JPS62250682A - Stabilizing apparatus for wavelength of semiconductor laser - Google Patents
Stabilizing apparatus for wavelength of semiconductor laserInfo
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
く産業上の利用分野〉
本発明は、主として光通信、光応用計測、光情報処理用
光源として用いられる半導体レーザに関し、更に詳しく
はレーザ波長の安定化およびスペクトル線幅の狭帯域化
を同時に実現した半導体レーザ波長安定化装置に関する
。[Detailed description of the invention] Industrial application field> The present invention relates to a semiconductor laser mainly used as a light source for optical communication, optical applied measurement, and optical information processing, and more specifically to stabilization of laser wavelength and spectral linewidth. The present invention relates to a semiconductor laser wavelength stabilization device that simultaneously realizes a narrow band.
〈従来の技術〉
半導体レーザは、小形、高効率、波長可変、低価格、高
速動作が可能等の利点があり、また、従来０．７〜１．
６μｍ程度の波長域で発擾するレーザが少なかったこと
などから精密計測、高分解能分光等への応用も期待され
ている。これらへの応用に対して、半導体レーザに要求
される特性の中で特に重ａなものは、高いスペクトル純
度と周波数の安定性で、この２つの要素は測定の感度や
分解能に大きく影響する。<Prior Art> Semiconductor lasers have advantages such as small size, high efficiency, wavelength tunability, low cost, and high-speed operation.
Since there are few lasers emitting light in the wavelength range of about 6 μm, it is also expected to be applied to precision measurement, high-resolution spectroscopy, etc. Among the characteristics required of semiconductor lasers for these applications, particularly important characteristics are high spectral purity and frequency stability, and these two factors greatly affect measurement sensitivity and resolution.
従来、半導体レーザの周波数安定化装置の一つとして第
１０図に示すファブリペローエタロンを用いて構成した
ものが知られている。Conventionally, as one of the frequency stabilizing devices for a semiconductor laser, one constructed using a Fabry-Perot etalon shown in FIG. 10 is known.
第１０図において、１は半導体レーザであり。In FIG. 10, 1 is a semiconductor laser.
定電流源７からの電流により駆動される。この半導体レ
ーザ】からのレーザ光はレンズ２によりコリメートされ
、絞り板３．オプティカル・アイソレータ４を通ってビ
ームスプリッタ５により２方向に分岐される。分岐され
た一方の光は基準となるファブリペロ−・エタロン（以
下エタロンという）６に導かれ、エタロン６の波長−透
過率特性に応じてパワーの減衰を受けて出射する。この
エタロン６から出射した光は絞り板３ａを通ってフォト
ダイオード８で光１！変換され、その電気信号Ｖａは割
算器１０に入力される。一方ビームスブリッタ５により
分岐された他方のレーザ光はｔＡ１３で反射してフォト
ダイオード９に入射され、ここで充電変換された電気信
号ＶＡは同じく割算器１０に入力され、フォトダイオー
ド８からの出力Ｖｓがフォトダイオード９からの出力Ｖ
Ａにより割算される。この割算器１０からの出力は差動
増幅器１１の反転入力端子側に入力され、基準入力１圧
１３との差が増幅される。そして差動増幅器１１の出力
により制御回路１２の出力が制御され。It is driven by a current from a constant current source 7. The laser light from this semiconductor laser is collimated by a lens 2, and is collimated by a diaphragm plate 3. The beam passes through an optical isolator 4 and is split into two directions by a beam splitter 5. One of the branched lights is guided to a Fabry-Perot etalon (hereinafter referred to as etalon) 6 which serves as a reference, and is emitted after undergoing power attenuation according to the wavelength-transmittance characteristics of the etalon 6. The light emitted from this etalon 6 passes through the diaphragm plate 3a and reaches the photodiode 8, which is the light 1! The converted electrical signal Va is input to the divider 10. On the other hand, the other laser light branched by the beam splitter 5 is reflected by tA13 and inputted to the photodiode 9, and the electric signal VA charged and converted here is also inputted to the divider 10 and output from the photodiode 8. Vs is the output V from photodiode 9
Divided by A. The output from the divider 10 is input to the inverting input terminal side of the differential amplifier 11, and the difference from the reference input voltage 13 is amplified. The output of the control circuit 12 is controlled by the output of the differential amplifier 11.
