JPH11509374A - 半導体レーザの安定化方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 半導体レーザの周波数を安定化させる方法。この方法は、光共振器の漏れフィールドと半導体レーザの周波数変調出力とを光学的に混合することでヘテロダインうなり音を検出するステップと、直角位相のヘテロダインうなり音を無線周波数基準信号と混合することでヘテロダインうなり音の位相を検出するステップとから構成される。この方法は、さらにヘテロダインうなり音の検出位相をフィルタリングするステップと、フィルタにかけたヘテロダインうなり音の検出位相をスケーリングするステップと、無線周波数変調基準信号とヘテロダインうなり音のスケーリングした検出位相とを持つ半導体レーザを変調するステップとから構成する。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の名称 半導体レーザの安定化方法および装置 発明の属する分野 本発明は、レーザの分野に関し、より詳しくは、周波数安定化レーザに関する 。 発明の背景 レーザの全体的周波数制御方法が知られている。光学位相ロックループ（ＯＰ ＬＬｓ）も公知である。こうした技術は、適切な実験室の条件下で周波数の安定 化や線幅縮小性能を達成するために、ガスレーザ、色素レーザ、固体レーザなど の多様なレーザに適用されている。線幅は、技術上この用語が使われる場合は、 光学系の解像限界（例えば、線／ｍｍ）ではなく、レーザ出力（すなわち、周波 数スペクトル）の全分光内容を指すものである。 一般に、ＯＰＬＬｓの従来の用途では、分光応答が比較的狭い線幅の単一周波 数に特徴がある、レーザ共振器を備えたシステムに限定されている。そこで、先 行技術のＯＰＬＬにおいて、一般的にレーザ共振器で構成される光学系の伝送機 能は、残留レーザ位相ノイズを生じることのあるフーリエ周波数を低減する間に 、増幅用にそれぞれの分光特性を選択するために適切なフィルタリングを行う必 要がある。一方、モノリシック半導体レーザの広域自由運転線幅特性は、こうし た装置のフィードバック制御を事実上さらに困難にしている。そこで、大多数の 研究者等は、半導体レーザ共振器の自由分光範囲を縮小するためモノリシックデ ザインを断念している。 先行技術の教示のかぎは、レーザ共振器で構成された能動装置は高度な可干渉 性を示す必要があるという考え方である。したがって、光共振器の自由分光範囲 が増大した場合、先行技術のＯＰＬＬを実行するための適切な位相安定を提供す るために、共振帯域幅を、対応させて縮小する必要がある。これは場合によって は、共振器のフィネスをさらに増加させるか、またはレーザ利得媒体を利用して 達成できるが、この場合、放出を促進させるエネルギ状態は、必要とする位相ノ イズの低減に十分な準安定である。レーザの安定化は、レーザ出力信号の一部を 、レーザ周波数に関係なく特別に規定した一連の周波数で共振する受動光共振器 に向けて送り出すことで一般的に達成され、レーザ周波数は、フィードバック制 御動作によってこうした共振周波数に維持される。共振器を構成するミラーの反 射力が非常に高い（低損失）場合は、その共振器は高フィネス共振器と称される 。数学的に、フィネスは、半最大周波数応答（分光線幅）におけるその全線幅に よって分割された、共振器の単なる自由分光範囲である。これは、特定のフィネ スのスペクトル線幅を決める共振器の自由分光範囲である。長期安定性特性も示 す高フィネス共振器は、レーザの制御と安定化における重要な要素であると言わ れている。 そこで、本発明の目的は、半導体レーザに適用可能なレーザ安定化制御装置を 提供することである。 さらに、本発明の目的は、高フィネス共振器と互換性があるがそれに依存して いないフィードバック制御装置を提供することである。 さらに、本発明の目的は、半導体レーザの狭線幅ならびに長期間の周波数安定 動作を達成することである。 