JPH0391981A

JPH0391981A - 周波数可変型安定化光源

Info

Publication number: JPH0391981A
Application number: JP22958589A
Authority: JP
Inventors: Takanori Saito; 崇記斉藤; Shigeru Kinugawa; 衣川　茂
Original assignee: Anritsu Corp
Current assignee: Anritsu Corp
Priority date: 1989-09-05
Filing date: 1989-09-05
Publication date: 1991-04-17

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、気体が持つ光吸収ピークや共振器の共振周波
数などを周波数基準にすることにより、第１の半導体レ
ーザのレーザ光の周波数を高精度に安定化し、さらにこ
の安定化したレーザ光の周波数を基準とし、その周波数
から任意の周波数だけずらして第２の半導体レーザのレ
ーザ光の周波数を固定することによって任意に周波数を
選べるようにした周波数可変型安定化光源に関する。

本発明の光源は、各種光計測用光源を始め、高精度光周
波数基準光源、物理・化学計測用安定化光源、光通信用
光源などに広く利用できる。

特に、例えば、高度なコヒーレント性が要求されるヘテ
ロダイン光通信用光源等に利用できる。

〔従来の技術〕

半導体レーザは、駆動電流と周囲温度を変えることによ
ってレーザ光の周波数と光強度を可変することができる
という他のレーザ光源にない特徴を有している．その可変範囲は、周波数が一数Ｇ　ＨＺ／ＩＩＡ，　　
１０数Ｇ　ＨＺ／Ｋであり、光強度が０．数ｍＷ／ｍＡ
，一数１０μＷ／Ｋであることが知られている。

（発明が解決しようとする課題〕しかし、以上に述べた長所は反面、駆動電流と周囲温度
の変動によって周波数と光強度が不安定になるという短
所にもなっている。この短所をなくすため従来において
は、光吸収セルを用いて所定の周波数に安定させていた
。例えば、同一出園人等による発明「波長安定化光源Ｊ
ｌｉｌ昭６３−　２４８２５０号）では周囲温度を、任
意に設定した温度の±０．１〜１ｍＫ程度の範囲内まで
安定に保ち、その上で周波数を光吸収セル中のガスの光
吸収スペクトル等の周波数基準と比較し、その差分に対
応する駆動電流を半導体レーザに負帰還させ、周波数を
安定化しているため光吸収スペクトルのピーク位置の周
波数のレーザ光しか得られない。また半導体レーザのレ
ーザ光の周波数を固定しただけでは、周波数基準となる
周波数のレーザ光しか得られず、外部変調器を用いなけ
れば、レーザ光の周波数変調ができないという課題があ
った。

（参考文献）（１）橋本　実．大津　元一；ｊ　ｊ１７Ｒ　ｂ原子発振器のためのレーザ分光及び半
導体レーザの周波数制御Ｊ　．　　Ｔｒａｎｓ．　ＩＥ
Ｅ　　ＪａｐａｎＶｏｌ．１０８−Ｃ，’８８　　ｐＴ
１．７０６−７１２（２）橋本　実，小沢　英隆，大津
　元一；「半導体レーザ励起ルビジウム原子発振器」、
電子情報通信学会　　ＯＱＥ８５−３　　ｐｐ．１５−
２２〔課題を解決するための手段及び作用〕そこで、本
発明では、上記の課題に対して、気体が持つ光吸収ピー
クや共振器の共振周波数などを周波数基準にすることに
より第１の半導体レーザのレーザ光の周波数を安定化し
、その周波数から任意の周波数だけずらして第２の半導
体レーザのレーザ光の周波数を安定にすることで周波数
可変型安定化光源を実現するものである。

この実現により、（１）第１の半導体レ〜ザのレーザ光の周波数から任意
の周波数だけずらした第２の半導体レーザのレーザ光を
出力光として用いることにより、任意の周波数のレーザ
光を得ることかで゛きる。

（２）電気光学効果を利用した周波数シフターを用いて
レーザ光の周波数を変澗させた場合、変調周波数の精度
はあまり良くないが、ビート周波数をカウンタすること
により変調周波数を制御することとすれば、デジタル的
に制御できるために、高精度な制御ができる。

〔実施例〕

第１図は本発明の周波数可変型安定化光源の一実施例を
示したものである。

第工の半導体レーザ１から出力されたレーザ光を、第１
のレーザ光取出用ビームスプリッタ８を？して周波敗弁
別器２に入射する。

周波数弁別器２は、所定の周波数だけを吸収する特性（
光吸収特性）を有し、所望の光吸収特性が得られるよう
にしたエタロン．干渉装置，フィルタ，光吸収セルなど
を用いることができる。

