JPS63137494A

JPS63137494A - 半導体レ−ザの周波数安定化装置

Info

Publication number: JPS63137494A
Application number: JP28470086A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Onaka; 寛尾中; Shigefumi Masuda; 増田　重史; Masuo Suyama; 寿山　益夫; Hideyuki Miyata; 英之宮田
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1986-11-28
Filing date: 1986-11-28
Publication date: 1988-06-09
Anticipated expiration: 2010-04-26
Also published as: JPH0738483B2

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】」−−１１，５μｍ帯波長で発振する半導体レーザの出力光の一
部を第２高調波に変換し、この第２′Ｂ調波をルビジウ
ム蒸気が内部に封入された気体容器に透過させて、光電
変換手段で受光するように装置を構成する。半導体レー
ザの発振周波数が変動すると第２高調波の周波数も変動
し、気体容器内のルビジウム蒸気の原子線吸収スペクト
ル（波長０．７８μｍ近辺）は一定であるから、第２高
調波の周波数変動に応じて気体容器の透過光強度が変動
する。従って、光電変換手段の出力が一定になるように
半導体レーザの発振周波数が依存するパラメータ、例え
ば半導体レーザの駆動Ｍ流をフィードバック制御するパ
ラメータ制御手段を前記構成に加えることにより、半導
体レーザの発振周波数を安定化することが可能となる。

産業上の利用分野本発明は、コヒーレント光通信及びコヒーレント光計測
等の光源として用いるのに適した半導体レーザの周波数
安定化装置に関する。

近年、光通信の分野においては、光の周波数使用効率の
向上及び変調速度の高速化等の要請から、光の周波数及
び位相を制御するようにしたコヒーレント光通信技術の
研究が活発化している。また、計測の分野においては、
光の可干渉性を積極的に利用して、極めて高精度の測距
及びその微小変位の測定等が実現している（コヒーレン
ト光計測）。

これらの用途の光源、例えばコヒーレント光通信の受信
側における局部発振器の光源としては、半導体レーザが
用いられる。この光源に要求される特性は、第１に出力
光のスペクトル幅が小さいこと、第２に出力光の周波数
が安定していることが挙げられるが、半導体レーザの発
振周波数は駆動電流及び温度等に非常に敏感であり、こ
れらのファクターを厳密に管理するだけでは、コヒーレ
ント光通信等の用途に耐え得る周波数安定性を達成する
ことが事実上困難であるとされている。このため、発振
周波数の変動を極力抑えるために、半導体レーザの周波
数安定化装置が必要になる。

従来の技術従来、半導体レーザの周波数安定化装置としては、原子
あるいは分子の吸収線を利用したものが提案されている
。第４図はこの種の安定化装置の一例を示すものである
。１１は所定波長の光を出力する半導体レーザ、１４は
半導体レーザ１１の一部の出力光軸上に配置される受光
器である。１２．１３は当該光軸上の共焦点位置に設け
られるレンズ系であり、半導体レーザ１１の出力光をコ
リメートした後に受光器１４に結合する。レンズ系１２
．１３間には、該出力光を透過する材質からなる気体容
器１５が配置され、この気体容器１５内には、所定波長
の光を吸収する気体が所定圧力で封入されている。１６
は半導体レーザ１１の駆動電流制御回路であり、この駆
動電流制御回路１６は、受光器１４の受光光強度に応じ
た出力信号が一定に保たれるように、半導体レーザ１１
の駆動電流をフィードバック制御するものである。

このような周波数安定化装置において、気体容器１５内
での吸収波長が半導体レーザ１１の発振波長にほぼ一致
するように、封入する気体原子あるいは分子を選択して
おくと、半導体レーザ１１の出力光は、気体容器１５を
透過する際に吸収波長で吸収されて、所定強度で受光器
１４に受光されることになる。温度等の変動により半導
体レーザ１１の発振周波数が変動すると、これに応じて
気体容器１５における吸収量も変動するので、受光器１
４の出力信号の変化に応じて、半導体レーザ１１の駆動
電流をフィードバック制御することにより、受光器１４
の出力信号が一定に保たれる、つまり半導体レーザー１
の発振周波数が一定に保たれるものである。

発明が解決しようとする問題点ところで、石英系光ファイバにおける最も伝送損失の小
さな波長域は１．５μｍ帯であるとされ、近年この波長
域で十分実用に耐え得る半導体レーザが開発されるに至
り、伝送波長は１．３μｍ帯以下のものから１．５μｍ
帯に移行してき°Ｃいる。

