JPH01220881A - 光周波数安定化装置 - Google Patents
光周波数安定化装置Info
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- JPH01220881A JPH01220881A JP4715588A JP4715588A JPH01220881A JP H01220881 A JPH01220881 A JP H01220881A JP 4715588 A JP4715588 A JP 4715588A JP 4715588 A JP4715588 A JP 4715588A JP H01220881 A JPH01220881 A JP H01220881A
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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
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
- H01S3/13—Stabilisation of laser output parameters, e.g. frequency or amplitude
- H01S3/136—Stabilisation of laser output parameters, e.g. frequency or amplitude by controlling devices placed within the cavity
- H01S3/137—Stabilisation of laser output parameters, e.g. frequency or amplitude by controlling devices placed within the cavity for stabilising of frequency
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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。
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、任意のレーザ光源からの光周波数を安定化す
る装置に関する。
る装置に関する。
（従来の技術）
従来の光周波数安定化レーザとしてはＨｅ Ｎ ｅレー
ザ等のガスレーザを用いたちの今生導体レーザを用いた
もの等各種のものがある。
ザ等のガスレーザを用いたちの今生導体レーザを用いた
もの等各種のものがある。
第５図は半導体レーザを用いた光周波数安定化レーザの
一例を示す構成ブロック図である。半導体レーザ１は恒
温槽４内で温度検出信号を入力する制御手段３によりベ
ルチェ素子２を介して一定温度に制御されている。半導
体レーザ１の出力光はビームスプリッタ５で２方向に分
能され、反射光は外部への出力光となり透過光は音響光
学変調器６Ｇご入射する。スイッチ１２がオンの時音響
光学変調器６は信号発生器１４の周波数ｆｎの出力で駆
動されるので、周波数ν。の入射光の大部分は回折して
周波数（□ドツプラ）シフトを受け、１次回折光として
周波数νｏ＋ｆＤの光が吸収セルフに入射する。スイッ
チ１２がオフのときは入射光は全て０次回折光として周
波数ν。で吸収セルフに入射する。スイッチ１２は信号
発生器１３の周波数ｆｆｉのクロックで駆動されるので
、吸収セルフに入射する光は変調周波数ｆ ｔ ＋変調
源さｆＤの周波数変調を受けることになる。Ｒｈ原子の
吸収スペクトルは７８０ｎｍの波長で吸収線（Ｄ２線）
を有する。吸収セルフに音響光学変調器６で変調された
光が入射すると、吸収信号の箇所でのみ透過光量が変調
を受けて出力に信号が現れる。
一例を示す構成ブロック図である。半導体レーザ１は恒
温槽４内で温度検出信号を入力する制御手段３によりベ
ルチェ素子２を介して一定温度に制御されている。半導
体レーザ１の出力光はビームスプリッタ５で２方向に分
能され、反射光は外部への出力光となり透過光は音響光
学変調器６Ｇご入射する。スイッチ１２がオンの時音響
光学変調器６は信号発生器１４の周波数ｆｎの出力で駆
動されるので、周波数ν。の入射光の大部分は回折して