この出力に基づいて定電流源７の出力制御が行われる。The output of the constant current source 7 is controlled based on this output.
上記構成により定電流源７からの電流を制御し。The above configuration controls the current from the constant current source 7.
エタロン６の波長−透過率特性上の一点に半導体レーザ
１の発缶波長を固定し安定化を図っている。The emission wavelength of the semiconductor laser 1 is fixed at one point on the wavelength-transmittance characteristic of the etalon 6 to stabilize it.
第１１図は注入１！流を帰ｙＡ陽として、帰還帯域を広
くしてスペクトル線幅の狭帯域化を図った従来例を示す
構成説明図である。図において第１０図と同一要素には
同一符号が付しである。Figure 11 shows injection 1! FIG. 2 is a configuration explanatory diagram showing a conventional example in which the feedback band is widened and the spectral linewidth is narrowed by changing the current to the return YA positive. In the figure, the same elements as in FIG. 10 are given the same reference numerals.
第１１図において、３０は半導体レーザ１の温度を一定
に保つ温度コントローラである。定電流Ｍ７によりＪｌ
！！勤された半導体レーザ１はレンズ２゜絞り板３．オ
プティカル・アイソレータ４を通ってビームスプリッタ
５で２方向に分離される。In FIG. 11, 30 is a temperature controller that keeps the temperature of the semiconductor laser 1 constant. Jl due to constant current M7
! ! The focused semiconductor laser 1 is connected to a lens 2 and a diaphragm plate 3. The beam passes through an optical isolator 4 and is separated into two directions by a beam splitter 5.
このビームスプリッタ５を透過した光は出力光として利
用される。一方ビームスプリッタ５で反射した光はエタ
ロン６に入射する。エタロン６からは波長−透過率特性
に応じてパワーの減衰を受けた光が出射するが、この光
はレンズ２．絞り板３を経てアバランシェ・フォト・ダ
イオード２２に入射する。このアバランシェ・フォト・
ダイオード２２で光電変換された電気信号は高周波増幅
器２４で増幅され、高周波増幅器２４からの出力はコン
デンサ２５を経て半導体レーｔｒ１に帰還される。The light transmitted through this beam splitter 5 is used as output light. On the other hand, the light reflected by the beam splitter 5 enters the etalon 6. Light whose power is attenuated according to the wavelength-transmittance characteristics is emitted from the etalon 6, but this light is transmitted to the lens 2. The light passes through the aperture plate 3 and enters the avalanche photodiode 22. This avalanche photo
The electrical signal photoelectrically converted by the diode 22 is amplified by the high frequency amplifier 24, and the output from the high frequency amplifier 24 is fed back to the semiconductor rate tr1 via the capacitor 25.
上記偶成によれば、コンデンサ２５を介して周波数帯域
の高い交流信号を帰還しているのでスペクトル線幅を狭
帯域化することができる。According to the above-mentioned combination, since an AC signal with a high frequency band is fed back via the capacitor 25, the spectral line width can be narrowed.
〈発明が解決しようとする問題点〉
しかしながら、上記第１０図に示す従来例によれば１割
算器を用いるので構成が複雑になるという問題があり、
第１１図に示す従来例ではスペクトル線幅の狭帯域化の
ためには有効であるが、波長の安定化には有効でないた
め実用化には問題がある。本発明は上記従来技術の問題
点に鑑みて成されたもので、帰還ｍとして応答速度の速
い量である注入電流を選び帰還の帯域を広げることによ
リ、波長の安定化とスペクトル線幅の狭帯域化を同時に
行うことを目的とする。<Problems to be Solved by the Invention> However, according to the conventional example shown in FIG.
Although the conventional example shown in FIG. 11 is effective for narrowing the spectral line width, it is not effective for stabilizing the wavelength, so there is a problem in its practical use. The present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the prior art, and by selecting an injection current having a fast response speed as the feedback m and widening the feedback band, it stabilizes the wavelength and improves the spectral line width. The purpose is to simultaneously narrow the band.