本実施例では光吸収セルを用いた場合について説明する
。

光吸収セルの中には、ルビジウム（１？ｂ）　，セシウ
ム（Ｃｓ），アセチレンガス（Ｃ．Ｈ２），水蒸気（Ｈ
２０），炭酸ガス（Ｇｏ■）等のガスが単独でまたは複
数種類封入されており、特定光の周波数において封入物
質で定まる吸収スペクトルを有する。

第２図は、光吸収ガスとしてアセチレンガスを封入した
場合の光吸収セルにおける吸収スペクトルの一例を示し
たものである。この図から明らかなように，レーザ光の
周波数（横軸）が変化するのに対応してレーザ光が光吸
収セルを透過（実施例がエタロン．干渉装置等の場合は
通過）する透過光強度（縦軸）も変化する。

先ず、第１の周波数安定化光′／Ｒ９について説明する
。

第１の半導体レーザｌのレーザ光の周波数をｉに安定化
することを考える。この場合、実際の周波数がｆｌであ
ったとして、周波数ｆ１は周波数ｆｍの近傍にあるとす
る。第２図から、周波数ｆｍ，　ｆｌにおける透過光強
度は、それぞれＰｍ，　ＰＩである。

この透過光強度Ｐ１のときの透過光を、第１図に示すよ
うに、第１の受光器３で電圧に変換し、さらに第１の増
幅器４で増幅する。その増幅した後の電圧をｖ１とする
。同様に透過光強度ＰＩＩ１のときの透過光の第１の増
幅器４における出力電圧はＶｍである。基準電圧源５の
出力電圧をＶｍに固定し、差動増幅器６で基準電圧源５
の出力と第１の増幅器４の出力との差分をとる。その差
出力を第１の駆動電流ａ７に負帰還すれば、常にＶｍ−
　Ｖｌの関係となり、第１の半導体レ〜ザ１のレーザ光
は、周波数ｆｍに固定されることになる。

このレーザ光は、第１のレーザ光取出用ビームスプリッ
タ８によって外部に出力される。

つぎに、第２の周波数安定化光源１９について説゛明す
る。

第２の半導体レーザ１０から出力されたレーザ光と第１
の周波数安定化光源９つまり．第１のレーザ光取出用ビ
ームスプリッタ８から出力されたレーザ光とを合波器１
１で合波することによって光ビト信号を発生させ、その
光ビート信号を第２の受光器１２で電気ビート信号に変
換する。この電気ビート信号を第２の増幅器１３で増幅
し、その出力をブリスケーラ１４でｄ分のｌまで分周す
る。

仮に、得たいレーザ光の周波数をｆｓであるとすれば１
可変信号発生器１５から出力される周波数信号は、ｆｓ
ｇ　＝　（　ｆｓ　−　ｆｍ）　／ｄ　　となる。

この出力ｆｓｇとプリスケーラ１４からの出力ｆｐとを
周波数差信号発生器ｌ６に人力する。

この周波数差信号発生器１６は、ブリスケ〜ラ１４の出
力ｆｐと可変信号発生器ｌ５の出力ｆｓｇとの差（ｆｐ
−ｆａｇ）に対応した信号を出力するので、この信号が
常にＯとなるように第２の駆動電流源１７に負帰還すれ
ば、第２の半導体レーザ１０からのレーザ光の周波数は
、ｆｓ＝　ｆｍ　＋　ｆｓｇＸ　ｄに安定化することに
なり、第２のレーザ光取出用ビームスプリッタｌ８によ
って、外部に出力することができる。

第２の周波数安定化光源１９の構威要素であるブリスケ
ーラ１４，可変信号発生器１５，周波数差信号発生器１
６はディジタル的に信号処理ができるため高精度な周波
数制御ができる。

ブリスケーラ１４の帯域は、数ＧＨｚ程度であるので，
周波数の可変範囲もそれと同じとなる。

アセチレンの光吸収ピークは半値全幅が数百ＭＨｚであ
り、ピーク間隔は数ＧＨｚである。

そこで、例えば、周波数が『ａのレーザ光を得たい場合
には、第１の周波数安定化光源９の周波数をｆａ近傍の
アセチレンの光吸収ピークに安定化し、そこから周波数
差を与えて第２の周波数安定化光源１９の周波数をｆａ
に安定させる。このように光吸収ピークを変えることに
より，数百ＧＨｚにわたって周波数を可変することがで
きる。

