JPS6222494A - 半導体レ−ザ安定装置 - Google Patents
半導体レ−ザ安定装置Info
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- JPS6222494A JPS6222494A JP16169285A JP16169285A JPS6222494A JP S6222494 A JPS6222494 A JP S6222494A JP 16169285 A JP16169285 A JP 16169285A JP 16169285 A JP16169285 A JP 16169285A JP S6222494 A JPS6222494 A JP S6222494A
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- JP
- Japan
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- temperature
- output
- semiconductor laser
- injection current
- laser element
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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
- H01S5/06808—Stabilisation of laser output parameters by monitoring the electrical laser parameters, e.g. voltage or current
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、半導体レーザ出力光の周波数などを安定化さ
せる半導体レーザ安定化装置の改良に関するものである
。
せる半導体レーザ安定化装置の改良に関するものである
。
（従来の技術）
半導体レーザの出力周波数ｆはレーザ素子への注入Ｔｉ
流【とその素子の温度ＴのｒＩＡ数として次式のように
表すことができる。
流【とその素子の温度ＴのｒＩＡ数として次式のように
表すことができる。
例えばＧａＡｌＡｓ半３５体レーザを注入電流７５ｍＡ
、 ｍＩ！−２７，７℃で動作させた場合、（１）式は
次のようになる。
、 ｍＩ！−２７，７℃で動作させた場合、（１）式は
次のようになる。
Δｆ＝−２２．８ΔＴ−３．６ΔＩ ・・・（２）ただ
し、各単位は次のように表される；Δｆ：ＱＨｚ ΔＴ：に ΔＩ：ｍＡ この場合に、１Δｆｌ＜１ＭＨｚの周波数安定度を得る
には、注入電流を完全に一定と仮定して“１ΔＴ ｌ
＜０．０４ｍＫに、！ｆＬを完全に一定と仮定して１Δ
Ｉｌく０．３μ八に保つ必要がある。
し、各単位は次のように表される；Δｆ：ＱＨｚ ΔＴ：に ΔＩ：ｍＡ この場合に、１Δｆｌ＜１ＭＨｚの周波数安定度を得る
には、注入電流を完全に一定と仮定して“１ΔＴ ｌ
＜０．０４ｍＫに、！ｆＬを完全に一定と仮定して１Δ
Ｉｌく０．３μ八に保つ必要がある。
従来から実際に用いられている周波数安定化の方法は、
大きく次の２種類に分類される。
大きく次の２種類に分類される。
（ａ）温度Ｔを定値制御したうえに１周波数ｆを検知し
て基準値ｆ、と比較し、注入電流Ｉに帰還をかける。
て基準値ｆ、と比較し、注入電流Ｉに帰還をかける。
（ｂ）注入電流Ｉを定値制御したうえに、周波数ｆを検
知して基準値ｆ、と比較し、温度Ｔに帰還をかける。
知して基準値ｆ、と比較し、温度Ｔに帰還をかける。
第５図は上記（ａ）方式にもとづ〈従来の半導体レーザ
安定化装置で、飽和吸収分光のラムディップ法を用いた
ものを示す構成ブロック図である（電子通信学会技術報
告０ＱＥ８１−７３．１／４）。１は半導体レーザ素子
、２はこの半導体レーザ素子１が取付けられる熱伝導体
、３はこの熱伝導体２に取付けられその温度を検出する
サーミスタからなる温度センサ、４はこの温度センサ３
の出力が接続して半導体レーザ素子１の温度を制御する
温度コントローラ、５は前記半導体レーザ素子１から出
力されるレーザビーム、６はセシウムガスが封入され前
記レーザビーム５が強度の大きい飽和光と強度の小さい
プローブ光に分けられ互いに逆方向から入射されるセル
、７はこのセル６で飽和吸収された残光を検知して電気
信号に変換するフォトダイオード、８はプローブ光の残
光を検知して電気信号に変換するフォトダイオード、９
はフォトダイオード８の出力をフォトダイオード７の出
力で割ることによりセシウム原子の運動によるドツプラ
シフトを除去する割算回路、１０はこの側御回路９の出
力を位相検出するロックインアンプ、１１はこのロック
インアンプ１０の出力により駆動され前記半導体レーザ
素子１の注入Ｎ流を制御する注入電流制御回路、１２は
