JPH0462477B2 - - Google Patents

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JPH0462477B2
JPH0462477B2 JP2971686A JP2971686A JPH0462477B2 JP H0462477 B2 JPH0462477 B2 JP H0462477B2 JP 2971686 A JP2971686 A JP 2971686A JP 2971686 A JP2971686 A JP 2971686A JP H0462477 B2 JPH0462477 B2 JP H0462477B2
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JP
Japan
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light
semiconductor laser
output
beam splitter
absorption cell
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JP2971686A
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JPS62188291A (ja
Inventor
Koji Akyama
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Yokogawa Electric Corp
Original Assignee
Yokogawa Electric Corp
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Publication date
Application filed by Yokogawa Electric Corp filed Critical Yokogawa Electric Corp
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Publication of JPS62188291A publication Critical patent/JPS62188291A/ja
Publication of JPH0462477B2 publication Critical patent/JPH0462477B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • H01S5/068Stabilisation of laser output parameters
    • H01S5/0683Stabilisation of laser output parameters by monitoring the optical output parameters
    • H01S5/0687Stabilising the frequency of the laser

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 《産業上の利用分野》 本発明は、半導体レーザ出力光の波長を安定化
する半導体レーザ安定化装置に関するものであ
る。特に半導体レーザの波長を金属ガスの吸収ス
ペクトルに固定した量子標準型半導体レーザ安定
化装置の改良に関する。
《従来の技術》 半導体レーザは、小型、低電力動作、常温動
作、高周波における変調容易性、広い周波数調整
範囲、低価格などの特長により広い分野で利用さ
れている。しかし、その半面、半導体レーザの発
振周波数はレーザ温度およびレーザ電流に大きく
依存するため、これらの微小変化でも発振周波数
は速やかに変化してしまい、その安定度は非常に
悪い。この欠点は、半導体レーザを種々の計測や
高分解能分光に用いる場合に大きな問題となる。
また、光通信においても、将来周波数多重方式へ
と発展するために、半導体レーザの周波数安定化
が重要な条件となる。
周波数安定化の方法として、原子(または分
子、以下同じ)の吸収線を用いる方法があるが、
レーザ光を標準ガスに吸収させると、原子の熱運
動のため、ドツプラ拡がりのある幅広の吸収スペ
クトル線しか得られない。
しかしながら飽和吸収分光では、吸収セルの一
方向からレーザ光をポンプ光として入射し、特定
の速度の標準ガス原子を励起した状態で、反対方
向から同一周波数で強度の弱いプローブ光を入射
する。レーザ周波数が原子の共鳴周波数に一致し
たときのみプローブ光は吸収を受けないので、原
子の熱運動による速度分布の影響を受けず、ドツ
プラ拡がりのない鋭い吸収線を得ることができ
る。これを周波数の標準とすれば周波数安定度を
大幅に高めることができる。(T.Yabuzaki,A.
Hori,M.Kitano,and T.Ogawa:Frequency
Stabilization of Diode Lasers Using Doppler
−Free Atomic Spectra,Proc.Int.Conf.Laser′s
83/堀、門田、北野、藪崎、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) 《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、構成が複雑で装置が大き
く、光学系の調整が面倒という欠点がある。
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、構成が簡単で小型の半導体レーザ
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》 本発明に係る半導体レーザ波長安定化装置は標
準物質の吸収スペクトル線に半導体レーザの波長
を制御することにより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の出力光を入射する偏光
ビームスプリツタと、この偏光ビームスプリツタ
の一方の出力光の一部を入射する標準物質を封入
した吸収セルおよび1/4波長板と、この吸収セル
および1/4波長板を通過した光が入射するミラー
と、このミラーで反射した光を前記1/4波長板、
前記吸収セルおよび前記偏光ビームスプリツタを
介して入射する第1の受光素子と、前記偏光ビー
ムスプリツタの前記一方の出力光の他の一部が前
記吸収セルを透過した光に関連する光を入射する
第2の受光素子とを備え、2つの前記受光素子の
出力を演算し、この演算出力に対応して前記半導
体レーザの電流または温度を駆動することにより
前記吸収セル内の吸収スペクトル線に発振周波数
を制御するように構成した点にある。
《実施例》 以下本発明を図面を用いて詳しく説明する。
第1図は本発明に係る半導体レーザ波長安定化
装置の一実施例を示す構成ブロツク図である。
