JPH065964A - 周波数安定化光源 - Google Patents

周波数安定化光源

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JPH065964A
JPH065964A JP16273692A JP16273692A JPH065964A JP H065964 A JPH065964 A JP H065964A JP 16273692 A JP16273692 A JP 16273692A JP 16273692 A JP16273692 A JP 16273692A JP H065964 A JPH065964 A JP H065964A
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JP
Japan
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frequency
semiconductor laser
light
output
light source
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Pending
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JP16273692A
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English (en)
Inventor
Katsuya Ikezawa
克哉 池澤
Eiji Ogita
英治 荻田
Katsumi Isozaki
克己 磯崎
Yasuhito Kosugi
泰仁 小杉
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Yokogawa Electric Corp
Original Assignee
Yokogawa Electric Corp
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【目的】 長期的な周波数ドリフトのない周波数安定化
光源を実現する。 【構成】 半導体レーザLDの出力光を2方向に分け、
一方の光を波長選択素子Eへ入射させ電気信号に変換
し、他方の光はそのまま光電変換し増幅して電気信号を
得て、2つの電気信号の差分の信号を積分器Bで積分
し、その積分出力によりレーザの注入電流を制御するよ
うにした周波数安定化光源において、周波数安定化の制
御ループをオープンにする為の複数のスイッチと、半導
体レーザのバイアス電流を掃引する為の電流掃引波発生
回路SWPと、光検出器の出力を記録する波形メモリ
と、記録された波形から周波数安定化の動作点を求める
演算装置SPとを備え、波長選択素子Eとしてガス吸収
セルを用いると共に、演算装置の出力で増幅器Aのゲイ
ンを制御するようにする。又、波長選択素子はガス吸収
セルEを用いると共に、レーザの発光強度を検出して一
定に制御する制御ループも備えた。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は,気体の吸収スペクトル
を利用して半導体レーザの発振周波数を安定化する装置
に関し、特に安定化のための基準レベルを制御して、ま
たは半導体レーザの出力変動を抑制して、周波数の長期
安定度を改善した装置に関する。
【0002】
【従来の技術】この種の周波数安定光源として、特開昭
62−250682号『半導体レーザ波長安定化装置』
がある。本発明は、この既出願の『半導体レーザ波長安
定化装置』に改良を施したものであるが、以下、本発明
を説明する前に、この既出願について、図4を用いて概
略説明する。図4はその『半導体レーザ波長安定化装
置』の回路構成図である。
【0003】図4において、LDは半導体レ―ザであ
り、温度変動による波長の変動を抑制するために図示し
ない恒温槽内に配置され、温度コントロ―ラによりその
温度が一定に制御されている。そして、波長安定化回路
は予め決められた定電流で駆動され、恒温槽内の温度が
予め決められた温度になったことを判別する温度判別器
(図示せず)の信号をうけた後、動作するように構成さ
れている。半導体レーザLDから出た光は、レンズLで
平行光にコリメ―トされ、ハ―フミラ―HMで帰還用に
使用する反射光と実用光としての透過光に分岐される。
ハ―フミラ―HMで反射された帰還用の光は、1/2波
長板Zを通って、ビ―ムスプリッタPBSで分岐され、
このビ―ムスプリッタPBSを透過した光は、第1の光
