JPH11233869A - 周波数安定化半導体レーザ光源 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 出力光の周波数が周囲温度変化に影響されな
い周波数安定化半導体レーザ光源を実現する。 【解決手段】 半導体レーザの駆動電流及び温度を制御
した周波数安定化半導体レーザ光源において、半導体レ
ーザ及びこの半導体レーザの温度を測定する第１の温度
センサから構成される半導体レーザモジュールと、半導
体レーザに駆動電流を供給する駆動回路と、第１の温度
センサの出力が予め設定された温度設定値から周囲温度
変化に伴う半導体レーザの温度変化分を減算した値に一
致するように半導体レーザの温度を制御する温度制御手
段とを設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体レーザの駆
動電流及び温度を制御した周波数安定化半導体レーザ光
源に関し、特に周囲温度変化に応じた半導体レーザの温
度変化を補正することが可能な周波数安定化半導体レー
ザ光源に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の周波数安定化半導体レーザ光源で
は半導体レーザの駆動電流及び温度が一定になるように
制御をおこなうことにより出力光の周波数を安定化させ
ている。

【０００３】図７はこのような従来の周波数安定化半導
体レーザ光源の一例を示す構成ブロック図である。図７
において１は半導体レーザ、２は温度制御回路、３は駆
動回路、４は光ファイバ、１００は出力光である。

【０００４】駆動回路３からの駆動電流は半導体レーザ
１に供給され、半導体レーザ１及び温度制御回路２は相
互に接続される。また、半導体レーザ１の出力は光ファ
イバ４を介して出力光１００として出射される。

【０００５】ここで、図７に示す従来例の動作を説明す
る。駆動回路３から供給される駆動電流により半導体レ
ーザ１は駆動され、出力光１００は光ファイバ４を介し
て出射される。一方、半導体レーザ１の温度は半導体レ
ーザ１内に組み込まれた温度センサ等（図示せず。）に
よりモニタされ温度制御回路２に出力される。温度制御
回路２はこの温度センサ（図示せず。）の出力が一定に
なるように半導体レーザ１の温度を制御する。

【０００６】この結果、駆動電流が一定値に制御される
と共に半導体レーザ１の温度も一定値に制御されるので
出力光１００の周波数が安定して供給されることにな
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、温度センサと
半導体レーザ１との温度に対する熱回路定数は異なるの
で、周囲温度の変化に伴う温度センサと半導体レーザ１
の温度変化とは異なることになる。すなわち、温度セン
サにおける温度変化に基づき半導体レーザ１の温度制御
を行った場合には温度センサ自体の温度は一定に制御さ
れるものの、両者の熱回路定数の違いにより半導体レー
ザ１の温度が変動して出力光１００の周波数が変動して
しまうと言った課題があった。従って本発明が解決しよ
うとする課題は、出力光の周波数が周囲温度変化に影響
されない周波数安定化半導体レーザ光源を実現すること
にある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】このような課題を達成す
るために、本発明のうち請求項１記載の発明は、半導体
レーザの駆動電流及び温度を制御した周波数安定化半導
体レーザ光源において、半導体レーザ及びこの半導体レ
ーザの温度を測定する第１の温度センサから構成される
半導体レーザモジュールと、前記半導体レーザに駆動電
流を供給する駆動回路と、前記第１の温度センサの出力
が予め設定された温度設定値から周囲温度変化に伴う前
記半導体レーザの温度変化分を減算した値に一致するよ
うに前記半導体レーザの温度を制御する温度制御手段と
を備えたことにより、出力光の周波数が周囲温度変化に
影響されないことになる。

【０００９】請求項２記載の発明は、請求項１記載の発
明である周波数安定化半導体レーザ光源において、前記
温度制御手段が、前記周囲温度を測定する第２の温度セ
ンサと、この第２の温度センサの出力に基づき周囲温度
変化に伴う前記半導体レーザの温度変化分を求めると共
に前記温度設定値から前記温度変化分を減算して出力す
る演算回路と、前記第１の温度センサの出力と前記演算
回路の出力との差分を出力する減算回路と、前記差分が
零になるように前記半導体レーザの温度を制御する制御
回路とから構成されたことにより、出力光の周波数が周
囲温度変化に影響されないことになる。

【００１０】請求項３記載の発明は、請求項１記載の発
明である周波数安定化半導体レーザ光源において、前記
駆動回路の代わりに、前記半導体レーザの出力光を２つ
に分岐させるビームスプリッタと、このビームスプリッ
タの一方の出力光が透過する吸収セルと、この吸収セル
の透過光を検出する光検出回路と、発振回路と、この発
振回路の出力信号に同期して前記光検出回路の出力を検
波して微分波形を出力する同期検波回路と、前記微分波
形の変曲点に前記半導体レーザの発振周波数を制御する
電流制御回路とから構成される周波数制御手段を備えた
ことにより、吸収セルにロックした周波数安定化光源の
ロックレンジを広げることができる。

