JPH02125482A - レーザ周波数安定化装置 - Google Patents
レーザ周波数安定化装置Info
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- JPH02125482A JPH02125482A JP27861788A JP27861788A JPH02125482A JP H02125482 A JPH02125482 A JP H02125482A JP 27861788 A JP27861788 A JP 27861788A JP 27861788 A JP27861788 A JP 27861788A JP H02125482 A JPH02125482 A JP H02125482A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
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- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/06—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
- H01S5/068—Stabilisation of laser output parameters
- H01S5/0683—Stabilisation of laser output parameters by monitoring the optical output parameters
- H01S5/0687—Stabilising the frequency of the laser
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は高い周波数安定度を有するレーザ光源を実現す
るための、レーザ周波数安定化装置に関するものである
。
るための、レーザ周波数安定化装置に関するものである
。
〔従来の技術・発明が解決しようとする課題〕近年、半
導体レーザのスペクトル純度や周波数回変度の向上に伴
い、光波通信システムや各種のコヒーレント光ファイバ
計測装置の研究開発が盛んに行われている。これらを構
築する際には、長波長帯（１，３〜１．６ｕｉ）におい
て高い周波数安定度を有する周波数基準となるレーザ光
源が必要である。
導体レーザのスペクトル純度や周波数回変度の向上に伴
い、光波通信システムや各種のコヒーレント光ファイバ
計測装置の研究開発が盛んに行われている。これらを構
築する際には、長波長帯（１，３〜１．６ｕｉ）におい
て高い周波数安定度を有する周波数基準となるレーザ光
源が必要である。
第２図に従来の長波長帯半導体レーザを用いたレーザ周
波数安定化装置の構成を示す。長波長帯半導体レーザｌ
から放射された光の一部を分子セル２に入射する。・長
波長帯半導体レーザｌの周波数が分子セル２に封入され
ている分子の共鳴周波数に一致しているならば、分子セ
ル２に入射された光は吸収される。ここで、長波長帯半
導体レーザ１の注入電流を光変調用発振器５を用いて変
調すると、長波長帯半導体レーザｌの周波数は変調され
るので、分子セル２における吸収光量も変調を受ける。
波数安定化装置の構成を示す。長波長帯半導体レーザｌ
から放射された光の一部を分子セル２に入射する。・長
波長帯半導体レーザｌの周波数が分子セル２に封入され
ている分子の共鳴周波数に一致しているならば、分子セ
ル２に入射された光は吸収される。ここで、長波長帯半
導体レーザ１の注入電流を光変調用発振器５を用いて変
調すると、長波長帯半導体レーザｌの周波数は変調され
るので、分子セル２における吸収光量も変調を受ける。
分子セル２の透過光は光検出器３で電気信号に変換され
た後、光変調用発振器５の出力を参照信号として同期検
波器４で同期検波される。
た後、光変調用発振器５の出力を参照信号として同期検
波器４で同期検波される。
この時、同期検波器４の出力は長波長帯半導体レーザ１
の周波数と分子セル２に封入されている分子の共鳴周波
数の差に比例する。この同期検波器４の出力に基づいて
、注入電流制御器６が長波長帯半導体レーザｌの周波数
を制御することにより、長波長帯半導体レーザｌの周波
数を分子セル２に封入されている分子の共鳴周波数に安
定化することができる。
の周波数と分子セル２に封入されている分子の共鳴周波
数の差に比例する。この同期検波器４の出力に基づいて
、注入電流制御器６が長波長帯半導体レーザｌの周波数
を制御することにより、長波長帯半導体レーザｌの周波
数を分子セル２に封入されている分子の共鳴周波数に安
定化することができる。
一般に、光周波数基準として用いる分子若しくは原子の
吸収スペクトルの線幅が狭いほど、その光周波数基準の
周波数弁別感度が大きくなり、周波数安定度は向上する
。また、分子若しくは原子の遷移確率の値はその分子若
しくは原子の振動子強度と入射光子束の積に比例するの