発明の要約 上記およびその他の目的は、開示した半導体レーザの周波数安定化方法によっ て提供され、この方法ではレーザ位相が共振器の位相（または別の光基準信号位 相）に対応して検出され、周波数制御信号としてレーザにフィードバックされる 。この方法は、光共振器の漏れフィールドとフォトダイオードの半導体レーザの 周波数変調出力とを光学的に混合することでヘテロダインビート音中のレーザス ペクトルのマイクロ波サインを検出し、適切な位相関係に同調させたこのマイク ロ波スペクトルを周波数変調基準ソースと混合することでレーザの位相を検出す る。この方法はさらに、ヘテロダインスペクトルの検出位相をフィルタリングし 、ヘテロダインスペクトルの検出位相をスケーリングし、周波数変調基準ソース とヘテロダインスペクトルのスケーリングした検出位相とを持つ半導体レーザを 変 調するステップから構成されている。 図面の簡単な説明 図１は、本発明の好ましい実施態様に係るコヒーレント光通信トランシーバの 半導体レーザ安定化装置のブロック図を示し、 図２は、図１のトランシーバの基準空洞としてファブリペロー干渉計を利用し た光共振器２０の実施態様を示し、 図３は、図１のトランシーバの基準空洞として三エレメントリング共振器を利 用した光共振器２０の実施態様を示し、 図４は、図１のトランシーバの基準空洞として偏波維持ファイバリング共振器 を利用した光共振器２０の実施態様を示し、 図５は、図１のトランシーバのＤＣ−２．５ＧＨｚからのフラット周波数応答 を生じる実施態様における光電子フロントエンド２２を構成する回路を示す概略 図で、 図６は、図１のトランシーバのコンバイナ３２のインピーダンス整合ネットワ ークを介したレーザへのインタフェースを含むサーボループのＩＦ増幅器１４の 部分の概略図である。 好ましい実施態様の詳細な説明 図１は、本発明の実施態様に係るレーザ安定化制御装置１０のブロック図を示 す。図示したように、半導体レーザ１２は、ＩＦ増幅器１４と，マイクロ波（Ｒ Ｆ）発振器１６と，信号入力とによって変調される。図１に示す半導体レーザ１ ２は、ＩｎＧａＡｓＰ分布帰還型レーザ（例えば、ＡＴ＆Ｔ製のモデル２５７） であり、本発明は、屈折率導波形レーザおよびその他のタイプの埋め込みヘテロ 構造デザインを含むがそれに限定されない従来のレーザに適用可能である。つま り、本発明は、ＧａＡｌＡｓレーザならびにＩｎＧａＡｓＰレーザで十分に動作 することを実証している。 ＲＦ発振器１６からの信号によってレーザ１２を変調することで、ＲＦ発振器 １６の周波数でレーザ位相を変調させる。次に、レーザ１２の安定化は、結合器 ３２内でＲＦ発振器１６からの信号と結合したフィードバック信号によって、下 記のように行われる。 実施態様では、光カプラ１８は、適切な結合比の光エレメントを備えている。 光カプラ１８は、ビームスプリッタすなわち部分反射板として機能し、レーザ放 射が光エレメントに当たり、光の一部が光エレメントを透過し、また一部はそこ で反射される。光カプラ１８を透過する部分は、通信信号として有用であり、結 合または反射された部分は、フィードバック信号として使用するために光共振器 ２０の方に向けられる。光カプラ１８は、好適な光学コーティングしたミラーま たは好適な結合比の受動光ファイバ装置でもよい。 光共振器２０は、図２や図３に示すように、ファブリペロー干渉計５６または リング共振器７４構造でもよい。図４は、光ファイバリング共振器８６を使用し た好ましい実施態様を示す。本発明の目的のため、入力ファイバ８２と光ファイ バリング８６との間の光リングカプラ８４は、ファブリペロー干渉計５６の入力 ミラー６６と同様に機能する。光ファイバリング共振器８６の共振モードの作用 は、リング共振器７４の縦モードでの作用に酷似している。 ファブリペロー干渉計５６を使用した、図２に示した実施態様では、光共振器 ５６と半導体レーザ１２との分離を十分にすることが望ましいことが多く、時に は必須である。この実施態様では、このような分離は、入力５８・出力６２の偏 光プリズムと組み合わせたファラデーローテータ６０により達成される。