く問題点を解決するための手段〉
上記問題点を解決するための本発明の構成は、恒温槽内
に配置された半導体レーザと、この半導体レーザからの
光を２方向に分岐するビームスプリッタと、このビーム
スプリツタ力ロらの一方の光を電気信号に変換する第１
の光電変換素子と。Means for Solving the Problems> The configuration of the present invention for solving the above problems includes a semiconductor laser placed in a constant temperature chamber, and a beam splitter that splits light from the semiconductor laser into two directions. , the first beam splitter converts one of the lights into an electrical signal.
photoelectric conversion element.
この第１の光電変換素子からの電気信号を増輻する第１
の増幅器と、前記ビームスプリッタで分岐した他方の光
が入射する波長選択素子と、この波長選択素子からの出
射光を電気信号に変換する第２の光電変換素子と、前記
第１の増幅器からの出力と前記第２の光電変換素子から
の電気信号を入力してその差を積分する積分器と、この
積分器からの出力を第２の増ＩＩＡ器を介して前記半導
体レーザの注入′Ｒ１ｊ！に帰還するように構成したも
のである。A first photoelectric conversion element that amplifies the electrical signal from the first photoelectric conversion element.
an amplifier, a wavelength selection element into which the other light branched by the beam splitter enters, a second photoelectric conversion element that converts the light emitted from the wavelength selection element into an electrical signal, and a second photoelectric conversion element that converts the light emitted from the wavelength selection element into an electrical signal; An integrator inputs the output and the electric signal from the second photoelectric conversion element and integrates the difference therebetween, and the output from this integrator is passed through a second integrator to the semiconductor laser injection 'R1j! It is designed to return to
〈実施例〉
第１図は本発明の半導体レーザ波長安定化装置の一実施
例を示す回路構成図（ａ）、および制御系ブロック図（
ｂ）である。第１図（ａ）において、ＬＤは半導体レー
ザ・ダイオードであり（以下ＬＤという）、このＬＤは
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、温度コントローラＴＣ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
はあらかじめ決められた定電流で駆動され恒温構内の温
度があらかじめ決められた温度になったことを判別する
温度判別ｒａ（図示せず）の信号をうけたのち動作する
ように構成されている。ＬＤから出た光はレンズＬで平
行光にコリメートされ。<Embodiment> FIG. 1 is a circuit configuration diagram (a) showing an embodiment of the semiconductor laser wavelength stabilization device of the present invention, and a control system block diagram (
b). In FIG. 1(a), LD is a semiconductor laser diode (hereinafter referred to as LD), and this LD is placed in a constant temperature oven (not shown) in order to suppress wavelength fluctuations due to temperature fluctuations, and is controlled by a temperature controller TC. Temperature is controlled to be constant. The wavelength stabilization circuit is driven by a predetermined constant current and is activated after receiving a temperature determination RA (not shown) signal that determines that the temperature in the constant temperature premises has reached a predetermined temperature. It is composed of The light emitted from the LD is collimated by lens L into parallel light.
ハーフミラ−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。ハーフミラ−１−ＩＭで反
射された帰還用の光は１／２λ板Ｚを通ってビームスプ
リッタＰＢＳで分岐され、このビームスプリッタＰＢＳ
を透過した一方の光は第１の光電変換素子（例えばフォ
トダイオード）ＰＤｌで電気信号に変換されたのち第１
の増幅器Ａ１の反転入力端子に入力される。一方ビーム
スプリッタＰＢＳで反射した光は波長選択素子（例えば
１クロン１回折格子、ガスセル等〉Ｅに入射され。The half mirror HM splits the light into reflected light used for return and transmitted light as practical light. The feedback light reflected by the half mirror 1-IM passes through the 1/2λ plate Z and is split by the beam splitter PBS.
One of the lights transmitted through the
is input to the inverting input terminal of amplifier A1. On the other hand, the light reflected by the beam splitter PBS is incident on a wavelength selection element (eg, 1 Cron 1 diffraction grating, gas cell, etc.) E.