しかし、１．５μｍ帯の発振波長の半導体レーザに前述
した周波数安定化装置を適用する場合には、この波長帯
に吸収波長を有する適当な原子線がないので、１（０及
びＮＨ３等の分子線吸収を利用せざ・るを得ない。分子
線吸収は、原子のエネルギー準位変化に伴う原子線吸収
と異なり、分子の回転・振動運動等に伴うものであるの
で、一般に吸収量が少なく、信頼性の高い周波数安定化
装置を提供しようとすると、気体容器が大型化すると共
に制御回路が複雑化するという問題が生じる。

また、分子線吸収を用いる場合には、多数の吸収線が存
在するために、所望の絶対波長を設定することが困難で
あるという問題もある。

本発明は、上記分子線吸収を利用することに起因する問
題を排除した半導体レーザの周波数安定化装置を提供す
ることを目的としている。

問題点を解決するための手段第１図は本発明の周波数安定化装置の基本構成図であり
、この周波数安定化装置は以下の構成要素からなる。

１は１．５μｍ帯波長で発振する半導体レーザである。

２は半導体レーザ１の出力光の一部を入射してこの入射
光の第２高調波を発生する第２高調波発生手段である。

３は内部にルビジウム蒸気が封入され前記第２高調波発
生手段２の出力光を透過する気体容器である。

４は気体容器３の透過光を受光して透過光の強度に応じ
た電気信号を出力する光電変換手段である。

５は光電変換手段４の出力信号が一定に保たれるように
、前記半導体レーザ１の発振周波数が依存するパラメー
タをフィードバック制御するパラメータｆ＃Ｉｔ［１手
段である。

作　　　用波長１．５μｍ帯で発振する半導体レーザ１の出力光Ａ
の一部は、第２高調波発生手段２に入射され、２倍の周
波数の、即ち１／２の波長の出力光Ｂとなって、気体容
器３を透過して充電変換手段４に入射される。半導体レ
ーザ１の発振周波数が変動するとこれに応じて第２高調
波発生手段２の出力光Ｂの周波数も変動し、気体容器３
内のルビジウム蒸気の原子線吸収スペクトル（波長０゜
７８μｍ近辺）は一定であるから、出力光Ｂの周波数変
動に応じて気体容器３の透過光強度が変動する。従って
、該透過光強度に応じた電気信号を出力する光電変換手
段４の出力が一定に保たれるように、半導体レーザ１の
発振周波数が依存するパラメータ、例えば半導体レーザ
１の駆動電流をフィードバック制御することにより、半
導体レーザ１の出力光Ａの周波数を安定化することが可
能となる。

実　　施　　例以下、本発明の実施例を図面にもとづいて詳細に説明す
る。

第２図は、本発明の望ましい実施例を示す半導体レーザ
の周波数安定化装置のブロック構成図である。２１は半
導体レーザであり、波長１．５μ卯帯の光をコリメート
レンズ２６．２６を介して出力する。２２は第２高調波
発生手段としての非線形光学素子であり、例えばニオブ
酸リチウム等の電気光学結晶からなる。この非線形光学
素子２２は、半導体レーザ２１からの光を受けて、透過
光に第２高調波成分を生じるものである。２３は赤外光
に対して透過性の石英等の材質からなる密閉可能な気体
容器であり、この気体容器２３内には、波長０．７８μ
而近辺に吸収原子線を有するルビジウム（Ｆ＜　ｂ　）
　Ｎ気が、場合によっては中性の緩衝用ガスと共に所定
圧力で封入されている。

２４はレンズ２７を介して気体容器２３の透過光を受光
する受光器であり、通常の光電変換素子からなる。２５
は半導体レーザ２１の駆ｆｉｌ電流制御回路であり、受
光器２４の出力信号が一定に保たれるように、例えば該
出力信号と基準電源２８の与える電位差との差分を検知
して、図示しない駆動回路を介して半導体レーザ２１の
駆ｖＪ電流をフィードバック制御する。この種の制御は
従来の安定化装置等において広〈実施されているので、
その詳細についての説明は省略する。

半導体レーザ２１の発振周波数は、温度等の変化により
容易に変動するものであり、これに応じて気体容器２３
を透過する第２高調波の周波数も変動する。従って、第
２高調波の波長を気体容器２３における吸収波長に−・
致させておくことにより、第２高調波の周波数が変動し
たときに、この周波数変動を気体容器２３の透過光強度
の変動として、受光器２４により検知することができる
。

受光器２４により検知された第２高調波の周波数変動は
、駆動電流制御回路２５により半導体レーザ２１の駆動
電流にフィードバックされ、半導体レーザ２１の出力光
の周波数が一定に保たれるように通常のフィードバック
制御がなされる。

