JPH027587A - 可変周波数光源 - Google Patents

可変周波数光源

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JPH027587A
JPH027587A JP15887988A JP15887988A JPH027587A JP H027587 A JPH027587 A JP H027587A JP 15887988 A JP15887988 A JP 15887988A JP 15887988 A JP15887988 A JP 15887988A JP H027587 A JPH027587 A JP H027587A
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JP
Japan
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frequency
semiconductor laser
fabry
output
light
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JP15887988A
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Koji Akiyama
浩二 秋山
Satoru Yoshitake
哲 吉武
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Yokogawa Electric Corp
Original Assignee
Yokogawa Electric Corp
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES 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
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/06Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
    • H01S5/062Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium by varying the potential of the electrodes
    • H01S5/06209Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium by varying the potential of the electrodes in single-section lasers
    • H01S5/0622Controlling the frequency of the radiation

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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】 イ、「発明の目的」 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体レーザの発振周波数を変えることがで
きる可変周波数レーザ光源の改良に関するものである。
〔従来の技術〕
第4図は可変周波数光源の第1の従来例を示す原理図で
ある。光増幅部41の出力光は集光レンズ42を介して
回折格子43に入射し、1次回折光45が光増幅部41
に戻る。44はO次回折光である0回折格子43を回転
すると光増幅部41へ戻る1次回折光の波長が変化する
ので、発振波長を制御することができる。
第5図は可変周波数光源の第2の従来例を示す原理図で
ある。光増幅部51の出力光に対して、第4図のように
回折格子を回転する代りに、音響光学素子52で回折格
子53への入射角を変化させて発振波長を制御する。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかしながら、上記のような構成の可変波長レーザ光源
には次のような問題点がある。すなわち、第4図の方式
では回折格子を機械的に動かすので、高精度化が国数で
、応答が悪く、経時変化に弱い。
また、第5図の方式は光増幅部に戻ってくる光の波長が
ドツプラシフトによりわずかにずれるため、安定な発振
が得られず、発振スペクトル幅が広くなってしまう、ま
た、上記のいずれの方式も周波数の絶対値が分らないの
で、校正が必要である。
本発明は上記の間趙を解決するためになされたもので、
周波数精度が良く、長期安定性に優れた可変周波数光源
を簡単な構成で実現することを目的とする。
口、「発明の構成」 〔問題点そ解決するための手段〕 本発明に係る可変周波数光源は半導体レーザと、出力周
波数が高安定な発振器と、前記半導体レーザの出力光の
一部が入射し前記発振器の出力によりその透過光の周波
数が変調される位相変調器と、この位相変調器の出力光
が入射するフアブリ・ペロー干渉計と、このフアブリ・
ペロー干渉計の透過光を入射してその強度を電気信号に
