JPH0567832A - Frequency stabilizer for semiconductor laser - Google Patents
Frequency stabilizer for semiconductor laserInfo
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- JPH0567832A JPH0567832A JP4543392A JP4543392A JPH0567832A JP H0567832 A JPH0567832 A JP H0567832A JP 4543392 A JP4543392 A JP 4543392A JP 4543392 A JP4543392 A JP 4543392A JP H0567832 A JPH0567832 A JP H0567832A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】この発明は、フィードバックループに不安定要
因がなく、高いループゲインで半導体レーザの波長を安
定に制御できる半導体レーザ波長安定化回路を提供する
ことを目的とする。
【構成】半導体レーザの出射光を光学共振器を介して光
検出器で受光し、その出力を複数個の増幅器で増幅し、
周波数fの交流信号に応じて光学共振器の共振器長を微
小量変調させながら、交流信号に基づいて複数個の増幅
器の出力を同期検波し、その検波出力に基づいてレーザ
発振波長をフィードバック制御するものであって、複数
個の増幅器の間のいずれかに介在し、フィードバックル
ープの応答時間をτとした場合、周波数fなる信号を通
し、周波数1/(2πτ)以下の信号を遮断するフィル
タを設けるようにしたことを特徴とする。
(57) [Summary] [Object] An object of the present invention is to provide a semiconductor laser wavelength stabilizing circuit which is capable of stably controlling the wavelength of a semiconductor laser with a high loop gain without causing an unstable factor in a feedback loop. [Structure] Light emitted from a semiconductor laser is received by a photodetector through an optical resonator, and its output is amplified by a plurality of amplifiers.
While slightly modulating the resonator length of the optical resonator according to the AC signal of frequency f, the outputs of a plurality of amplifiers are synchronously detected based on the AC signal, and the laser oscillation wavelength is feedback controlled based on the detected output. A filter that is interposed between any of a plurality of amplifiers and that allows a signal of frequency f to pass and cuts off signals of frequency 1 / (2πτ) or less, where τ is the response time of the feedback loop. Is provided.
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】この発明は、コヒーレント光伝送
に用いる半導体レーザ光の波長安定化を図る半導体レー
ザ波長安定化回路に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor laser wavelength stabilizing circuit for stabilizing the wavelength of semiconductor laser light used for coherent optical transmission.
【0002】[0002]
【従来の技術】周知のように、コヒーレント光伝送で
は、光源の波長安定化技術が極めて重要である。従来、
半導体レーザの発振波長を安定化するために、外部回路
によって波長を検出してフィードバック制御を行う手法
がよく知られている。2. Description of the Related Art As is well known, in coherent optical transmission, a wavelength stabilization technique for a light source is extremely important. Conventionally,
In order to stabilize the oscillation wavelength of the semiconductor laser, a method of detecting the wavelength by an external circuit and performing feedback control is well known.
【0003】図6は従来回路の一般的な構成を示すもの
である。半導体レーザ1の前方光は、光学レンズ2によ
って平行光に変換された後、光学レンズ4で光伝送用の
光ファイバ5の端部に集光され、信号伝送に供される。FIG. 6 shows a general structure of a conventional circuit. The forward light of the semiconductor laser 1 is converted into parallel light by the optical lens 2 and then focused on the end of the optical fiber 5 for optical transmission by the optical lens 4 to be used for signal transmission.
【0004】このような半導体レーザ1に対し、波長安
定化回路では、半導体レーザ1の後方光をレンズ8で平
行光に変換し、ファブリペロー共振器9を透過させ、光
学レンズ10で光検出器11に集光する。In contrast to such a semiconductor laser 1, in the wavelength stabilization circuit, the backward light of the semiconductor laser 1 is converted into parallel light by the lens 8, transmitted through the Fabry-Perot resonator 9, and the optical lens 10 detects the light. Focus on 11.
【0005】ここで、ファブリペロー共振器9は光軸に
垂直に反射鏡91,92を配置し、その間に水晶体93
を介して構成される。水晶体93の側面には一対の電極
14,15が平行に対向配置されている。これらの電極
14,15は交流信号発生器16に接続される。すなわ
ち、ファブリペロー媒質(水晶体91)の電気光学効果
を利用し、共振器長を交流信号発生器16で微小量変調
するようにしている。Here, the Fabry-Perot resonator 9 has reflecting mirrors 91 and 92 arranged perpendicularly to the optical axis, and a crystalline lens 93 between them.
Configured through. A pair of electrodes 14 and 15 are arranged in parallel and opposite to each other on the side surface of the crystalline lens 93. These electrodes 14 and 15 are connected to an AC signal generator 16. That is, the resonator length is minutely modulated by the AC signal generator 16 by utilizing the electro-optical effect of the Fabry-Perot medium (lens 91).
【0006】上記光検出器11の出力は増幅器19,2
0によって増幅された後、同期検波器17に供給され
る。上記交流信号発生器16で発生された交流信号は同
期検波器17にも供給される。この同期検波器17は増
幅器20の出力信号を交流信号に基づいて同期検波す
る。The output of the photodetector 11 is the amplifiers 19, 2
After being amplified by 0, it is supplied to the synchronous detector 17. The AC signal generated by the AC signal generator 16 is also supplied to the synchronous detector 17. The synchronous detector 17 synchronously detects the output signal of the amplifier 20 based on the AC signal.
