JPH0216784A - 光周波数標準装置 - Google Patents
光周波数標準装置Info
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- JPH0216784A JPH0216784A JP16642788A JP16642788A JPH0216784A JP H0216784 A JPH0216784 A JP H0216784A JP 16642788 A JP16642788 A JP 16642788A JP 16642788 A JP16642788 A JP 16642788A JP H0216784 A JPH0216784 A JP H0216784A
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- 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
- H01S3/139—Stabilisation of laser output parameters, e.g. frequency or amplitude by controlling the mutual position or the reflecting properties of the reflectors of the cavity, e.g. by controlling the cavity length
- H01S3/1394—Stabilisation of laser output parameters, e.g. frequency or amplitude by controlling the mutual position or the reflecting properties of the reflectors of the cavity, e.g. by controlling the cavity length by using an active reference, e.g. second laser, klystron or other standard frequency source
-
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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】
［産業上の利用分野コ
本発明は光波領域において、高い周波数確度を有する光
周波数標準装置に関するものである。
周波数標準装置に関するものである。
［従来の技術］
近年、半導体レーザのスペクトル純度や周波数回変度の
向上に伴い、光波通信システムや各種のコヒーレント光
ファイバ計測装置の研究開発が盛んに行われている。こ
れらを構築する際には、ｌ。
向上に伴い、光波通信システムや各種のコヒーレント光
ファイバ計測装置の研究開発が盛んに行われている。こ
れらを構築する際には、ｌ。
３〜１．５μｍ帯における周波数基準となる光源が必要
である。
である。
第３図に従来の１．５μｍ帯半導体レーザを用いた光周
波数標準装置の構成を示す。半導体レーザ（基準用レー
ザ）１から放射された光の一部は分子セル２に入射され
、分子セル２の透過光は、光検出器３で電気信号に変換
された後に、同期検波器４で同期検波される。注入電流
制御器（基準用レーザ周波数制御手段）５は、分子セル
２の透過光が極小になるように半導体レーザの１の周波
数を制御する。図中６は光変調用発振器、７はバイアス
電流源である。
波数標準装置の構成を示す。半導体レーザ（基準用レー
ザ）１から放射された光の一部は分子セル２に入射され
、分子セル２の透過光は、光検出器３で電気信号に変換
された後に、同期検波器４で同期検波される。注入電流
制御器（基準用レーザ周波数制御手段）５は、分子セル
２の透過光が極小になるように半導体レーザの１の周波
数を制御する。図中６は光変調用発振器、７はバイアス
電流源である。
分子セル２の中には１．５μｍ帯における吸収媒質とし
て通常アンモニア分子等が用いられる。
て通常アンモニア分子等が用いられる。
しかし、アンモニア分子は吸収があまり強くなく、吸収
スペクトルはドプラ広がりを有しているので、あまり高
い周波数安定度・確度は得られない。
スペクトルはドプラ広がりを有しているので、あまり高
い周波数安定度・確度は得られない。
これに対し、ルビジウムやセシウム等のアルカリ金属原
子は吸収が強く、また飽和吸収等の方法を使えば、ドプ
ラ広がりのない吸収スペクトルが得られる。しかし、ル
ビジウムは０．７８μｍ、セシウム０，８５μｍ付近に
吸収線を存しているので、そのままでは１，３〜１．５
μｍ帯における光周波数標準には使えない。