電変換素子(例えばフォトダイオ―ド)PD1で電気信
号に変換された後、第1の増幅器A1の反転入力端子に
入力される。一方、ビ―ムスプリッタPBSで反射した
光は、波長選択素子(例えばエタロン,回折格子,ガス
セル等)Eに入射され、その波長−透過率特性に応じて
パワ―の減衰を受けた光は、第2の光電変換素子PD2
で電気信号IAに変換された後、第1の増幅器A1からの
出力と共に帰還抵抗R1および帰還コンデンサCを有す
る積分器Bの反転入力端子に入力される。この積分器B
の出力は、抵抗R2を経て、抵抗R3を経たVinからの出
力と共に、第2の増幅器A2を構成するトランジスタT
のベ―スに接続される。トランジスタTのコレクタ側
は、抵抗R5を経て半導体レーザLDに接続されてお
り、エミッタ側は抵抗R4を経て接地されている。上記
構成において、帰還されたベ―ス電圧に基づいて半導体
レーザLDに駆動電流Iが流れる。
【0004】このような構成によれば、割算器を仕様し
なくても透過的にIB/IAの一定な制御ができるので、
構成が簡単になると共に、積分器Bと第2の増幅器A2
に広い帯域のものを仕様すると、エタロン透過光パワー
変動の高周波成分も帰還されるので、スペクトル線幅の
狭帯域化も実現できる効果が得られる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術に示す装置において、波長選択素子としてガス吸
収セルを用いた場合、ガス吸収セルの光の吸収率は、セ
ルへの入射光強度により変化する。したがって、半導体
レーザの経時変化などにより、半導体レーザの出射光強
度が大きく変動したような場合には、例えば、図5に示
すように、吸収率が実線から点線へ変化すると、安定化
の動作点はAからBへと移動し、安定化周波数がドリフ
トするという問題点がある。
【0006】本発明は上記従来技術の課題を踏まえて成
されたものであり、半導体レーザの発光強度変化による
ガス吸収セルの吸収率変化を検出し、常に吸収線の一定
の位置に周波数を安定化するように基準レベルを変化さ
せることにより、または半導体レーザの発振周波数を制
御すると同時に発光強度も制御することにより、長期的
な周波数ドリフトのない周波数安定化光源を提供するこ
とを目的としたものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の本発明の構成は、半導体レーザの出力光を2方向に分
け、一方の光は波長選択素子へ入射しそれから得られる
光を電気信号に変換し、他方の光はそのまま光電変換し
それを増幅器で増幅して電気信号を得て、この2つの電
気信号の差分の信号を積分器で積分し、その積分出力に
より前記半導体レーザの注入電流を制御するようにした
周波数安定化光源において、周波数安定化の制御ループ
をオープンにするための複数のスイッチと、前記半導体
レーザのバイアス電流を掃引するための電流掃引波発生
回路と、光検出器の出力を記録する波形メモリと、記録
された波形から周波数安定化の動作点を求める演算装置
とを備え、前記波長選択素子としてガス吸収セルを用い
ると共に、前記増幅器として可変ゲイン増幅器を用い、
前記演算装置の出力で前記可変ゲイン増幅器のゲインを
制御するようにしたことを特徴とするものである。ま
た、半導体レーザの出力光を2方向に分け、一方の光は
波長選択素子へ入射しそれから得られる光を電気信号に
変換し、他方の光はそのまま光電変換しそれを増幅器で
増幅して電気信号を得て、この2つの電気信号の差分の
信号を積分器で積分し、その積分出力により前記半導体
レーザの注入電流を制御するようにした周波数安定化光
源において、前記波長選択素子はガス吸収セルを用いる
と共に、前記半導体レーザの発振周波数を安定化する制
御ループとは別に前記半導体レーザの発光強度を検出し
て一定に制御する制御ループも備えた構成としたことを
特徴とするものである。
【0008】
【作用】本発明によれば、吸収曲線を検出し、その特定
の位置に周波数の安定化を行うようにしたため、半導体
レーザ特性の経時変化などによる周波数ドリフトを除去
することができる。また、発振周波数の制御と同時に発
光強度を一定に制御することができるので、ガス吸収セ
ルへの入射光強度変化に起因する吸収率変化を原因とす
る周波数変動を抑制することができる。
【0009】
【実施例】以下、本発明を図面に基づいて説明する。図
1は本発明の周波数安定化光源の第1の実施例を示す回
路構成図である。なお、図1において、図4と同一要素
には同一符号を付して重複する説明は省略する。図1に
おいて、SW1〜SW4は周波数安定化の制御ループをオ
