JPH0459796B2 - - Google Patents

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JPH0459796B2
JPH0459796B2 JP61011894A JP1189486A JPH0459796B2 JP H0459796 B2 JPH0459796 B2 JP H0459796B2 JP 61011894 A JP61011894 A JP 61011894A JP 1189486 A JP1189486 A JP 1189486A JP H0459796 B2 JPH0459796 B2 JP H0459796B2
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Description

【発明の詳細な説明】 ≪産業上の利用分野≫ 本発明は、半導体レーザの波長を原子や分子の
吸収線に制御して安定化する半導体レーザ波長安
定化装置の特性の改善に関する。
≪従来の技術≫ 第8図は従来の半導体レーザ波長安定化装置を
示す構成ブロツク図である。半導体レーザLDの
電流に周波数fnの変調信号を重畳してレーザ出力
の発振波長を変調し、ビームスプリツタBSで分
離した光の一方を特定の波長で吸収を起こす標準
物質を封入した吸収セルCLに入射する。ビーム
スプリツタBSで分離した他方の光はミラーMで
反射されて出力光となる。吸収セルCLからの出
射光は光検出器PDで電気信号に変換され、ロツ
クインアンプLAで同期整流される。制御手段CT
でロツクインアンプLAの出力が一定値となるよ
うに半導体レーザLDの電流を制御することによ
り、半導体レーザLDの波長を吸収セルCL内の原
子の吸収線にロツクさせることができる。
≪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半導体レー
ザ波長安定化装置では、半導体レーザの出力光の
平均周波数は標準物質の吸収線にロツクされて安
定となるが、変調周波数fnで常に周波数が変動し
ているので、発振周波数の瞬時値は安定ではな
い。
本発明はこのような問題点を解決するためにな
されたもので、発振周波数が瞬時的にも高安定な
半導体レーザ波長安定化装置を実現することを目
的とする。
≪問題点を解決するための手段≫ 本発明は標準物質の吸収スペクトル線に半導体
レーザの波長を制御して波長を安定化する半導体
レーザ波長安定化装置に係るもので、その特徴と
するところは半導体レーザLD1と、この半導体
レーザの出力光の一部を入射して周波数変調する
音響光学変調器UM1と、第1の周波数信号を発
生する第1の信号発生器SG1と、第2の周波数
信号を発生する第2の信号発生器SG2と、前記
第2の信号発生器の出力を前記第1の信号発生器
で出力で周波数変調し、この変調信号で前記音響
光学変調器を駆動する駆動手段SW1と、前記音
響光学変調器が出力する1次回折光および0次回
折光を入射して特定の波長で吸収を起こす標準物
質を封入した吸収セルCL1と、この吸収セルを
透過した前記1次回折光および0次回折光を電気
信号の変換する光検出器PD1と、この光検出器
の出力電気信号を前記第1の周波数fnまたはその
整数倍の周波数で同期検波し、その検波出力に基
づいて前記半導体レーザの発振波長を制御する同
期検波手段LA1とを備えた点にある。
≪実施例≫ 以下本発明を図面を用いて詳しく説明する。
第1図は本発明の一実施例を示す構成ブロツク
図である。LD1は半導体レーザ、PE1はこの半
導体レーザLD1を冷却または加熱するペルチエ
素子、CT1はこのペルチエ素子PEを駆動して前
記半導体レーザLD1の温度を一定に制御する温
度制御手段、TB1はこれらを格納して温度変動
を減少させる恒温槽、BS1は前記半導体レーザ
の出力光を2方向に分離するビームスプリツタ、
UM1はこのビームスプリツタBS1の一方の出
射光を入射し変調手段を構成する音響光学変調