【００１１】請求項４記載の発明は、半導体レーザの駆
動電流及び温度を制御した周波数安定化半導体レーザ光
源において、半導体レーザ及びこの半導体レーザの温度
を測定する測温抵抗体から構成される半導体レーザモジ
ュールと、前記半導体レーザに駆動電流を供給する駆動
回路と、周囲温度変化による前記半導体レーザの温度変
化を打ち消すように抵抗値が変化する抵抗と前記測温抵
抗体とで分圧された分圧値が予め設定された温度設定値
に一致するように前記半導体レーザの温度を制御する温
度制御手段とを備えたことにより、出力光の周波数が周
囲温度変化に影響されないことになる。

【００１２】請求項５記載の発明は、請求項４記載の発
明である周波数安定化半導体レーザ光源において、前記
温度制御手段が、基準電圧源と、前記抵抗と、前記基準
電圧源の出力を前記測温抵抗体と前記抵抗とで分圧した
電圧を出力する演算増幅回路と、温度設定値が予め設定
された温度設定回路と、前記演算増幅回路の出力と前記
温度設定回路の出力との差分を出力する減算回路と、前
記差分が零になるように前記半導体レーザの温度を制御
する制御回路とから構成され、周囲温度変化による前記
抵抗の抵抗値変化により周囲温度変化による前記半導体
レーザの温度変化分だけ前記分圧した電圧を変化させる
ことにより、出力光の周波数が周囲温度変化に影響され
ないことになる。

【００１３】請求項６記載の発明は、請求項４記載の発
明である周波数安定化半導体レーザ光源において、前記
駆動回路の代わりに、前記半導体レーザの出力光を２つ
に分岐させるビームスプリッタと、このビームスプリッ
タの一方の出力光が透過する吸収セルと、この吸収セル
の透過光を検出する光検出回路と、発振回路と、この発
振回路の出力信号に同期して前記光検出回路の出力を検
波して微分波形を出力する同期検波回路と、前記微分波
形の変曲点に前記半導体レーザの発振周波数を制御する
電流制御回路とから構成される周波数制御手段を備えた
ことにより、吸収セルにロックした周波数安定化光源の
ロックレンジを広げることができる。

【００１４】請求項７記載の発明は、半導体レーザの駆
動電流及び温度を制御した周波数安定化半導体レーザ光
源において、半導体レーザ及びこの半導体レーザの温度
を測定する温度センサから構成される半導体レーザモジ
ュールと、前記半導体レーザに駆動電流を供給する駆動
回路と、前記温度センサからの出力電流を周囲温度変化
による前記半導体レーザの温度変化を打ち消すように抵
抗値が変化する抵抗で電圧に変換した電圧値が予め設定
された温度設定値に一致するように前記半導体レーザの
温度を制御する温度制御手段とを備えたことにより、出
力光の周波数が周囲温度変化に影響されないことにな
る。

【００１５】請求項８記載の発明は、請求項７記載の発
明である周波数安定化半導体レーザ光源において、前記
温度制御手段が、定電流源の出力電流と前記温度センサ
の出力電流との差を電圧値に変換する前記抵抗と演算増
幅回路とから構成される電流／電圧変換回路と、温度設
定値が予め設定された温度設定回路と、前記電流／電圧
変換回路の出力と前記温度設定回路の出力との差分を出
力する減算回路と、前記差分が零になるように前記半導
体レーザの温度を制御する制御回路とから構成され、周
囲温度変化による前記抵抗の抵抗値変化により周囲温度
変化による前記半導体レーザの温度変化分だけ前記電流
／電圧変換回路の出力を変化させることにより、出力光
の周波数が周囲温度変化に影響されないことになる。

【００１６】請求項９記載の発明は、請求項７記載の発
明である周波数安定化半導体レーザ光源において、前記
駆動回路の代わりに、前記半導体レーザの出力光を２つ
に分岐させるビームスプリッタと、このビームスプリッ
タの一方の出力光が透過する吸収セルと、この吸収セル
の透過光を検出する光検出回路と、発振回路と、この発
振回路の出力信号に同期して前記光検出回路の出力を検
波して微分波形を出力する同期検波回路と、前記微分波
形の変曲点に前記半導体レーザの発振周波数を制御する
電流制御回路とから構成される周波数制御手段を備えた
ことにより、吸収セルにロックした周波数安定化光源の
ロックレンジを広げることができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下本発明を図面を用いて詳細に
説明する。図１は本発明に係る周波数安定化半導体レー
ザ光源の一実施例を示す構成ブロック図である。