前記ロックインアンプ１０および注入電流制御回路１１
に位相基準を与える交流電源である。
安定化装置で、飽和吸収分光のラムディップ法を用いた
ものを示す構成ブロック図である（電子通信学会技術報
告０ＱＥ８１−７３．１／４）。１は半導体レーザ素子
、２はこの半導体レーザ素子１が取付けられる熱伝導体
、３はこの熱伝導体２に取付けられその温度を検出する
サーミスタからなる温度センサ、４はこの温度センサ３
の出力が接続して半導体レーザ素子１の温度を制御する
温度コントローラ、５は前記半導体レーザ素子１から出
力されるレーザビーム、６はセシウムガスが封入され前
記レーザビーム５が強度の大きい飽和光と強度の小さい
プローブ光に分けられ互いに逆方向から入射されるセル
、７はこのセル６で飽和吸収された残光を検知して電気
信号に変換するフォトダイオード、８はプローブ光の残
光を検知して電気信号に変換するフォトダイオード、９
はフォトダイオード８の出力をフォトダイオード７の出
力で割ることによりセシウム原子の運動によるドツプラ
シフトを除去する割算回路、１０はこの側御回路９の出
力を位相検出するロックインアンプ、１１はこのロック
インアンプ１０の出力により駆動され前記半導体レーザ
素子１の注入Ｎ流を制御する注入電流制御回路、１２は
前記ロックインアンプ１０および注入電流制御回路１１
に位相基準を与える交流電源である。
温度コントローラ４は温度センサ３の出力に基づいて半
導体レーザ素子１の温度をＩＩＩ ａする。ロックイン
アンプ１０の出力は注入電流制御回路１１を駆動して半
導体レーザの出力周波数がセシウムの吸収中心周波数に
固定されるように注入電流を制御プる。
導体レーザ素子１の温度をＩＩＩ ａする。ロックイン
アンプ１０の出力は注入電流制御回路１１を駆動して半
導体レーザの出力周波数がセシウムの吸収中心周波数に
固定されるように注入電流を制御プる。
第６図は第５図における温度制御系を詳しく説明するた
めの要部構成ブロック図である。第５図と同じ部分には
同一の記号を付している。１ｆｉｉ度コントローラ４に
おいて、４１は温度センサ３およびｆｆ１ｌｆ設定のた
めのポテンシオメータ４２を含むブリッジ、４３はこの
ブリッジ４１からの偏差電圧を増幅する差動増幅器、４
４はこの差動増幅器４３の出力が接続する駆動回路、４
５はこの駆動回路４４により駆動される熱電冷却素子、
４６はこの熱電冷却素子４５の発熱を放散するヒートシ
ンクである。
めの要部構成ブロック図である。第５図と同じ部分には
同一の記号を付している。１ｆｉｉ度コントローラ４に
おいて、４１は温度センサ３およびｆｆ１ｌｆ設定のた
めのポテンシオメータ４２を含むブリッジ、４３はこの
ブリッジ４１からの偏差電圧を増幅する差動増幅器、４
４はこの差動増幅器４３の出力が接続する駆動回路、４
５はこの駆動回路４４により駆動される熱電冷却素子、
４６はこの熱電冷却素子４５の発熱を放散するヒートシ
ンクである。
半導体レーザ素子１は熱伝導体２を介して熱電冷却素子
４５によりブリッジ４１の偏差出力がＯとなるように温
度制御される。
４５によりブリッジ４１の偏差出力がＯとなるように温
度制御される。
第７図は半導体レーザ出力の周波数とともに光パワーも
一定値に制御するように構成した従来の半導体シー１１
安定化装置の一例を示す構成ブロック図である。半導体
レーザ素子１の出力ビームはビームスプリッタ２１で２
方向に分離され、その一方は周波数標準及検出手段２２
．ロックインアンプ１０を介して注入電流制御回路１１
により出力周波数を定値制御する。他方のビームはＰＩ
Ｎフォトダイオード２３で検出されて差動増幅器２４に
おいて光パワーの設定値ｖｒｅｒと比較され、その偏差
出力に基づいて第６図と同様の湿度コントローラ２５が
半導体レーザ索子の温度を制御することにより光パワー
の定１１ｆＩ制御を行う。
一定値に制御するように構成した従来の半導体シー１１
安定化装置の一例を示す構成ブロック図である。半導体
レーザ素子１の出力ビームはビームスプリッタ２１で２
方向に分離され、その一方は周波数標準及検出手段２２
．ロックインアンプ１０を介して注入電流制御回路１１
により出力周波数を定値制御する。他方のビームはＰＩ
Ｎフォトダイオード２３で検出されて差動増幅器２４に
おいて光パワーの設定値ｖｒｅｒと比較され、その偏差
出力に基づいて第６図と同様の湿度コントローラ２５が
半導体レーザ索子の温度を制御することにより光パワー
の定１１ｆＩ制御を行う。
第８図は半導体レーザ出力の周波数とと乙に光パワーも
一定値にルリ御するように構成した従来の半導体レーザ
安定化装置の他の例を示す構成ブロック図である。第８
図と同一の部分には同じ記号を付して説明を省略する。
一定値にルリ御するように構成した従来の半導体レーザ
安定化装置の他の例を示す構成ブロック図である。第８