【0007】この同期検波器17の出力はファブリペロ
ー波長透過特性の一次微分に比例している。この信号は
誤差信号としてフィードバック制御器18に供給され
る。このフィードバック制御器18は誤差信号に基づい
て半導体レーザ1の注入電流を変化させ、その発振波長
をフィードバック制御し、これによって半導体レーザの
出射光周波数を安定化する。The output of the synchronous detector 17 is proportional to the first derivative of the Fabry-Perot wavelength transmission characteristic. This signal is supplied to the feedback controller 18 as an error signal. The feedback controller 18 changes the injection current of the semiconductor laser 1 based on the error signal and feedback-controls the oscillation wavelength thereof, thereby stabilizing the emission light frequency of the semiconductor laser.
【0008】ところで、半導体レーザの発振波長を制御
する場合、上述のように、一般に半導体レーザの注入電
流を制御するが、注入電流の変化は発振波長ばかりでな
く、出力レベルも変動する。このため、発振出力レベル
の変動分も増幅器19,20によって増幅されてしま
い、場合によっては増幅器19の出力が飽和したり、同
期検波器17に過大入力が供給されたりする。このこと
は、フィードバックループを著しく不安定にし、高いル
ープゲインを設定すると発振の原因になる。したがっ
て、従来の波長安定化回路ではループゲインを高く取れ
ず、比例制御のみでは制御誤差が増大する等の問題が生
じた。When the oscillation wavelength of the semiconductor laser is controlled, the injection current of the semiconductor laser is generally controlled as described above, but the change of the injection current varies not only the oscillation wavelength but also the output level. Therefore, the fluctuation amount of the oscillation output level is also amplified by the amplifiers 19 and 20, and the output of the amplifier 19 is saturated or the excessive input is supplied to the synchronous detector 17 in some cases. This makes the feedback loop extremely unstable and causes oscillation when a high loop gain is set. Therefore, in the conventional wavelength stabilization circuit, the loop gain cannot be made high, and there arises a problem that the control error increases only by the proportional control.
【0009】また、半導体レーザを直接変調する場合に
は、変調信号に合わせて半導体レーザへの注入電流を変
化させるため、変調に伴う発振波長の変動と発振出力の
変動が生じる。このため、光検波器11の出力レベルが
変動し、この変動も増幅器19,20によって増幅され
てしまい、これによってフィードバックループに変調信
号が混入し、増幅器19の出力が飽和したり、同期検波
器17に過大入力が供給されたりする。したがって、従
来の波長安定化回路では、半導体レーザを直接変調する
場合、フィードバックループに変調信号が混入して、フ
ィードバックループが著しく不安定となるという問題が
生じた。Further, when the semiconductor laser is directly modulated, the injection current to the semiconductor laser is changed according to the modulation signal, so that the oscillation wavelength and the oscillation output fluctuate due to the modulation. Therefore, the output level of the photodetector 11 fluctuates, and this fluctuation is also amplified by the amplifiers 19 and 20, which mixes the modulation signal in the feedback loop, saturates the output of the amplifier 19, or causes the synchronous detector to be detected. Excessive input is supplied to 17. Therefore, in the conventional wavelength stabilization circuit, when the semiconductor laser is directly modulated, the modulation signal is mixed in the feedback loop, which causes a problem that the feedback loop becomes extremely unstable.
【0010】[0010]
【発明が解決しようとする課題】以上述べたように、従
来の半導体レーザ波長安定化回路では、フィードバック
ループのループゲインを高く設定すると発振の原因にな
り、ループゲインを高く取れず、比例制御のみでは制御
誤差が増大する等の問題が生じた。また、半導体レーザ
を直接変調する場合、フィードバックループに変調信号
が混入し、フィードバックループを著しく不安定にする
という問題が生じた。As described above, in the conventional semiconductor laser wavelength stabilization circuit, if the loop gain of the feedback loop is set high, it causes oscillation, and the loop gain cannot be set high. Then, problems such as an increase in control error occurred. Further, when the semiconductor laser is directly modulated, a modulation signal is mixed in the feedback loop, which causes a problem of making the feedback loop extremely unstable.
【0011】この発明は上記の問題を解決するためにな
されたもので、フィードバックループに不安定要因がな
く、高いループゲインで半導体レーザの波長を安定に制
御でき、さらには半導体レーザを直接変調する場合に
も、フィードバックループへの変調信号の混入を防止し
て、ループの安定動作を実現できる半導体レーザ波長安
定化回路を提供することを目的とする。The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems. The feedback loop has no instability factor, the wavelength of the semiconductor laser can be stably controlled with a high loop gain, and the semiconductor laser is directly modulated. Even in this case, it is an object of the present invention to provide a semiconductor laser wavelength stabilization circuit which can prevent a modulation signal from entering the feedback loop and realize stable operation of the loop.