【００１８】図１において１，３及び４は図７と同一符
号を付してあり、５及び７は温度センサ、６は電圧変換
回路、８は演算回路、９はＤ／Ａ変換回路、１０は減算
回路、１１は制御回路、１００ａは出力光である。ま
た、１及び５は半導体レーザモジュール５０を、６〜１
１は温度制御手段５１をそれぞれ構成している。

【００１９】駆動回路３からの駆動電流は半導体レーザ
１に供給され、温度センサ５の出力は電圧変換回路６に
接続される。また、温度センサ７の出力は演算回路８に
接続され、演算回路８の出力はＤ／Ａ変換回路９に接続
される。

【００２０】電圧変換回路６及びＤ／Ａ変換回路９の出
力はそれぞれ減算回路１０に接続され、減算回路１０の
出力は制御回路１１に接続される。また、制御回路１１
からの温度制御信号は半導体レーザ１に接続され、半導
体レーザ１の出力は光ファイバ４を介して出力光１００
ａとして出射される。

【００２１】ここで、図１に示す実施例の動作を説明す
る。駆動回路３から供給される駆動電流により半導体レ
ーザ１は駆動され、出力光１００ａは光ファイバ４を介
して出射される。一方、半導体レーザ１の温度は半導体
レーザモジュール５０内に組み込まれた温度センサ５に
よりモニタされ電圧変換回路６において電圧信号に変換
される。

【００２２】一方、演算回路８は周囲温度をモニタして
いる温度センサ７の出力の基づき半導体レーザ１の温度
設定値に相当するディジタル信号をＤ／Ａ変換回路９に
出力し、Ｄ／Ａ変換回路９はディジタル信号を電圧信号
に変換する。

【００２３】減算回路１０は電圧変換回路６及びＤ／Ａ
変換回路９の出力電圧の差分を演算して制御回路１１に
供給する。制御回路１１はこの差分が”０”になるよう
に半導体レーザ１の温度を制御する。

【００２４】さらに、図２及び図３を用いて詳細に説明
する。図２及び図３は周囲温度変化による温度センサ５
と半導体レーザ１の温度変化の状況を示す特性曲線図で
ある。例えば、演算回路８が温度センサ７の出力を考慮
せずに温度設定値”Ｔ０”として駆動回路により定電流
で半導体レーザ１を駆動した場合を考える。

【００２５】温度制御回路５１は周囲温度が変化しても
温度センサ５の温度が一定になるように制御される。言
い換えれば、図２中”イ”に示すように温度センサ５の
温度”Ｔｓ０”が温度設定値”Ｔ０”になるように制御
される。

【００２６】一方、半導体レーザ１と温度センサ５とで
は熱回路定数が異なるため周囲温度が”Ｔａ０”〜”Ｔ
ａ１”に変化すると図２中”ロ”示すように半導体レー
ザ１の温度は”Ｔｄ０”〜”Ｔｄ１”に変化してしま
う。

【００２７】この時、半導体レーザ１の半導体レーザ１
自身の温度に対する波長変化の割合を”ａ［ｎｍ／
℃］”、半導体レーザ１の周囲温度に対する出力波長変
化の割合を”ｂ［ｎｍ／℃］”とすると、出力波長の変
化”Δλ”は、 Δλ＝ａ×（Ｔｄ１−Ｔｄ０） ＝ｂ×（Ｔａ１−Ｔａ０） ［ｎｍ］ （１） となる。

【００２８】式（１）を変形すれば、 （Ｔｄ１−Ｔｄ０）＝（ｂ／ａ）×（Ｔａ１−Ｔａ０） （２） となる。すなわち、”ｂ×（Ｔａ１−Ｔａ０）”を予め
測定しておけば半導体レーザ１の温度変化を得ることが
できる。

【００２９】一方、演算回路８が温度センサ７の出力に
基づき温度設定値を出力し駆動回路により定電流で半導
体レーザ１を駆動した場合を考える。温度センサ７は周
囲温度を測定して演算回路８に出力する。演算回路８は
この周囲温度変化から半導体レーザ１の温度変化分を温
度設定値から減算してＤ／Ａ変換回路９に出力する。

【００３０】すなわち、Ｄ／Ａ変換回路９への出力を”
Ｔｓ１”とすれば、 Ｔｓ１＝Ｔ０−（Ｔｄ１−Ｔｄ０） ＝Ｔ０−（ｂ／ａ）×（Ｔａ１−Ｔａ０） （３） となる。

