JPS63124481A - レ−ザ装置の発振周波数制御法 - Google Patents

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〕 ＝２− この発明はレーザ装置出射光の周波数をある定められた
一定間隔の周波数の一つにスイッチングして安定化する
レーザ装置の発振周波数制御法に関するものである。

〔従来の技術〕

従来、周波数弁別素子として高いフィネスを持つ光学共
振器のみを用いてその共振周波数もしくは透過率５０％
の点に対応する周波数にレーザ装置の発振周波数を安定
化することが試みられてきた。すなわち、前記周波数か
らのレーザ装置の発振周波数のずれを前記周波数弁別素
子により検出し、この誤差から生成した制御信号を誤差
が零になるようにレーザ駆動回路に印加するという方法
である。この方法で極めて追従性がよく周波数が安定化
されることが確かめられている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、上述した従来の方法では、光学共振器の各縦モ
ードの共振ピークが全く同じで゛あるため、ある一つの
モードを選択してその周波数にスイッチングするという
ことは不可能である。また、同じ理由から安定化される
周波数が光学共振器で決まる一定周波数間隔離れた別の
モードに対する周波数になってしまうことも考えられる
という問題点がある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明のレーザ装置の発振周波数制御法は、発振周波数
を制御すべきレーザ装置からの出射光を分岐して光周波
数弁別素子として用いる高いフィネスを持つ第１の光学
共振器及び低いフィネスを持つ第２の光学共振器にそれ
ぞれ別々に入射させ、前記第１の光学共振器を通した光
出力を受光する受光素子の出力電圧信号を前記第１の光
学共振器の共振周波数における出力に対応する一定基準
電圧と比較してその差分信号が零になるようにし、一方
、前記第２の光学共振器を通した光出力を受光する受光
素子の出力電圧信号を前記共振周波数に一致する所望の
周波数に対する当該共振器出力に対応する可変基準電圧
と比較してその差分信号が零になるように、前記レーザ
装置の発振周波数を制御すること、及び発信周波数を制
御すべきレーザ装置からの出射光を分岐して光周波数弁
別素子として用いる低いフィネスを持つ第１の光学共振
器に入射させ、その光出力の一部を分岐して受光素子に
入射させ、その出力電圧信号を前記第１の光学共振器の
共振周波数における出力に対応する可変基準電圧と比較
してその差分信号が零になるようにすると共に、前記第
１の光学共振器を通した光出力のうち分岐した他方の成
分をさらに高いフィネスを持つ第２の光学共振器に入射
させ、その光出力を受光した受光素子の出力電圧信号を
前記共振周波数に一致する所望の周波数に対する当該共
振器出力に対応する可変基準電圧と比較してその差分信
号が零になるように前記レーザ装置の発振周波数を制御
することを特徴とする。

〔作用〕

本発明の方法においては、周波数弁別素子として高フィ
ネス光学共振器だけでなく低フィネス光学共振器を同時
に用い、高フィネス光学共振器は周波数安定化に、また
低フィネス光学共振器は周波数選択に用いることにより
、高フィネス光学共振器単独では弁別不可能だった高フ
ィネス光学共振器の各縦モードを互いに弁別できるよう
にした。

これにより高フィネス光学共振器の各縦モードのピーク
を与える周波数の一つにレーザ装置発振周波数がスイッ
チングされて安定化される。

これら２つの光学共振器の組み合わせにより、レーザ装
置出射光周波数のスイッチング及び安定化が同時に容易
にできるようになっている。

〔実施例〕

次に、本発明について図面を参照して詳細に説明する。

第１図は本発明のレーザ装置の発振周波数制御法の第１
の実施例を示すブロック図である。

同図において、１．５５μｍＤＦＢレーザ１がらの出射
光はアイソレータ２．光ファイバ３を通り光分岐器４に
より３つの光路に分割される。第１の光路１９からの出
射光は第１の光検出器５により電気信号に変換され、後
段の第１．第２の割算回路６，７の分母入力に入力され
る。第２の光路２０の出射光はフィネス５０の導波路型
リング共振器８を通して第２の光検出器９により電気信
号に変換され、後段の第２の割算回路７の分子入力に入
力される。第３の光路２１の出射光はフィネス５のファ
プリーペロ共振器１０を通して第３の光検出器１１によ
り電気信号に変換され、後段の第１の割算回路６の分子
入力に入力される。ここで導波路型リング共振器８のフ
リースベクトルレンジは１０ＧＨ２に、またファプリー
ペロ共振器１０のフリースベクトルレンジは１２５　Ｇ
　Ｈｚに設定されている。第１の割算回路６の出力は第
１の差動増幅器１２により可変基準電圧と比較され、ま
た第２の割算回路７の出力は第２の差動増幅器１３によ
り一定基準電圧と比較される。第１゜第２の差動増幅器
１．２，１．３の出力の差分信号は、それぞれが零にな
るようにレーザ駆動回路１４に入力される。