【0012】[0012]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
にこの発明に係る半導体レーザ波長安定化回路は、半導
体レーザの出射光を入射し特定の波長で共振させる光学
共振器またはガスセルと、この光学共振器またはガスセ
ルの出射光を受光して電気信号に変換する光検出器と、
この光検出器の出力を複数個の増幅器を介して増幅する
増幅手段と、周波数fの交流信号を発生する交流信号源
と、この交流信号源の出力に基づいて前記光学共振器の
共振器長を実質的に微少量変調させる変調手段と、前記
交流信号源の出力に基づいて前記信号増幅手段の出力を
同期検波する同期検波器と、この同期検波器の検波出力
に基づいて前記半導体レーザの発振波長をフィードバッ
ク制御するフィードバック制御器と、前記増幅手段の複
数個の増幅器の間のいずれかに介在し、フィードバック
ループの応答時間をτとした場合、前記周波数fなる信
号を通し、周波数1/(2πτ)以下の信号を遮断する
第1のフィルタとを具備することを第1の特徴とする。In order to achieve the above object, a semiconductor laser wavelength stabilizing circuit according to the present invention comprises an optical resonator or a gas cell which makes emitted light of a semiconductor laser incident and resonates at a specific wavelength. A photodetector that receives the light emitted from the optical resonator or the gas cell and converts it into an electrical signal,
Amplifying means for amplifying the output of the photodetector through a plurality of amplifiers, an AC signal source for generating an AC signal of frequency f, and a resonator length of the optical resonator based on the output of the AC signal source. Of the semiconductor laser based on the detection output of the synchronous detector and the synchronous detector that synchronously detects the output of the signal amplifying means based on the output of the AC signal source. When a feedback controller for feedback controlling the oscillation wavelength and one of a plurality of amplifiers of the amplifying means are provided and the response time of the feedback loop is τ, the signal of the frequency f is passed and the frequency 1 / The first feature is that the first filter is provided to cut off signals of (2πτ) or less.
【0013】さらに、前記増幅手段の複数個の増幅器の
間のいずれかに介在し、前記半導体レーザの発振波長を
変調する変調信号の周波数成分のうち、最も低い周波数
をFとした場合、前記周波数fなる信号を通し、周波数
F以上の信号を遮断する第2のフィルタを具備すること
を第2の特徴とする。Further, if the lowest frequency among the frequency components of the modulation signal that intervenes between any of the plurality of amplifiers of the amplifying means and modulates the oscillation wavelength of the semiconductor laser is F, then the frequency is A second feature is that a second filter is provided, which passes a signal of f and cuts off a signal of frequency F or higher.
【0014】また、前記第1、第2のフィルタの代わり
に、前記増幅手段の複数個の増幅器の間のいずれかに介
在し、フィードバックループの応答時間をτ、前記半導
体レーザの発振波長を変調する変調信号の周波数成分の
うち最も低い周波数をFとした場合、前記周波数fなる
信号を通し、周波数1/(2πτ)以下の信号及び周波
数F以上の信号を遮断するフィルタとを具備することを
第3の特徴とする。Further, instead of the first and second filters, it is interposed between any of a plurality of amplifiers of the amplifying means, the response time of the feedback loop is τ, and the oscillation wavelength of the semiconductor laser is modulated. When the lowest frequency of the frequency components of the modulated signal is F, a filter that allows the signal of the frequency f to pass and cuts off signals of frequency 1 / (2πτ) or less and signals of frequency F or more is provided. This is the third feature.
【0015】[0015]
【作用】まず、波長を安定化するために1/(2πτ)
以下の周波数成分の信号が半導体レーザに加わると、光
検出器の出力信号に、交流信号の周波数fを中心とした
信号のみならず、半導体レーザの発振出力変動による1
/(2πτ)以下の周波数成分を有する信号が混在す
る。そこで、上記第1の特徴とする構成では後者の信号
を第1のフィルタで除去し、ループ動作を不安定にする
原因を取り除くようにしている。[Function] First, in order to stabilize the wavelength, 1 / (2πτ)
When signals of the following frequency components are applied to the semiconductor laser, the output signal of the photodetector is not limited to the signal centered on the frequency f of the AC signal, but 1
Signals having frequency components of / (2πτ) or less are mixed. Therefore, in the configuration having the first characteristic, the latter signal is removed by the first filter to eliminate the cause of making the loop operation unstable.
【0016】また、半導体レーザを直接変調する場合に
あっては、波長安定化のためにさらにF以上の周波数成
分の信号が半導体レーザに加わると、光検出器の出力信
号に、さらに半導体レーザの直接変調に伴う発振出力の
変動による周波数F以上の信号が混在する。そこで、上
記第2の特徴とする構成では、この周波数F以上の信号
を第2のフィルタで除去し、ループ動作を不安定にする
原因を取り除くようにしている。Further, in the case where the semiconductor laser is directly modulated, when a signal having a frequency component of F or more is applied to the semiconductor laser for wavelength stabilization, the output signal of the photodetector is further added to the output signal of the semiconductor laser. Signals of frequency F or higher are mixed due to fluctuations in oscillation output due to direct modulation. Therefore, in the configuration having the second characteristic, the signal having the frequency F or higher is removed by the second filter to eliminate the cause of making the loop operation unstable.
【0017】第3の特徴とする構成では、半導体レーザ
の発振出力変動による1/(2πτ)以下の周波数成分
を有する信号と半導体レーザの直接変調に伴う発振出力
の変動によるF以上の周波数成分を有する信号を一つの
フィルタで除去し、ループ動作を不安定にする原因を取
り除くようにしている。尚、光検出器の出力信号から1
/(2πτ)以下及びF以上の周波数信号成分を取り除
いてもフィードバック制御系に悪影響を与えることはま
ったくない。In the third characteristic configuration, a signal having a frequency component of 1 / (2πτ) or less due to the oscillation output variation of the semiconductor laser and a frequency component of F or more due to the oscillation output variation due to the direct modulation of the semiconductor laser are provided. The signal which it has is removed by one filter, and the cause of making the loop operation unstable is eliminated. From the output signal of the photodetector, 1
Even if the frequency signal components below / (2πτ) and above F are removed, the feedback control system is not adversely affected.