その波長−透過率特性に応じてパワーの減資を受けた光
は第２の光電変換素子ＰＤ２で電気信号に変換されたの
ち、第１の増幅器Ａｓｈ日うの出力とともに帰還抵抗Ｒ
ｏおよび！１ＦＩ）還コンデンサＣを有する積分５Ｂの
反転入力端子に入力される。この積分器の出力は抵抗Ｒ
２を経て、抵抗Ｒ３を経たｖｊｌＮからの出力とともに
第２の増幅器Ａ２を構成するトランジスタＴｒのベース
に接続される。The light whose power has been reduced according to its wavelength-transmittance characteristics is converted into an electrical signal by the second photoelectric conversion element PD2, and then sent to the feedback resistor R along with the output of the first amplifier Ash.
o and! 1FI) is input to the inverting input terminal of the integrator 5B having a feedback capacitor C. The output of this integrator is the resistance R
2, and is connected to the base of the transistor Tr constituting the second amplifier A2 together with the output from vjlN via the resistor R3.
トランジスタＴｒのコレクタ側は抵抗Ｒ５を経て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。The collector side of the transistor Tr is connected to LD via a resistor R5, and the emitter side is grounded via a resistor R4.
上記構成において、帰還されたベース電圧に基づいてＬ
Ｄに駆動電流■が流れる。In the above configuration, based on the feedback base voltage, L
Drive current ■ flows through D.
第１（ｂ）図は上記回路構成図の制御系のブロック図で
、それぞれの記号は以下の通りである。。FIG. 1(b) is a block diagram of the control system of the above circuit diagram, and the respective symbols are as follows. .
Δ（Ｉ ） ： ＬＤの電流−波長特性Ｐ
；ＬＤの電流−光パワー変換係数ＤＩ、Ｄ２ ；
１／２λ板とビーム及プリッタＰＢＳにより分配される
出射光
パワーの分配率
０＜ＤＩ ＋Ｄ２≦１
Ｋ ｏ ：光電変換素子ＰＤ＋ 、ＰＯ２の
感度
Ｇ１ ：光電変換素子Ｐ Ｄ ＋後段の第１の
増幅器Ａ１の利得
Ｔ ；波長選択素子Ｅのスループット０＜Ｔ＜
１
Ｑ（λ） ；波長選択素子Ｅの透過率特性（最大透
過率が１となるよう
に規格化したもの）
Ｇ２ ；第２の増幅器Ａ２ （トランジスタ回
路）の電圧−電流変換係数
上記の記号を用いるとレーザ光の波長（λ）と半導体レ
ーザに注入する電流■の関係は次式のようになる。Δ(I): LD current-wavelength characteristic P
;LD current-optical power conversion coefficient DI, D2;
Distribution ratio of output light power distributed by 1/2λ plate, beam and splitter PBS 0<DI +D2≦1 K o: Sensitivity G1 of photoelectric conversion element PD+, PO2: Photoelectric conversion element PD + first amplifier in subsequent stage Gain T of A1; Throughput of wavelength selection element E 0<T<
1 Q(λ) ; Transmittance characteristic of wavelength selection element E (normalized so that maximum transmittance is 1) G2 ; Voltage-current conversion coefficient of second amplifier A2 (transistor circuit) When used, the relationship between the wavelength (λ) of the laser light and the current (2) injected into the semiconductor laser is as shown in the following equation.
λ−Ａ（ｘ） ・・・（
１）ｒ＝０２ ・Ｖｔｎ
−←Ｇ２ （（１＋５ＣＲｏ ）／ （ｓＣ））・
（ＧＩ Ｋｏ Ｄｒ Ｐ ＩＫｏ Ｑ
（λ） ＴＤ２ Ｐ Ｉ ）−（２）ここで、Ｓは復
素数（ωＪ）
（１）、（２）式から■を消去すると。λ-A(x) ...(
1) r=02 ・Vtn −←G2 ((1+5CRo)/(sC))・
(GI Ko Dr P I Ko Q
(λ) TD2 P I )-(2) Here, S is a complex number (ωJ) (1), if we eliminate ■ from equation (2).