【００３１】式（３）は温度センサ５の温度を”−（Ｔ
ｄ１−Ｔｄ０）”だけ変化させることを意味するので図
３中”イ”に示すように温度センサ５の温度は”Ｔｓ
０”〜”Ｔｓ１”に変化する。一方、この温度センサ５
の温度変化により図３中”ロ”に示すように半導体レー
ザ１の温度は”Ｔｄ０”と一定値になり、半導体レーザ
１の温度が周囲温度変化に影響されないことになる。す
なわち、出力光１００ａの周波数が周囲温度に関わりな
く一定になることを示す。

【００３２】この結果、演算回路８において周囲温度変
化に伴う半導体レーザ１自身の温度変化分を温度設定値
から減算した値で半導体レーザ１の温度を制御すること
により、出力光１００ａの周波数が周囲温度変化に影響
されないことになる。

【００３３】また、図４は本発明に係る周波数安定化半
導体レーザ光源の他の実施例を示す構成ブロック図であ
る。図４において１，３，４，９，１０及び１１は図１
と同一符号を付してあり、１２はサーミスタ等の測温抵
抗体、１３は基準電圧源、１４は抵抗、１５は演算増幅
回路、１６は温度設定回路、１００ｂは出力光である。
また、１及び１２は半導体レーザモジュール５０ａを、
９〜１１及び１３〜１６は温度制御手段５１ａをそれぞ
れ構成している。

【００３４】駆動回路３からの駆動電流は半導体レーザ
１に供給され、測温抵抗体１２の一端は抵抗１４の一
端、演算増幅回路１５の非反転入力端子、演算増幅回路
１５の出力端子及び減算回路１０の一方の入力端子にそ
れぞれ接続される。温度設定回路１６の出力はＤ／Ａ変
換回路９に接続される。

【００３５】Ｄ／Ａ変換回路９の出力は減算回路１０の
他方の入力端子に接続され、減算回路１０の出力は制御
回路１１に接続される。また、制御回路１１からの温度
制御信号は半導体レーザ１に接続され、半導体レーザ１
の出力は光ファイバ４を介して出力光１００ｂとして出
射される。さらに、抵抗１４の他端には基準電圧源１３
が接続され、測温抵抗体１２の他端と演算増幅回路１５
の反転入力端子は接地される。

【００３６】ここで、図４に示す実施例の動作を説明す
る。基本的な動作に関しては図１に示す実施例と同様で
あるので説明は省略する。演算増幅回路１５は基準電圧
源１３の出力電圧を測温抵抗体１２及び抵抗１４で分圧
した電圧値を減算回路１０に供給する。すなわち、周囲
温度変化に伴う測温抵抗体１３の抵抗値の変化により供
給される電圧値が変動するので制御回路１１は減算回路
１０の差分が”０”になるように半導体レーザ１の温度
を制御することにより温度制御を行う。

【００３７】また、図１に示す実施例と異なる点として
は図４に示す実施例では周囲温度変化による半導体レー
ザ１の温度変化を打ち消すように抵抗１４の抵抗値及び
温度係数を設定する点である。

【００３８】例えば、測温抵抗体１２をサーミスタとし
て測温抵抗体１２の温度が”Ｔｓ［Ｋ］”の時、その抵
抗値”Ｒｓ”は、 Ｒｓ＝Ｒ０×exp{Ｂ×(１／Ｔｓ−１／Ｔ０)} （４） となる。ここで、”Ｒ０”は基準となる温度”Ｔ０”に
おける抵抗値、”Ｂ”はサーミスタ固有の定数である。

【００３９】また、”Ｔ０＝２７３［Ｋ］”、”Ｒ０＝
１０［ｋΩ］”、”Ｂ＝３５００”基準電圧源１３の出
力電圧値”Ｖｒ＝１．７［Ｖ］”、周囲温度変化前の抵
抗１４の抵抗値を”Ｒｅ＝７［ｋΩ］”とすれば、演算
増幅回路１５の出力値”Ｖｏ”は、 Ｖｏ＝Ｖｒ×Ｒｓ／（Ｒｓ＋Ｒｅ） ＝１．７×１０ｋ／（１０ｋ＋７ｋ） ＝１［Ｖ］ （５） となる。言い換えれば、演算増幅回路１５の出力値が”
１Ｖ”であれば減算回路１０の出力が”０”になり温度
制御回路５１ａがバランスしていることを意味する。

【００４０】周囲温度が”＋１［Ｋ］”変化した場合に
半導体レーザ１の温度が”＋０．０１［Ｋ］”変化する
とすれば、前述の実施例と同様に周囲温度が”＋１
［Ｋ］”変化した場合には測温抵抗体１２の温度を”−
０．０１［Ｋ］”変化させれば良い。