変換する光検出器と、フアブリ・ペロー干渉計の透過周
波数を前記半導体レーザの発振周波数に制御する第1の
制御手段と、フアブリ・ペロー干渉計の自由スペクトル
領域を前記発振器の出力周波数に制御する第2の制御手
段とを備え、発振器の周波数を変えることによって半導
体レーザの発振周波数を変えるように構成したことを特
徴とする。
〔作用〕
第1の制御手段によりフアブリ・ペロー干渉計の透過周
波数は半導体レーザの発振周波数に追従し、発振器の出
力周波数を変えると、第2の制御手段によりフアブリ・
ペロー干渉計の自由スペクトル領域がこれに追従するよ
うに半導体レーザの発振周波数が変化する。
〔実施例〕
以下、図面を用いて本発明の詳細な説明する。
第1図は本発明に係る可変周波数光源の一実施例を示す
構成ブロック図である。1は半導体レーザ、2,3は半
導体レーザ1からの出射光を2方向に分離するビームス
プリッタ、4はビームス1リツタ3の透過光を位相変調
するLiNb0゜(ニオブ酸リチウム)等の電気光学結
晶からなる位相変調器、5は位相変調器4を変調周波数
f。
で励振する高安定発振器、6は位相変調器4の出力光を
入射するフアブリ・ペロー干渉器、7はフアブリ・ペロ
ー干渉器6のミラー間隔を微小に、例えば波長オーダー
で変化させるためにミラーの一方に取付けられたPZT
等の圧電アクチュエータ、8はフアブリ・ペロー干渉器
6を格納する真空チャンバ、9はフアブリ・ペロー干渉
器6を透過する光の強度を検出して電気信号に変換する
フォトダイオード等の受光素子−10は受光素子9の出
力を入力しフアブリ・ペロー干渉計6の透過周波数を半
導体レーザ1の発振周波数に制御する第1の制御手段で
ある。第1の制御手段10において、101は受光素子
9の出力を入力する同期整流回路、102は同期整流回
路101の出力を入力する制御部である。11は制御部
102の出力を一方の入力とする加算器、12はその出
力が同期整流回路101および加算器11の他方の入力
となる第2の発振器、13は受光素子9の出力を入力し
フアブリ・ペロー干渉計6の自由スペクトル領域を発振
器5の出力周波数に制御する第2の制御手段である。第
2の制御手段13は受光素子9の出力を一方の入力とし
発振器5の出力を他方の入力とする同期整流口1131
と、同期整流回路131の出力を入力する制御部132
から構成される。14は制御部132の出力を一端に入
力しその出力が半導体レーザ1の注入電流となる切換ス
イッチである。15はビームスプリッタ2の反射光を入
力して半導体レーザ1の発振周波数を基準周波数に制御
する第3の制御手段で、151はビームスプリッタ2の
反射光を入射して周波数変調する音響光学変調器、15
2は音響光学変調器151の出力光を入射し特定の波長
の光を吸収するRb、NHz等の標準物質を封入した吸
収セル、153は吸収セル152の透過光を検出して電
気信号に変換する受光素子、154は受光素子153の
出力を入力する同期整流回路、155は周波数で3 (
例えば80MHz)の第3の発振器、156は発振器1
55の出力を入力し音響光学変調器151に出力するス
イッチ、157はその一方の出力がこのスイッチ156
をオンオフ駆動し他方の出力が同期整流回路154の参
照信号となる周波数14の第4の発振器、158は同期
整流回路154の出力を入力しその出力が切換スイッチ
14の他方の入力@aに接続する制御部である6本装置
の出力光はビームスプリッタ3の反射光として外部に取
出される。
上記のような構成の可変周波数光源の動作を次に説明す
る。
(イ)まずスイッチ14をa側にして半導体レーザ1の
発振周波数fOを吸収セル152の吸収線周波数に制御
する。すなわち半導体レーザの出力光の一部はビームス
プリッタ2で反射され、音響光学変調器151に入射す
る。スイッチ156がオンの時音皆光学変調器151は
発振器155の周波数で、の出力で駆動されるので、入
射光の大部分は回折して周波数シフトを受け、1次回折
光として周波数fo 十f3の光が吸収セル152に入
射する。スイッチ156がオフのときは入射光はすべて
0次光として周波数f、で吸収セル152に入射する。
スイッチ156は発振器157の周波数f4のタロツク
で駆動されるので、吸収セル152に入射する光は変調
周波数fd+変調深さf、の周波数変調を受けることに
なる。音響光学変調器151からの周波数変調を受けた
光は吸収セル152の吸収信号の箇所で透過光量が変調
を受けて出力に信号があられれる。この信号を光検出器
153で電気信号に変換し同期整流回路154で周波数
で4で同期整流することにより2次微分信号が得られ、
この信号が所定の値となるよう制御部158により半導
体レーザ1の注入電流を制御して、発振周波数foを吸
収波長の中心faに制御することができる。この結果半
導体レーザ1からは発振周波数が変調されていない、瞬
時的に安定な出力光が得られる。また音響光学変調器1
51で回折した1次光と0次光は共に1つの受光素子1
53に入射するので、半導体レーザ1の光量の変動の影
響を受けない。
(ロ)次にフアブリ・ペロー干渉計6の透過周波数をレ
ーザ周波数f、ヘロックする。このとき位相変調器は動
作させず、半導体レーザ1の出力光はそのままフアブリ