銅のヒートシンク］８上にマウントされた波長１．５５
μｍのＤＦＢレーザ１はレーザ駆動回路１４から電流を
供給されてレーザ発振している。

銅のヒートシンク１８にはベルチェ素子１７を付着させ
、この素子の温度を図示していないセンサにより検出し
、温度に対応した電圧信号をＰＩＤ調節計１５に入力す
る。ＰＩＤ調節計１５において設定した前記ベルチェ素
子１７の温度と現在のベルチェ素子１７の温度との差が
零になるような制御信号がＰＩＤ調節計１５から出力さ
れ、ベルチェ素子駆動回路１６に入力される。ベルチェ
素子駆動回路１６はその入力に従ってベルチェ素子１７
に流す電流を変化させ、ベルチェ素子１７により銅のヒ
ートシンク１８の温度を変化させる。

このようにベルチェ素子１７へ流す電流を制御すること
により、１．５５μｍＤＦＢレーザ１の温度はある値に
安定化されている。

次に第３図は本発明の第２の実施例を示すブロック図で
ある。

１．５５μｍＤＰＢレーザ２３からの出射光は、反射光
が１．５５μｍＤＦＢレーザ２３へ帰還するのを防ぐた
めに配置されたアイソレータ２７を透過した後、光ファ
イバ２８に入射される。光フアイバ２８中を伝搬する光
はその途中に設けられた光分岐器２９により２つに分岐
される。そのうち一方は光フアイバ出射後、第１の光検
出器３０により電気信号に変換される。他方の光はフィ
ネス５のファプリーペロ共振器３１．フィネス５０の導
波路型リング共振器３２に相次いで入射され、出射光は
第２の光検出器３３により電気信号に変換される。ここ
で導波路型リング共振器のフリースベクトルレンジは１
．０ＧＨ２に、またファプリーペロ共振器のフリースベ
クトルレンジは１２５Ｇ　ＨＺに設定されている。ファ
プリーペロ共振器３］を出た光の一部は導波路型リング
共振器３２に入射する前で分岐され、第３の光検出器３
４に入射されて電気信号に変換される。第１．第２゜第
３の光検出器３０，３３．３４の各電気信号は第３図に
示すように第１．第２の割算回路３５゜３６に入力され
、つまり割算回路３５には光検出器３１．３４からの電
気信号が、割算回路３６には光検出器３０．３３の電気
信号が入力され、光周波数弁別における光源１．５５μ
ｍＤＦＢレーザ２３自体の出射光振幅変動を補正する。

導波路１Ｑ７ 型リング共振器３２．フアプリーペロ共振器３１の特性
に対応した周波数特性となる第１．第２の割算回路３５
．３６の出力の周波数特性を第４図（ａ＞、（ｂ）に示
す。第２の割算回路３６の出力は第２の差動増幅器３８
において所望の周波数に対応する可変基準電圧と比較さ
れ、その差がレーザ駆動回路２４に帰還され、第２の差
動増幅器３８の出力が零になるように制御される。また
第１の割算回路３５の出力は第１の差動増幅器３７にお
いて所望の周波数に対応する可変基準電圧と比較される
。上記２つの可変基準電圧の値を変化させることにより
第４図（ｂ）に示すピーク周波数の一つが選択され、こ
の周波数に１，５５μｍＤＦＢレーザ２３の発振周波数
が安定化される。

第１．第２の差動増幅器３７．３８の出力は、その値が
零になるようレーザ駆動回路２４に帰還される。なお、
温度制御部は第１の実施例と同じであるので説明を省く
。

第２の実施例は原理的には第１の実施例と全く同じであ
り、動波路型リング共振器のフィネスが無限大である場
合には、第１．第２の実施例から得られる安定度は全く
等しい。しかし導波路型リング共振器のフィネスは実際
上有限であるため、第４図（＋））に示した各縦モード
のうちピークの小さいものほど半値全幅が大きく、周波
数弁別特性が第２図（ａ）に示す場合より劣化している
。