【0018】[0018]
【実施例】以下、図1乃至図5を参照してこの発明の実
施例を説明する。図1はその構成を示すものである。但
し、図1において図6と同一部分には同一符号を付して
示す。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENT An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. FIG. 1 shows the configuration. However, in FIG. 1, the same parts as those in FIG. 6 are designated by the same reference numerals.
【0019】図1において、半導体レーザ1の左方出射
光はレンズ2,4によって光ファイバ5に集光され、光
信号の伝送に供される。右方出射光はレンズ8によって
平行光に変換され、ファブリペロー共振器9を通過した
後、レンズ10で光検出器11に集光される。91,9
2はファブリペロー共振器9を形成する反射鏡である。
ファブリペロー共振器9を形成する媒質(水晶体)93
は電気光学効果を有するものとする。光検出器11の出
力は増幅器19で増幅された後、ハイパスフィルタ30
を通過して、次段の増幅器20でさらに増幅され、同期
検波器17に入力される。In FIG. 1, the light emitted from the left side of the semiconductor laser 1 is focused on the optical fiber 5 by the lenses 2 and 4 and used for the transmission of optical signals. The light emitted to the right is converted into parallel light by the lens 8, passes through the Fabry-Perot resonator 9, and then is condensed by the lens 10 on the photodetector 11. 91, 9
Reference numeral 2 is a reflecting mirror forming the Fabry-Perot resonator 9.
Medium (lens) 93 that forms the Fabry-Perot resonator 9
Has an electro-optical effect. The output of the photodetector 11 is amplified by the amplifier 19 and then amplified by the high-pass filter 30.
Is further amplified by the amplifier 20 of the next stage and input to the synchronous detector 17.
【0020】一方、ファブリペロー共振器9には一対の
電極14,15が形成されており、ファブリペロー媒質
の電気光学効果を利用し、共振器長を交流信号発生器1
6で変調するようになされている。この交流信号は同期
検波器17にも供給され、光検出器11の信号が同期検
波に供される。同期検波器17の出力はファブリペロー
波長透過特性の一次微分に比例しており、この信号は誤
差信号としてフィードバック制御器18に供給され、半
導体レーザ1の発振波長のフィードバック制御に供され
る。すなわち、この発明は従来の波長安定化回路がルー
プゲインを高く取れない原因を究明し、対策を講じるこ
とにある。On the other hand, a pair of electrodes 14 and 15 are formed in the Fabry-Perot resonator 9, and the resonator length is set to the AC signal generator 1 by utilizing the electro-optic effect of the Fabry-Perot medium.
It is designed to be modulated by 6. This AC signal is also supplied to the synchronous detector 17, and the signal of the photodetector 11 is used for synchronous detection. The output of the synchronous detector 17 is proportional to the first derivative of the Fabry-Perot wavelength transmission characteristic, and this signal is supplied to the feedback controller 18 as an error signal and used for feedback control of the oscillation wavelength of the semiconductor laser 1. That is, the present invention is to investigate the reason why the conventional wavelength stabilization circuit cannot obtain a high loop gain and take a countermeasure.
【0021】一般に、半導体レーザの発振波長を制御す
る場合、前述したように半導体レーザの注入電流を制御
するが、注入電流の変化は発振波長ばかりでなく発振出
力レベルも変動させる。いま、制御ループの応答時間を
τとすれば、1/(2πτ)以下の周波数成分の信号が
半導体レーザ1に加わり、制御することになる。Generally, when controlling the oscillation wavelength of a semiconductor laser, the injection current of the semiconductor laser is controlled as described above, but the change of the injection current changes not only the oscillation wavelength but also the oscillation output level. Now, assuming that the response time of the control loop is τ, a signal having a frequency component of 1 / (2πτ) or less is added to the semiconductor laser 1 for control.
【0022】したがって、光検出器11の出力信号に
は、交流信号発生器16の周波数fを中心とした信号
と、半導体レーザ1の発振出力変動による1/(2π
τ)以下の周波数成分を有する信号が混在することにな
る。後者の信号成分が取り除かれることなく増幅器2
0、同期検波器17に入力されると、制御ループを不安
定にする原因となる。Therefore, the output signal of the photodetector 11 is a signal centered on the frequency f of the AC signal generator 16 and 1 / (2π due to fluctuations in the oscillation output of the semiconductor laser 1).
Signals having frequency components equal to or lower than τ) are mixed. The amplifier 2 without the latter signal component being removed
When 0 is input to the synchronous detector 17, it causes instability in the control loop.
【0023】そこで、増幅器20に信号が入力する前に
ハイパスフィルタ30で1/(2πτ)以下の周波数成
分の信号を遮断する。すなわち、ハイパスフィルタ30
の遮断周波数fcは次式を満たすように設定する。 1/(2πτ)<fc<f このようにフィルタ30の遮断周波数特性を設定すれ
ば、本来必要な周波数成分fの信号は遮断されず、不安
定要素を与える成分のみが低減される。Therefore, before the signal is input to the amplifier 20, the high-pass filter 30 blocks a signal having a frequency component of 1 / (2πτ) or less. That is, the high pass filter 30
The cutoff frequency fc of is set so as to satisfy the following equation. 1 / (2πτ) <fc <f By setting the cutoff frequency characteristic of the filter 30 in this way, the signal of the originally required frequency component f is not cut off, and only the component that gives an unstable element is reduced.
