JPH02216880A - 光周波数安定化装置 - 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〕 本発明は光通信、光計測その他の光源に利用する。特に
、光吸収セルを用いて光源の発振周波数を安定化する光
周波数安定化装置に関する。

〔概　要〕

本発明は、光吸収セルを用いた光周波数安定化装置にふ
いて、 光吸収セルに封入される分子気体として複数種の気体を
用いることにより、 安定化可能な光周波数の数を増加させるものである。

〔従来の技術〕

半導体レーザの発振周波数を安定化するために、従来か
ら、光吸収セルを用いた光周波数安定化装置が用いられ
ている。このような光周波数安定化装置は、光吸収セル
の内部に封入された分子気体の吸収線を周波数の基準と
して利用するものである。すなわち、半導体レーザの出
力光を光吸収セルに入射し、この光吸収セルを透過した
光の強度変化にしたがって半導体レーザの注入電流を制
御する。これにより、半導体レーザの発振周波数を分子
気体の吸収線に一致させることができる。

光吸収セルに封入される分子気体としては、例えばアン
モニアＮＨ３が知られている。ＮＨ３は１．５５／！Ｉ
ｌ＋帯の波長で比較的強い吸収線を示し、特にコヒーレ
ント光通信における基準光の波長安定化に利用できる。

また、松本と原酒は、「１．５３μｍＤＦＢ半導体レー
ザの周波数安定化」、昭和６３年電子情報通信学会春季
全国大会予稿集、論文番号Ｃ−３９４にふいて、二種類
のアンモニア”　Ｎ　Ｈ３、”　Ｎ　Ｈａの混合気体が
封入された光吸収セルを提案している。

〔発明が解決しようとする問題点〕 しかし、従来の光周波数安定化装置は、一種類の分子気
体の吸収線しか利用していないため、安定化できる周波
数が限られていた。

また、二種類のアンモニアを用いた場合でも、その使用
できる吸収線の本数は限られている。

本発明は、以上の欠点を解決し、多数の周波数で光源の
発振周波数を安定化できる光周波数安定化装置を提供す
ることを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の光周波数安定化装置は、周波数の基準として、 アンモニア　　ＮＨ，、′ＳＮＨ，、 アセチレン　　Ｃ２Ｈ２、”Ｃ２Ｈ２、シアン化水素　
ＨＣＮ、、Ｈ”ＣＮ。

ＨＣ”ＮおよびＨｌ　３　ＣＩ　Ｓ　Ｎのうちの少なく
とも二つの気体の吸収線を用いることを特徴とする。

ここで、「Ｃ」、「Ｎ」の左肩の数字は原子量を表し、
数字が付記されていないものはそれぞれ「ｌ　２　ＣＪ
、ｊ　ｌ　４　Ｎ　Ｊを表す。

すなわち、光吸収セルの構造が、上記の８種類の気体の
うち少なくとも二つの分子気体が封入された構造である
ことを特徴とする。

これらの分子気体は、混合されて封入されてもよく、複
数のセルに別々に封入されていてもよい。

〔作　用〕

複数の分子気体を用いることにより、利用できる吸収線
の本数が増加し、多数の周波数で光源、特に半導体レー
デの発振周波数を安定化できる。

〔実施例〕

第１図は本発明第一実施例光周波数安定化装置のブロッ
ク構成図を示す。

この光周波数安定化装置は半導体レーザ１の発振周波数
を安定化するための装置であり、この半導体レーザ１の
出力光が入射される光吸収セル３と、この光吸収セル３
を透過した光を受光する受光器４とを備え、さらに、受
光器４の出力に基づいて半導体レーザ１の発振周波数を
制御する制御手段として、ＰＳＤ　（Ｐｈａｓｅ　５ｅ
ｎｓｉｔｉｖｅ　ｃｌｅｔｅｃｔｏｒ）　５＄よび制御
回路６を備える。

半導体レーザ１の出力は、半透鏡２により分岐され、そ
の一方が安定化された出力光として取り出され、その他
方が光吸収セル３に入射する。また、半導体レーザ１の
出力光を周波数変調または位相変調するために発振器７
を備え、この発振器７の出力を制御回路６の出力と加算
して半導体レーザ１に供給する加算器８を備える。発振
器７の出力はまた、ＰＳＤ　５に供給される。

この構造は従来から用いられているものと同等であるが
、本装置は光吸収セル３の構造が従来からのものと異な
る。すなわち、本実施例の特徴とするところは、光吸収
セル３が、 アンモニア　ＮＨ，、＋５ＮＨ３、 アセチレン　Ｃ２Ｈ，、”Ｃ２Ｈ２、 シアン化水素　ＨＣＮ５Ｈ１３ＣＮ。