【００４１】すなわち、温度が”−０．０１［Ｋ］”変
化した時の測温抵抗体１２の抵抗値は式（４）から、 Ｒｓ＝１０ｋ×exp［３５００×{１／(２７３−０．０
１)−１／２７３}］ ＝１０ｋ×１．００４７ ＝１０．００４７［ｋΩ］ （６） となる。

【００４２】測温抵抗体１２の抵抗値が式（６）の値の
時に減算回路１０の差分が”０”になるようにするため
には、式（５）から演算増幅回路１５の出力値が”１
Ｖ”であれば良いから、抵抗１４の抵抗値”Ｒｅ”は Ｒｅ＝Ｒｓ×（Ｖｒ／Ｖｏ−１） ＝１０．００４７ｋ×（１．７／１−１） ＝７．００３２９［ｋΩ］ （７） となる。

【００４３】すなわち、周囲温度が”＋１［Ｋ］”変化
した場合に抵抗１４の抵抗値が”＋３．２９Ω”変化す
れば半導体レーザ１の温度が一定に保たれるので、 ＋３．２９Ω／７ｋΩ＝＋４７０［ｐｐｍ／Ｋ］ （８） なる温度係数の抵抗を用いれば良い。

【００４４】この結果、周囲温度変化による半導体レー
ザ１の温度変化を打ち消すように抵抗１４の抵抗値及び
温度係数を設定し、測温抵抗体１２と抵抗１４とで分圧
した電圧値で半導体レーザ１の温度を制御することによ
り、出力光１００ｂの周波数が周囲温度変化に影響され
ないことになる。

【００４５】また、図５は本発明に係る周波数安定化半
導体レーザ光源の他の実施例を示す構成ブロック図であ
る。図５において１，３，４，９，１０及び１１は図１
と同一符号を付してあり、１６は図４と同一符号を付し
てある。５ａは温度センサ、１７は定電流源、１８は抵
抗、１９は演算増幅回路、１００ｃは出力光である。ま
た、１及び５ａは半導体レーザモジュール５０ｂを、９
〜１１及び１７〜１９は温度制御手段５１ｂをそれぞれ
構成している。

【００４６】駆動回路３からの駆動電流は半導体レーザ
１に供給され、温度センサ５ａの出力は定電流源１７の
一端、演算増幅回路１９の非反転入力端子及び抵抗１８
の一端にそれぞれ接続される。また、温度設定回路１６
の出力はＤ／Ａ変換回路９に接続される。

【００４７】演算増幅回路１９の出力端子は抵抗１８の
他端及び減算回路１０の一方の入力端子に接続され、Ｄ
／Ａ変換回路９の出力は減算回路１０の他方の入力端子
に接続され、減算回路１０の出力は制御回路１１に接続
される。また、制御回路１１からの温度制御信号は半導
体レーザ１に接続され、半導体レーザ１の出力は光ファ
イバ４介して出力光１００ｃとして出射される。さら
に、定電流源１７の他端と演算増幅回路１９の反転入力
端子は接地される。

【００４８】ここで、図５に示す実施例の動作を説明す
る。基本的な動作に関しては図１に示す実施例と同様で
あるので説明は省略する。温度センサ５ａは温度に比例
した電流を出力する。抵抗１８及び演算増幅回路１９は
電流／電圧変換回路を構成しているので、その出力電圧
は温度センサ５ａの出力電流と定電流源１７の出力電流
との差電流が電圧に変換されたものとなる。

【００４９】すなわち、周囲温度変化に伴う温度センサ
５ａの出力電流の変化により減算回路１０に供給される
電圧値が変動するので制御回路１１は減算回路１０の差
分が”０”になるように半導体レーザ１の温度を制御す
ることにより温度制御を行う。

【００５０】また、図１に示す実施例と異なる点として
は図５に示す実施例では周囲温度変化による半導体レー
ザ１の温度変化を打ち消すように抵抗１８の抵抗値が変
化するように抵抗値及び温度係数を設定する点である。

【００５１】例えば、温度センサ５ａの温度に対する出
力電流の係数を”１［μＡ／Ｋ］”、定電流源１７の出
力電流値を”Ｉｅ＝２７３μＡ”、周囲温度変化前の抵
抗１８の抵抗値を”Ｒｅ’＝１００［ｋΩ］”、温度設
定回路１６の温度設定値を”２５［℃］”とすれば、温
度センサ５ａの出力電流”Ｉｓ”は、 Ｉｓ＝（２５＋２７３）×１＝２９８［μＡ］ （９） となる。