子は吸収が強く、また飽和吸収等の方法を使えば、ドプ
ラ広がりのない吸収スペクトルが得られる。しかし、ル
ビジウムは０．７８μｍ、セシウム０，８５μｍ付近に
吸収線を存しているので、そのままでは１，３〜１．５
μｍ帯における光周波数標準には使えない。
そこで、第４図に示したような型の光周波数基準装置が
考えられる。すなわち、半導体レーザ１（波長１．５６
μｍ）から放射された光の一部をＫＤＰ等の非線形光学
結晶（光高調発生器）８に入射して、波長０．７８μｍ
の高調波を取り出す。
考えられる。すなわち、半導体レーザ１（波長１．５６
μｍ）から放射された光の一部をＫＤＰ等の非線形光学
結晶（光高調発生器）８に入射して、波長０．７８μｍ
の高調波を取り出す。
基本波成分はフィルタ９で除去する。この高調波の一部
でルビジウムセルＩＯの吸収を飽和させる。
でルビジウムセルＩＯの吸収を飽和させる。
ルビジウムセルＩＯの透過光は光検出器３で電気信号に
変換された後、同期検波器４で同期検波される。注入電
流制御器５はセルの透過光が反転ラムデイツプの頂点に
来るように半導体レーザｌの周波数を制御する。
変換された後、同期検波器４で同期検波される。注入電
流制御器５はセルの透過光が反転ラムデイツプの頂点に
来るように半導体レーザｌの周波数を制御する。
［発明が解決しようとする課題］
しかしながら、現在の非線形光学結晶８は非線形感受率
が小さいので、基本波から高調波への変換効率ら非常に
低く周波数安定度が悪い。
が小さいので、基本波から高調波への変換効率ら非常に
低く周波数安定度が悪い。
本発明は、このような問題を解決課題とし、マイクロ波
帯において高い周波数確度を有するセシウム原子発振器
の周波数を利用して、高い周波数確度を有する光周波数
標準器を実現することを目的とする。
帯において高い周波数確度を有するセシウム原子発振器
の周波数を利用して、高い周波数確度を有する光周波数
標準器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］
第１請求項に記載の光周波数基準装置は、周波数ｆ付近
で発振する参照用レーザと、前記参照用レーザの出力を
ポンピング光とするガスセル発振器と、 高確度周波数供給手段と、 前記ガスセル発振器の出力の位相と、前記高確度周波数
供給手段の出力の位相とを比較する位相比較手段と、 前記位相比較手段の比較結果に基づいて前記参照用レー
ザの周波数を制御して安定化させる参照用レーザ周波数
制御手段と、 周波数ｆ／Ｎ付近で発振する基準用レーザと、前記基準
用レーザのＮ次高調波を発生させる光高調発生器と、 前記参照用レーザの位相と、光高調波発生器のの位相と
を比較する光位相比較手段と、前記光位相比較手段の比
較結果に基づいて前記基準用レーザの周波数を制御して
安定化さ口・る基準用レーザ周波数制御手段とを具備し
てなることを特徴とする。
で発振する参照用レーザと、前記参照用レーザの出力を
ポンピング光とするガスセル発振器と、 高確度周波数供給手段と、 前記ガスセル発振器の出力の位相と、前記高確度周波数
供給手段の出力の位相とを比較する位相比較手段と、 前記位相比較手段の比較結果に基づいて前記参照用レー
ザの周波数を制御して安定化させる参照用レーザ周波数
制御手段と、 周波数ｆ／Ｎ付近で発振する基準用レーザと、前記基準
用レーザのＮ次高調波を発生させる光高調発生器と、 前記参照用レーザの位相と、光高調波発生器のの位相と
を比較する光位相比較手段と、前記光位相比較手段の比
較結果に基づいて前記基準用レーザの周波数を制御して
安定化さ口・る基準用レーザ周波数制御手段とを具備し
てなることを特徴とする。
また、第２請求項に記載の光周波数標準装置は、周波数
ｆ付近で発振する参照用レーザと、前記参照用レーザの
出力をポンピング光とするガスセル発振器と、 高確度周波数供給手段と、 前記ガスセル発振器の出力の位相と、前記高確度周波数
供給手段の出力の位相とを比較する位相比較手段と、 前記位相比較手段の比較結果に基づいて前記参照用レー
ザの周波数を制御して安定化させる参照用レーザ周波数
制御手段と、 周波数ｆ／Ｎ付近で発振する基準用レーザと、曲記基準
用レーザのＮ次高調波を発生させる光高調発生器と、 前記参照用レーザの出力と、光高調波発生器の出力との
ビート周波数信号を発生させろビート周波数発生手段と
、 前記ビート周波数発生手段の出力に基づいて前記基準用
レーザの周波数を制御して安定化させる基準用レーザ周
波数制御手段とを具備してなることを特徴とする。
ｆ付近で発振する参照用レーザと、前記参照用レーザの
出力をポンピング光とするガスセル発振器と、 高確度周波数供給手段と、 前記ガスセル発振器の出力の位相と、前記高確度周波数
