JPS62188291A - 半導体レ−ザ波長安定化装置 - Google Patents

半導体レ−ザ波長安定化装置

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JPS62188291A
JPS62188291A JP2971686A JP2971686A JPS62188291A JP S62188291 A JPS62188291 A JP S62188291A JP 2971686 A JP2971686 A JP 2971686A JP 2971686 A JP2971686 A JP 2971686A JP S62188291 A JPS62188291 A JP S62188291A
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JP
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light
semiconductor laser
absorption
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absorption cell
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JP2971686A
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JPH0462477B2 (ja
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Koji Akiyama
浩二 秋山
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Yokogawa Electric Corp
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Yokogawa Electric Corp
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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

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) 本発男は、半導体レーザ出力光の波長を安定化する半導
体レーザ安定化装置に関するものである。
特に半導体レーザの波長を金属ガスの吸収スペクトルに
固定した量子標準型半導体レーザ安定化装置の改良に関
する。
(従来の技術) 半導体レージは、小型、低電力動作、常温動作、高周波
における変調容易性、広い周波数調整範囲、低価格など
の特長により広い分野で利用されている。しかし、その
半面、半導体レーザの発振周波数はレーザ温度およびレ
ーザ電流に大きく依存するため、これらの微小変化でも
発振周波数は速やかに変化してしまい、その安定度は非
常に悪い。
この欠点は、半導体レーザを種々の計測や高分解能分光
に用いる場合に大きな問題となる。また、光通信におい
ても、将来周波数多重方式へと発展するために、半導体
レーザの周波数安定化が重要な条件となる。
周波数安定化の方法として、原子(または分子。
以下同じ)の吸収線を用いる方法があるが、レーザ光を
標準ガスに吸収させると、原子の熱運動のため、ドツプ
ラ拡がりのある幅広の吸収スペクトル線しか得られない
しかしながら飽和吸収分光では、吸収セルの一方向から
レーザ光をポンプ光として入射し、特定の速度の標準ガ
ス原子を励起した状態で1、反対方向から同−周波数で
強度の弱いプローブ光を入射する。レーザ周波数が原子
の共鳴周波数に一致したときのみプローブ光は吸収を受
けないので、原子の熱運動による速度分布の影響を受け
ず、ドツプラ拡がりのない鋭い吸収線を得ることができ
る。
これを周波数の標準とすれば周波数安定度を大幅に高め
ることができる。(T、Yabuzaki。
A、Hori、lyl、)(itano、and  T
OQawa:Frequency  5tabiliz
ation   of   [)iode   1−a
serS   UsinQ   ooppler−1”
ree   Atom+c   5peCtra、Pr
0C,Int。
Conf、La5er−s  83/堀、開田、北野、
薮崎、小川:飽和吸収分光を用いた半導体レーザの周波
数安定化、信学技報 0QE82−1(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波長安
定化装置では、偶成が複雑で5A置が大きく、光学系の
調整が面倒という欠点がある。
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、構成が簡単で小型の半導体レーザ波長安定化装置
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) 本発明に係る半導体レーザ波長安定化装置は標準物質の
吸収スペクトル線に半導体レーザの波長をvI Ijす
ることにより波長を安定化する半導体レーザ波長安定化
装置に係るもので、その特徴とするところは半導体レー