【0024】したがって、上記構成による半導体レーザ
波長安定化回路は、注入電流の変化による発振出力レベ
ルの変動成分を補償し、制御ループ中の不安定要素を取
り除いているので、高いループゲインで半導体レーザの
波長を安定に制御することができる。Therefore, the semiconductor laser wavelength stabilizing circuit having the above structure compensates the fluctuation component of the oscillation output level due to the change of the injection current and removes the unstable element in the control loop, so that the semiconductor laser with a high loop gain is obtained. The wavelength of can be controlled stably.
【0025】図2、図3は半導体レーザを直接変調する
場合の実施例を示すものである。尚、図2、図3におい
て、図1と同一部分には同一符号を付して、その説明を
省略する。2 and 3 show an embodiment in the case of directly modulating a semiconductor laser. 2 and 3, the same parts as those in FIG. 1 are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted.
【0026】図2において、半導体レーザ1を直接変調
する場合、変調信号を加算器6を通じて注入電流に加算
して半導体レーザ1を変調させる。このとき、変調に伴
って、半導体レーザ1における発振出力レベルの変動と
発振波長の変動が生じる。したがって、光検出器11の
出力信号には、前記周波数fを中心とした信号と1/
(2πτ)以下の周波数成分の信号以外に変調信号が混
在することになる。In FIG. 2, when the semiconductor laser 1 is directly modulated, the modulation signal is added to the injection current through the adder 6 to modulate the semiconductor laser 1. At this time, the oscillation output level variation and the oscillation wavelength variation in the semiconductor laser 1 occur due to the modulation. Therefore, the output signal of the photodetector 11 includes a signal centered on the frequency f and 1 /
Modulation signals are mixed in addition to signals having frequency components of (2πτ) or less.
【0027】そこで、増幅器20に信号が入力される前
に、ローパスフィルタ31で変調信号を遮断する。すな
わち、変調信号の周波数成分のうち最も低い周波数をF
とした場合、ローパスフィルタ31の遮断周波数fc2
は次式を満たすように設定される。 f<fc2 <F この実施例においても、このようにフィルタ31の遮断
周波数特性を設定すれば、変調信号は遮断され、高いル
ープゲインで半導体レーザを安定に制御することができ
る。Therefore, before the signal is input to the amplifier 20, the low pass filter 31 blocks the modulated signal. That is, the lowest frequency of the frequency components of the modulated signal is F
, The cutoff frequency fc2 of the low-pass filter 31
Is set to satisfy the following equation. f <fc2 <F Also in this embodiment, if the cutoff frequency characteristic of the filter 31 is set in this way, the modulation signal is cut off, and the semiconductor laser can be stably controlled with a high loop gain.
【0028】また、変調信号が加算器6に入力される前
に、制御ループ中において周波数成分fの信号に外乱を
与えるような周波数成分を遮断するフィルタ35を挿入
してもよい。すなわち、フィルタ35は次式を満たすよ
うな遮断周波数fc3 を持つハイパスフィルタである。 f<fc3 <F また、フィルタ35は、中心周波数fのバンドエリミネ
ーションフィルタでもよい。Before the modulated signal is input to the adder 6, a filter 35 may be inserted in the control loop to cut off a frequency component which gives a disturbance to the signal of the frequency component f. That is, the filter 35 is a high-pass filter having a cutoff frequency fc3 that satisfies the following equation. f <fc3 <F Further, the filter 35 may be a band elimination filter having a center frequency f.
【0029】以上のようにフィルタ35の遮断周波数特
性を設定すれば、変調信号を確実に遮断することがで
き、半導体レーザの発振波長制御の安定性をさらに向上
させることができる。By setting the cutoff frequency characteristic of the filter 35 as described above, the modulated signal can be cut off without fail, and the stability of the oscillation wavelength control of the semiconductor laser can be further improved.
【0030】図3に示す波長安定化回路は、前記ハイパ
スフィルタ30、ローパスフィルタ31の代わりに、中
心周波数fのバンドパスフィルタ32を用いる。すなわ
ち、このバンドパスフィルタ32の低域遮断周波数fc
1 、高域遮断周波数fc2 は次式を満たすように設定す
る。 1/(2πτ)<fc1 <f<fc2 <FThe wavelength stabilizing circuit shown in FIG. 3 uses a bandpass filter 32 having a center frequency f in place of the highpass filter 30 and the lowpass filter 31. That is, the low cutoff frequency fc of the bandpass filter 32.
1, the high cutoff frequency fc2 is set to satisfy the following equation. 1 / (2πτ) <fc1 <f <fc2 <F
【0031】この実施例においても、上記のようにフィ
ルタ32の遮断周波数特性を設定すれば、変調信号は遮
断され、高いループゲインで半導体レーザを安定に制御
することができる。Also in this embodiment, if the cutoff frequency characteristic of the filter 32 is set as described above, the modulation signal is cut off and the semiconductor laser can be stably controlled with a high loop gain.