ＨＣＩ　Ｓ　Ｎ　、　Ｈｌ　３　ＣＩ　Ｓ　Ｎからなる
群より選択された少なくとも二つの分子気体が封入され
た構造であることにある。これらの分子気体は、混合し
て光吸収セル３に封入される。

上述した８種類の分子気体により得られる１、５５−帯
の吸収波長、その間隔、吸収率およびその吸収を生じさ
せる気体の種類を表に示す。この表は、長さ５０（：１
＋１％圧力ＩＱＴｏｒｒの個々の分子気体により得られ
る吸収率が１０％以上の吸収線を示す。この表にはさら
に、「吸収強さ」として、吸収率が２０％以上のものを
「Ｓ」、吸収率が４０％以上のものをｒＶＳＪで示す。

（以下本頁余白） （次頁に続（） （次頁に続く） （次頁に続く） （次頁に続く） （次頁に続く） （次頁に続く） 表に示したように、８種類の分子気体を選択して組み合
わせることにより、−本の光吸収セルで多数の吸収線が
得られ、これらの吸収線のいずれかに半導体レーザ１の
発振周波数を一致させることができる。

ここで、この受光器４の出力に基づいて半導体レーザ１
の発振周波数を制御する方法について説明する。

このためには、まず、半導体レーザ１の発振周波数を発
振器７からの周波数ｆの信号により周波数変調する。こ
のときＰＳＤ　５には、発振器７から周波数ｆまたは３
ｆの信号を供給する。この信号により、ＰＳＤ５は受光
器４の出力を同期検波する。

第２図に受光器４またはＰＳＤ　５の出力波形を示す。

この図において、（ａ）は受光器４の出力波形、ら）は
周波数ｆで同期検波した場合のＰＳＤ　５の出力波形、
（Ｃ）は周波数３ｆで同期検波した場合のＰＳＤ５の出
力波形をそれぞれ示す。制御回路６は、ＰＳＤ５の出力
が第４図（ｂ）、（Ｃ）にＸ印で示したロックポイント
に一致するように、半導体レーザ１の発振周波数を制御
する。この制御は、半導体レーザ１の注入電流を制御す
ることにより行われる。

ロックポイントは吸収の中心とすることが一般的である
が、中心からずらすこともできる。

第３図は本発明第二実施例光周波数安定化装置のブロッ
ク構成図である。

この実施例は、半導体レーザ１を直接変調するのではな
く、出力光を変調することが第一実施例および第二実施
例と異なる。すなわち、半導体レーザ１の出力光は、半
透鏡２により分岐された後に、変調器９により周波数変
調または位相変調が施される。変調器９には発振器７か
ら周波数ｆの信号が供給され、制御回路６の出力はその
まま半導体レーザ１に供給される。その他の構成は第１
図に示した装置と同等であり、光吸収セル３には、上述
した８種類の分子気体のうち少なくとも二つの分子気体
が封入されている。

第４図は受光器４またはＰＳＤ　５の出力波形を示し、
（ａ）は受光器４の出力波形、（ハ）は周波数ｆで同期
検波した場合のＰＳＤ　５の出力波形、（Ｃ）は周波数
３ｆで同期検波した場合のＰＳＤ　５の出力波形をそれ
ぞれ示す。

半導体レーザ１の出力光を変調する場合には、原理的に
強度変調は生じない（現実にはわずかな強度変調成分が
生じるが、これは無視できる）。

このため、周波数ｆで同期検波してもＰＳＤ　５の出力
にオフセットが生じることはなく、光強度変動により周
波数変動が生じることを防止できる。

また、この実施例では分岐された光を変調する例を示し
たが、分岐される前の光を変調することもできる。

以上の実施例では複数の分子気体を混合して一つの光吸
収セル３に封入する場合の例を説明したが、これらの分
子気体を別々のセルに封入して利用することもできる。

その実施例について以下に説明する。以下の実施例では
、ＰＳＤ　、発振器、変調器および加算器を省略して示
すが、いずれの実施例でも、第一実施例または第二実施
例のいずれかに示した方法により半導体レーザの発振周
波数を制御する。

第５図は本発明第三実施例光周波数安定化装置のブロッ
ク構成図である。

この実施例は、光吸収セルの構造が第一実施例および第
二実施例と異なる。すなわち、光吸収セル３′は複数（
この実施例では３つ）のセル３−１．３−２および３−
３を含み、分子気体は、この複数のセル３−１　、３−
２　右よび３−３に別々に封入されている。第２図に示
した例では、セル３−１にはＮＨ３が封入され、セル３
−２には１３Ｃ２Ｈ２とＣｚ　Ｈ２との混合気体が封入
され、セル３−３にはＨＣｌ５Ｎが封入されている。