供給手段の出力の位相とを比較する位相比較手段と、 前記位相比較手段の比較結果に基づいて前記参照用レー
ザの周波数を制御して安定化させる参照用レーザ周波数
制御手段と、 周波数ｆ／Ｎ付近で発振する基準用レーザと、曲記基準
用レーザのＮ次高調波を発生させる光高調発生器と、 前記参照用レーザの出力と、光高調波発生器の出力との
ビート周波数信号を発生させろビート周波数発生手段と
、 前記ビート周波数発生手段の出力に基づいて前記基準用
レーザの周波数を制御して安定化させる基準用レーザ周
波数制御手段とを具備してなることを特徴とする。
［作用コ
本発明では、短波長帯半導体レーザをポンピング光源と
するガスセル発振器出力とマイクロ波において高い周波
数確度を有するセシウム原子発振器出力、或いはセシウ
ム原子発振器の出力から合成される標準電波の周波数を
比較して、光シフトの測定を行うことにより短波長帯半
導体レーザの周波数を高確度に制御し、さらにこの短波
長帯半導体レーザの周波数と長波長帯半導体レーザの高
調波の周波数を比較することにより、長波長帯半導体レ
ーザの周波数を高確度に制御する。
するガスセル発振器出力とマイクロ波において高い周波
数確度を有するセシウム原子発振器出力、或いはセシウ
ム原子発振器の出力から合成される標準電波の周波数を
比較して、光シフトの測定を行うことにより短波長帯半
導体レーザの周波数を高確度に制御し、さらにこの短波
長帯半導体レーザの周波数と長波長帯半導体レーザの高
調波の周波数を比較することにより、長波長帯半導体レ
ーザの周波数を高確度に制御する。
［実施例］
以下、本発明の実施例を第１図および第２図に基づいて
説明する。なお、上述した従来例と同様の部分には同一
符号を付して説明を省略する。
説明する。なお、上述した従来例と同様の部分には同一
符号を付して説明を省略する。
第１図は、第１請求項に記載の光周波数標準装置の構成
を示す。
を示す。
この図において、１０．１２〜１９は半導体レーザ励起
型ルビジウムガスセル発振器Ａを構成している。
型ルビジウムガスセル発振器Ａを構成している。
１２は０．７８μｍ帯半導体レーザ（参照用レーザ）で
あり、図中の１０．１３〜１９によって構成されるガス
セル発振器Ｂが半導体レーザ２０の出力をポンピング光
とする。
あり、図中の１０．１３〜１９によって構成されるガス
セル発振器Ｂが半導体レーザ２０の出力をポンピング光
とする。
すなわち、電圧制御水晶発振器１８の出力をシンセサイ
ザ１９で周波数６．８３Ｇ Ｈｚのマイクロ波に変換し
て空胴共振器１３中のルビジウムセルＩＯに照射する。
ザ１９で周波数６．８３Ｇ Ｈｚのマイクロ波に変換し
て空胴共振器１３中のルビジウムセルＩＯに照射する。
０．７８μｍ帯半導体レーザ１２から放射された光は、
ルビジウムセル１０を透過した後、光検出器１４で電気
信号に変換され、さらに同期検波器１６で同期検波され
る。積分器１７は透過光が最小になるように電圧制御水
晶発振器１８の周波数を制御する。
ルビジウムセル１０を透過した後、光検出器１４で電気
信号に変換され、さらに同期検波器１６で同期検波され
る。積分器１７は透過光が最小になるように電圧制御水
晶発振器１８の周波数を制御する。
半導体レーザ１２の周波数とルビジウムセル原子の光波
帯共鳴周波数がわずかに異なる場合、ルビジウム原子の
基底状態におけるエネルギーレベルが変化し、マイクロ
波帯共鳴周波数がシフトする。
帯共鳴周波数がわずかに異なる場合、ルビジウム原子の
基底状態におけるエネルギーレベルが変化し、マイクロ
波帯共鳴周波数がシフトする。
これは、光シフトと呼ばれる。このルビジウムガスセル
発振器の出力を、より高い確度を有するセシウム周波数
標準器（高確度周波数供給手段） ２１の出力と位相比
較器（ＲＦ’又はマイクロ波位相比較手段） ２０で比
較して、位相差が“０”になるように注入電流制御器（
参照用レーザ周波数制御手段）５゛で半導体レーザ１２
の周波数を制御することにより、半導体レーザ１２をセ
シウム周波数標準器２１に位相同期させる。
発振器の出力を、より高い確度を有するセシウム周波数
標準器（高確度周波数供給手段） ２１の出力と位相比
較器（ＲＦ’又はマイクロ波位相比較手段） ２０で比
較して、位相差が“０”になるように注入電流制御器（
参照用レーザ周波数制御手段）５゛で半導体レーザ１２
の周波数を制御することにより、半導体レーザ１２をセ
シウム周波数標準器２１に位相同期させる。
さらに、半導体レーザ１２の出力の一部と、非線形光学
結晶８で発生させた半導体レーザ（基準用レーザ）１の
２次高調波成分を光カプラ１１で混合し、光検出器３で
ホモダイン検波すれば、両者の位相差が得られる。した
がって、光カプラ１１と光検出器３は、半導体レーザ（