ザの出力光を入射する偏光ビームスプリッタと、この偏
光ビームスプリッタの一方の出力光の一部を入射する標
準物質を封入した吸収セルおよび1/4波長板と、この
吸収セルおよび1/4波長板を通過した光が入射するミ
ラーと、このミラーで反射した光を前記1/4波長板、
前記吸収セルおよび前記偏光ビームスプリッタを介して
入射する第1の受光素子と、前記偏光ビームスプリッタ
の前記一方の出力光の他の一部が前記吸収セルを透過し
た光に関連する光を入射する第2の受光素子とを備え、
2つの前記受光素子の出力を演算し、この演粋出カに対
応して前記半導体レーザの電流または温度を駆動するこ
とにより前記吸収セル内の吸収スペクトル線に発掘周波
数を制御するように構成した点にある。
(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波長安定化装置の一
実施例を示す構成ブロック図である。LDlは半導体レ
ーザ素子、LSlはこの半導体レーザ素子LD1の出力
光を集光するレンズ、BSlはこのレンズLSIを通過
した光を入射する(偏光ビームスプリッタ、CLlはこ
の偏光ビームスプリッタ881の透過光を入射しRb、
Csなどの金属ガスが封入された吸収セル、Plはこの
吸収セルCL1を通過する光の一部(図で上側の部分)
が入射する1/4波長板、Flはこの1/4波長板P1
の出力光を入射するNDフィルタ、MlはこのNDフィ
ルタF1の出力光を入射するミラー、PDlはこのミラ
ーM1の反射光が前記のフィルタF1,1/4波長板P
1.吸収セルc l−1およびビームスプリッタBS1
を介して入射する受光素子、BS2は前記吸収セルCl
−1を透過ける尤の他の一部(図の下側の部分)を入射
するビームスプリッタ、PO2はこのビームスプリッタ
BS2で反射した光が入射する第2の受光素子、OPl
は前記受光素子PD1.PD2の出力の演算を行う演算
回路、DPIはこの演算回路OP1の出力を入力して半
導体レーザLD1の注入゛層流制御を行う駆動回路であ
る。
次に上記のような構成の装置の動作を詳しく説明する。
半導体レーザLD1から出力された光はレンズLSIで
集光されたのち、偏光ビームスプリッタBS1に入射す
る。このとき半導体レーザL D 1の偏波面はその出
力光が偏光ビームスプリッタBSIを全部透過する方向
となっている。偏光ビームスプリッタBS1を透過した
光は吸収セルCL1に飽和光(ポンプ光)として入射し
吸収セルCLI内の原子の吸収を受ける。吸収セルCL
1を通過した光の一部(上半分)は1/4波長板P1に
入射して円偏光となり、NDフィルタF1を介してミラ
ーM1で反射される。ミラーM1の反射光は再びNDフ
ィルタF1および1/4波長板P1を介してポンプ光と
逆向きのプローブ光として吸収セルCLIに入射する。
このとき吸収セルCLI中で飽和光とプローブ光の光軸
が重なるように調節されている。吸収セルCL1から出
ツノされるプローブ光は1/4波長板P1を2回通過す
る間に偏波面を90’回転されているので、−a光ビー
ムスプリッタBS1で反射され、受光素子PD1に入射
する。吸収セルCL1を通過した光の他の一部(下半分
)はビームスプリッタBS2に入″Hし、その透過光は
外部への出力光となり、反射光は参照光として受光素子
PD2に入用する。
受光素子1) D 1の出力と受光素子PD2の出力は
演算回路OP1で演算され、その出力は駆動回路DR1
に人力する。駆動回路DR1の出力で半導体レーザの電
流を駆動することにより、吸収セルCLl内の基準ガス
の飽和吸収スペクトル信号に半導体1・−ザの発振周波
数を制御する。
上記HHにJ5いて、吸収セルCL1に入射した光はポ
ンプ光として働き、原子を励起して飽和状態にする。そ
の結果、吸収セルCL1の出射光を検出する受光素子P
D2の出力は第2図の1に示すような線形吸収(ドツプ
ラ広がりのある吸収)を受ける。吸収セルCL1の上側
の出力光はNDフィルタを2回通過する際に充分減衰さ
れた後、ポンプ光として逆方向から吸収セルCL1に人
制し飽和吸収を受ける。すなわち前述のように、レーザ
周波数が吸収セル内の原子の共鳴周波数に一致したとき
のみプローブ光が吸収を受けないので、ドツプラ拡がり
のない鋭い吸収線を得ることが、きる。口の結果、第1
の受光素子PD1の出力は第3図の実線2に示すような
飽和吸収特性となる。
演算回路OP1で例えば受光素子PD2の出力を調整し
、第31Aの破線3に一致させて受光素子PD1の出力
から引算し、増幅すると第4図の特性が得られる。この
特性のピーク圃になるように駆動回路D RI内のPI
D回路を介して半導体レーザLDIの電流を制御する。
このような構成の半導体レーザ波長安定化装置によれば
、Rb、Csなどの標準ガスあるいはNH3,1−12
0などの飽和吸収スペクトルに周波数を固定するので、
半導体レーザの発振波長が安定となる。
また吸収セルと平行あるいは直交するような光路がなく
、従来の装置より光学系の構成が簡単で小型になる。ま
た光軸の調整等も簡単になる。
また参照光がポンプ光やプローブ光と直交Vず、外乱を
受けないので、精度・安定性がよい。
/JJ5上記の実施例において駆動回路などにロックイ
ンアンプを用いて、飽和吸収信号の1次微分波形のゼロ
クロスポイントに周波数を制御してもよい。