【0032】この発明は図1に示したファブリペロー共
振器以外の系でも適用できる。図4、図5にそれぞれこ
の発明に係る他の実施例を示す。尚、図4、図5におい
て、それぞれ図1と同一部分には同一符号を付して、そ
の説明を省略する。The present invention can be applied to systems other than the Fabry-Perot resonator shown in FIG. 4 and 5 show other embodiments according to the present invention. 4 and 5, the same parts as those in FIG. 1 are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.
【0033】図4に示す波長安定化回路は、ファブリペ
ロー共振器9には電極のない通常の物を使用し、かわり
に交流信号発生器の出力を加算器6を通じて注入電流に
加算し、これによって半導体レーザ1の出射光を直接変
調するようにしたものである。この実施例においても、
増幅器19,20の間にハイパスフィルタ30を設ける
ことにより、高いループゲインでの安定性を向上させる
ことができる。The wavelength stabilizing circuit shown in FIG. 4 uses a normal Fabry-Perot resonator 9 without electrodes, and instead adds the output of the AC signal generator to the injection current through the adder 6, The emitted light of the semiconductor laser 1 is directly modulated by. Also in this example,
By providing the high-pass filter 30 between the amplifiers 19 and 20, the stability at high loop gain can be improved.
【0034】図5に示す波長安定化回路は、図2のファ
ブリペロー共振器9のかわりにガスセル3を用い、ガス
セル3の所定の吸収線を利用して波長の安定化を図るも
のである。この実施例においても、増幅器19,20の
間にハイパスフィルタ30を挿入することによって、高
いループゲインでの安定性を向上させることができる。
この他、リング共振器やマッハツェンダー干渉計等の光
学共振器を利用する例についても同様に適用可能であ
る。The wavelength stabilizing circuit shown in FIG. 5 uses the gas cell 3 instead of the Fabry-Perot resonator 9 of FIG. 2 and stabilizes the wavelength by utilizing a predetermined absorption line of the gas cell 3. Also in this embodiment, by inserting the high-pass filter 30 between the amplifiers 19 and 20, the stability at a high loop gain can be improved.
Besides, the same can be applied to an example using an optical resonator such as a ring resonator or a Mach-Zehnder interferometer.
【0035】[0035]
【発明の効果】以上詳述したようにこの発明によれば、
フィードバックループに不安定要因がなく、高いループ
ゲインで半導体レーザの波長を安定に制御できる半導体
レーザ波長安定化回路を提供することができる。As described in detail above, according to the present invention,
It is possible to provide a semiconductor laser wavelength stabilization circuit that can stably control the wavelength of a semiconductor laser with a high loop gain without causing an unstable factor in the feedback loop.
【図1】この発明の一実施例に係る半導体レーザ波長安
定化回路の構成を示すブロック図。FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a semiconductor laser wavelength stabilization circuit according to an embodiment of the present invention.
【図2】この発明の他の実施例に係り、半導体レーザを
直接変調する場合の構成を示すブロック図。FIG. 2 is a block diagram showing a configuration for directly modulating a semiconductor laser according to another embodiment of the present invention.
【図3】この発明の他の実施例に係り、図2のハイパス
フィルタ及びローパスフィルタに代わってバンドパスフ
ィルタを使用した場合の構成を示すブロック図。FIG. 3 is a block diagram showing a configuration when a bandpass filter is used in place of the highpass filter and the lowpass filter of FIG. 2 according to another embodiment of the present invention.
【図4】この発明の他の実施例に係り、半導体レーザへ
の注入電流を交流信号で変調させる場合の構成を示すブ
ロック図。FIG. 4 is a block diagram showing a configuration when an injection current to a semiconductor laser is modulated by an AC signal according to another embodiment of the present invention.
【図5】この発明の他の実施例に係り、図2のファブリ
ペロー共振器に代わってガスセルを使用した場合の構成
を示すブロック図。5 is a block diagram showing a configuration when a gas cell is used instead of the Fabry-Perot resonator shown in FIG. 2 according to another embodiment of the present invention.
【図6】従来の半導体レーザ波長安定化回路の構成を示
すブロック図。FIG. 6 is a block diagram showing a configuration of a conventional semiconductor laser wavelength stabilization circuit.
1…半導体レーザ、2,4,8,10…光学レンズ、3
…ガスセル、5…光ファイバ、6…加算器、9…ファブ
リペロー共振器、91,92…反射鏡、93…水晶体、
11…光検出器、14,15…電極、16…交流信号発
生器、17…同期検波器、18…フィードバック制御
器、19,20…増幅器、30…ハイパスフィルタ、3
1…ローパスフィルタ、32…バンドパスフィルタ,3
5…フィルタ。1 ... Semiconductor laser, 2, 4, 8, 10 ... Optical lens, 3
... gas cell, 5 ... optical fiber, 6 ... adder, 9 ... Fabry-Perot resonator, 91, 92 ... reflecting mirror, 93 ... crystalline lens,
11 ... Photodetector, 14, 15 ... Electrode, 16 ... AC signal generator, 17 ... Synchronous detector, 18 ... Feedback controller, 19, 20 ... Amplifier, 30 ... High-pass filter, 3
1 ... Low-pass filter, 32 ... Band-pass filter, 3
5 ... Filter.
