JPS63137494A - 半導体レ−ザの周波数安定化装置 - Google Patents

半導体レ−ザの周波数安定化装置

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JPS63137494A
JPS63137494A JP28470086A JP28470086A JPS63137494A JP S63137494 A JPS63137494 A JP S63137494A JP 28470086 A JP28470086 A JP 28470086A JP 28470086 A JP28470086 A JP 28470086A JP S63137494 A JPS63137494 A JP S63137494A
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寛 尾中
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増田 重史
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    • 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
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    • H01S5/0687Stabilising the frequency of the laser
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
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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】 」−−1 1,5μm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 (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (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. (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. (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。
JP61284700A 1986-11-28 1986-11-28 半導体レーザの周波数安定化装置 Expired - Fee Related JPH0738483B2 (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02292885A (ja) * 1989-05-01 1990-12-04 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 発振波長安定化半導体レーザ装置
JPH0334484A (ja) * 1989-06-30 1991-02-14 Hamamatsu Photonics Kk 安定化光源
JPH0346838A (ja) * 1989-07-13 1991-02-28 American Teleph & Telegr Co <Att> 絶対周波数基準に独自に同期されたソースを持つ光波通信システム

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JPS6130088A (ja) * 1984-07-23 1986-02-12 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 半導体レ−ザ装置

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