ープンにするためのスイッチ、SWCはスイッチSW1
〜SW4のスイッチコントローラ、WMは光電変換素子
PD1,PD2の出力を記録する波形メモリ、SWPは半
導体レ―ザLDのバイアス電流を掃引するための電流掃
引波発生回路、TCは波形メモリWM,スイッチコント
ローラSWC,電流掃引波発生回路SWPに接続された
タイミング制御回路、SPは波形メモリWMに記録され
た波形から周波数安定化の動作点を求める演算装置、A
は可変ゲイン増幅器である。また、波長選択素子Eには
ガス吸収セルを用いている。
【0010】このような構成において、本発明の周波数
安定化光源では電源投入時、あるいは長時間に渡り連続
運転を行うような場合には、一定期間ごとに以下のシー
ケンスが行われる。そのシーケンスは、 (1)スイッチコントローラSWCにより、スイッチS
1〜SW4を次の状態にする。 スイッチSW1:オフ スイッチSW2:オン スイッチSW3:オフ スイッチSW4:オン (2)タイミング制御回路TCは電流掃引波発生回路S
WPを起動し、電流掃引と同期して、波形メモリWM
は、図2に示すような光電変換素子PD1,PD2の出力
r,Vsを記録する。 (3)演算装置SPは波形メモリWMに記録された光電
変換素子PD2の出力Vsの波形から、予め定められた安
定化の動作点(例えば、図2中に示す吸収深さの1/2
の点)を求め、その点で、VsとVrが交差するよう
に、可変ゲイン増幅器Aのゲインを制御してVrを調整
する。 (4)このような調整が終了すると、タイミング制御回
路TCとスイッチコントローラSWCを介して、スイッ
チSW1〜SW4を次の状態にする。 スイッチSW1:オン スイッチSW2:オフ スイッチSW3:オン スイッチSW4:オフ この(4)の状態は、上記従来技術に示した構成の装置
構成と同一であり、その説明は省略するが、周波数の安
定化が行われる。
【0011】このように、上記実施例によれば、半導体
レーザの発光強度変化によるガス吸収セルの吸収率変化
を検出し、常に吸収線の一定の位置に周波数を安定化す
るように基準レベルを変化させるようにしたため、半導
体レーザ特性の経時変化などによる周波数ドリフトを除
去することができる。
【0012】また、上記実施例において、半導体レーザ
LDは、2電極DBRや3電極DBRなどの複数電極の
半導体レーザでも良く、このような場合には、活性領域
への注入電流は一定にし、DBR領域や位相調整領域
(3電極DBRの場合)の注入電流により、周波数制御
を行うことにより、同様の効果を得られる。
【0013】図3は本発明の周波数安定化光源の第2の
実施例を示す回路構成図である。なお、図3において図
1と同一要素には同一符号を付して重複する説明は省略
する。図3において、LDaは3電極DBRであり、活
性領域に電流IAを流すことにより発振し、位相調整領
域およびDBR領域に流す電流IPおよびIDを制御する
ことにより発振周波数を制御することができる。この3
電極DBR LDaは図示しない温度コントローラにより
一定温度に制御されており、3電極DBR LDaから出
射した光の内、ハーフミラーHM1で反射された光が周
波数および発光強度の制御に利用される。電圧信号Vif
は位相調整領域およびDBR領域に流す電流IPおよび
Dのバイアス電流を決定するための入力電圧である。
電圧信号Vipは3電極DBR LDaの活性領域にながす
電流IAのバイアス電流を決定するための入力電圧であ
る。ここで、図3において構成される制御ループの内、
次頁の系統図で示される制御ループは、周波数安定化の
ループであり、動作は図4と同じである。次に、系統図
に含まれない制御ループについて説明する。3電極DB
R LDaから出力された光は、ハーフミラーHM1で分
岐され、その反射光はハーフミラーHM2で更に分岐さ
れる。ハーフミラーHM2を透過した光は、フォトダイ
オードPD1に入射し、電流に変換される。この電流は
増幅器A1中で一旦電圧信号Vpsに変換されるが、この
電圧信号Vpsを増幅器Cに入力する。増幅器Cは基準電
圧Vrと電圧信号Vpsを比較し、その差を増幅して出力
する。この増幅器Cの出力は、3電極DBR LDaの活
性領域にながす電流IAにフィードバックされる。増幅
器A1中で変換される電圧信号Vpsは、その大きさが3
電極DBR LDaの出力パワーに比例した信号となるの
で、基準電圧Vrとの差に比例した信号を反転増幅し
て、電流IAにフィードバックすることにより、3電極
DBR LDaの出射パワーを安定化することができる。
【0014】このように、上記実施例によれば、発振周
波数の制御と同時に発光強度を一定に制御することがで