参照用レーザ）１２の位相と、半導体レーザ（基準用レ
ーザ）１の位相とを比較する光位相比較手段を構成して
いる。そして、それらの位相差が“０”になるように注
入電流制御器（基準用レーザ周波数制御手段）５で半導
体レーザ１の周波数を制御すれば、半導体レーザｌはセ
シウム周波数標準器２１に位相同期した半導体レーザ１
２に位相同期する。
結晶８で発生させた半導体レーザ（基準用レーザ）１の
２次高調波成分を光カプラ１１で混合し、光検出器３で
ホモダイン検波すれば、両者の位相差が得られる。した
がって、光カプラ１１と光検出器３は、半導体レーザ（
参照用レーザ）１２の位相と、半導体レーザ（基準用レ
ーザ）１の位相とを比較する光位相比較手段を構成して
いる。そして、それらの位相差が“０”になるように注
入電流制御器（基準用レーザ周波数制御手段）５で半導
体レーザ１の周波数を制御すれば、半導体レーザｌはセ
シウム周波数標準器２１に位相同期した半導体レーザ１
２に位相同期する。
第２図は、第２請求項に記載の光周波数標準装置の構成
例を示す。
例を示す。
この図において、１〜２１は第１図のものと同様である
。ルビジウムガスセル発振器Ａの出力をシンセサイザ２
２をつかって、適当な周波数に変換する。非線形光学結
晶８で発生させた半導体レーザ１の２次高調波成分と半
導体レーザ１２の出力を光カブラ１１で混合し、そのビ
ート信号を光検出器３で発生させる。このビート信号と
前記シンセサイザ２２の出力を位相比較器２３で比較す
ることにより、半導体レーザｌはセシウム周波数標準器
２１に位相同期した半導体レーザ１２に周波数オフセッ
ト同期する。
。ルビジウムガスセル発振器Ａの出力をシンセサイザ２
２をつかって、適当な周波数に変換する。非線形光学結
晶８で発生させた半導体レーザ１の２次高調波成分と半
導体レーザ１２の出力を光カブラ１１で混合し、そのビ
ート信号を光検出器３で発生させる。このビート信号と
前記シンセサイザ２２の出力を位相比較器２３で比較す
ることにより、半導体レーザｌはセシウム周波数標準器
２１に位相同期した半導体レーザ１２に周波数オフセッ
ト同期する。
なお、上述した各実施例では、光シフトの測定にセシウ
ム原子発振器出力、或いはセシウム原子発振器の出力か
ら合成される標準電波を使っているので、極めて高い確
度の光周波数を得ることができる。
ム原子発振器出力、或いはセシウム原子発振器の出力か
ら合成される標準電波を使っているので、極めて高い確
度の光周波数を得ることができる。
［発明の効果］
以上説明したように、本発明は、光波通信システムやコ
ヒーレント光ファイバ計測装置を構築する際の光周波数
標準器として利用することができる。
ヒーレント光ファイバ計測装置を構築する際の光周波数
標準器として利用することができる。
第１図は第１請求項に記載の光周波数標準装置のブロッ
ク構成図、第２図は第２請求項に記載の光周波数標準装
置のブロック構成図である。 第３図はアンモニア分子吸収セルを用いた従来の光周波
数標準装置のブロック構成図、第４図は非線形光学結晶
とルビジウム飽和吸収セルを用いた光周波数標準のブロ
ック構成図である。 １・・・・・・１．５μｍ帯半導体レーザ（基準用レー
ザ）、２・・・・・分子セル、 ３・・・・・・光検
出器、４・・・・・・同期検波器、 ５・・・・・・注入電流制御装置 （基準用レーザ周波数制御手段）、 ５′・・・・・・注入電流制御器 （参照用レーザ周波数制御手段）、 ６・・・・・・光変調用発振器、 ７．７°・・・・・・バイアス電流源、８・・・・・・
非線形光学結晶（光高調発生器）、９・・・・・フィル
タ、 ＩＯ・・・・・・ルビジウムセル、 １１・・・・・・
光カプラ、１２・・・・・・０，７８μｍ帯半導体レー
ザ（参照用レーザ）、１３・・・・・・マイクロ波空胴
共振器、１４・・・・・・光検出器、 １５・・・・・・マイクロ波変調用発振器、１６・・・
・・・同期検波器、 １７・・・・・・積分器、１８・
・・・・・電圧制御水晶発振器、１９・・・・・・シン
セサイザ、 ２０・・・・・・位相比較器（位相比較手段）、２１・
・・・・・セシウム周波数標準器（高確度周波数供給手
段）、 ２２・・・・・・シンセサイザ、 ２３・・・・・・位
相比較器。
ク構成図、第２図は第２請求項に記載の光周波数標準装
置のブロック構成図である。 第３図はアンモニア分子吸収セルを用いた従来の光周波
数標準装置のブロック構成図、第４図は非線形光学結晶
とルビジウム飽和吸収セルを用いた光周波数標準のブロ
ック構成図である。 １・・・・・・１．５μｍ帯半導体レーザ（基準用レー
ザ）、２・・・・・分子セル、 ３・・・・・・光検
出器、４・・・・・・同期検波器、 ５・・・・・・注入電流制御装置 （基準用レーザ周波数制御手段）、 ５′・・・・・・注入電流制御器 （参照用レーザ周波数制御手段）、 ６・・・・・・光変調用発振器、 ７．７°・・・・・・バイアス電流源、８・・・・・・