入力偏 光プリズム５８は、強いフィードバック信号を、光電子フロントエンド２２への 入力を構成するフォトダイオード７２へ向ける偏光選択ビームスプリッタの機能 も果たし、また半導体レーザ１２との必要な分離も行っている。 一方、リング共振器７４を使用する本発明（図３）の実施態様では、入力ミラ ー７６は傾斜させて軸を外してあり、こうすることでこのデザインは光共振器７ ４と半導体レーザ１２との固有の分離をしている。これは、入力ミラー７６から の反射が、レーザ１２の代わりにＰＩＮフォトダイオード７２と一線になってい るからである。そこで、共振器７４をレーザ１２から分離することに加えて、リ ング空洞７４の入力ミラー７６は、フィードバック信号のビームスプリッタの二 次機能を実行する。 共振力を光共振器２０で設定できることを確認するには、レーザ光の空間特性 を光共振器２０の所望空間モードに整合させる必要がある。これは、通常、モー ド整合レンズ６４で設定可能である。 ファブリペロー共振器５６とリング共振器７４，８６とは周波数の選択に有益 である一方、特に高フィネス範囲（例えば、５０，０００〜１００，０００）で はその設計や製作が困難である。許容誤差がわずか１０００分の１ミリの光反射 装置を必要とする。損失が百万分の数パーツ以下の超高反射率のミラー用の光学 コーティングも必要である。厳密な位置合わせは、実際の使用における一般的な 苛酷で厳しい環境で長期間に渡って維持することが困難なことがよくある。 図４に示したような好ましい実施態様において、図３のリング共振器７４の大 半の光学部品７６，７８，８０は、光ファイバ部品８２，８４，８６で置き換え られる。この場合、光カプラ８４が図３の入力ミラー７６に代わって使われる。 図３のリング共振器７４を構成するその他の光学部品７８，８０は、分極保持（ ＰＭ）ファイバ８６のループに置き換えられる。図４に示すように実施態様を実 現するには、入力ＰＭファイバ８２と光ファイバリング共振器８６との間のリン グカプラ８４内のインタフェースの損失を少なくすることが重要である。光ファ イバリングカプラ８４や光ファイバリング８６に損失がある場合は、共振器フィ ネスが低下する。そこで、使用される光リングカプラ８４は、過剰損失が最小の 結合ＰＭファイバ間の結合比（例えば、＜１％）が比較的低いことが必要である 。一般に、過剰損失は、最適な結果を達成するためには、結合比よりもかなり小 さいことが必要である。 分極保持光ファイバリング８６を光共振器２０へ適用する点について、いくつ かの最終的注意を記載する。使用組み立てを達成するために、一様な直線偏光が 、光ファイバ共振器８６に結合した分極保持ファイバ８２の入力に確実に導入さ れることが重要である。これを確実にするには、レーザ出力とＰＭファイバ入力 との間に偏光光学部品６４を挿入し、また伝送偏光の配向を、ＰＭファイバの主 軸（すなわち、高速または低速軸）に対応するように調整する、こうしてＰＭフ ァイバに沿って伝搬するように光学的偏光の完全性を保持する。 さらに、リング共振器８６を構成する分極保持ファイバの両端部を接続する接 続部は分極保持完全性も高いものであることを確実にする必要がある。これは、 高品質分極保持融着スプライサ（例えば、アルコア−フジクラモデルＦＳＭ−２ ＯＰＭＩＩ）を使用して、リング共振器８６を形成するＰＭファイバの二端部を 接続することで達成することが可能である。このようなアプローチにより、本発 明のこの態様を実施する上で適した安定した光共振器の組み立てが比較的簡単明 瞭になる。 以上のように、光共振器２０は、光ファイバ装置（例えば、結合ＰＭファイバ リング８６）やバルク光学装置（例えば、ファブリペロー共振器５６）でもよい 。光共振器２０は、市販の光学部品を使用して、適切なレーザ周波数（例えば、 ２３０ＴＨｚ）と適切なフィネス（例えば、２００）で共振するように構成して もよい。さらに高いフィネス（例えば、８０，０００）は、研究用光学部品を使 用して達成され、また特に優れた機能をするが、フィネスの低い（例えば、１０ ００以下）共振器に適用した場合に最も有益であり経済的であると思われる。 