またミラーM1の反割率を小さくすればNDフィルタE
1を不要にすることもできる。
また上記の実施例とは逆に偏光ビームスプリッタBS1
において、半導体レーザしDlの出力を反射させて吸収
セルCL1に導き、プローブ光を透過させて受光素子P
D1に導いてもよい。
また上記の実施例において、1/4波長板P1を吸収セ
ルCL1の前に配置してもよい。また吸収セルのC10
後ろの場合でも、ミラーM1の手前に配置してもよい。
また半導体レーザLD1の出射光の(−波面を完全に偏
光ビームスプリッタBS1と合せずに一部を反射させて
外部への出力光とし、ビームスプリッタBS2の代りに
同じ位買に受光素子「〕D2を配置することにより、ビ
ームスプリッタを1つ省略するとともに吸収などの外乱
を受けない出力光を1りることができる。
第5図は本発明の第2の実施例を示すための要部構成γ
1視図である。第1図装置に対し、1/4波長板))2
.NDフィルタF2J5よびミラーM2を吸収セルの出
射光の中心部に配置して、中心部の光を飽和吸収1g号
に用いるようにしIζらので、動作は第1図の場合と同
様である。第6図はこれと逆に、ドーナツ型の1/4波
長板P3.NDフィルタF3およびミラーM3を用いる
ことにより、周辺部の光を飽和吸収信号に用いるように
したものである。P4.F4およびM4は第1図の場合
と同様のそれぞれ1/4波長板、NDフィルタおよびミ
ラーである。
第7図は本発明の第3の実施例を示すための要部構成ブ
ロック図である。第1図装置と異なり、ビームスプリッ
タ882を用いずに、入射光を3部分に分け、ミラーM
5で反射した光を参照光とし、吸収セルCL1の出力光
の一部を直接外部への出力光として取出すものである。
なお上記の各実施例では吸収セル内にガスを封入した場
合を示したが、吸収線はガスに限らないので、液体や固
体を用いてもよい。
(発明の効果) 以上述べたように本発明にJ、れば、高m度かつ構成が
筒中で小型の半導体レーリ′波&安定化装置を簡Ill
な構成で実J9することがでさる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係る半導体レーザ波長安定化装置の一
実施例を示す構成ブロック図、第2図〜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図および
第6図は本発明の第2の実施例を示すための要t@構成
斜視図、第7図は本発明の第3の実施例を示すための要
部構成ブロック図である。 1−Dl・・・半導体レーザ、BSl・・・偏光ビーム
スプリッタ、CLl・・・吸収セル、Pl・・・1./
4波長板、Ml・・・ミラー、PDl・・・第1の受光
素子、PD2・・・第2の受光素子。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 標準物質の吸収スペクトル線に半導体レーザの波長を制
    御することにより波長を安定化する半導体レーザ波長安
    定化装置において、 半導体レーザの出力光を入射する偏光ビームスプリッタ
    と、この偏光ビームスプリッタの一方の出力光の一部を
    入射する標準物質を封入した吸収セルおよび1/4波長
    板と、この吸収セルおよび1/4波長板を通過した光が
    入射するミラーと、このミラーで反射した光を前記1/
    4波長板、前記吸収セルおよび前記偏光ビームスプリッ
    タを介して入射する第1の受光素子と、前記偏光ビーム
    スプリッタの前記一方の出力光の他の一部が前記吸収セ
    ルを透過した光に関連する光を入射する第2の受光素子
    とを備え、2つの前記受光素子の出力を演算し、この演
    算出力に対応して前記半導体レーザの電流または温度を
    駆動することにより前記吸収セル内の吸収スペクトル線
    に発振周波数を制御するように構成したことを特徴とす
    る半導体レーザ波長安定化装置。
JP2971686A 1986-02-13 1986-02-13 半導体レ−ザ波長安定化装置 Granted JPS62188291A (ja)

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JPH0462477B2 JPH0462477B2 (ja) 1992-10-06

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04116173U (ja) * 1991-03-26 1992-10-16 横河電機株式会社 周波数安定化レ―ザ光源
JPWO2015015628A1 (ja) * 2013-08-02 2017-03-02 株式会社日立製作所 磁場計測装置

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04116173U (ja) * 1991-03-26 1992-10-16 横河電機株式会社 周波数安定化レ―ザ光源
JPWO2015015628A1 (ja) * 2013-08-02 2017-03-02 株式会社日立製作所 磁場計測装置

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