【００５２】また、前述の電流／電圧変換回路の出力電
圧”Ｖｏ’”は、 Ｖｏ’＝−１×（Ｉｓ０−Ｉｅ）×１００ｋ ＝−２．５［Ｖ］ （１０） となる。

【００５３】周囲温度が”＋１［Ｋ］”変化した場合に
半導体レーザ１の温度が”＋０．０１［Ｋ］”変化する
とすれば、前述の実施例と同様に周囲温度が”＋１
［Ｋ］”変化した場合には温度センサ５ａの温度を”−
０．０１［Ｋ］”変化させれば良い。

【００５４】すなわち、温度が”−０．０１［Ｋ］”変
化した時の温度センサ５ａの出力電流値は式（９）か
ら、 Ｉｓ＝（２５＋２７３−０．０１）×１ ＝２９７．９９［μＡ］ （１１） となる。

【００５５】温度センサ５ａの出力電流値が式（１１）
の値の時に減算回路１０の差分が”０”になるようにす
るためには、抵抗１８の抵抗値”Ｒｅ’”は Ｒｅ’＝−Ｖｏ’／（Ｉｓ−Ｉｅ） ＝−{−２．５／（２９７．９９−２７３）} ＝１００．０４［ｋΩ］ （１２） となる。

【＝００００】すなわち、周囲温度が”＋１［Ｋ］”変
化した場合に抵抗１８の抵抗値が”＋４０Ω”変化すれ
ば半導体レーザ１の温度が一定に保たれるので、 ＋４０Ω／１００ｋΩ＝＋４００［ｐｐｍ／Ｋ］ （８） なる温度係数の抵抗を用いれば良い。

【００５６】この結果、周囲温度変化による半導体レー
ザ１の温度変化を打ち消すように抵抗１８の抵抗値及び
温度係数を設定し、この抵抗１８を用いて温度センサ５
ａの出力電流を電圧に変換した値で半導体レーザ１の温
度を制御することにより、出力光１００ｃの周波数が周
囲温度変化に影響されないことになる。

【００５７】さらに、図６は吸収セルにロックした周波
数安定化光源のロックレンジを広げるため周波数制御手
段を設けた実施例を示す構成ブロック図である。図６に
おいて、１，５〜１１，５０及び５１は図１と同一符号
を付してあり、２０はビームスプリッタ、２１は標準物
質を封入した吸収セル、２２は光検出回路、２３は発振
回路、２４は同期検波回路、２５は電流制御回路，１０
０ｄは出力光である。また、２０〜２５は周波数制御手
段５２を構成している。

【００５８】半導体レーザモジュール５０及び温度制御
手段５１の接続関係につては図１に示す実施例と同様で
あるので説明は省略する。半導体レーザ１の出力光はビ
ームスプリッタ２０に入射され、入射光の一部は出力光
１００ｄとして出力され、入射光の残りは反射されて吸
収セル２１に入射される。

【００５９】吸収セル２１の透過光は光検出回路２２に
入射され、光検出回路２２の出力は同期検波回路２４の
一方の入力端子に接続され、同期検波回路２４の他方の
入力端子には発振回路２３の出力が接続される。

【００６０】同期検波回路２４の出力は電流制御回路２
５の一方の入力端子に接続され、電流制御回路２５の他
方の入力端子には発振回路２３の出力が接続される。ま
た、電流制御回路２５の出力は半導体レーザ１に駆動電
流を供給する。

【００６１】ここで、図６に示す実施例の動作を説明す
る。基本的な動作に関しては図１に示す実施例と同様で
あるので説明は省略する。吸収セル２１を透過した光は
吸収セル２１内に封入されている標準物質により特定周
波数に吸収が生じ、光検出回路２２に入射されて電気信
号に変換される。同期検波回路２４で電流変調周波数で
ある発振回路２３の出力信号に基づき電気信号を同期検
波することにより微分波形が得られる。

【００６２】電流制御回路２５によりこの微分波形の変
曲点に半導体レーザ１の発振周波数を制御することによ
り、発振周波数が標準物質の吸収線に制御されるので周
波数が安定化される。

【００６３】この結果、周波数制御手段５２を用いて標
準物質を封入した吸収セルに半導体レーザ１の出力光を
透過させ、標準物質の吸収線に半導体レーザ１の発振周
波数を制御することにより、吸収セルにロックした周波
数安定化光源のロックレンジを広げることができる。

【００６４】なお、図６においては図１に示した半導体
レーザモジュール５０及び温度制御手段５１に周波数制
御手段５２を組み合わせた実施例を例示したが、勿論、
図４及び図５に示した実施例において駆動回路３の代わ
りに周波数制御手段５２を適用しても構わない。