で、移動子強度の大きい分子若しくは原子を用いれば、
吸収光量が増大して、共鳴信号のＳＮ比が大きくなり周
波数安定度が向上する。
吸収スペクトルの線幅が狭いほど、その光周波数基準の
周波数弁別感度が大きくなり、周波数安定度は向上する
。また、分子若しくは原子の遷移確率の値はその分子若
しくは原子の振動子強度と入射光子束の積に比例するの
で、移動子強度の大きい分子若しくは原子を用いれば、
吸収光量が増大して、共鳴信号のＳＮ比が大きくなり周
波数安定度が向上する。
長波長帯における吸収媒質としては通常アンモニア分子
等が用いられる。しかし、アンモニア分子等は振動子強
度があまり大きくなく、吸収スペクトルはドプラ広がり
を有しているので、あまり高い周波数安定度は得られな
い。
等が用いられる。しかし、アンモニア分子等は振動子強
度があまり大きくなく、吸収スペクトルはドプラ広がり
を有しているので、あまり高い周波数安定度は得られな
い。
これに対し、ルビジウムやセシウム等のアルカリ金属原
子は振動子強度が大きく、また飽和吸収や原子ビーム等
の方法を使えば、ドプラ広がりのない吸収スペクトルが
得られる。しかし、ルビジウムは０．７８μ肩、セシウ
ムは０．８５ｉｔｘ付近に吸収線を有しているので、そ
のままでは長波長帯におけるレーザ周波数安定化装置に
は使えない。
子は振動子強度が大きく、また飽和吸収や原子ビーム等
の方法を使えば、ドプラ広がりのない吸収スペクトルが
得られる。しかし、ルビジウムは０．７８μ肩、セシウ
ムは０．８５ｉｔｘ付近に吸収線を有しているので、そ
のままでは長波長帯におけるレーザ周波数安定化装置に
は使えない。
そこで、第３図に示すようなレーザ周波数安定化装置が
考えられる。長波長帯半導体レーザ１ （波長１．５６
μｍ）から放射された光の一部をＫＤＰ等の非線形光学
結晶を用いた第２高調波発生器７で高調波（波長０．７
８μ、ｗ）に変換する。この高調波はルビジウムセル８
に入射される。高調波の周波数がルビジウム原子の共鳴
周波数に一致しているならば、ルビジウムセル８に入射
された高調波は吸収される。ここで、長波長帯半導体レ
ーザＩの注入電流を光変調用発振器５を用いて変調する
と、長波長帯半導体レーザ１の周波数は変調されるので
、ルビジウムセル８における吸収光量も変調を受ける。
考えられる。長波長帯半導体レーザ１ （波長１．５６
μｍ）から放射された光の一部をＫＤＰ等の非線形光学
結晶を用いた第２高調波発生器７で高調波（波長０．７
８μ、ｗ）に変換する。この高調波はルビジウムセル８
に入射される。高調波の周波数がルビジウム原子の共鳴
周波数に一致しているならば、ルビジウムセル８に入射
された高調波は吸収される。ここで、長波長帯半導体レ
ーザＩの注入電流を光変調用発振器５を用いて変調する
と、長波長帯半導体レーザ１の周波数は変調されるので
、ルビジウムセル８における吸収光量も変調を受ける。
ルビジウムセル８の透過光は光検出器３で電気信号に変
換された後、光変調用発振器５の出力を参照信号として
同期検波器４で同期検波される。この時、同期検波器４
の出力は長波長帯半導体レーザｌの周波数とルビジウム
原子の共鳴周波数÷２の差に比例する。この同期検波器
４の出力に基づいて、注入電流制御器６が長波長帯半導
体レーザｌの周波数を制御することにより、長波長帯半
導体レーザｌの周波数をルビジウム原子の共鳴周波数の
２倍に安定化することができる。
換された後、光変調用発振器５の出力を参照信号として
同期検波器４で同期検波される。この時、同期検波器４
の出力は長波長帯半導体レーザｌの周波数とルビジウム
原子の共鳴周波数÷２の差に比例する。この同期検波器
４の出力に基づいて、注入電流制御器６が長波長帯半導
体レーザｌの周波数を制御することにより、長波長帯半
導体レーザｌの周波数をルビジウム原子の共鳴周波数の
２倍に安定化することができる。
しかしながら、現在の非線形光学結晶は非線形感受率が
小さいので、高調波への変換効率も非常に低い。従って
、ルビジウム原子の振動子強度は大きいのにもかかわら
ず、入射光子束が小さいので共鳴信号のＳＮ比も小さく
、あまり高い周波数安定度は得られない。
小さいので、高調波への変換効率も非常に低い。従って
、ルビジウム原子の振動子強度は大きいのにもかかわら
ず、入射光子束が小さいので共鳴信号のＳＮ比も小さく
、あまり高い周波数安定度は得られない。
本発明は従来の非線形光学結晶とアルカリ金属原子を用
いたレーザ周波数安定化装置における上記の問題を解決
し、１．５ｕｘ帯において高い周波数安定度を有するレ
ーザ周波数安定化装置を実現することを目的とする。
いたレーザ周波数安定化装置における上記の問題を解決
し、１．５ｕｘ帯において高い周波数安定度を有するレ
ーザ周波数安定化装置を実現することを目的とする。
本発明は、レーザと、前記レーザの出力光から高調波を
発生させる光高調波発生手段と、前記光高調波発生手段
の出力に位相同期した光を発生させる注入同期発振器と
、光周波数基準と、レーザ周波数制御手段とを有し、前
記レーザの出力光の一部を、前記光高調波発生手段に入
