JPH0427178Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 この考案は、半導体レーザー等の出力光の波長
を正確に一定に制御する事が出来る波長安定化光
源の改良に関するものである。

〈従来技術〉 半導体レーザーは小型でかつ取扱が容易なの
で、通信や光を用いた測定装置等に広く用いられ
ている。しかしながら、半導体レーザーは出力光
の波長の半値幅が大きく、また周囲温度等の周囲
環境等によりその波長が変化するので、精密な測
定では波長を安定化する事が必要になる。この様
な出力光の波長を安定化した波長安定化光源を第
４図に示す。第４図において、半導体レーザー１
の出力光はハーフミラー２，３を透過して出力光
として出力される。また、ハーフミラー２で反射
された光は一定の基準スペースを有し、波長弁別
特性があるフアブリペローエタロン４に入力され
る。このフアブペローエタロン４の出力光は光検
出器５でその光強度が測定される。さらに、ハー
フミラー３で反射された光は光検出器６に入力さ
れ、その光強度が測定される。光検出器５，６の
出力は制御手段７に入力される。制御手段７は光
検出器５，６の出力により半導体レーザー１を制
御する。

この様な構成において、フアブリペローエタロ
ン４はその基準スペースに対応した波長の光のみ
透過させ、第５図に示すような周波数ν₀でピーク
を有する透過特性を示す。その為、波長変化を光
の強度変化に変換できる。光検出器５によりこの
フアブリペローエタロン４の出力光強度を測定
し、周波数νに対応する強度になるように制御手
段７により半導体レーザー１の注入電流や周囲温
度を制御する事により、半導体レーザー１の出力
光の波長すなわち周波数を正確にνに安定化する
事が出来る。なお、この構成では半導体レーザー
１の出力光強度そのものが変化した時は誤差が発
生するので、光検出器６により半導体レーザー１
の出力光強度をモニタし、補正するようにしてい
る。

〈考案が解決すべき問題点〉 しかしながら、このような波長安定化光源の出
力光の波長はフアブリペローエタロン４の透過特
性が変化しない事を前提としているが、周囲温度
等が変化したフアブリペローエタロン４を構成す
る部材が膨脹すると基準スペースの長さが変化
し、透過特性も変動する。その為、フアブリペロ
ーエタロン４の温度を測定して補正するか、温度
を一定に制御して基準スペースの長さの変動を押
さえるようにしているが、温度を一定にする為に
装置が大型になり、また補正が充分に出来ないた
めに正確に波長を安定化する事が出来ないという
欠点があつた。

〈考案の目的〉 この考案の目的は、簡単な構成で波長を正確に
安定化する事が出来る波長安定化光源を提供する
ことにある。

〈問題点を解決する為の手段〉 前記問題点を解決する為に本考案では、光源か
らの出力光をフアブリペローエタロン等の基準ス
ペースを有し波長弁別特性がある素子に入力し、
この素子の出力光強度に関連する値が一定になる
ように前記光源を制御する波長安定化光源におい
て、光学手段により異なる２つの角度から前記光
源の出力光を前記素子に入力し、これら異なつた
角度で入力された光に対応する出力光の強度を第
１及び第２の光検出器で測定して、この第１の光
検出器の出力により制御手段で前記光源を制御
し、また前記第２の光検出器の出力により補正手
段で前記素子の基準スペースの間隔の変化に起因
する誤差を補正するようにしたものである。

〈実施例〉 第１図に本考案に係る波長安定化光源の一実施
例を示す。なお、第４図と同じ要素には同一符号
を付し、説明を省略する。第１図において、１０
は光学手段であり、その内部にハーフミラー１０
１，１０２が含まれている。ハーフミラー１０
１，１０２及び３は一線状に配置され、半導体レ
ーザー１の出力光が入力されてその一部を反射す
る。ハーフミラー３の透過光は出力光として外部
に出力される。１１はフアブリペローエタロンで
あり、長さＬの基準スペースを有している。ハー
フミラー１０１と１０２で反射した光はフアブリ
ペローエタロン１１にそれぞれ角度θ₁及び角度θ₂
で入射するように配置する。１２，１３は光検出
器であり、それぞれフアブリペローエタロン１１
に角度θ₁，θ₂で入射した透過光が入力され、その
光強度を電気信号に変換する。光検出器１２の出
力は制御手段７に入力される。１４は補正手段で
あり、光検出器１３及び６の出力が入力される。
１５はヒータであり、補正手段１４によつて制御
される。ヒータ１５はフアブリペローエタロン１
１の温度を変化させ、その基準スペースの長さを
調節する。すなわち、角度θ₁の光により半導体レ
ーザー１を制御し、角度θ₂の光によりフアブリペ
ローエタロン１１の基準スペースの長さを制御す
るようにする。