【００６５】また、図１の実施例では温度センサ５の出
力を電圧変換回路６により電圧信号に変換しているが温
度センサ５が電圧出力型であれば電圧変換回路６は省略
することが可能である。また、同様に図１において演算
回路８はアナログ演算回路、若しくは、アナログ出力型
のものであればＤ／Ａ変換回路９を省略することが可能
である。

【００６６】また、図４及び図５の実施例では温度設定
回路１６が電圧出力型であればＤ／Ａ変換回路９を省略
することが可能である。

【００６７】

【発明の効果】以上説明したことから明らかなように、
本発明によれば次のような効果がある。請求項１及び請
求項２の発明によれば、演算回路において周囲温度変化
に伴う半導体レーザ自身の温度変化分を温度設定値から
減算した値で半導体レーザの温度を制御することによ
り、出力光の周波数が周囲温度変化に影響されないこと
になる。

【００６８】また、請求項４及び請求項５の発明によれ
ば、周囲温度変化による半導体レーザの温度変化を打ち
消すように抵抗の抵抗値及び温度係数を設定し、測温抵
抗体と抵抗とで分圧した電圧値で半導体レーザの温度を
制御することにより、出力光の周波数が周囲温度変化に
影響されないことになる。

【００６９】また、請求項７及び請求項８の発明によれ
ば、周囲温度変化による半導体レーザの温度変化を打ち
消すように抵抗の抵抗値及び温度係数を設定し、この抵
抗を用いて温度センサの出力電流を電圧に変換した値で
半導体レーザの温度を制御することにより、出力光の周
波数が周囲温度変化に影響されないことになる。

【００７０】また、請求項３、請求項６及び請求項９の
発明によれば、周波数制御手段を用いて標準物質を封入
した吸収セルに半導体レーザの出力光を透過させ、標準
物質の吸収線に半導体レーザの発振周波数を制御するこ
とにより、吸収セルにロックした周波数安定化光源のロ
ックレンジを広げることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る周波数安定化半導体レーザ光源の
一実施例を示す構成ブロック図である。

【図２】周囲温度変化による温度センサと半導体レーザ
の温度変化の状況を示す特性曲線図である。

【図３】周囲温度変化による温度センサと半導体レーザ
の温度変化の状況を示す特性曲線図である。

【図４】本発明に係る周波数安定化半導体レーザ光源の
他の実施例を示す構成ブロック図である。

【図５】本発明に係る周波数安定化半導体レーザ光源の
他の実施例を示す構成ブロック図である。

【図６】吸収セルにロックした周波数安定化光源のロッ
クレンジを広げるため周波数制御手段を設けた実施例を
示す構成ブロック図である。

【図７】従来の周波数安定化半導体レーザ光源の一例を
示す構成ブロック図である。

【符号の説明】

１ 半導体レーザ ２ 温度制御回路 ３ 駆動回路 ４ 光ファイバ ５，５ａ，７ 温度センサ ６ 電圧変換回路 ８ 演算回路 ９ Ｄ／Ａ変換回路 １０ 減算回路 １１ 制御回路 １２ 測温抵抗体 １３ 基準電圧源 １４，１８ 抵抗 １５，１９ 演算増幅回路 １６ 温度設定回路 １７ 定電流源 ２０ ビームスプリッタ ２１ 吸収セル ２２ 光検出回路 ２３ 発振回路 ２４ 同期検波回路 ２５ 電流制御回路 ５０，５０ａ，５０ｂ 半導体レーザモジュール ５１，５１ａ，５１ｂ 温度制御手段 ５２ 周波数制御手段 １００，１００ａ，１００ｂ，１００ｃ，１００ｄ 出
力光