図と同一の部分には同じ記号を付して説明を省略する。
この場合、第７図と逆に光パワーの定値制御を注入電流
に帰還して行い、周波数の定値制御を素子温度に帰還し
て行っている。
に帰還して行い、周波数の定値制御を素子温度に帰還し
て行っている。
（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、 （イ）サーミスタ、測温抵抗体、熱雷対などの温度セン
サを使用していること （ロ）半導体レーザ自体の温度でなく、これと密着させ
た大きな熱容量を有する熱伝導体の温度を検出している
こと などから、装置が大型となり、また熱的外乱によってレ
ーザ素子の温度にオフセットを生じたり、むだ時間や遅
れによって温度がナイフリングするなどの問題点がある
。例えば何らかの原因でレーザ素子の温度がΔＴだけ上
昇すると、（２）式から明らかなように、周波数ｆは２
２．８Δ丁だけ減少しようとするが、実際にはΔｆ＝ｏ
となるように注入電流がΔＴ−２２，８／３．６だけ減
少して安定する。しかしＴが常時サイクリングしていた
り、不安定であるとΔｆはＯに保たれ得ない。
装置では、 （イ）サーミスタ、測温抵抗体、熱雷対などの温度セン
サを使用していること （ロ）半導体レーザ自体の温度でなく、これと密着させ
た大きな熱容量を有する熱伝導体の温度を検出している
こと などから、装置が大型となり、また熱的外乱によってレ
ーザ素子の温度にオフセットを生じたり、むだ時間や遅
れによって温度がナイフリングするなどの問題点がある
。例えば何らかの原因でレーザ素子の温度がΔＴだけ上
昇すると、（２）式から明らかなように、周波数ｆは２
２．８Δ丁だけ減少しようとするが、実際にはΔｆ＝ｏ
となるように注入電流がΔＴ−２２，８／３．６だけ減
少して安定する。しかしＴが常時サイクリングしていた
り、不安定であるとΔｆはＯに保たれ得ない。
本発明は上記の問題点を解決するためになされたもので
、応答が速く安定な温度制御系を有し、レーザ周波数が
より安定でかつ小型化が可能な半導体レーザ安定化装置
を実現することを目的とする。
、応答が速く安定な温度制御系を有し、レーザ周波数が
より安定でかつ小型化が可能な半導体レーザ安定化装置
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、
半導体レーザ素子への注入電流とその順方向電圧降下か
ら半導体レーザ素子の温度を演算する温度演算手段を備
え、前記温度演算手段の出力を電気的に設定した基準温
度と比較、することにより半導体レーザ素子の温度を定
値制御するように構成したことを特徴とする。
半導体レーザ素子への注入電流とその順方向電圧降下か
ら半導体レーザ素子の温度を演算する温度演算手段を備
え、前記温度演算手段の出力を電気的に設定した基準温
度と比較、することにより半導体レーザ素子の温度を定
値制御するように構成したことを特徴とする。
本発明の第２の発明に係る半導体レーザ安定化装置は、
半導体レーザ素子への注入ＴＩ流とその順方向電圧降下
から半導体レーザ素子の出力を演算する出力演算手段を
備え、前記出力演算手段の出力を電気的に設定した基準
出力と比較することにより半導体レーザ素子の出力を定
値制御するように構成したことを特徴とする。
半導体レーザ素子への注入ＴＩ流とその順方向電圧降下
から半導体レーザ素子の出力を演算する出力演算手段を
備え、前記出力演算手段の出力を電気的に設定した基準
出力と比較することにより半導体レーザ素子の出力を定
値制御す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、
演算手段により半導体レーザ素子への注入電流とその順
方向電圧降下から半導体レーザ素子の温度または出力光
パワーを演算することによ ６す、前記目的を
達成することができる。
演算手段により半導体レーザ素子への注入電流とその順
方向電圧降下から半導体レーザ素子の温度または出力光
パワーを演算することによ ６す、前記目的を
達成することができる。
（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。第５図と同一の部分に
は同じ記号を付して説明を省略する。第５図装置と異な
るところは、温度コントローラ４０が半導体レーザ素子
の注入電流Ｉと順方向電圧降下Ｖを入力している点であ
る。第２図は第１図の温度制御系を詳しく示す要部構成
ブロック図である。温度コントローラ４０において、４
７は注入電流Ｉと順電圧降下Ｖが接続する温度演陣器、
４８は半導体レーザ素子の基準温度を与える温度設定器
、４つは前記温度演算器４７の出力を前記温度設定器４
８の出力と比較しその誤差信号出力で駆動回路４４を駆
動する比較器である。
例を示す構成ブロック図である。第５図と同一の部分に
は同じ記号を付して説明を省略する。第５図装置と異な
るところは、温度コントローラ４０が半導体レーザ素子