器、CL1はこの音響光学変調器UM1の回折光
出力を入射し特定の波長の光を吸収する標準物質
(ここではCs)を封入した吸収セル、PD1はこ
の吸収セルCL1の透過光を入射する光検出器、
A1はこの光検出器PD1の出力電気信号を入力
する増幅器、LA1はこの増幅器A1の電気出力
を入力するロツクインアンプ、CT2はこのロツ
クインアンプLA1の出力を入力し前記半導体レ
ーザLD1の電流を制御する制御手段を構成する
PIDコントローラ、SW1は前記音響光学変調器
UM1にその一端が接続するスイツチ、SG1は
その出力で前記スイツチSW1が周波数fn(例れば
2kHz)でオンオフする信号発生器、SG2は前記
スイツチSW1の他端に接続する周波数fD(例れば
80MHz)の第2の信号発生器である。
上記のような構成の半導体レーザ波長安定化装
置の動作を以下に詳しく説明する。半導体レーザ
LD1は恒温槽TB1内で温度検出信号を入力す
る制御手段CT1によりペルチエ素子PE1を介し
て一定温度に制御されている。半導体レーザLD
1の出力光はビームスプリツタBS1で2方向に
分離され、反射光は外部への出力光となり透過光
は音響光学変調器UM1に入射する。スイツチ
SW1がオンの時音響光学変調器UM1は信号発
生器SG2の周波数fDの出力で駆動されるので、
周波数ν0の入射光の大部分は回折して周波数(ド
ツプラ)シフトを受け、1次回折光として周波数
ν0+fDの光が吸収セルCL1に入射する。スイツチ
SW1がオフのときは入射光は全て0次回折光と
して周波数ν0で吸収セルCL1に入射する。スイ
ツチSW1は信号発生器SG1の周波数fnのクロツ
クで駆動されるので、吸収セルCL1に入射する
光は変調周波数fn、変調深さfDの周波数変調を受
けることになる。第2図はCs原子のエネルギー
準位を示す説明図で、第3図のスペクトル吸収線
図に示すように852.112nm付近の波長で9.2GHz離
れた位置に2本の吸収スペクトルを有する。吸収
セルCL1に音響光学変調器UM1で変調された
光が入射すると、第4図の動作説明図に示すよう
に吸収信号の箇所でのみ透過光量が変調を受けて
出力に信号が現れる。この信号を光検出器PD1
で電気信号に変換し増幅器A1を介してロツクイ
ンアンプLA1において周波数fnで同期検波すれ
ば、第5図の周波数特性曲線図に示すような1次
微分波形が得られる。PIDコントローラCT2に
より半導体レーザLD1の電流を制御して、ロツ
クインアンプLA1の出力を前記1次微分波形の
中心のロツク(制御)すれば半導体レーザの出力
光はνs−fD/2の安定な周波数となる。
このような構成の半導体レーザ波長安定化装置
によれば、レーザの発振周波数が変調されていな
いので、瞬時的にも非常に安定な光源となる。
また音響光学変調器UM1の回折効率が変化し
ても、変調に寄与しない光の成分(0次回折光)
が増えて信号強度が下がるのみで、中心波長には
影響しない。
また低い変調周波数fnと高い周波数偏移fDを同
時にとることができるため、レーザ波長の吸収中
心からのずれ検出に関するS/N比が高くなり、
レーザ出力の安定性が優れている。
なお上記の実施例ではロツクインアンプLA1
の参照周波数として変調周波数fnを用いたがその
整数倍の周波数としてもよい。
また吸収セルCL1の標準物質としては、Csの
ほかに例えばRb、NH3、H2Oなどを用いてもよ
い。
また上記の実施例では変調手段として音響光学
変調器を用いているが、これに限らず、例えば電
気光学素子を用いた位相変調器を用いてもよい。
これには例えば縦型変調器、横型変調器、進行波
形変調器などがある(Amnon Yarif:光エレク
トロニクスの基礎(丸善)、p247〜p253)。
また上記の実施例では制御手段の出力で半導体
レーザの電流を制御しているが、これに限らず半
導体レーザの温度を制御してもよい。
第6図は第1図装置の変形例を示す要部構成ブ
ロツク図である。第1図装置と相違する部分は、
正弦波信号発生器SG20(例えば変調周波数fn