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】半導体レーザの駆動電流及び温度を制御し
   た周波数安定化半導体レーザ光源において、 半導体レーザ及びこの半導体レーザの温度を測定する第
   １の温度センサから構成される半導体レーザモジュール
   と、 前記半導体レーザに駆動電流を供給する駆動回路と、 前記第１の温度センサの出力が予め設定された温度設定
   値から周囲温度変化に伴う前記半導体レーザの温度変化
   分を減算した値に一致するように前記半導体レーザの温
   度を制御する温度制御手段とを備えたことを特徴とする
   周波数安定化半導体レーザ光源。
2. 【請求項２】前記温度制御手段が、 前記周囲温度を測定する第２の温度センサと、この第２
   の温度センサの出力に基づき周囲温度変化に伴う前記半
   導体レーザの温度変化分を求めると共に前記温度設定値
   から前記温度変化分を減算して出力する演算回路と、前
   記第１の温度センサの出力と前記演算回路の出力との差
   分を出力する減算回路と、前記差分が零になるように前
   記半導体レーザの温度を制御する制御回路とから構成さ
   れたことを特徴とする請求項１記載の周波数安定化半導
   体レーザ光源。
3. 【請求項３】前記駆動回路の代わりに、 前記半導体レーザの出力光を２つに分岐させるビームス
   プリッタと、このビームスプリッタの一方の出力光が透
   過する吸収セルと、この吸収セルの透過光を検出する光
   検出回路と、発振回路と、この発振回路の出力信号に同
   期して前記光検出回路の出力を検波して微分波形を出力
   する同期検波回路と、前記微分波形の変曲点に前記半導
   体レーザの発振周波数を制御する電流制御回路とから構
   成される周波数制御手段を備えたことを特徴とする請求
   項１記載の周波数安定化半導体レーザ光源。
4. 【請求項４】半導体レーザの駆動電流及び温度を制御し
   た周波数安定化半導体レーザ光源において、 半導体レーザ及びこの半導体レーザの温度を測定する測
   温抵抗体から構成される半導体レーザモジュールと、 前記半導体レーザに駆動電流を供給する駆動回路と、 周囲温度変化による前記半導体レーザの温度変化を打ち
   消すように抵抗値が変化する抵抗と前記測温抵抗体とで
   分圧された分圧値が予め設定された温度設定値に一致す
   るように前記半導体レーザの温度を制御する温度制御手
   段とを備えたことを特徴とする周波数安定化半導体レー
   ザ光源。
5. 【請求項５】前記温度制御手段が、 基準電圧源と、前記抵抗と、前記基準電圧源の出力を前
   記測温抵抗体と前記抵抗とで分圧した電圧を出力する演
   算増幅回路と、温度設定値が予め設定された温度設定回
   路と、前記演算増幅回路の出力と前記温度設定回路の出
   力との差分を出力する減算回路と、前記差分が零になる
   ように前記半導体レーザの温度を制御する制御回路とか
   ら構成され、 周囲温度変化による前記抵抗の抵抗値変化により周囲温
   度変化による前記半導体レーザの温度変化分だけ前記分
   圧した電圧を変化させることを特徴とする請求項４記載
   の周波数安定化半導体レーザ光源。
6. 【請求項６】前記駆動回路の代わりに、 前記半導体レーザの出力光を２つに分岐させるビームス
   プリッタと、このビームスプリッタの一方の出力光が透
   過する吸収セルと、この吸収セルの透過光を検出する光
   検出回路と、発振回路と、この発振回路の出力信号に同
   期して前記光検出回路の出力を検波して微分波形を出力
   する同期検波回路と、前記微分波形の変曲点に前記半導
   体レーザの発振周波数を制御する電流制御回路とから構
   成される周波数制御手段を備えたことを特徴とする請求
   項４記載の周波数安定化半導体レーザ光源。
7. 【請求項７】半導体レーザの駆動電流及び温度を制御し
   た周波数安定化半導体レーザ光源において、 半導体レーザ及びこの半導体レーザの温度を測定する温
   度センサから構成される半導体レーザモジュールと、 前記半導体レーザに駆動電流を供給する駆動回路と、 前記温度センサからの出力電流を周囲温度変化による前
   記半導体レーザの温度変化を打ち消すように抵抗値が変
   化する抵抗で電圧に変換した電圧値が予め設定された温
   度設定値に一致するように前記半導体レーザの温度を制
   御する温度制御手段とを備えたことを特徴とする周波数
   安定化半導体レーザ光源。
8. 【請求項８】前記温度制御手段が、 定電流源の出力電流と前記温度センサの出力電流との差
   を電圧値に変換する前記抵抗と演算増幅回路とから構成
   される電流／電圧変換回路と、温度設定値が予め設定さ
   れた温度設定回路と、前記電流／電圧変換回路の出力と
   前記温度設定回路の出力との差分を出力する減算回路
   と、前記差分が零になるように前記半導体レーザの温度
   を制御する制御回路とから構成され、 周囲温度変化による前記抵抗の抵抗値変化により周囲温
   度変化による前記半導体レーザの温度変化分だけ前記電
   流／電圧変換回路の出力を変化させることを特徴とする
   請求項７記載の周波数安定化半導体レーザ光源。
9. 【請求項９】前記駆動回路の代わりに、 前記半導体レーザの出力光を２つに分岐させるビームス
   プリッタと、このビームスプリッタの一方の出力光が透
   過する吸収セルと、この吸収セルの透過光を検出する光
   検出回路と、発振回路と、この発振回路の出力信号に同
   期して前記光検出回路の出力を検波して微分波形を出力
   する同期検波回路と、前記微分波形の変曲点に前記半導
   体レーザの発振周波数を制御する電流制御回路とから構
   成される周波数制御手段を備えたことを特徴とする請求
   項７記載の周波数安定化半導体レーザ光源。