周波数（□ドツプラ）シフトを受け、１次回折光として
周波数νｏ＋ｆＤの光が吸収セルフに入射する。スイッ
チ１２がオフのときは入射光は全て０次回折光として周
波数ν。で吸収セルフに入射する。スイッチ１２は信号
発生器１３の周波数ｆｆｉのクロックで駆動されるので
、吸収セルフに入射する光は変調周波数ｆ ｔ ＋変調
源さｆＤの周波数変調を受けることになる。Ｒｈ原子の
吸収スペクトルは７８０ｎｍの波長で吸収線（Ｄ２線）
を有する。吸収セルフに音響光学変調器６で変調された
光が入射すると、吸収信号の箇所でのみ透過光量が変調
を受けて出力に信号が現れる。
この信号を光検出器８で電気信号に変換し、増幅器９を
介してロックインアンプ１０において周波数ｆｔａで同
期整流すれば、１次数分波形が得られる。ＰＴＤコント
ローラ１１により半導体レーザ１の電流を制御して、ロ
ックインアンプ１０の出力を前記１次数分波形の中心に
ロック（制御）すれば半導体レーザの出力光はνＳ
ｆ ｏ ／ ２ （＝ｊｓ）の安定な周波数となる。こ
れはレーザの発振周波数が変調されていないので、瞬時
的にも非常に安定な光出力となる。
介してロックインアンプ１０において周波数ｆｔａで同
期整流すれば、１次数分波形が得られる。ＰＴＤコント
ローラ１１により半導体レーザ１の電流を制御して、ロ
ックインアンプ１０の出力を前記１次数分波形の中心に
ロック（制御）すれば半導体レーザの出力光はνＳ
ｆ ｏ ／ ２ （＝ｊｓ）の安定な周波数となる。こ
れはレーザの発振周波数が変調されていないので、瞬時
的にも非常に安定な光出力となる。
（発明が解決しようとする課題）
しかしながら上記の周波数安定化レーザはいずれも光源
を自分の内部に備えており、任意の入射光の光周波数を
安定化することはできない。
を自分の内部に備えており、任意の入射光の光周波数を
安定化することはできない。
本発明はこのような課題を解決するためになされたもの
で、任意の入射レーザ光の光周波数を安定化して出力す
る・光周波数安定化装置を実現することを目的とする。
で、任意の入射レーザ光の光周波数を安定化して出力す
る・光周波数安定化装置を実現することを目的とする。
（課題を解決するための手段）
本発明に係る光周波数安定化装置は入射レーザ光の光周
波数を変化させる周波数シフタと、前記周波数シフタの
出力光に関連ずる光を入射する干渉計と、この干渉計の
透過光を検出する光検出器と、この光検出器の電気出力
に対応する信号で前記周波数シフタにおける周波数変化
を制御する制御手段とを備え、入射レーザ光における周
波数変動が周波数シフタにおける周波数変化によって相
殺されるように構成したことを特徴とする。
波数を変化させる周波数シフタと、前記周波数シフタの
出力光に関連ずる光を入射する干渉計と、この干渉計の
透過光を検出する光検出器と、この光検出器の電気出力
に対応する信号で前記周波数シフタにおける周波数変化
を制御する制御手段とを備え、入射レーザ光における周
波数変動が周波数シフタにおける周波数変化によって相
殺されるように構成したことを特徴とする。
（作用）
入射レーザ光の光周波数の変化は干渉計において透過光
量の変化に変換され、これを打消すように周波数シフタ
が駆動される。
量の変化に変換され、これを打消すように周波数シフタ
が駆動される。
（実施例）
以下本発明を図面を用いて詳しく説明する。
第１図は本発明に係る光周波数安定化装置の一実施例を
示す構成ブロック図である。２１は外部からレーザ光を
入射してその光周波数を変化させる周波数シフタを構成
する音響光学変調器（ＡＣＯｕｓｔｉｃ ０ｐｔｉｃａ
ｌ Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ、以下ＡＯＭと呼ぶ）、２２は
このＡＯＭ２１の出力光を２方向に分離するビームスプ
リッタ、２３はこのビームスプリッタ２２の反射光を入
射して２方向に分離するビームスプリッタ、２４はこの
ビームスプリッタ２３の透過光を入射するファブリ・ベ
ロー・エタロン（以下ＦＰと呼ぶ）、２５はこのＦＰ２
４の透過光を検出するフォトダイオード、２６はビーム
ス１リツタ２３の反射光を検出するフォトダイオード、
２７はフォトダイオード２５．２６の電気出力を入力す
る制御装置、２８はこの制御装置２７の出力を一方の入
力とする加算器、２９はこの加算器２８の出力を入力し