LD1は半導体レーザ素子、LS1は半導体レーザ
素子LD1の出力光を集光するレンズ、BS1はこ
のレンズLS1を通過した光を入射する偏光ビー
ムスプリツタ、CL1はこの偏光ビームスプリツ
タBS1の透過光を入射しRb,Csなどの金属ガス
が封入された吸収セル、P1はこの吸収セルCL
1を透過する光の一部(図で上側の部分)が入射
する1/4波長板、F1はこの1/4波長板P1の出力
光を入射するNDフイルタ、M1はこのNDフイ
ルタF1の出力光を入射するミラー、PD1はこ
のミラーM1の反射光が前記のフイルタF1、1/
4波長板P1、吸収セルCL1およびビームスプリ
ツタBS1を介して入射する受光素子、BS2は吸
収セルCL1を透過する光の他の一部(図の下側
の部分)を入射するビームスプリツタ、PD2は
このビームスプリツタBS2で反射した光が入射
する第2の受光素子、OP1は前記受光素子PD
1,PD2の出力の演算を行う演算回路、DR1は
この演算回路OP1の出力を入力して半導体レー
ザLD1の注入電流制御を行う駆動回路である。
次に上記のような構成の装置の動作を詳しく説
明する。半導体レーザLD1から出力された光は
レンズLS1で集光されたのち、偏光ビームスプ
リツタBS1に入射する。このとき半導体レーザ
LD1の偏波面はその出力光が偏光ビームスプリ
ツタBS1を全部透過する方向となつている。偏
光ビームスプリツタBS1を透過した光は吸収セ
ルCL1に飽和光(ポンプ光)として入射し吸収
セルCL1内の原子の吸収を受ける。吸収セルCL
1を通過した光の一部(上半分)は1/4波長板P
1に入射して円偏光となり、NDフイルタF1を
介してミラーM1で反射される。ミラーM1の反
射光は再びNDフイルタF1および1/4波長板P
1を介してポンプ光と逆向きのプローブ光として
吸収セルCL1に入射する。このとき吸収セルCL
1中で飽和光とプローブ光の光軸が重なるように
調節されている。吸収セルCL1から出力される
プローブ光は1/4波長板P1を2回通過する間に
偏波面を90°回転されているので、偏光ビームス
プリツタBS1で反射され、受光素子PD1に入射
する。吸収セルCL1を通過した光の他の一部
(下半分)はビームスプリツタBS2に入射し、そ
の透過光は外部への出力光となり、反射光は参照
光として受光素子PD2に入射する。受光素子PD
1の出力と受光素子PD2の出力は演算回路OP1
で演算され、その出力は駆動回路DR1に入力す
る。駆動回路DR1の出力で半導体レーザの電流
を駆動することにより、吸収セルCL1内の基準
ガスの飽和吸収スペクトル信号に半導体レーザの
発振周波数を制御する。
上記装置において、吸収セルCL1に入射した
光はポンプ光として働き、原子を励起して飽和状
態にする。その結果、吸収セルCL1の出射光を
検出する受光素子PD2の出力は第2図の1に示
すような線形吸収(ドツプラ拡がりのある吸収)
を受ける。吸収セルCL1の上側の出力光はNDフ
イルタを2回通過する際に充分減衰された後、ポ
ンプ光として逆方向から吸収セルCL1に入射し
飽和吸収を受ける。すなわち前述のように、レー
ザ周波数が吸収セル内の原子の共鳴周波数に一致
したときのみプローブ光が吸収を受けないので、
ドツプラ拡がりのない鋭い吸収線を得ることがで
きる。この結果、第1の受光素子PD1の出力は
第3図の実線2に示すような飽和吸収特性とな
る。演算回路OP1で例えば受光素子PD2の出力
を調整し、第3図の破線3に一致させて受光素子
PD1の出力から引算し、増幅すると第4図の特
性が得られる。この特性のピーク値になるように
駆動回路DR1内のPID回路を介して半導体レー
ザLD1の電流を制御する。
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、Rb,Csなどの標準ガスあるいはNH3
H2Oなどの飽和吸収スペクトルに周波数を固定
するので、半導体レーザの発振波長が安定とな
る。
また吸収セルと平行あるいは直交するような光
路がなく、従来の装置より光学系の構成が簡単で
小型になる。また光軸の調整等も簡単になる。
また参照光がポンプ光やプローブ光と直交せ
ず、外乱を受けないので、精度・安定性がよい。
なお上記の実施例において駆動回路などにロツ
クインアンプを用いて、飽和吸収信号の1次微分
波形のゼロクロスポイントに周波数を制御しても
よい。
またミラーM1の反射率を小さくすればNDフ
イルタF1を不要にすることもできる。
また上記の実施例とは逆に偏光ビームスプリツ
タBS1において、半導体レーザLD1の出力を反
射させて吸収セルCL1に導き、プローブ光を透
過させて受光素子PD1に導いてもよい。
また上記の実施例において、1/4波長板P1を
吸収セルCL1の前に配置してもよい。また吸収
セルのCL1後ろの場合でも、ミラーM1の手前
に配置してもよい。
また半導体レーザLD1の出射光の偏波面を完
全に偏光ビームスプリツタBS1と合せずに一部
を反射させて外部への出力光とし、ビームスプリ
ツタBS2の代りに同じ位置に受光素子PD2を配
置することにより、ビームスプリツタを1つ省略
するとともに吸収などの外乱を受けない出力光を
得ることができる。
第5図は本発明の第2の実施例を示すための要
部構成斜視図である。第1図装置に対し、1/4波
長板P2,NDフイルタF2およびミラーM2を
吸収セルの出射光の中心部に配置して、中心部の
光を飽和吸収信号に用いるようにしたもので、動
作は第1図の場合と同様である。第6図はこれと
逆に、ドーナツ型の1/4波長板P3、NDフイル
タF3およびミラーM3を用いることにより、周
辺部の光を飽和吸収信号に用いるようにしたもの
である。P4,F4およびM4は第1図の場合と
同様のそれぞれ1/4波長板、NDフイルタおよび
ミラーである。
第7図は本発明の第3の実施例を示すための要
部構成ブロツク図である。第1図装置と異なり、
ビームスプリツタBS2を用いずに、入射光を3
部分に分け、ミラーM5で反射した光を参照光と
し、吸収セルCL1の出力光の一部を直接外部へ
の出力光として取出すものである。
なお上記の各実施例では吸収セル内にガスを封
入した場合を示したが、吸収線はガスに限らない
ので、液体や固体を用いてもよい。
《発明の効果》 以上述べたように本発明によれば、高精度かつ
構成が簡単で小型の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図は本発明に係る半導体レーザ波長安定化
装置の一実施例を示す構成ブロツク図、第2図〜
第4図は第1図装置の動作を説明するための特性
曲線図、第5図および第6図は本発明の第2の実
施例を示すための要部構成斜視図、第7図は本発
明の第3の実施例を示すための要部構成ブロツク
図である。 LD1……半導体レーザ、BS1……偏光ビーム
スプリツタ、CL1……吸収セル、P1……1/4波
長板、M1……ミラー、PD1……第1の受光素
子、PD2……第2の受光素子。