ここで、第６図は第１図装置の制御ループを示
す図である。第６図イおよびロに示すように、本
考案の装置は２つの制御ループから構成されてい
る。イ図は１つ目の制御ループで、半導体レーザ
１自体の波長変化を補正している。ロ図は２つ目
の制御ループで、フアブリペローエタロン１１の
基準スペースの変化を補正している。第６図イに
おいて、ハーフミラー１０１で反射された光は、
一定の基準スペースを有し、波長弁別特性がある
フアブリペローエタロン１１（θ1）に入力され
る。このフアブリペローエタロン１１の出力光
は、光検出器１２でその光強度が測定される。ま
た、ハーフミラー３で反射された光は、光検出器
６に入力され、その光強度が測定される。光検出
器１２，６の出力は制御手段７に入力される。制
御手段７は光検出器１２，６の出力により半導体
レーザ１の出力光の波長変化を補正する。第６図
ロにおいて、ハーフミラー１０２で反射された光
は、一定の基準スペースを有し、波長弁別特性が
あるフアブリペローエタロン１１（θ2）に入力さ
れる。このフアブリペローエタロン１１の出力光
は、光検出器１３でその光強度が測定される。ま
た、ハーフミラー３で反射された光は、光検出器
６に入力され、その光強度が測定される。光検出
器１３，６の出力は補正手段１４に入力される。
補正手段１４は光検出器１３，６の出力によりヒ
ータ１５が制御される。ヒータ１５はフアブリペ
ローエタロン１１の温度を変化させ、その基準ス
ペースの長さを調節する。光検出器１３の出力
は、半導体レーザ１自体の波長変化による分とフ
アブリペローエタロン１１の基準スペーサの変化
による分が重畳している。しかし、フアブリペロ
ーエタロン１１を基準として用いた半導体レーザ
１自体の波長変化の補正は、第６図イに示す１つ
目の制御ループで行われているため、光検出器１
３の出力変化に含まれる半導体レーザ１自体の波
長変化による分は無視できる程度に小さいと考え
られる。したがつて、１つ目の制御ループで半導
体レーザ１自体の波長変化を、２つ目の制御ルー
プでフアブリペローエタロン１１の基準スペース
の変化を、それぞれ独立に補正している。

次にこの実施例の動作を第２図に基いて説明す
る。最初に補正手段１４が働かないとして説明す
る。ハーフミラー１０１で反射した光はフアブリ
ペローエタロン１１に角度θ₁で入射されるので、
実質的な基準スペースの長さはＬ／cosθ₁になる。
従つて、この基準スペースに対するフアブリペロ
ーエタロン１１のピーク周波数ν₁は、 ν₁＝Ccosθ₁／（2L） Ｃ：定数 になる。基準スペースの長さがL′に変化したとき
のピーク周波数も同様に求められるので、基準ス
ペースの長さがＬからL′に変化した時のピーク周
波数の変化Δν₁は、 Δν₁＝Ｃ（１／L′−１／Ｌ）cosθ₁／２ ……(1) になる。半導体レーザー１は光検出器１２の出力
が一定になるように制御されるので、基準スペー
スの長さがＬからL′に変化すると、半導体レーザ
ー１の出力周波数はΔν₁だけ変化する。次にハー
フミラー１０２で反射した光について考える。こ
の場合の実質的な基準スペースの長さはＬ／
cosθ₂になるので、前記(1)式と同様にして基準ス
ペースの長さがＬからL′に変化したときのピーク
周波数の変化Δν₂は、 Δν₂＝Ｃ（１／L′−１／Ｌ）cosθ₂／２ ……(2) になる。この様子を第２図に示す。第２図におい
て、１６は初期状態における角度θ₂で入射した光
の透過光の強度曲線を表わす。そのピーク周波数
はν₂である。半導体レーザ１は光検出器１２の出
力が一定になるように制御手段７により制御され
ている。このときの安定化されている周波数をν2
−νaと表す。すなわち、Ａ点に固定され、その
ときの光検出器１３が検出する光強度はD₀にな
る。ある時間が経過し、フアブリペローエタロン
１１の基準スペースの長さがＬからL′に変化する
と、光強度曲線は１７に示すようにシフトする。
シフト量は前記(2)式で表わされる。従つて、半導
体レーザー１の出力光は強度曲線１７のＢ点に移
行するが、半導体レーザー１自身の出力光の周波
数も前記(1)で示したΔν₁だけ変化するので、実際
にはＣ点に移行し、光検出器１３が検出する光強
度はD₁に変化する。このD₀−D₁はフアブリペロ
ーエタロン１１の基準スペースの長さの変化に対
応するから、補正手段１４によりヒータ１５を駆
動してフアブリペローエタロン１１を加熱し、
D_OとD_Lが一致するようにすると、基準スペース
の長さを常に一定にする事が出来、半導体レーザ
ー１の出力光の波長を一定に制御することが出来
る。なお、ハーフミラー３と光検出器６は第４図
で説明したように半導体レーザー１の出力光強度
の変化による誤差を補正する為のものである。