てＡＯＭ２１を駆動する電圧制御発振器、３０はＦＰ２
４の温度を一定に保つ温度制御回路、３１は同じく恒温
槽、３２は温度制御回路３０及び加算器２８へ設定値を
出力するコントローラである。制御装置２７は第２図に
示すように、フォトダイオード２５及び２６からの出力
を入力する割算器２７１と、この割算器２７１の出力に
ＰＩＤ演算を施すＰＩＤ制御回路２７２とから構成され
る。
示す構成ブロック図である。２１は外部からレーザ光を
入射してその光周波数を変化させる周波数シフタを構成
する音響光学変調器（ＡＣＯｕｓｔｉｃ ０ｐｔｉｃａ
ｌ Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ、以下ＡＯＭと呼ぶ）、２２は
このＡＯＭ２１の出力光を２方向に分離するビームスプ
リッタ、２３はこのビームスプリッタ２２の反射光を入
射して２方向に分離するビームスプリッタ、２４はこの
ビームスプリッタ２３の透過光を入射するファブリ・ベ
ロー・エタロン（以下ＦＰと呼ぶ）、２５はこのＦＰ２
４の透過光を検出するフォトダイオード、２６はビーム
ス１リツタ２３の反射光を検出するフォトダイオード、
２７はフォトダイオード２５．２６の電気出力を入力す
る制御装置、２８はこの制御装置２７の出力を一方の入
力とする加算器、２９はこの加算器２８の出力を入力し
てＡＯＭ２１を駆動する電圧制御発振器、３０はＦＰ２
４の温度を一定に保つ温度制御回路、３１は同じく恒温
槽、３２は温度制御回路３０及び加算器２８へ設定値を
出力するコントローラである。制御装置２７は第２図に
示すように、フォトダイオード２５及び２６からの出力
を入力する割算器２７１と、この割算器２７１の出力に
ＰＩＤ演算を施すＰＩＤ制御回路２７２とから構成され
る。
上記のような構成の光周波数安定化装置の動作を次に説
明する。入射レーザ光がＡＯＭ２１に斜めに入射すると
、ＡＯＭ２１はブラッグセルとして働き、０次回折光を
遮蔽して１次回折光を出力する。一般に入射レーザ光の
光周波数をｆ屯、ＡＯＭ２１の出力周波数をｆ、、ＡＯ
Ｍの駆動周波数（すなわちＶＣＯ２９の出力周波数）を
ｆＶ。
明する。入射レーザ光がＡＯＭ２１に斜めに入射すると
、ＡＯＭ２１はブラッグセルとして働き、０次回折光を
遮蔽して１次回折光を出力する。一般に入射レーザ光の
光周波数をｆ屯、ＡＯＭ２１の出力周波数をｆ、、ＡＯ
Ｍの駆動周波数（すなわちＶＣＯ２９の出力周波数）を
ｆＶ。
回折次数をｍとすると、
ｆ□ ＝ｆ Ｈ７１＋ｍｆｙ −（１）となっ
て、入射レーザ光周波数を自由に変化（シフト）させる
ことができる、ＡＯＭ２１の出力光のうちビームスプリ
ッタ２２を透過する光はそのまま本安定化装置の出力光
となり、反射光がビームスプリッタ２３に入射し、その
透過光はＦＰ２４に入射する。ＦＰ２４の透過光はフォ
トダイオード２５で検出され、ビームスプリッタ２３か
らの反射光はフォトダイオード２６で検出されて、制御
装置２７の割算器２７１でその比が演算される、ＰＩＤ
制御回路２７２は割算器２７１の出力が所定の一定値と
なるようにＶＣＯ２９の駆動周波数ｆＶを制御する。そ
の結果第３図に示すように、出力周波数ｆｏはＦＰ２４
の無数のピークを持つ透過特性の肩の部分の点Ａに制御
される。
て、入射レーザ光周波数を自由に変化（シフト）させる
ことができる、ＡＯＭ２１の出力光のうちビームスプリ
ッタ２２を透過する光はそのまま本安定化装置の出力光
となり、反射光がビームスプリッタ２３に入射し、その
透過光はＦＰ２４に入射する。ＦＰ２４の透過光はフォ
トダイオード２５で検出され、ビームスプリッタ２３か
らの反射光はフォトダイオード２６で検出されて、制御
装置２７の割算器２７１でその比が演算される、ＰＩＤ
制御回路２７２は割算器２７１の出力が所定の一定値と
なるようにＶＣＯ２９の駆動周波数ｆＶを制御する。そ
の結果第３図に示すように、出力周波数ｆｏはＦＰ２４
の無数のピークを持つ透過特性の肩の部分の点Ａに制御
される。
入射レーザ光パワーをＰ、、、ＡＯＭ２１の回折効率を
α、ビームスプリッタ２２．２３の反射率をそれぞれＲ
，、Ｒ２，ビームスプリッタ２３の透過率をＴ２．エタ
ロン２４の透過特性をＧ（ｆｏ）、フォトダイオード２
５．２６の出力をそれぞれＩ、、Ｉ２とすると、 Ｉ２ ｏｃＰｔＨ・α−Ｒ＋ −Ｒ２・・・（２）１