Claims (9)
長で共振させる光学共振器と、この光学共振器の出射光
を受光して電気信号に変換する光検出器と、この光検出
器の出力を複数個の増幅器を介して増幅する増幅手段
と、周波数fの交流信号を発生する交流信号源と、この
交流信号源の出力に基づいて前記光学共振器の共振器長
を微少量変調させる変調手段と、前記交流信号源の出力
に基づいて前記信号増幅手段の出力を同期検波する同期
検波器と、この同期検波器の検波出力に基づいて前記半
導体レーザの発振波長をフィードバック制御するフィー
ドバック制御器と、前記増幅手段の複数個の増幅器の間
のいずれかに介在し、フィードバックループの応答時間
をτとした場合、前記周波数fなる信号を通し、周波数
1/(2πτ)以下の信号を遮断する第1のフィルタと
を具備する半導体レーザ波長安定化回路。1. An optical resonator for making emitted light of a semiconductor laser incident and resonating at a specific wavelength, a photodetector for receiving the emitted light of the optical resonator and converting it into an electric signal, and a photodetector of the photodetector. Amplifying means for amplifying the output through a plurality of amplifiers, an AC signal source for generating an AC signal of frequency f, and a resonator length of the optical resonator is minutely modulated based on the output of the AC signal source. Modulation means, a synchronous detector for synchronously detecting the output of the signal amplifying means based on the output of the AC signal source, and feedback control for feedback controlling the oscillation wavelength of the semiconductor laser based on the detection output of the synchronous detector. If the response time of the feedback loop is τ, which is interposed between any one of the amplifier and the plurality of amplifiers of the amplification means, the signal of the frequency f is passed and the signal of frequency 1 / (2πτ) or less is passed. A semiconductor laser wavelength stabilizing circuit including a first filter for blocking the signal.
の間のいずれかに介在し、前記半導体レーザの発振波長
を変調する変調信号の周波数成分のうち、最も低い周波
数をFとした場合、前記周波数fなる信号を通し、周波
数F以上の信号を遮断する第2のフィルタを具備するこ
とを特徴とする請求項1記載の半導体レーザ波長安定化
回路。2. When F is the lowest frequency component of the frequency components of the modulation signal that intervenes between any of the plurality of amplifiers of the amplification means and modulates the oscillation wavelength of the semiconductor laser, 2. The semiconductor laser wavelength stabilizing circuit according to claim 1, further comprising a second filter that allows the signal of the frequency f to pass and cuts off signals of the frequency F and higher.
長で共振させる光学共振器と、この光学共振器の出射光
を受光して電気信号に変換する光検出器と、この光検出
器の出力を複数個の増幅器を介して増幅する増幅手段
と、周波数fの交流信号を発生する交流信号源と、この
交流信号源の出力に基づいて前記光学共振器の共振器長
を微少量変調させる変調手段と、前記交流信号源の出力
に基づいて前記信号増幅手段の出力を同期検波する同期
検波器と、この同期検波器の検波出力に基づいて前記半
導体レーザの発振波長をフィードバック制御するフィー
ドバック制御器と、前記増幅手段の複数個の増幅器の間
のいずれかに介在し、フィードバックループの応答時間
をτ、前記半導体レーザの発振波長を変調する変調信号
の周波数成分のうち最も低い周波数をFとした場合、前
記周波数fなる信号を通し、周波数1/(2πτ)以下
の信号及び周波数F以上の信号を遮断するフィルタとを
具備する半導体レーザ波長安定化回路。3. An optical resonator for making the emitted light of a semiconductor laser incident and resonating at a specific wavelength, a photodetector for receiving the emitted light of this optical resonator and converting it into an electric signal, and a photodetector of this photodetector. Amplifying means for amplifying the output through a plurality of amplifiers, an AC signal source for generating an AC signal of frequency f, and a resonator length of the optical resonator is minutely modulated based on the output of the AC signal source. Modulation means, a synchronous detector for synchronously detecting the output of the signal amplifying means based on the output of the AC signal source, and feedback control for feedback controlling the oscillation wavelength of the semiconductor laser based on the detection output of the synchronous detector. Between the amplifier and the plurality of amplifiers of the amplifying means, the response time of the feedback loop is τ, and the frequency component of the modulation signal that modulates the oscillation wavelength of the semiconductor laser is the maximum. If the lower frequency is F, the through frequency f becomes signal, frequency 1 / semiconductor laser wavelength stabilization circuit comprising a filter that blocks (2.pi..tau) following signal and the frequency F or more signals.
に平行に対向配置されたファブリペロー共振器であり、
前記変調手段は前記交流信号源の出力を前記ファブリペ
ロー共振器の一対の電極に印加して共振器長を変化させ
ることにより実現することを特徴とする請求項1及び3
いずれか記載の半導体レーザ波長安定化回路。4. The optical resonator is a Fabry-Perot resonator in which a pair of electrodes are arranged opposite to each other in parallel with a transmission optical path,
4. The modulation means is realized by applying the output of the AC signal source to a pair of electrodes of the Fabry-Perot resonator to change the resonator length.
The semiconductor laser wavelength stabilization circuit according to any one of the above.