従って第１の実施例では第２の実施例に比べ、スイッチ
ング後の周波数の安定度が高い。

以上説明した第１．第２の実施例においては、レーザ装
置としてＤＦＢ半導体レーザを用いたが、ファベリーペ
ロ型半導体レーザなと他の半導体レーザを用いてもよい
。また、半導体レーザにとどまらず、ガスレーザなど他
の種類のレーザ装置を用いてもよい。さらに本実施例で
は高フィネス光学共振器として導波路型リング共振器、
低フィネス光学共振器としてファプリーペロ共振器を用
いたが、これに限定されず、低フィネス、高フィネス光
学共振器としてリング共振器、ファプリーペロ共振器の
いずれを用いてもよい。

〔発明の効果〕

以上の説明により明らかなように、従来は高フィネス光
学共振器のみ使用していたため周波数安定化しか行えな
かったが、本発明の制御法では周波数安定化は高フィネ
ス光学共振器を用いて行い、周波数選択は低フィネス光
学共振器を用いて行っているので周波数選択、安定化を
同時に行うことができる。また本発明の制御法によれば
、従来狭かった同調範囲及び同調の不安定性がいずれも
改善される。すなわち、同調範囲は２つの光学共振器の
フィネスの比により決定されるため広くすることが容易
であり、また高いフィネスを持つ光学共振器を周波数安
定化用の周波数弁別素子として用いるため高い周波数安
定度が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第３図はそれぞれ本発明のレーザ装置の周波数
制御法の第１．第２の実施例を示すブロック図、第２図
は第１図における割算回路出力の周波数特性を示す図で
（ａ）は導波路型リング共振器の特性を較正したもの、
（ｂ）はファプリーペロ共振器を通した場合の特性を較
正したもの、第４図は第３図における割算回路出力の周
波数特性を示す図で（ａ＞はファプリーペロ共振器の特
性を較正したもの、（ｂ）はファプリーペロ共振器と導
波路型リング共振器を順次通した場合の特性を較正した
ものである。 １．２３−−−１．５”３ｔｔ、ｍＤＦＢレーザ、２．
２７・・・アイソレータ、３，２８・・・光ファイバ、
４・・・３分岐の光分岐器、５．９，１１，３０．３３
゜３４・・・光検出器、６，７，３５．３６・・・割算
回路、８．３２・・・導波路型リング共振器、１０．３
１・・・ファプリーペロ共振器、１２．１３，３７．３
８・・・差動増幅器、１４．２４・・・レーザ駆動回路
、１５．２５・・・ＰＩＤ調節計、１６．２６・・・ベ
ルチェ素子駆動回路、１７．３９・・・ベルチェ素子、
２９・・・２分岐の光分岐器、１８．２２・・・銅のヒ
ートシンク。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）発振周波数を制御すべきレーザ装置からの出射光
   を分岐して光周波数弁別素子として用いる高いフィネス
   を持つ第１の光学共振器及び低いフィネスを持つ第２の
   光学共振器にそれぞれ別々に入射させ、前記第１の光学
   共振器を通した光出力を受光する受光素子の出力電圧信
   号を前記第１の光学共振器の共振周波数における出力に
   対応する一定基準電圧と比較してその差分信号が零にな
   るようにし、一方、前記第２の光学共振器を通した光出
   力を受光する受光素子の出力電圧信号を前記共振周波数
   に一致する所望の周波数に対する当該共振器出力に対応
   する可変基準電圧と比較してその差分信号が零になるよ
   うに前記レーザ装置の発振周波数を制御することを特徴
   とするレーザ装置の発振周波数制御法。
2. （２）発振周波数を制御すべきレーザ装置からの出射光
   を分岐して光周波数弁別素子として用いる低いフィネス
   を持つ第１の光学共振器に入射させ、その光出力の一部
   を分岐して受光素子に入射させ、その出力電圧信号を前
   記第１の光学共振器の共振周波数における出力に対応す
   る可変基準電圧と比較してその差分信号が零になるよう
   にすると共に、前記第１の光学共振器を通した光出力の
   うち分岐した他方の成分をさらに高いフィネスを持つ第
   ２の光学共振器に入射させ、その光出力を受光した受光
   素子の出力電圧信号を前記共振周波数に一致する所望の
   周波数に対する当該共振器出力に対応する可変基準電圧
   と比較してその差分信号が零になるように前記レーザ装
   置の発振周波数を制御することを特徴とするレーザ装置
   の発振周波数制御法。