λ −
△（Ｇ ２ ・ｖｉｎ／
［１＋［（１＋５ＣＲｏ ）／ （ｓｃ））Ｇ２Ｋｏ
Ｐ （ＧＩ ＤＩ ＴＤ２ Ｑ （λ’） ） ］
） −・・（３）ここで、ＬＤの発振波長λは注入電流
■に対して図２に一点鎖線で示すような特性を持つので
２着目する電流付近を実線で示すような直線（イ）で表
わすことができる。λ − △(G 2 ・vin/ [1+[(1+5CRo)/(sc))G2Ko
P (GI DI TD2 Q (λ') ) ]
) - (3) Here, since the oscillation wavelength λ of the LD has the characteristics shown by the dashed line in Figure 2 with respect to the injection current ■, a straight line (A) is drawn as shown by the solid line near the second current of interest. It can be expressed as
この実線は次式により表わされる。This solid line is expressed by the following equation.
△（Ｘ）−Δ■＋λ０
ここで、λ０は第２図における仮定した直線と縦軸が交
わる点の値
（３）式より
（１＋ （（１＋５ＣＲｏ ）／ （ＳＧ））Ｇ２ Ｋ
ｏ Ｐ （ＧＩ ＤＩ ＴＤ２ Ｑ （λ
））］（λ−λ０） −八・Ｇ２ ・Ｖ
ｆｎ −（４）波長が一定値に制御されている状
態ではｓ＝Ｑとして
Ｇ２ ＫＯＰ （ＧＩ ＤＩ −ＴＤ２ にＪ （λ）
）・ （λ−λ０ ）−〇 ・・・（５）（５）
式が成立するためには
Ｇ２ ”ＦＯ，Ｋｏ ’−０，Ｐ”ｖＯであるからλ＝
λ０
またはＴＤ２ ｇ（２＞−ＧＩ Ｄ＋
λ−λつのときＩ−０
つまり発光してない状態であるのでλ〜λ０と考えてよ
い。従って。△(X)−Δ■+λ0 Here, λ0 is the value of the point where the vertical axis intersects the assumed straight line in Figure 2 From formula (3), (1+ ((1+5CRo)/(SG))G2 K
o P (GI DI TD2 Q (λ
))] (λ−λ0) −8・G2・V
fn - (4) When the wavelength is controlled to a constant value, s = Q and G2 KOP (GI DI - TD2 to J (λ)
)・(λ−λ0)−〇・・・(5)(5)
In order for the formula to hold, G2 ``FO, Ko '-0, P''vO, so λ=
λ0 or TD2 g(2>-GI D+ When λ-λ, I-0 In other words, it is in a state where no light is emitted, so it can be considered as λ~λ0. Therefore.
９（λ）＝ （ＧＩ ＤＩ）／ （ＴＤ２ ）・・・（
６）ここで、第１図に示す第１の増幅器Ａ１の利１ｒＩ
Ｇ＋の出力と第２の光電変換素子ＰＤ２の出力との差出
力を１ｅｒｒとし、（６）式を満足する波長をλｆとす
ると、９（λ）が単調増加の領域では第１の増幅器Ａ＋
の出力と第２の光電変換素子ＰＤ２の出力の関係は第３
図に示すようなものとなる。9(λ)=(GI DI)/(TD2)...(
6) Here, the gain 1rI of the first amplifier A1 shown in FIG.
If the difference output between the output of G+ and the output of the second photoelectric conversion element PD2 is 1err, and the wavelength that satisfies equation (6) is λf, then in the region where 9(λ) increases monotonically, the first amplifier A+
The relationship between the output of the second photoelectric conversion element PD2 and the output of the second photoelectric conversion element PD2 is
The result will be as shown in the figure.
第３図から分るように。As can be seen from Figure 3.
λくλ！のとき１ｅｒｒ＞Ｏとなり このとき、Ｉは減少しＡは小。λkuλ! When 1err>O At this time, I decreases and A becomes small.
λ〉λｆのとき１ｅｒｒ＜Ｑ となりこのとき、■が
増加しλは大となる。When λ>λf, 1err<Q, and in this case, ■ increases and λ becomes large.
従って正帰還となるため波長をλ！に安定化することが
できない。Therefore, since it is a positive feedback, the wavelength is λ! cannot be stabilized.
また、ｇ（λ）が単調減少の領域では第１の増幅器の出
力と第２の光電変換素子ＰＤ２の出力の関係は第４図に
示ずようなものとなる。Further, in the region where g(λ) monotonically decreases, the relationship between the output of the first amplifier and the output of the second photoelectric conversion element PD2 is as shown in FIG. 4.