この実施例では、半導体レーザ２１を構成する共撮器長
手方向端側の一方からの出射光を周波数安定化の制御に
用い、他方からの出射光を光源としての用途に用いるよ
うにしているが、この構成に限定されることなく、例え
ばハーフミラ−等の分配手段を用いて、半導体レーザ２
１の出力光の一部を周波数安定化制御に供するようにし
てもよい。

また、半導体レーザ２１のフィードバック制御対象は、
温度等の他のパラメータであってもよい。

第４図は本発明の他の望ましい実施例を示すもので、こ
の場合、第２高調波発生器３３は、位相変調器３４と共
に電気光学結晶基板３１上に形成されている。電気光学
結晶基板３１は、例えばニオブ酸リチウムからなり、こ
の表面近傍には導波路３２が形成されている。導波路３
２の一端には半導体レーザ３５が結合され、導波路３２
の分岐された他の側には、それぞれ第２高調波発生器３
３及び位相変調器が通常の方法で形成されている。

半導体レーザ３５の出力光は、一方で第２高調波発生器
３３、レンズ３６、気体容器３７、及びレンズ３６をこ
の順で介して受光器３８に受光され、他方で位相変調器
３４を介して、出力光として外部に取り出される。受光
器３８により検出された気体容器３７の透過光強度の変
動は駆動電流制御回路３９に送られ、前実施例同様に半
導体レーザ３５の駆動電流がフィードバック制御される
。

このように、本発明実施例では第２高調波発生手段とし
・て非線形光学素子（具体的には電気光学結晶）を用い
ているので、上記したように例えば位相変調器と共に同
一基板上に形成することができ、装置の小型化が可能と
なる。また、同様の理由により、電気光学結晶等を用い
て構成される偏波制御器と第２高調波発生手段を一体化
させることもできる。

発明の効果以上詳述したように、本発明の半導体レーザの周波数安
定化装置よれば、半導体レーザの発振波長帯が、基本発
振波長帯に吸収原子線を有していない１．５μｍである
にもかかわらず、第２高調波を利用することにより、吸
収量の大きなルビジウム原子吸収線を適用することが可
能となり、分子線吸収を適用していた従来の周波数安定
化装置と比較して、気体容器の透過距離を小さくするこ
とができ、装置の小型化が達成されると共に、複雑な制
御回路が不要になるという効果を奏する。

また、多数の吸収線の存在する分子線吸収の場合と比較
して、安定化させるべき周波数の設定が容易になるとい
う効果もある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の半導体レーザの周波数安定化装置の
基本構成図、第２図は、本発明の望ましい実施例を示す半導体レーザ
の周波数安定化装置のブロック構成図、第３図は、本発
明の他の望ましい実施例を示す半導体レーザの周波数安
定化装置の構成図、第４図は、半導体レーザの周波数安
定化装置の従来例を示ず図である。１．１１．２１．３５・・・半導体レーザ、２・・・第
２高調波発生手段、３．１５．２３．３７・・・気体容器、４・・・光電変
換手段、５・・・パラメータ制御手段、１４．２４．３
８・・・受光器、１６．２５．３９・・・駆動電流制御回路、２２・・・
非線形光学素子、３１・・・電気光学結晶基板、３２・・・導波路、３３
・・・第２高調波発生器。３１；　電気光イ＃品萎粗３４：　　イ文ルネヨ変Ｉ周駆４本そ明０イもの大大乞イ列を示す同第３図半尊体し−デＯＳ浪教肇定イＬ装置 θイ更果イ列を示す図第４図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）１．５μｍ帯波長で発振する半導体レーザ（１）
と、該半導体レーザ（１）の出力光の一部を入射してこの入
射光の第２高調波を発生する第２高調波発生手段（２）
と、その内部にルビジウム蒸気が封入され前記第２高調波発
生手段（２）の出力光を透過する気体容器（３）と、該気体容器（３）の透過光を受光して透過光の強度に応
じた電気信号を出力する光電変換手段（４）と、該光電変換手段（４）の出力信号が一定に保たれるよう
に、前記半導体レーザ（１）の発振周波数が依存するパ
ラメータをフィードバック制御するパラメータ制御手段
（５）とから構成されることを特徴とする半導体レーザ
の周波数安定化装置。
（２）前記第２高調波発生手段（２）が非線形光学素子
であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の半
導体レーザの周波数安定化装置。
（３）前記パラメータが半導体レーザ（１）の駆動電流
であることを特徴とする特許請求の範囲第１項または第
２項記載の半導体レーザの周波数安定化装置。