光電子フロントエンド２２は、適切な高速光検出器を介して光学系の光共振器 ２０に接続する。この実施態様では、ＰＩＮフォトダイオード７２（例えば、Ｅ ＰＩＴＡＸＸモデルＥＴＸ６０Ｂ）を選択する。好ましい実施態様では、全通信 システム帯域幅（例えば、１０ＭＨｚ−２．５ＧＨｚ）にわたる利得を提供する トランスインピーダンス増幅器（図５）を使用して、ＰＩＮフォトダイオード７ ２からの出力を増幅する。 図５は、光電子フロントエンド２２の実施態様を表す概略図を示す。この実施 態様では、光ファイバ８２に含まれる光信号は、コモンエミッタ増幅トランジス タ１４０と、エミッタホロワトランジスタ１４４と、トランスインピーダンス抵 抗器１３４と、電圧降下抵抗器１３８とを含むトランスインピーダンス増幅器の 入力に接続されたＰＩＮフォトダイオード７２に入る。電流源トランジスタ１５ ０は、トランジスタ１５４，１５６から成る分圧器によって設定されたベース電 圧以下の１つのダイオード接合電位での抵抗器１５２の電圧低下を調整すること で、電圧低下抵抗器１３８を流れる電流を調整する。トランスインピーダンス抵 抗器１３４を流れる最大電流（すなわち、信号電流）が抵抗器１３８の電圧低下 を調整するものよりも相当小さい場合は、バイアス条件下でのエラーは、増幅器 のダイナミックレンジ全体を通して小さくなる。 光電子フロントエンド２２の次にあるフィルタ２４は、通信信号(すなわち、 信号入力)により生じる変調に対するフィードバックシステムの応答を減衰させ 、もう一方ではＲＦ発振器１６による変調を通している。この実施態様では、高 域フィルタを使用して、８００ＭＨｚでの＞６５ｄＢの減衰をする一方、１．２ ＧＨｚでの＜１．０ｄＢの挿入損を達成している(例えば、逆チェビシェフフィ ルタ：通過帯域での４極と４ゼロ)。 その次にあるＲＦ増幅器２６は、位相検出器２８（例えば、ワトキンス−ジョ ンソンＭ２ＧＣ）や指向性カプラ３０（例えば、Ｎａｒｄａ４０１２Ｃ−１０） と同様に、従来の広帯域装置（例えば、Ａｖａｎｔｅｋ ＡＷＴ−２０５４）の カスケードである。ＲＦ増幅器の最もユニークな態様は、利得が高めに（例えば 、＞９０ｄＢ）設定してあることである。ＲＦ発振器１６の周波数での位相検出 器２８へのフィードバック信号に含まれる平均パワーは、位相検出器２８のダイ オードを飽和させるレベルにするが、このレベルは光電子フロントエンド２２に よって達成されるＳ／Ｎ比を低下させるほどではない。位相検出器２８は二重平 衡ミキサーでもよく、その場合は、装置が位相検出器２８として機能するように ＩＦポートがＤＣ結合されていることを確認する必要がある。 位相検出器２８の動作は、制御装置が正常に機能する上で重要である。位相検 出器２８へのＲＦ入力を行う信号は、レーザ位相のパワースペクトル密度を含ん でいる。ここに説明したレーザトランスミッタ１０の場合は、信号はレーザ１２ と光共振器２０の共鳴光学場との光学的混合より生じる相違周波数によって生じ る。この混合はＰＩＮフォトダイオード７２で起こる。 レーザ１２をＲＦ発振器１６によって位相変調することを念頭に置けば、ＲＦ 発振器１６の周波数でのフィードバックループで発生したＲＦ相違周波数は、光 共振器２０によってスペクトルでフィルタリングされた漏れ磁界成分のあるレー ザ１２の周波数スペクトルの位相変調成分の光学的混合に起因することが明白で ある。光共振器２０からのスペクトルでフィルタリングした成分の周波数スペク トルが半導体レーザ１２の生出力よりも相当狭いので、スペクトルフィルタ信号 は、レーザ周波数スペクトルの微細構造の大部分をＰＩＮフォトダイオード７２ 内のフィードバック信号に分解できる。このスペクトルは、ヘテロダインうなり 音としてＲＦ共振器の周波数でＰＩＮフォトダイオード内に生じる光電流の変調 に現れる。 このように、レーザの位相は、ＲＦフィードバック信号の位相に含まれている 。次に位相検出器２８は、ＲＦ信号の位相を検出することで、レーザの位相を検 出する。レーザの位相は、ヘテロダインうなり音に含まれているもので、直角位 相のヘテロダインうなり音をＲＦ発振器１６からの基準信号と混合することによ り位相検出器２８で検出される。 