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
    の波長を制御することにより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、 半導体レーザの出力光を入射する偏光ビームス
    プリツタと、この偏光ビームスプリツタの一方の
    出力光の一部を入射する標準物質を封入した吸収
    セルおよび1/4波長板と、この吸収セルおよび1/4
    波長板を通過した光が入射するミラーと、このミ
    ラーで反射した光を前記1/4波長板、前記吸収セ
    ルおよび前記偏光ビームスプリツタを介して入射
    する第1の受光素子と、前記偏光ビームスプリツ
    タの前記一方の出力光の他の一部が前記吸収セル
    を透過した光に関連する光を入射する第2の受光
    素子とを備え、2つの前記受光素子の出力を演算
    し、この演算出力に対応して前記半導体レーザの
    電流または温度を駆動することにより前記吸収セ
    ル内の吸収スペクトル線に発振周波数を制御する
    ように構成したことを特徴とする半導体レーザ波
    長安定化装置。
JP2971686A 1986-02-13 1986-02-13 半導体レ−ザ波長安定化装置 Granted JPS62188291A (ja)

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JPH04116173U (ja) * 1991-03-26 1992-10-16 横河電機株式会社 周波数安定化レ―ザ光源
US10162021B2 (en) * 2013-08-02 2018-12-25 Hitachi, Ltd. Magnetic field measurement device

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