＋ ”ＰｉｊＬ・（１・Ｒ１・Ｔ２ Ｇ （ｆｏ）・・
・（３） より両者の比すなわち割算器２７１の出力は１１／１２
＝（Ｔ２／Ｒ，２）Ｇ（ｆｏ）・・・（４） となる、これは入射光の周波数のみの関数なので、入射
光パワーＰ屯やＡＯＭ２１の回折効率αが変化しても一
定である。金入射光周波数がΔｆ ｉｒＬだけ変動した
ときの出力周波数をｆｏ−とすると、ｆＯ−＝ｆｔｒＬ
＋Δｆ４７１−ｔ−ｍ（ｆｖ−Δｆｖ）・・・（５） が成立つが、前述のようにフィードバック制御が行なわ
れると ΔｆＨＨ＝ｍΔｆＶ、 ｆｏ−＝ｆ。
α、ビームスプリッタ２２．２３の反射率をそれぞれＲ
，、Ｒ２，ビームスプリッタ２３の透過率をＴ２．エタ
ロン２４の透過特性をＧ（ｆｏ）、フォトダイオード２
５．２６の出力をそれぞれＩ、、Ｉ２とすると、 Ｉ２ ｏｃＰｔＨ・α−Ｒ＋ −Ｒ２・・・（２）１
＋ ”ＰｉｊＬ・（１・Ｒ１・Ｔ２ Ｇ （ｆｏ）・・
・（３） より両者の比すなわち割算器２７１の出力は１１／１２
＝（Ｔ２／Ｒ，２）Ｇ（ｆｏ）・・・（４） となる、これは入射光の周波数のみの関数なので、入射
光パワーＰ屯やＡＯＭ２１の回折効率αが変化しても一
定である。金入射光周波数がΔｆ ｉｒＬだけ変動した
ときの出力周波数をｆｏ−とすると、ｆＯ−＝ｆｔｒＬ
＋Δｆ４７１−ｔ−ｍ（ｆｖ−Δｆｖ）・・・（５） が成立つが、前述のようにフィードバック制御が行なわ
れると ΔｆＨＨ＝ｍΔｆＶ、 ｆｏ−＝ｆ。
となって変動分が補償される。入射レーザ光周波数がエ
タロンの透過特性の肩の部分になく、ＡＯＭ２１の周波
数シフト範囲を越えている場合には、コントローラ３２
からの設定出力により温度制御回ｖ＠３０でエタロン２
４の温度を変えることによって、透過特性の肩に制御す
ることができる。
タロンの透過特性の肩の部分になく、ＡＯＭ２１の周波
数シフト範囲を越えている場合には、コントローラ３２
からの設定出力により温度制御回ｖ＠３０でエタロン２
４の温度を変えることによって、透過特性の肩に制御す
ることができる。
このような構成の光周波数安定化装置によれば、ＡＯＭ
の周波数シフトを用いているため、光源の電流や温度に
すω還する必要がないので、任意のレーザ光の光周波数
を安定化できる。
の周波数シフトを用いているため、光源の電流や温度に
すω還する必要がないので、任意のレーザ光の光周波数
を安定化できる。
またエタロンの透過特性には広い周波数範囲に渡ってピ
ークがあるので、それらのうちの任意の１つを使えば入
射レーザ光周波数の広い範囲について安定化が可能であ
る。
ークがあるので、それらのうちの任意の１つを使えば入
射レーザ光周波数の広い範囲について安定化が可能であ
る。
またエタロンの入射光と透過光の比が一定になるように
制御しているので、入射光パワーやＡＯＭの回折効率が
変化しても影響がない。
制御しているので、入射光パワーやＡＯＭの回折効率が
変化しても影響がない。
なお上記の実施例において、ＡＯＭ２１の回折光のうち
２次以上の高次の回折光を用いてもよい。
２次以上の高次の回折光を用いてもよい。
また入射レーザ光のパワーが一定である場合にはビーム
スプリッタ２３．フォトダイオード２６゜割算器２７１
を省略できる。
スプリッタ２３．フォトダイオード２６゜割算器２７１
を省略できる。
また上記の実施例においてＡＯＭ２１が充分に運く応答
すれば、制御装置２７を広帯域化することにより、ゆら
ぎによる周波数変動を安定化することができ、任意のレ
ーザ光のスペクトル幅を細くすることができる。
すれば、制御装置２７を広帯域化することにより、ゆら
ぎによる周波数変動を安定化することができ、任意のレ
ーザ光のスペクトル幅を細くすることができる。
また上記の実施例において、周波数シフタとしてＡＯＭ
の代りにＲＯＭ （Ｅｌｅｃｔｒｉｃ ０ｐｔｉｃａｌ
Ｎｏｄｕｌａｔｏｒｔ気光学変調器）を用いることも
できる。
の代りにＲＯＭ （Ｅｌｅｃｔｒｉｃ ０ｐｔｉｃａｌ
Ｎｏｄｕｌａｔｏｒｔ気光学変調器）を用いることも
できる。
これには例えば縦型変調器、横型変調器、進行波形変調
器などがある（Ａｍｎｏｎ Ｙａｒｉｆ：光エレクト
ロニクスの基礎（丸首）、ｐ２４７〜ｐ２５３）。
器などがある（Ａｍｎｏｎ Ｙａｒｉｆ：光エレクト
ロニクスの基礎（丸首）、ｐ２４７〜ｐ２５３）。
また上記の実施例において、ファブリ・ペロー・エタロ