射して高調波を発生させ、前記高調波の全部若しくは一
部を前記注入同期発振器に注入して前記高調波に位相同
期した光を発生させ、前記高調波に位相同期した光の全
部若しくは一部を前記光周波数基準に入力し、前記光周
波数基準の出力に基づいて前記レーザ周波数制御手段に
より前記レーザの周波数を安定化することを特徴とする
ものである。
発生させる光高調波発生手段と、前記光高調波発生手段
の出力に位相同期した光を発生させる注入同期発振器と
、光周波数基準と、レーザ周波数制御手段とを有し、前
記レーザの出力光の一部を、前記光高調波発生手段に入
射して高調波を発生させ、前記高調波の全部若しくは一
部を前記注入同期発振器に注入して前記高調波に位相同
期した光を発生させ、前記高調波に位相同期した光の全
部若しくは一部を前記光周波数基準に入力し、前記光周
波数基準の出力に基づいて前記レーザ周波数制御手段に
より前記レーザの周波数を安定化することを特徴とする
ものである。
本発明では、短波長帯半導体レーザを注入同期発振器と
して長波長帯半導体レーザの第２高調波をその周波数・
位相に忠実に増幅した後、例えばアルカリ金属蒸気のセ
ルを使って周波数安定化を行う。セルに入射される光強
度は十分大きいので、共鳴信号検出の際のＳＮ比が非常
に大きくなる。
して長波長帯半導体レーザの第２高調波をその周波数・
位相に忠実に増幅した後、例えばアルカリ金属蒸気のセ
ルを使って周波数安定化を行う。セルに入射される光強
度は十分大きいので、共鳴信号検出の際のＳＮ比が非常
に大きくなる。
また、飽和吸収法を用いることも可能であるので、非常
に高い周波数安定度が得られる。
に高い周波数安定度が得られる。
第１図に請求範囲で述べたレーザ周波数安定化装置の構
成例を示す。長波長帯半導体レーザ１ （波長１．５６
μ肩、請求範囲におけるレーザ）から放射された光の一
部をＫＤＰ等の非線形光学結晶を用いた第２高調波発生
器７（請求範囲における光高調波発生手段）で高調波（
波長０．７８μＲ）に変換する。この高調波を短波長帯
半導体レーザ９（波長０．７８μ肩、請求範囲における
注入同期発振器）に注入する。高調波の周波数と短波長
帯半導体レーザ９の自走周波数が十分近いならば、短波
長帯半導体レーザ９は高調波に位相同期して発振する。
成例を示す。長波長帯半導体レーザ１ （波長１．５６
μ肩、請求範囲におけるレーザ）から放射された光の一
部をＫＤＰ等の非線形光学結晶を用いた第２高調波発生
器７（請求範囲における光高調波発生手段）で高調波（
波長０．７８μＲ）に変換する。この高調波を短波長帯
半導体レーザ９（波長０．７８μ肩、請求範囲における
注入同期発振器）に注入する。高調波の周波数と短波長
帯半導体レーザ９の自走周波数が十分近いならば、短波
長帯半導体レーザ９は高調波に位相同期して発振する。
この短波長帯半導体レーザ９の周波数は高調波の周波数
と同一で、かつその強度は高調波よりはるかに大きい。
と同一で、かつその強度は高調波よりはるかに大きい。
この短波長帯半導体レーザ９の出力の一部（飽和光）を
ルビジウムセル８（請求範囲における光周波数基準）に
入射して、短波長帯半導体レーザ９の出力の他方（プロ
ーブ光）に対する吸収を飽和させる。即ち、短波長帯半
導体レーザの周波数がルビジウム原子の共鳴周波数に十
分近い（自然幅程度）ならば、プローブ光に対する吸収
光量が減少する。ここで、長波長帯半導体レーザ１の注
入電流を光変調用発振器５を用いて変調すると、長波長
帯半導体レーザ１の周波数は変調されるので、ルビジウ
ムセル８における吸収光量も変調を受ける。ルビジウム
セルを透過したプローブ光は光検出器３で電気信号に変
換された後、光変調用発振器５の出力を参照信号として
同期検波器４で同期検波される。この時、同期検波器４
の出力は長波長帯半導体レーザｌの周波数とルビジウム
原子の共鳴周波数÷２の差に比例する。この同期検波器
４の出力に基づいて、注入電流制御器６（請求範囲にお
けるレーザ周波数制御手段）が長波長帯半導体レーザｌ
の周波数を制御することにより、長波長帯半導体レーザ
ｌの周波数をルビジウム原子の共鳴周波数の２倍に安定
化することができる。
ルビジウムセル８（請求範囲における光周波数基準）に
入射して、短波長帯半導体レーザ９の出力の他方（プロ
ーブ光）に対する吸収を飽和させる。即ち、短波長帯半
導体レーザの周波数がルビジウム原子の共鳴周波数に十
分近い（自然幅程度）ならば、プローブ光に対する吸収
光量が減少する。ここで、長波長帯半導体レーザ１の注
入電流を光変調用発振器５を用いて変調すると、長波長
帯半導体レーザ１の周波数は変調されるので、ルビジウ
ムセル８における吸収光量も変調を受ける。ルビジウム
セルを透過したプローブ光は光検出器３で電気信号に変
換された後、光変調用発振器５の出力を参照信号として
同期検波器４で同期検波される。この時、同期検波器４
の出力は長波長帯半導体レーザｌの周波数とルビジウム
原子の共鳴周波数÷２の差に比例する。この同期検波器