の注入電流Ｉと順方向電圧降下Ｖを入力している点であ
る。第２図は第１図の温度制御系を詳しく示す要部構成
ブロック図である。温度コントローラ４０において、４
７は注入電流Ｉと順電圧降下Ｖが接続する温度演陣器、
４８は半導体レーザ素子の基準温度を与える温度設定器
、４つは前記温度演算器４７の出力を前記温度設定器４
８の出力と比較しその誤差信号出力で駆動回路４４を駆
動する比較器である。
注入電流ｆの測定は、注入電流回路に直列に抵抗を挿入
してその両端の電圧を図るなどにより簡単に実現できる
。
してその両端の電圧を図るなどにより簡単に実現できる
。
上記のような構成の装置の動作を以下に説明する。第３
図は半導体素子の注入電流Ｉと順電圧降下Ｖの関係を素
子温度Ｔをパラメータとして示した特性曲線図である。
図は半導体素子の注入電流Ｉと順電圧降下Ｖの関係を素
子温度Ｔをパラメータとして示した特性曲線図である。
注入電流Ｉと順電圧効果Ｖは共に、互いに他を一定とし
たときＴの単調増加および単調減少ｒＡ数なので、■と
■を同時に測定゛すれば温度Ｔを求めることができる。
たときＴの単調増加および単調減少ｒＡ数なので、■と
■を同時に測定゛すれば温度Ｔを求めることができる。
温度演算器４７にはこの注入電流Ｉ、順電圧降下Ｖ及び
温度下の関係式が収められており、注入電流■と順電圧
効果Ｖを入力して温度Ｔを演算する。この温度Ｔは温度
設定器４８からの設定値と比較され、その偏差出力が駆
動回路を介して熱電冷Ｗ素子４５を駆動する。結果とし
て半導体レーザ素子１の温度は設定温度に定値制御され
る。
温度下の関係式が収められており、注入電流■と順電圧
効果Ｖを入力して温度Ｔを演算する。この温度Ｔは温度
設定器４８からの設定値と比較され、その偏差出力が駆
動回路を介して熱電冷Ｗ素子４５を駆動する。結果とし
て半導体レーザ素子１の温度は設定温度に定値制御され
る。
この様な構成の半導体レーザ安定化装置によれば、′ｆ
Ａ度Ｌンしを用いずに半導体レーザ素子自体の特性から
素子温度を求めることができるので、装置を小形化でき
、応答速度を速くすることができ、その結果高安定な出
力周波数が１ｑられる。
Ａ度Ｌンしを用いずに半導体レーザ素子自体の特性から
素子温度を求めることができるので、装置を小形化でき
、応答速度を速くすることができ、その結果高安定な出
力周波数が１ｑられる。
なお上記の実施例において、熱伝導体２を省略して半導
体レーザ素子１を直接熱電冷却素子４５に取付ければ、
応答速度をさらに向上できる。
体レーザ素子１を直接熱電冷却素子４５に取付ければ、
応答速度をさらに向上できる。
次に本発明の第２の実施例について説明する。
第４図は半導体レーザ素子の注入電流Ｉ、光パワ１−Ｐ
及び素子温度Ｔの関係を示す特性曲線図である。すなわ
ち光パワーＰは注入電流■と素子温度Ｔ、または注入電
流Ｉと順電圧効果Ｖから求めることができる。このこと
を利用すれば、第７図および第８図の従来例装置におい
て、ビームスプリッタ２１とフォトダイオード２３で光
パワーを検出する代りに、出力演算手段により注入電流
Ｉ。
及び素子温度Ｔの関係を示す特性曲線図である。すなわ
ち光パワーＰは注入電流■と素子温度Ｔ、または注入電
流Ｉと順電圧効果Ｖから求めることができる。このこと
を利用すれば、第７図および第８図の従来例装置におい
て、ビームスプリッタ２１とフォトダイオード２３で光
パワーを検出する代りに、出力演算手段により注入電流
Ｉ。
順電圧効果Ｖあるいは演算された温度Ｔから光パワーＰ
を出力演算し、これに基づいて温度下または注入電流■
を制御すれば、光パワーの定値制御を行うことができる
。
を出力演算し、これに基づいて温度下または注入電流■
を制御すれば、光パワーの定値制御を行うことができる
。
この様な構成の半導体レーザ素子１によればビームスプ
リッタとフォトダイオードが不要となるので、光学系が
簡単になるという利点がある。
リッタとフォトダイオードが不要となるので、光学系が
簡単になるという利点がある。
（発明の効果）
以上述べたように本発明によれば、応答が速く安定な温
ａ、１ｉ１１御系を有し、レーザ周波数がより安定でか
つ小型化が可能な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。
ａ、１ｉ１１御系を有し、レーザ周波数がより安定でか
つ小型化が可能な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。
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図装置の要部構
成ブロック図、第３図は第１図装置の動作を説明するた
めの特性曲線図、第４図は本発明の第２の実施例の動作
を説明するための特性曲線図、第５図は半導体レーザ安
定化装置の従来例を示す構成ブロック図、第６図は第５