きるため、ガス吸収セルへの入射光強度変化に起因する
吸収率変化を原因とする周波数変動を抑制することがで
きる。
【0015】なお、上記実施例において、半導体レーザ
は3電極DBRに限らず、パワーと周波数を別々に変え
られるものであれば良く、例えば、活性領域とDBR領
域から成る2電極タイプの半導体レーザでも良い。
【0016】
【発明の効果】以上、実施例と共に具体的に説明したよ
うに、本発明によれば、半導体レーザの発光強度変化に
よるガス吸収セルの吸収率変化を検出し、常に吸収線の
一定の位置に周波数を安定化するように基準レベルを変
化させるようにしたため、半導体レーザ特性の経時変化
などによる周波数ドリフトを除去することができ、ま
た、発振周波数の制御と同時に発光強度を一定に制御す
ることができるため、ガス吸収セルへの入射光強度変化
に起因する吸収率変化を原因とする周波数変動を抑制す
ることができることにより、長期的な周波数ドリフトの
ない周波数安定化光源を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の周波数安定化光源の第1の実施例を示
す回路構成図である。
【図2】図1装置の波形メモリに記録される波形を示す
図である。
【図3】本発明の周波数安定化光源の第2の実施例を示
す回路構成図である。
【図4】従来例の回路構成図である。
【図5】吸収率と周波数の関係を示す図である。
【符号の説明】
A 可変ゲイン増幅器 A1,C 増幅器 B 積分器 E ガス吸収セル LD 半導体レ―ザ LDa 3電極DBR PD1,PD2 光電変換素子(フォトダイオード) SP 演算装置 SW1〜SW4 スイッチ SWC スイッチコントローラ SWP 電流掃引波発生回路 TC タイミング制御回路 WM 波形メモリ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小杉 泰仁 東京都武蔵野市中町2丁目9番32号 横河 電機株式会社内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体レーザの出力光を2方向に分け、
    一方の光は波長選択素子へ入射しそれから得られる光を
    電気信号に変換し、他方の光はそのまま光電変換しそれ
    を増幅器で増幅して電気信号を得て、この2つの電気信
    号の差分の信号を積分器で積分し、その積分出力により
    前記半導体レーザの注入電流を制御するようにした周波
    数安定化光源において、 周波数安定化の制御ループをオープンにするための複数
    のスイッチと、前記半導体レーザのバイアス電流を掃引
    するための電流掃引波発生回路と、光検出器の出力を記
    録する波形メモリと、記録された波形から周波数安定化
    の動作点を求める演算装置とを備え、 前記波長選択素子としてガス吸収セルを用いると共に、
    前記増幅器として可変ゲイン増幅器を用い、前記演算装
    置の出力で前記可変ゲイン増幅器のゲインを制御するよ
    うにしたことを特徴とする周波数安定化光源。
  2. 【請求項2】 半導体レーザの出力光を2方向に分け、
    一方の光は波長選択素子へ入射しそれから得られる光を
    電気信号に変換し、他方の光はそのまま光電変換しそれ
    を増幅器で増幅して電気信号を得て、この2つの電気信
    号の差分の信号を積分器で積分し、その積分出力により
    前記半導体レーザの注入電流を制御するようにした周波
    数安定化光源において、 前記波長選択素子はガス吸収セルを用いると共に、前記
    半導体レーザの発振周波数を安定化する制御ループとは
    別に前記半導体レーザの発光強度を検出して一定に制御
    する制御ループも備えた構成としたことを特徴とする周
    波数安定化光源。
JP16273692A 1992-06-22 1992-06-22 周波数安定化光源 Pending JPH065964A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004343089A (ja) * 2003-04-22 2004-12-02 Matsushita Electric Ind Co Ltd 光源装置の駆動方法および駆動回路
JP2007309840A (ja) * 2006-05-19 2007-11-29 Olympus Corp 光源装置及び分析装置

Cited By (3)

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