ンの代りにリング干渉計やファイバ干渉計等任意の干渉
計を用いることができる。
ンの代りにリング干渉計やファイバ干渉計等任意の干渉
計を用いることができる。
第４図は上記実施例の変形例で、エタロンの透過特性の
ピークに光周波数を制御する場合の制御手Ｐｉ３３の部
分の詳細を示す部分構成ブロック図である。第２図と同
じ部分は同一の記号を付して説明を省略する０割算器２
７１の出力はロックインアンプ２７３で検波され、周波
数に対する微分信号を制御回路２７２に出力する０発振
器３４の出力が参照信号および変調信号としてロックイ
ンアンプ２７３及び加算器２８に印加される。
ピークに光周波数を制御する場合の制御手Ｐｉ３３の部
分の詳細を示す部分構成ブロック図である。第２図と同
じ部分は同一の記号を付して説明を省略する０割算器２
７１の出力はロックインアンプ２７３で検波され、周波
数に対する微分信号を制御回路２７２に出力する０発振
器３４の出力が参照信号および変調信号としてロックイ
ンアンプ２７３及び加算器２８に印加される。
（発明の効果）
以上述べたように本発明によれば、任意の入射レーザ光
の光周波数を安定化して出力することができる光周波数
安定化装置を簡単な構成で実現することができる。
の光周波数を安定化して出力することができる光周波数
安定化装置を簡単な構成で実現することができる。
第１図は本発明の一実施例に係る光周波数安定化装置の
一実施例を示す構成ブロック図、第２図は第１図装置の
制御装置２７の詳細を示す部分構成ブロック図、第３図
は第１図装置のエタロン２４の透過特性を示す特性曲線
図、第４図は第１図装置における制御手段３３の変形例
を示す部分構成ブロック図、第５図は従来の光周波数安
定化レーザを示す構成ブロック図である。 ２１・・・周波数シフタ、２４・・・干渉計、２５・・
・光検出器、３３・・・制御手段。 第 ３ 図 第４図
一実施例を示す構成ブロック図、第２図は第１図装置の
制御装置２７の詳細を示す部分構成ブロック図、第３図
は第１図装置のエタロン２４の透過特性を示す特性曲線
図、第４図は第１図装置における制御手段３３の変形例
を示す部分構成ブロック図、第５図は従来の光周波数安
定化レーザを示す構成ブロック図である。 ２１・・・周波数シフタ、２４・・・干渉計、２５・・
・光検出器、３３・・・制御手段。 第 ３ 図 第４図
Claims (1)
- 入射レーザ光の光周波数を変化させる周波数シフタと、
前記周波数シフタの出力光に関連する光を入射する干渉
計と、この干渉計の透過光を検出する光検出器と、この
光検出器の電気出力に対応する信号で前記周波数シフタ
における周波数変化を制御する制御手段とを備え、入射
レーザ光における周波数変動が周波数シフタにおける周
波数変化によって相殺されるように構成したことを特徴
とする光周波数安定化装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4715588A JPH01220881A (ja) | 1988-02-29 | 1988-02-29 | 光周波数安定化装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4715588A JPH01220881A (ja) | 1988-02-29 | 1988-02-29 | 光周波数安定化装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01220881A true JPH01220881A (ja) | 1989-09-04 |
Family
ID=12767195
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4715588A Pending JPH01220881A (ja) | 1988-02-29 | 1988-02-29 | 光周波数安定化装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01220881A (ja) |
-
1988
- 1988-02-29 JP JP4715588A patent/JPH01220881A/ja active Pending
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