=2kHz)でFM変調器FM1を制御することによ
り正弦波で音響光学変調器UM1を変調する点に
ある。
第7図は本発明の第2の実施例の光学系部分を
示す要部構成ブロツク図である。第1図装置と異
なる部分のみについて以下に説明する。HM1は
半導体レーザLD1の出力光を2方向に分離して
その反射光を一方向から音響光学変調器UM1に
入射するハーフミラー、M1はこのハーフミラー
HM1を透過した光を反射してその反射光を別方
向から音響光学変調器UM1に入射するミラーで
ある。スイツチSW1がオフのときはハーフミラ
ーHM1で反射した光は音響光学変調器UM1を
透過して周波数ν0で吸収セルCLに入射する。ス
イツチSW1がオンのときはミラーM1で反射し
た光が音響光学変調器UM1で回折し、周波数ν0
+fDで吸収セルCL1に入射する。
このような構成の半導体レーザ波長安定化装置
によれば、吸収セル内で光路が動かないという利
点がある。
なお上記の各実施例において音響光学変調器
UM1の出射光の一部をポンプ光として吸収セル
に入射し、他の一部を反対の方向から細い光束で
プローブ光として吸収セルに入射して飽和吸収信
号を得る飽和吸収法(堀、角田、北野、薮崎、小
川::飽和吸収分光を用いた半導体レーザの周波
数安定化、信学技報OQE82−116)を用いれば、
より安定な半導体レーザ波長安定化装置を実現す
ることができる。
≪発明の効果≫ 以上述べたように本発明によれば、発振周波数
が瞬時的にも高安定な半導体レーザ波長安定化装
置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図は本発明の一実施例を示す構成ブロツク
図、第2図は第1図装置の動作を説明するための
説明図、第3図は第1図装置の動作を説明するた
めの特性曲線図、第4図は第1図装置の動作を説
明するための動作説明図、第5図は第1図装置の
動作を説明するための第2の特性曲線図、第6図
は第1図装置の変形例を示す要部構成ブロツク
図、第7図は本発明の第2の実施例を示す要部構
成ブロツク図、第8図は従来の半導体レーザ波長
安定化装置を示す構成ブロツク図である。 LD1……半導体レーザ、UM1……音響光学
変調器、SG1……第1の信号発生器、SG2……
第2の信号発生器、SW1……駆動手段、CL1…
…吸収セル、PD1……光検出器、fn……第1の
周波数、fD……第2の周波数、LA1……同期検
波手段。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 標準物質の吸収スペクトル線に半導体レーザ
    の波長を制御して波長を安定化する半導体レーザ
    波長安定化装置において、 半導体レーザLD1と、 この半導体レーザの出力光の一部を入射して周
    波数変調する音響光学変調器UM1と、 第1の周波数信号を発生する第1の信号発生器
    SG1と、 第2の周波数信号を発生する第2の信号発生器
    SG2と、 前記第2の信号発生器の出力を前記第1の信号
    発生器の出力で周波数変調し、この変調信号で前
    記音響光学変調器を駆動する駆動手段SW1と、 前記音響光学変調器が出力する1次回折光およ
    び0次回折光を入射して特定の波長で吸収を起こ
    す標準物質を封入した吸収セルCL1と、 この吸収セルを透過した前記1次回折光および
    0次回折光を電気信号に変換する光検出器PD1
    と、 この光検出器の出力電気信号を前記第1の周波
    数fnまたはその整数倍の周波数で同期検波し、そ
    の検波出力に基づいて前記半導体レーザの発振波
    長を制御する同期検波手段LA1と を備えたことを特徴とする半導体レーザ波長安定
    化装置。 2 標準物質としてRbまたはCsを用いた特許請
    求の範囲第1項記載の半導体レーザ波長安定化装
    置。
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