この位相検出器２８の機能は、検出した位相を適切な極性の直流結合エラー信 号に変換してサーボアクチュエータ（すなわち、レーザ１２）での位相修正を行 う。位相検出器２８のＩＦ出力のＤＣ特徴は、ＬＯとＲＦのポートでの信号間の 位相関係により決定される。このように、この位相関係は、適切なＩＦ応答を出 すために調節する必要がある。この調節をするには、ＲＦ発振器１６の周波数を チューニングするか、または指向性カプラ３０と位相検出器２８へのＬＯ入力と の間の遅延線の物理的長さを変更する。 位相検出器２８へのＬＯとＲＦの入力信号間の位相関係が適切に調節されてい れば、ＩＦ信号は、光共振器２０の共振モードの近辺のレーザ周波数に対応する 明確なバイポーラ波形を持っている。そこで、位相エラーが起こってレーザの周 波数が高くなると、対応したＩＦ信号の変化が、レーザ接合電流を増大させてレ ーザ１２の位相が光共振器２０の位相に相当することになる。逆に、位相エラー が低周波数のレーザ発光になった場合は、ＩＦ信号が接合電流を低下させる。 ＩＦ増幅器１４は、位相検出器２８からのエラー信号を処理し、フィードバッ クシステムのレーザ１２へのインタフェースを提供する。レーザ駆動回路のＩＦ 増幅器とコンバイナの部分の実施態様を示す概略図を図６に示す。この実施態様 では、位相検出器２８のＩＦ出力がＩＦ入力９０に印加される。二信フィルタの 高域部は、ヘテロダインうなり音の偏出位相からの高周波成分をフィルタして、 ＩＦ信号の高周波成分のフィードフォーワードを接続点９０，９４，１０４を介 したＩＦ増幅器の最終段階へ直接収容する。最終段階は、クランプ電流フィード バック演算増幅器１０６（例えば、コムリニアＣＬＣ５０２）を使用する加算増 幅器１０６から成る。このフィードフォーワード技術は、ＩＦ利得の追加段階に よる位相マージュ劣化に関わらず、ＩＦ帯域幅を増大させる。 低域部は、その他の使用可能位相マージュがその他のＩＦ利得（すなわち、ス ケーリング）の導入を可能とする、ＩＦ信号の低めのフーリエ周波数成分を収容 する。図６に示した実施態様では、高利得広帯域幅演算増幅器（例えば、コムリ ニアＣＬＣ４２２やＣＬＣ４０１）を組み込んだ単段増幅器を使用している。低 めのフーリエ周波数でのスケーリングした出力が、演算増幅器１０６の加算接続 点１０４における高周波数成分を組み合わされる。 このＩＦ信号（すなわち、ヘテロダインうなり音の高周波数成分とスケーリン グした検出位相）は、エミッタフォロワトランジスタ１０８との組み合わせで演 算増幅器１０６を介してレーザ接合電流を引き出する。電流は、抵抗器１１０の 電圧に対応する接続点１０４での演算増幅器への入力電圧によって設定される。 電流源トランジスタ１０８のコレクタは、結合器３２の回路の接続点１１２での 低域部分によりレーザにインピーダンス整合される。このインピーダンス整合は 、演算増幅器１０６の全利得帯域幅を含む必要がある広帯域幅にわたって保持す る必要がある。 結合器３２（図６）は、ＩＦ信号用の低域部１１２（例えば、ＤＣ２５０ＭＨ ｚ）と高域部１１４（例えば、０．２５−４．０ＧＨｚ）とから成り、指向性カ プラ３０を介してＲＦ発振器１６からの信号を入力結合する、多重化フィルタと して機能する。ＲＦ発振器１６とＩＦ増幅器１４からの信号を結合することに加 えて、結合器３２は、広帯域高域キャラクタ（例えば、０．０１−２．０ＧＨｚ ）の信号入力ポートを含む。この実施態様では、レーザ１２と抵抗器１１８は、 ダイプレクサ出力接合点１１６により駆動される整合負荷に含まれているが、レ ーザだけは信号入力１２２に対応する整合負荷に含まれている。そこで、重畳周 波数応答のエリアに、干渉しない方法で信号を結合することが可能である。高域 フィルタ１２４は、通信信号をレーザ１２に結合し、ダイプレクサ１１６の低域 部１２は、ＩＦフィードバック信号をレーザ１２に結合する。上記信号すべては 、このように結合され、それぞれのソースの寄与によるレーザ性能の低下なしに 、レーザ１２を変調する。