第３図に本考案の他の実施例を示す。この実施
例はフアブリペローエタロン１１の基準スペース
の長さを制御しないで、演算により補正するもの
である。なお、第１図と同じ要素には同一符号を
付し、説明を省略する。第３図において、１８は
演算手段であり、光検出器１３及び６の出力が入
力される。演算手段１８の出力は制御手段１９に
入力される。制御手段１９は制御手段７と同じよ
うに半導体レーザー１の注入電流または周囲温度
を変化させてその出力光の波長を制御する。第２
図に示すように、点Ａに対応する光強度曲線１７
の点をＤとすると、この点の周波数はν₂−ν_a＋
Δν₂になる。従つて、点Ｄと点Ｃの周波数差は、 （ν₂−ν_a＋Δν₂）−（ν₂−ν_a＋Δν₁）＝Δν₂
−Δν₁に
なる。光強度曲線１６乃至１７の形が変化しない
とすると、光検出器１３の出力変化D₀−D₁から
Δν₂−Δν₁を求めることが出来る。前記(1)，(2)式
から Δν₁＝αcosθ₁ Δν₂＝αcosθ₂ α＝Ｃ（１／L′−１／Ｌ）／２ であるから、 Δν₂−Δν₁＝α（cosθ₂−cosθ₁） ＝Δν₁（cosθ₂−cosθ₁）／cosθ₁ になり、基準スペースの長さの変化によるピーク
周波数の変化を求めることが出来る。この演算を
演算手段１８によつて実行し、制御手段１９でこ
のΔν₁を補正して半導体レーザー１を制御するよ
うにする。

なお、この実施例では光源を半導体レーザーと
したが、He−Neレーザー等でもよい。

また、フアブリペローエタロン１１の基準スペ
ースの長さを変える手段としてヒータを用いた
が、ペルチエ素子を用いるようにしてもよい。ま
た、基準スペースを変えることができるなら、他
の手段でもよい。

〈考案の効果〉 以上実施例に基づいて詳細に説明したように、
この考案ではフアブリペローエタロンのような基
準スペースを有し、波長弁別特性がある素子に異
なつた２つの角度から光源の出力光を入射し、こ
れらの透過光強度を光検出器で測定して一方の光
検出器の出力で光源を制御すると共に、他方の光
検出器の出力で素子の基準スペースの変化に起因
する誤差を補正するようにした。その為、波長弁
別性がある素子の基準スペースの長さの変化に起
因するピーク周波数の変化を直接測定することが
出来るので、正確な制御が可能になり波長安定性
が向上する。

また、波長弁別性がある素子に２つの角度から
光を入射するようにしたので、簡単な構成で実現
することが出来るという効果もある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案に係る波長安定化光源の一実施
例を示す構成図、第２図は透過光の光強度曲線を
示す特性曲線図、第３図は本考案の他の実施例を
示す構成図、第４図は従来の波長安定化光源を示
す構成図、第５図は透過光の強度曲線の特性曲線
図、第６図イおよびロは第１図装置の制御ループ
を示す図である。 １……半導体レーザー、３，１０１，１０２…
…ハーフミラー、６，１２，１３……光検出器、
７，１９……制御手段、１０……光学手段、１１
……フアブリペローエタロン、１４……補正手
段、１５……ヒータ、１８……演算手段。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 光源からの出力光を基準スペースを有し波長弁
   別特性がある素子に入力し、この素子の出力光強
   度に関連する値が一定になるように前記光源を制
   御する波長安定化光源において、 前記素子に異なる２つの角度から前記光源の出
   力光を入力する光学手段と、これら異なつた角度
   で入力された光に対応する前記素子の透過光の強
   度を測定する第１及び第２の光検出器と、この第
   １の光検出器の出力が入力され前記光源を制御す
   る第１の制御手段と、前記第２の光検出器の出力
   が入力され前記素子の基準スペースの間隔の変化
   に起因する誤差を補正する補正手段とを有するこ
   とを特徴とする波長安定化光源。