４の出力に基づいて、注入電流制御器６（請求範囲にお
けるレーザ周波数制御手段）が長波長帯半導体レーザｌ
の周波数を制御することにより、長波長帯半導体レーザ
ｌの周波数をルビジウム原子の共鳴周波数の２倍に安定
化することができる。
本発明によれば、光周波数基準に入射させる光強度が十
分大きいので、共鳴信号検出の際のＳＮ比か大きく、高
い周波数安定度が得られる。したがって、本発明は、光
波通信システムやコヒーレント光ファイバ計測装置を構
築する際の、光周波数標準器として利用することができ
る。
分大きいので、共鳴信号検出の際のＳＮ比か大きく、高
い周波数安定度が得られる。したがって、本発明は、光
波通信システムやコヒーレント光ファイバ計測装置を構
築する際の、光周波数標準器として利用することができ
る。
第１図は本発明の一実施例として示したレーザ周波数安
定化装置のブロック図、第２図は分子セルを用いた従来
のレーザ周波数安定化装置のブロック図、第３図は非線
形光学結晶とルビジウムセルを用いた従来のレーザ周波
数安定化装置のブロック図である。 ■・・・・・・レーザ（長波長帯半導体レーザ）、３・
・・・・・光検出器、 ４・・・・・・同期検波器、 ５・・・・・・光変調用発振器、 ６・・・・・・レーザ周波数制御手段（注入電流制御器
）７・・・・・・光高調波発生手段（第２高調波発生器
）、８・・・・・・光周波数基準（ルビジウムセル）、
９・・・・・・注入同期発振器（短波長帯半導体レーザ
）出願人 日本電信電話株式会社 代理人 弁理士 志 賀 正武
定化装置のブロック図、第２図は分子セルを用いた従来
のレーザ周波数安定化装置のブロック図、第３図は非線
形光学結晶とルビジウムセルを用いた従来のレーザ周波
数安定化装置のブロック図である。 ■・・・・・・レーザ（長波長帯半導体レーザ）、３・
・・・・・光検出器、 ４・・・・・・同期検波器、 ５・・・・・・光変調用発振器、 ６・・・・・・レーザ周波数制御手段（注入電流制御器
）７・・・・・・光高調波発生手段（第２高調波発生器
）、８・・・・・・光周波数基準（ルビジウムセル）、
９・・・・・・注入同期発振器（短波長帯半導体レーザ
）出願人 日本電信電話株式会社 代理人 弁理士 志 賀 正武
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 レーザと、 前記レーザの出力光から高調波を発生させる光高調波発
生手段と、 前記光高調波発生手段の出力に位相同期した光を発生さ
せる注入同期発振器と、 光周波数基準と、 レーザ周波数制御手段とを有し、 前記レーザの出力光の一部を、前記光高調波発生手段に
入射して高調波を発生させ、 前記高調波の全部若しくは一部を前記注入同期発振器に
注入して前記高調波に位相同期した光を発生させ、 前記高調波に位相同期した光の全部若しくは一部を前記
光周波数基準に入力し、 前記光周波数基準の出力に基づいて前記レーザ周波数制
御手段により前記レーザの周波数を安定化すること を特徴とするレーザ周波数安定化装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27861788A JPH02125482A (ja) | 1988-11-04 | 1988-11-04 | レーザ周波数安定化装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27861788A JPH02125482A (ja) | 1988-11-04 | 1988-11-04 | レーザ周波数安定化装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02125482A true JPH02125482A (ja) | 1990-05-14 |
Family
ID=17599776
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27861788A Pending JPH02125482A (ja) | 1988-11-04 | 1988-11-04 | レーザ周波数安定化装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02125482A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03238885A (ja) * | 1990-02-15 | 1991-10-24 | Nec Corp | レーザ装置 |
-
1988
- 1988-11-04 JP JP27861788A patent/JPH02125482A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03238885A (ja) * | 1990-02-15 | 1991-10-24 | Nec Corp | レーザ装置 |
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