セル３−１．３−２および３−３は、光吸収セル３′の
内部に仕切りを設けることにより形成される。

セル３−１　、３−２　Ｊよび３−３は、それぞれ異な
る分子気体を単独でまたは混合して封入されることが望
ましいが、全体として二種類以上の分子気体が封入され
ていればよい。

この実施例の場合にも、第一実施例および第二実施例と
同様に一本の光吸収セル３′で多数の吸収線が得られ、
これらの吸収線のいずれかに半導体レーザ１の発振周波
数を一致させることができる。

第６図は本発明第四実施例光周波数安定化装置のブロッ
ク構成図である。

この実施例は、セル３−１．３−２．３−３として別々
の光吸収セルを用いたことが第二実施例と異なる。

第７図は本発明第五実施例光周波数安定化装置のブロッ
ク構成図である。

この実施例では、異なる分子気体がそれぞれ封入された
セル３−４〜３−７を選択して使用することが前述の実
施例と異なる。

すなわわち、半透鏡２と受光器４との間に光切換器１０
．１１が配置され、これらの光切換器１０．１１は三つ
の光路のいずれかを選択する。第一の光路上にはセル３
−４が配置され、第二の光路上にはセル３−５が配置さ
れ、第三の光路上にはセル３−６右よび３−７が配置さ
れる。

セル３−４〜３−７は、第四実施例と同様に、それぞれ
異なる分子気体が単独でまたは混合して封入されている
。また、光切換器１０．１１により選択される毎に異な
る分子気体が選択される。この選択された分子気体の吸
収線により、半導体レーザ１の発振周波数が安定化され
る。

この実施例では光路の切換えによりセルを選択する例を
示したが、光路を固定し、この光路にセルを選択的に挿
入する構成としても本発明を同様に実施できる。また、
光切換器１０．１１に代えて光分波器および光合波器を
用いることもできる。

以上の実施例では一個の半導体レーザの発振周波数を安
定化する場合を説明したが、複数の半導体レーザからの
それぞれの出力光を切り換えて共通の光吸収セルに入射
することにより、これらの半導体レーザの発振周波数を
それぞれ安定化することもできる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明の光周波数安定化装置は、
１．５５１ｕＢの波長帯に多数の吸収線をもつ気体分子
を用い、その吸収線のいずれかに半導体レーザの発振周
波数を一致させる。これにより、半導体レーザの発振周
波数を単一モード光ファイバに固有な種々の周波数で安
定化できる効果がある。

本発明は、コヒーレント光通信だけでなく、光計測その
他の一定波長のコヒーレント光を使用する分野に用いて
大きな効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明第一実施例光周波数安定化装置のブロッ
ク構成図。 第２図は光周波数安定化装置の各部の信号波形を示す図
。 第３図は本発明第二実施例光周波数安定化装置のブロッ
ク構成図。 第４図は光周波数安定化装置の各部の信号波形を示す図
。 第５図は本発明第三実施例光周波数安定化装置のブロッ
ク構成図。 第６図は本発明第四実施例光周波数安定化装置のブロッ
ク構成図。 第７図は本発明第五実施例光周波数安定化装置のブロッ
ク構成図。 １・・・半導体レーデ、２・・・半透鏡、３．３′・・
・光吸収セル、３−１〜３−７・・・セル、４・・・受
光器、５・・・ｐｓｏ　、６・・・制御回路、７・・・
発振器、８・・・加算器、９・・・変調器、１０．１１
・・・光切換器。 特許出願人　光計測技術開発株式会社　−代理人　弁理
士　井　出　直　孝 篤−実施例 Ｗ５１　　回 篤二実施例 菖　３　ロ （Ｃ） 肩 図 ＰＳＤ出７）（ｆ） Ｃ【）１ （Ｃ） 肩 篤三爽Ｒ例 ′？ｆ４５　　回 不四夷臭例 扇　６　回

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、光源の出力光が入射される光吸収セルと、この光吸
   収セルを透過した光を受光する受光器と、 この受光器の出力に基づいて上記光源の発振周波数を制
   御する制御手段と を備えた光周波数安定化装置において、 上記光吸収セルは、 ＮＨ＿３、＾１＾５ＮＨ＿３、 Ｃ＿２Ｈ＿２、＾１＾３Ｃ＿２Ｈ＿２、 ＨＣＮ、Ｈ＾１＾３ＣＮ、ＨＣ＾１＾５ＮおよびＨ＾１
   ＾３Ｃ＾１＾５Ｎからなる群より選択された少なくとも
   二つの分子気体が封入された構造である ことを特徴とする光周波数安定化装置。 ２、少なくとも二つの分子気体は混合されて封入された
   請求項１記載の光周波数安定化装置。 ３、光吸収セルは複数のセルを含み、 少なくとも二つの分子気体はこの複数のセルに別々に封
   入された 請求項１記載の光周波数安定化装置。