・ペロー干渉計6に入射し、周波数で2で変調されて受
光素子9で検出される。
受光素子9の出力は同期整流回路101により参照周波
数f2で同期整流され、制御部102を介して圧電アク
チュエータフの印加電圧として帰還され、フアブリ・ペ
ロー干渉計6の透過周波数のピークをレーザ発振周波数
faに制御する。
(ハ)次にフアブリ・ペロー干渉計6のFSR(Fre
e 5pectral Ranoe:自由スペクトル領
域)を位相変調周波数f、にロックする。まず発振器5
の出力をオンとして位相変調器4を動作させ、第2図(
B)に示ずようにレーザ光21の周波数faを中心にサ
ブキャリア22.23を発生させる。
変調周波数で1を掃引してサブキャリア22.23を周
波数軸上で左右に動かし、第2図(A)に示すフアブリ
・ペロー干渉計6の透過特性のピークの1つの周波数と
P点において一致したときにスイッチ14をa側からb
lllへ切換える。このときの変調周波数f1の値をf
lLとする。この切換の結果、レーザ発振周波数を吸収
周波数にロックするループが切離され、フアブリ・ペロ
ー干渉計6のFSRを変調周波数f1にロックするルー
プが新たに形成される。すなわち、受光素子9の出力を
同期整流回路131において周波数で1の信号で同期検
波した出力はFMサブキャリア22゜23とフアブリ・
ペロー干渉計6の透過ピークとの周波数ずれに比例する
ので、周波数ずれが存在するとこれがゼロになるように
制御部132で半導体レーザ1の注入電流を制御し、半
導体レーザ1の周波数を変化させ、第1の制御手段10
によりフアブリ・ペロー干渉計6の透過ピークがこれに
追従し、結果的にFSRが変調周波数f、に一致するこ
とになる。
上記の操作において、フアブリ・ペロー干渉計6のモー
ド数mは m = f a / f + L       −(1
)で算出されるので、レーザ発振周波数f、はf□=m
−f。
=fa  −fl /f1 L    =  (2)と
なり、flを変えることにより出力周波数fOを連続的
に変化することができる。ここで、圧電アクチュエータ
7がミラーを2μmまで掃引できるとすると、Δfo 
=2.6GHz (波長λ=1゜557zm、fFSR
=IGH2)となるので、Δfを2.6GHz以上とる
場合にはモード数mをm+l、m+2とステップ的に変
えればよい。
このような構成の可変周波数光源によれば、第1の発振
器5の周波数f1が高安定なので、(2)式から明らか
なように一周波数精度が良く、長期安定性に優れた可変
周波数レーザが実現できる。
また(2)式から明らかなように、変調周波数f1を変
化させることにより、出力周波数f、をアナログ的に変
化することができる。
半導体レーザを1つしか用いないので、小形化が出来る
吸収セルに封入する物質を選択することにより、種々な
波長帯での可変周波数光源を実現することができる。
なお上記の実施例において、変調周波数f、を高安定化
するために、外部からCsビーム等の発振器の出力を基
準としてもよい。
また半導体レーザの注入電流に帰還するかわりに、温度
に帰還をかけてもよい。
また半導体レーザの発振周波数の安定化は制御手段15
の方式に限らない。
またフアブリ・ペロー干渉計6のFSRを変調周波数f
1にロックする代りに、第3図に示すように、n−FS
R=f、としてFSRの整数倍のf、でサブキャリア3
2.33にロックしてもよい。
ハ、「発明の効果」 以、Eの説明から明らかなように、本願発明によれば、
周波数精度が良く、長期安定性に優れl:可変周波数光
源を簡単な構成で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係る可変周波数光源の一実施例を示す
構成ブロック図、第2図は第1図の動作を説明するため
の図、第3図は第1図装置の変形例の動作を示す図、第
4図および第5図は可変周波数光源の従来例を示す説明
図である。 1・・・半導体レーザ、4・・・位相変調器、5・・・
発振器、6・・・ファブリ・ペロー干渉計、9・・・光
検出器、第4 因 →;ジ5図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 半導体レーザと、出力周波数が高安定な発振器と、前記
    半導体レーザの出力光の一部が入射し前記発振器の出力
    によりその透過光の周波数が変調される位相変調器と、
    この位相変調器の出力光が入射するフアブリ・ペロー干
    渉計と、このフアブリ・ペロー干渉計の透過光を入射し
    てその強度を電気信号に変換する光検出器と、ファブリ
    ・ペロー干渉計の透過周波数を前記半導体レーザの発振
    周波数に制御する第1の制御手段と、フアブリ・ペロー
    干渉計の自由スペクトル領域を前記発振器の出力周波数
    に制御する第2の制御手段とを備え、発振器の周波数を
    変えることによって半導体レーザの発振周波数を変える
    ように構成したことを特徴とする可変周波数光源。
JP15887988A 1988-06-27 1988-06-27 可変周波数光源 Pending JPH027587A (ja)

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