第３図は、アセチレン（Ｃ２＋１２）の光吸収特性を示
す。横軸は波長（μｍ）．縦軸は光吸収率を示す。

図から判るように、一般に分子の光吸収には周波数スケ
ール上に、周期的に吸収ピークがいくつも出現すること
が知られている。

このような分子の吸収特性を利用して吸収セルを構威し
、この発明の周波数可変形安定化光源を実現するときは
、ピーク１　，　２，　３．・−・・・．９のいずれの
ピークの近傍で第ｌの周波数安定化光源を安定化させる
ことができる。例えば、第３のピークの右側を用いて、
ｆｍ３＝１．９４１３７４Ｘ　１０”　＋１２の発振を
させることができる。

この場合、第２の周波数安定化光源１９においては、ビ
ート信号検出系の帯域がＩＯｃ；Ｆｉｚであるとすれば
、ｌ．９４１３７４ｘ　１０”　Ｈｚから１．９４１３
８４Ｘ　１０”　Ｈｚの範囲で発振周波数を可変できる
。基準電圧源５と第ｌの駆動電流源７を調整すれば、第
１の周波数安定化光源９の発振周波数はｆｍ４．　ｆｍ
５，　ｆｒｓ６にも調整可能である。

発振周波数ｆ＋＋ｉとｆｍｉ＋１の間隔は、数Ｃｌｌｚ
であり、ビート信号検出系の帯域よりも小さい。そのた
め、安定化に用いるピークを変えることにより第１の半
導体レーザ１の発振可能な周波数の範囲内の全ての周波
数において第２の半導体レーザ１０のレーザ光の周波数
を安定にすることができる。

さらに、第２の周波数安定化光源の構戒要素である、ブ
リスケーラ１４、可変信号発生８１５、周波数差信号発
生器１６の出力はいずれも、ディジタル信号処理ができ
るので、この発明の周波数可変型安定化光源はマイクロ
コンピュータを用いたディジタル制御になしみ易い構戒
である。

〔発明の効果〕

以上、述べるように、本発明による周波数可変型安定化
光源は、第１の半導体レーザから任意の周波数だけずら
し′て第２の半導体レーザのレーザ光の周波数を安定化
することにより、次に示すような固有の効果を有する。

（１）任意の周波数に．安定にしたレーザ光が得られた
。

（２）電気光学素子などの外部変調素子を用いず、ディ
ジタル的に変調周波数を選べるため、高精度な周波数変
調が実現できた。

【図面の簡単な説明】

第ｌ図は本発明による周波数可変型安定化光源の一実施
例の構戒を、第２図は吸収セル中のアセチレンガスの光
吸収スペクトルを、第３図はアセチレンの光吸収特性を
それぞれ示す。図において、■は第１の半導体レーザ、２は周波数弁別
器、３は第ｌの受光器、４は第１の増幅器、５は基準電
圧源、６は差動増幅器、７は第１の駆動電流源、８は第
１のレーザ光取出用ビームスプリツタ、９は第１の周波
数安定化光源、ＩＯは第２の半導体レーザ、１１は合波
器、１２は第２の受光器、ｌ３は第２の増幅器、１４は
ブリスケーラ、１５は可変信号発生器、ｌ６は周波数差
信号発生器、１７は第２の駆動電流源、ｌ８は第２のレ
ーザ光取出用ビームスプリンタ、１９は第２の周波数安
定化光源をそれぞれ示す。

Claims

【特許請求の範囲】第１の半導体レーザ（１）と、該第１の半導体レーザか
ら発振したレーザ光を受ける所定波長範囲の光吸収特性
を利用した周波数弁別器（２）と、該周波数弁別器を通
過させた光を検出する第１の受光器（３）と、該第１の
受光器からの信号により該第１の半導体レーザへの駆動
電流を制御する第１の駆動電流源（７）とからなる第１
の周波数安定化光源（９）と；第２の半導体レーザ（１０）と、該第２の半導体レーザ
からのレーザ光と該第１の周波数安定化光源（９）から
のレーザ光とを合波する合波器（１１）と、該合波器で
合波することにより発生した光ビート信号を所定範囲の
周波数を持つ電気ビート信号に変換する第２の受光器（
１２）と、該所定範囲内の任意の周波数の信号を発生す
る可変信号発生器（１５）と、該電気ビート信号と該可
変信号発生器からの信号とを受けてそれらの周波数差に
対応した信号を出力する周波数差信号発生器（１６）と
、該周波数差信号発生器からの出力を受けて該第２の半
導体レーザへの駆動電流を制御する第２の駆動電流源（
１７）とからなる第２の周波数安定化光源（１９）とを
備えて成る周波数可変型安定化光源。