変調光出力は、光ファイバ１３４に結合され、コヒー レ ントレーザ送信機の光出力を含むことになる。 半導体レーザ（スレーブ）３６の機能は、コヒーレントホモダインまたはヘテ ロダイン光受信機の局部発振器としてのものである。半導体レーザ（スレーブ） ３６を制御するサーボシステムは、局部発振器レーザ３６が、ヘテロダイン光混 合スペクトルのＲＦエラー信号の派生について光共振器２０を使用しないことを 主たる例外として、トランスミッタレーザ１２を制御するものとほぼ同じである 。さらに、ＲＦ発振器４０の周波数は、サーボの全ＩＦ帯域幅の少なくとも２倍 、ＲＦ発振器１６の周波数と分離する必要がある。これで、マスターレーザとス レーブレーザ間のエラー信号の適切な割り当てが確実になる。レーザ３６の局部 発振器サーボが光共振器を必要としないのは、光共振器漏れ信号がトランスミッ タレーザ１２のものに対応がなされているので、残留レーザトランスミッタパワ ーが、局部発振器レーザ３６を制御するサーボ用に同じ様に機能するからである 。このように、この実施態様は、局部発振器レーザを、コヒーレント光信号の粗 ホモダイン検出となるトランスミッタ中心周波数に直接ロックできるようにする 。局部発振器レーザ３６が、位相オフセットエラーが少ない、トランスミッタレ ーザ１２の中心周波数にロックされる、このシステムでヘテロダインロックの達 成も可能になる。 位相ノイズを補償する必要がある最高周波数フーリエ成分を超える周波数でフ ィードバック位相ノイズが利得を示すことを規定することで、フィードバック動 作によって固有位相ノイズを抑制するためにフィードバック制御装置を使用でき ることが一般に受け入れられている。そこで、レーザソースの線幅を狭くするた めに、サーボループの利得帯域幅はレーザ線幅を超える必要がある、すなわち、 ループは位相ノイズの最高フーリエ周波数で利得を持つ必要がある。閉ループに も拘わらず、フィードバック信号の高フーリエ成分がループを不安定にする前に 許容できる最高グループ遅延を安定性要件が決定する。このように、特定のルー プ帯域幅について可受理位相マージン内で達成可能な最高利得が実際にある。 しかし、半導体レーザの場合、問題はそれほど単純ではない。レーザは、フィ ードバックループのソース、変調器、アクチュエータとして機能する。レーザは サーボアクチュエータとして機能するので、それはループの伝達特性を決定する 接合点電流の変調に対するそれ自体の位相応答である。ＩＦフィードバック信号 のダイナミックレンジがマイクロ波スペクトルの相当な部分のレーザ周波数を制 御しているので、ループは、サーボループのＩＦスペクトルの周波数の内容を超 えるフーリエ周波数でのレーザの位相ノイズ消滅を示すことが可能である。 サーボループでのいくつかの機能の実行に加えて、レーザは、本発明のソース および変調器として二重機能を実行する。それは、通信信号のコヒレント（可干 渉）伝送のものである。このように、単一レーザは、高性能コヒレント光学系へ の非常に経済的なアプローチとなる複雑なシステムで多くの重要な機能を実行す る。コヒレント光学技術の特徴である相当な帯域幅と損失予算増加を考慮すると 、以上説明した本発明の実用性は明らかである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，Ｓ Ｚ，ＵＧ)，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，Ｂ Ｙ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ， ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，Ｍ Ｄ，ＭＧ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ， ＴＭ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．