図装置の要部構成ブロック図、第７図及び第８図は従来
の半導体レーザ安定化５Ａ置の他の例を示ず構成ブロッ
ク図である。 １・・・半導体レーザ素子、４７・・・温度演算手段、
■・・・注入電流、■・・・順方向電圧降下、Ｔ・・・
半導体レーザ素子の温度、Ｐ・・・半導体レーザ素子の
出力第１図 Ｍ２図 Ｍ３図
例を示す構成ブロック図、第２図は第１図装置の要部構
成ブロック図、第３図は第１図装置の動作を説明するた
めの特性曲線図、第４図は本発明の第２の実施例の動作
を説明するための特性曲線図、第５図は半導体レーザ安
定化装置の従来例を示す構成ブロック図、第６図は第５
図装置の要部構成ブロック図、第７図及び第８図は従来
の半導体レーザ安定化５Ａ置の他の例を示ず構成ブロッ
ク図である。 １・・・半導体レーザ素子、４７・・・温度演算手段、
■・・・注入電流、■・・・順方向電圧降下、Ｔ・・・
半導体レーザ素子の温度、Ｐ・・・半導体レーザ素子の
出力第１図 Ｍ２図 Ｍ３図
Claims (2)
- （１）半導体レーザ素子への注入電流とその順方向電圧
降下から半導体レーザ素子の温度を演算する温度演算手
段を備え、前記温度演算手段の出力を電気的に設定した
基準温度と比較することにより半導体レーザ素子の温度
を定値制御するように構成したことを特徴とする半導体
レーザ安定化装置。 - （２）半導体レーザ素子への注入電流とその順方向電圧
降下から半導体レーザ素子の出力を演算する出力演算手
段を備え、前記出力演算手段の出力を電気的に設定した
基準出力と比較することにより半導体レーザ素子の出力
を定値制御するように構成したことを特徴とする半導体
レーザ安定化装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16169285A JPS6222494A (ja) | 1985-07-22 | 1985-07-22 | 半導体レ−ザ安定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16169285A JPS6222494A (ja) | 1985-07-22 | 1985-07-22 | 半導体レ−ザ安定装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6222494A true JPS6222494A (ja) | 1987-01-30 |
Family
ID=15740046
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16169285A Pending JPS6222494A (ja) | 1985-07-22 | 1985-07-22 | 半導体レ−ザ安定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6222494A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0383386A (ja) * | 1989-08-28 | 1991-04-09 | Nec Corp | 半導体レーザモジユール |
| JPH03283585A (ja) * | 1990-03-30 | 1991-12-13 | Nec Corp | 光発振装置 |
| WO1992019014A1 (en) * | 1991-04-15 | 1992-10-29 | Honeywell Inc. | Semiconductor light source temperature control |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5361290A (en) * | 1976-11-12 | 1978-06-01 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Temperature controller of semiconductor laser |
| JPS5453979A (en) * | 1977-10-07 | 1979-04-27 | Canon Inc | Temperature control unit of semiconductor laser element |
| JPS58182286A (ja) * | 1982-04-16 | 1983-10-25 | Sanyo Electric Co Ltd | 半導体レ−ザ素子駆動回路 |
-
1985
- 1985-07-22 JP JP16169285A patent/JPS6222494A/ja active Pending
Patent Citations (3)
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