長のレーず光を（ｑることが
できる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明に係るレーザ発生装置の構成例を示す図
、第２図はＣＧ原子の１ネルギ一単位の微細構造を示す
図、第３図はＣ９の吸収信号を示す図、第４図〜第６図
はロック２インアンプの出力を示す図、第７図は本発明
の別の構成例を示す図である。 １．２・・・半導体レー１ｒ、４．５・・・ビームスプ
リッタ、７・・・吸収セル、９・・・受光素子、１１．
１２・・・ロックインアンプ、１４．１５・・・電流制
御回路、１７．１８・・・発掘器、２０．２１・・・加
算器。 第１図 ロー／フィン了ンヂ 第Ｚ　図 第３図 乙のｍｆ！Ｉ梠Ｃビー 一仮」λ 第４図　　　第５図 第ム図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 複数個の半導体レーザと、 この各半導体レーザに異なる周波数で変調をかける手段
    （１７、１８）と、 複数種の波長のレーザ光を吸収する物質で構成され、前
    記各半導体レーザから出力されるレーザ光を導入する吸
    収セルと、 この吸収セルの透過光を受ける受光素子と、この受光素
    子の出力に基づく信号を受けて前記半導体レーザの発振
    波長を制御する手段（１１、１４、１２、１５）と、を
    備え、 前記吸収セルにおける複数種の吸収スペクトルに、各半
    導体レーザの発振波長をロックするようにしたことを特
    徴とするレーザ発生装置。
JP60294342A 1985-12-20 1985-12-26 レ−ザ発生装置 Granted JPS62154683A (ja)

Priority Applications (11)

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JP60294342A JPS62154683A (ja) 1985-12-26 1985-12-26 レ−ザ発生装置
GB8627744A GB2187592B (en) 1985-12-26 1986-11-20 Semiconductor laser wavelength stabilizer
US06/937,359 US4833681A (en) 1985-12-26 1986-12-03 Semiconductor laser wavelength stabilizer
US06/942,448 US4893353A (en) 1985-12-20 1986-12-16 Optical frequency synthesizer/sweeper
US06/943,670 US4856899A (en) 1985-12-20 1986-12-18 Optical frequency analyzer using a local oscillator heterodyne detection of incident light
DE3643553A DE3643553C2 (de) 1985-12-20 1986-12-19 Vorrichtung zum Erzeugen und Wobbeln optischer Frequenzen
DE3643629A DE3643629C2 (de) 1985-12-26 1986-12-19 Vorrichtung zur Stabilisierung der Wellenlänge eines Halbleiterlasers
GB8630375A GB2185567B (en) 1985-12-20 1986-12-19 Optical frequency analyzer
GB8630374A GB2185619B (en) 1985-12-20 1986-12-19 Optical frequency synthesizer/sweeper
DE3643569A DE3643569C2 (de) 1985-12-20 1986-12-19 Analysator für optische Frequenzen
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JPH0453114B2 JPH0453114B2 (ja) 1992-08-25

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02284486A (ja) * 1989-04-25 1990-11-21 Yokogawa Electric Corp 半導体レーザ波長安定化装置
FR2674079A1 (fr) * 1991-03-15 1992-09-18 France Telecom Perfectionnement aux telecommunications optiques coherentes.
JP2006073755A (ja) * 2004-09-01 2006-03-16 National Institute Of Information & Communication Technology 多重飽和分光によるレーザー周波数安定化装置
CN105720976A (zh) * 2014-12-19 2016-06-29 精工爱普生株式会社 原子共振跃迁装置、原子振荡器、时钟、电子设备及移动体

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CN105720976B (zh) * 2014-12-19 2020-08-25 精工爱普生株式会社 原子共振跃迁装置、原子振荡器、时钟、电子设备及移动体

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