半導体レーザの周波数を安定させる方法において、 光共振器の漏れフィールドと半導体レーザの周波数変調出力とを光学的に混合 することでヘテロダインうなり音を検出するステップと、 直角位相のヘテロダインうなり音を無線周波数基準信号と混合することでヘテ ロダインうなり音の位相を検出するステップと、 ヘテロダインうなり音の検出位相をフィルタリングするステップと、 ヘテロダインうなり音の検出位相をスケーリングするステップと、 無線周波数基準信号とヘテロダインうなり音のスケーリングした検出位相とを 持つ半導体レーザを変調するステップとから構成することを特徴とする方法。 ２．半導体レーザの出力を光共振器に結合するステップをさらに備えることを特 徴とする請求項１記載の方法。 ３．前記ヘテロダインうなり音を検出するステップが、半導体レーザの出力の一 部を受光素子へ分流するステップをさらに備えることを特徴とする請求項２記載 の方法。 ４．前記半導体レーザの出力の一部を受光素子へ分流するステップが、光共振器 からの光周波数基準信号をインターセプトするステップをさらに備えることを特 徴とする請求項３記載の方法。 ５．前記ヘテロダインうなり音を検出するステップが、光共振器の出力の一部を 受光素子へ分流するステップをさらに備えることを特徴とする請求項１記載の方 法。 ６．前記ヘテロダインうなり音の検出位相をフィルタリングするステップが、半 導体レーザの中央周波数の近辺の少なくとも１つのフーリエ周波数成分を分離す るステップをさらに備えることを特徴とする請求項１記載の方法。 ７．前記ヘテロダインうなり音の検出位相をスケーリングするステップが、ヘテ ロダインうなり音の検出位相を増幅するステップをさらに備えることを特徴とす る請求項１記載の方法。 ８．前記高周波数成分とヘテロダインうなり音のスケーリングした検出位相とを 持つ半導体レーザを変調するステップが、半導体レーザと作動可能に相互接続し た電流増幅器の入力でのヘテロダインうなり音のスケーリングした検出位相の分 離フーリエ成分を合計するステップをさらに備えることを特徴とする請求項１記 載の方法。 ９．電流増幅器の出力を半導体レーザにインピーダンス整合するステップをさら に備えることを特徴とする請求項８記載の方法。 １０．半導体レーザの周波数を安定させる方法において、 光共振器の漏れフィールドと半導体レーザの周波数変調出力とを光学的に混合 することでフォトダイオードのヘテロダインうなり音を検出するステップと、 直角位相のヘテロダインうなり音を無線周波数変調基準信号と混合することで ヘテロダインうなり音の位相を検出するステップと、 帯域幅フィルタリングによってヘテロダインうなり音の検出位相の低フーリエ 周波数成分から高フーリエ周波数成分信号を分離するステップと、 ヘテロダインうなり音の検出位相の高フーリエ周波数成分信号と低周波数フー リエ成分信号を個別にスケーリングするステップと、 ヘテロダインうなり音の検出位相の高・低フーリエ周波数成分信号および無線 周波数変調ソースを持つ半導体レーザを変調するステップとから構成することを 特徴とする方法。 １１．ヘテロダインうなり音の位相を検出する前に検出ヘテロダインうなり音を 増幅するステップをさらに備えることを特徴とする請求項１０記載の方法。 １２．前記ヘテロダインうなり音の検出位相の高・低フーリエ周波数成分信号を スケーリングするステップが、ヘテロダインうなり音の検出位相を増幅するステ ップをさらに備えることを特徴とする請求項１０記載の方法。 １３．半導体レーザの周波数を安定させる方法において、 光共振器の漏れフィールドと半導体レーザの周波数変調出力とを光学的に混合 することでヘテロダインうなり音を検出するステップと、 直角位相のヘテロダインうなり音を無線周波数基準信号と混合することでヘテ ロダインうなり音の位相を検出して、相違周波数を生じるステップと、 相違周波数を持つ半導体レーザを周波数変調するステップとから構成すること を特徴とする方法。 １４．無線周波数基準信号を持つ半導体レーザを周波数変調するステップをさら に備えることを特徴とする請求項１３記載の方法。