を前記半導体レーザへの注入電流量に加算して光波長を
変調することにより、共振器長を変調することと等価と
ならしめることにより実現することを特徴とする請求項
及び3いずれか記載の半導体レーザ波長安定化回路。5. The modulator is equivalent to modulating the resonator length by adding the output of the AC signal source to the amount of current injected into the semiconductor laser to modulate the optical wavelength. 4. The semiconductor laser wavelength stabilizing circuit according to claim 3, which is realized by
長の光を吸収するガスセルと、このガスセルの出射光を
受光して電気信号に変換する光検出器と、この光検出器
の出力を複数個の増幅器を介して増幅する増幅手段と、
周波数fの交流信号を発生する交流信号源と、この交流
信号源の出力に基づいて前記半導体レーザの発振波長を
変調する変調手段と、前記交流信号源の出力に基づいて
前記増幅手段の出力を同期検波する同期検波器と、この
同期検波器の検波出力に基づいて前記半導体レーザの発
振波長をフィードバック制御するフィードバック制御器
と、前記増幅手段の複数個の増幅器の間のいずれかに介
在し、フィードバックループの応答時間をτとした場
合、前記周波数fなる信号を通し、周波数1/(2π
τ)以下の信号を遮断する第1のフィルタとを具備する
半導体レーザ波長安定化回路。6. A gas cell that receives the emitted light of a semiconductor laser and absorbs light of a certain wavelength, a photodetector that receives the emitted light of this gas cell and converts it into an electrical signal, and the output of this photodetector. Amplification means for amplifying through a plurality of amplifiers,
An alternating current signal source for generating an alternating current signal of frequency f; a modulating means for modulating the oscillation wavelength of the semiconductor laser based on the output of the alternating current signal source; and an output of the amplifying means based on the output of the alternating current signal source. Synchronous detector for synchronous detection, a feedback controller for feedback controlling the oscillation wavelength of the semiconductor laser based on the detection output of the synchronous detector, and interposed between any of a plurality of amplifiers of the amplifying means, When the response time of the feedback loop is τ, the signal of the frequency f is passed and the frequency 1 / (2π
A semiconductor laser wavelength stabilization circuit comprising: a first filter for blocking signals equal to or less than τ).
の間のいずれかに介在し、前記半導体レーザの発振波長
を変調する変調信号の周波数成分のうち最も低い周波数
をFとした場合、前記周波数fなる信号を通し、周波数
F以上の信号を遮断する第2のフィルタを具備すること
を特徴とする請求項6記載の半導体レーザ波長安定化回
路。7. If the lowest frequency of the frequency components of the modulation signal that intervenes between any of the plurality of amplifiers of the amplification means and modulates the oscillation wavelength of the semiconductor laser is F, then 7. The semiconductor laser wavelength stabilizing circuit according to claim 6, further comprising a second filter that allows a signal having a frequency f to pass and cuts off a signal having a frequency F or higher.
長の光を吸収するガスセルと、このガスセルの出射光を
受光して電気信号に変換する光検出器と、この光検出器
の出力を複数個の増幅器を介して増幅する増幅手段と、
周波数fの交流信号を発生する交流信号源と、この交流
信号源の出力に基づいて前記半導体レーザの発振波長を
変調する変調手段と、前記交流信号源の出力に基づいて
前記増幅手段の出力を同期検波する同期検波器と、この
同期検波器の検波出力に基づいて前記半導体レーザの発
振波長をフィードバック制御するフィードバック制御器
と、前記増幅手段の複数個の増幅器の間のいずれかに介
在し、フィードバックループの応答時間をτ、前記半導
体レーザの発振波長を変調する変調信号の周波数成分の
うち最も低い周波数をFとした場合、前記周波数fなる
信号を通し、1/(2πτ)以下の信号及び周波数F以
上の信号を遮断するフィルタとを具備する半導体レーザ
波長安定化回路。8. A gas cell that receives the emitted light of a semiconductor laser and absorbs light of a constant wavelength, a photodetector that receives the emitted light of this gas cell and converts it into an electrical signal, and the output of this photodetector. Amplification means for amplifying through a plurality of amplifiers,
An alternating current signal source for generating an alternating current signal of frequency f; a modulating means for modulating the oscillation wavelength of the semiconductor laser based on the output of the alternating current signal source; and an output of the amplifying means based on the output of the alternating current signal source. Synchronous detector for synchronous detection, a feedback controller for feedback controlling the oscillation wavelength of the semiconductor laser based on the detection output of the synchronous detector, and interposed between any of a plurality of amplifiers of the amplifying means, When the response time of the feedback loop is τ and the lowest frequency of the frequency components of the modulation signal that modulates the oscillation wavelength of the semiconductor laser is F, the signal of the frequency f is passed and a signal of 1 / (2πτ) or less and A semiconductor laser wavelength stabilizing circuit comprising a filter for cutting off signals of frequency F or higher.
変調する変調信号を、前記周波数fなる信号に外乱を与
える周波数成分を除去して前記半導体レーザに加えるフ
ィルタを具備することを特徴とする請求項1,3,6及
び8いずれか記載の半導体レーザ波長安定化回路。9. A filter for adding a modulation signal, which modulates an oscillation wavelength of the semiconductor laser, to the semiconductor laser after removing a frequency component which gives a disturbance to the signal of the frequency f. Item 9. A semiconductor laser wavelength stabilization circuit according to any one of items 1, 3, 6 and 8.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3751291 | 1991-03-04 | ||
| JP3-37512 | 1991-03-04 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0567832A true JPH0567832A (en) | 1993-03-19 |
| JP3029335B2 JP3029335B2 (en) | 2000-04-04 |
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