非線形光学結晶（光高調発生器）、９・・・・・フィル
タ、 ＩＯ・・・・・・ルビジウムセル、 １１・・・・・・
光カプラ、１２・・・・・・０，７８μｍ帯半導体レー
ザ（参照用レーザ）、１３・・・・・・マイクロ波空胴
共振器、１４・・・・・・光検出器、 １５・・・・・・マイクロ波変調用発振器、１６・・・
・・・同期検波器、 １７・・・・・・積分器、１８・
・・・・・電圧制御水晶発振器、１９・・・・・・シン
セサイザ、 ２０・・・・・・位相比較器（位相比較手段）、２１・
・・・・・セシウム周波数標準器（高確度周波数供給手
段）、 ２２・・・・・・シンセサイザ、 ２３・・・・・・位
相比較器。
Claims (1)
- （１）周波数ｆ付近で発振する参照用レーザと、前記参
照用レーザの出力をポンピング光とするガスセル発振器
と、 高確度周波数供給手段と、 前記ガスセル発振器の出力の位相と、前記高確度周波数
供給手段の出力の位相とを比較する位相比較手段と、 前記位相比較手段の比較結果に基づいて前記参照用レー
ザの周波数を制御して安定化させる参照用レーザ周波数
制御手段と、 周波数ｆ／Ｎ付近で発振する基準用レーザと、前記基準
用レーザのＮ次高調波を発生させる光高調発生器と、 前記参照用レーザの位相と、光高調波発生器のの位相と
を比較する光位相比較手段と、 前記光位相比較手段の比較結果に基づいて前記基準用レ
ーザの周波数を制御して安定化させる基準用レーザ周波
数制御手段とを具備してなることを特徴とする光周波数
標準装置。（２）周波数ｆ付近で発振する参照用レーザ
と、前記参照用レーザの出力をポンピング光とするガス
セル発振器と、 高確度周波数供給手段と、 前記ガスセル発振器の出力の位相と、前記高確度周波数
供給手段の出力の位相とを比較する位相比較手段と、 前記位相比較手段の比較結果に基づいて前記参照用レー
ザの周波数を制御して安定化させる参照用レーザ周波数
制御手段と、 周波数ｆ／Ｎ付近で発振する基準用レーザと、前記基準
用レーザのＮ次高調波を発生させる光高調発生器と、 前記参照用レーザの出力と、光高調波発生器の出力との
ビート周波数信号を発生させるビート周波数発生手段と
、 前記ビート周波数発生手段の出力に基づいて前記基準用
レーザの周波数を制御して安定化させる基準用レーザ周
波数制御手段とを具備してなることを特徴とする光周波
数標準装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16642788A JPH0216784A (ja) | 1988-07-04 | 1988-07-04 | 光周波数標準装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16642788A JPH0216784A (ja) | 1988-07-04 | 1988-07-04 | 光周波数標準装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0216784A true JPH0216784A (ja) | 1990-01-19 |
Family
ID=15831218
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16642788A Pending JPH0216784A (ja) | 1988-07-04 | 1988-07-04 | 光周波数標準装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0216784A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03225981A (ja) * | 1990-01-31 | 1991-10-04 | Nec Corp | レーザ装置周波数間隔安定化方法 |
| JP2011116467A (ja) * | 2009-11-30 | 2011-06-16 | Fusako Suzuki | 芥袋保管具、およびそれを利用した芥袋保管具セット |
| CN107124910A (zh) * | 2014-01-24 | 2017-09-01 | 加州理工学院 | 稳定的微波频率源 |
-
1988
- 1988-07-04 JP JP16642788A patent/JPH0216784A/ja active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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