第４図から分るように。As can be seen from Figure 4.
λくλｆのときＩｅｒｒ＜Ｑ となりこのとき、］が
増加しλは大。When λ is smaller than λf, Ierr<Q, and at this time, ] increases and λ is large.
λ〉λｆのとき１ｅｒｒ＞Ｑとなり。When λ>λf, 1err>Q.
このとき、Ｉが減少しλは小となる。At this time, I decreases and λ becomes small.
従って負帰還となり、波長をλｆに安定化することがで
る。つまり、波長をｑ（λ）の特定の位置に安定化させ
ることができる。Therefore, negative feedback occurs and the wavelength can be stabilized at λf. In other words, the wavelength can be stabilized at a specific position of q(λ).
第６図は前記第３図と第４図を合成し、ｖ１＠を１ ／
Ｔ Ｄ ２にスケーリングしたたものである。第６図
において、λｆ近傍を直線で近似し、 ９（λ）−α（
λ−λｅ） （α＜０）ここで、αは直線の傾き
λｅは近似した直線が横軸と交わ
る点の値
λｒ −（ＧＩ ＤＩ ）／ （ＴＤ２α）＋λｅとな
る。Figure 6 is a composite of Figures 3 and 4 above, and v1@ is 1 /
It is scaled to T D 2. In Figure 6, the vicinity of λf is approximated by a straight line, and 9(λ)−α(
λ-λe) (α<0) Here, α is the slope of the straight line λe is the value λr − (GIDI)/(TD2α)+λe at the point where the approximate straight line intersects the horizontal axis.
実際には、９（λ）は第５図に示すような周期性を持つ
ので、ｖｉｎによりλの初期値を目標の１周期の範囲内
に設定すれば、安定化される波長は一つとなる。In reality, 9(λ) has periodicity as shown in Figure 5, so if the initial value of λ is set within the target period of one cycle using vin, only one wavelength will be stabilized. .
ここで、（６）式を変形すると
ＧＩ ＤＩ ／ （Ｔ９（λ）Ｄ２）−１となるが、こ
れは第１０図に示す従来例のＶａ／Ｖａ−一定となるよ
うに帰還をか番プる場合と等価である。従って割算器を
使用しないで割障器を用いた場合と同様な制御が可能と
なる。Here, if we transform equation (6), we get GI DI/(T9(λ)D2)-1, which is different from the conventional example shown in FIG. This is equivalent to the case where Therefore, it is possible to perform the same control as when using a divider without using a divider.
また、Ｖ４分器Ｂと第２の増幅器Ａ２に広い帯域のもの
を使用するとエタロン透過光パワー変鈎の高周波成分も
帰還されるので、スペクトル線幅の狭帯域化を実現する
ことができる。Furthermore, if a wide band type is used for the V4 divider B and the second amplifier A2, the high frequency component of the power variable hook of the etalon transmitted light is also fed back, so that the spectral linewidth can be narrowed.
上記構成によれば、波長はエタロンの特性（７式におけ
るα、λｅ）と差動前の利得（７式におけるＧ＋ 、Ｄ
＋ 、Ｔ、Ｄ２ ）のみで決まり、注入電流と波長を結
ぶ係数△ヤ光パワーおよび入力値にも依存しない。（た
だし、エタロンの特性９（λ）が周期性を持つため、特
定の一周期を選択するためにはｖｉＴＬで入力値を設定
することが必要）
第１の光電変換素子ＰＤＩから第１の増幅器Ａ、を軽て
積分器Ｂに入力される信号は第２の光電変換素子ＰＤ２
から直接積分器Ｂに入力される信号に比較して第１の増
幅器Ａ＋（Ｇ１）で生ずる位相遅れがある。この位相遅
れ量が大きくなると。According to the above configuration, the wavelength is determined by the characteristics of the etalon (α, λe in Equation 7) and the gain before differential (G+, D in Equation 7).
+, T, D2), and does not depend on the coefficient △ which connects the injection current and the wavelength, nor on the optical power or the input value. (However, since the etalon characteristic 9 (λ) has periodicity, it is necessary to set the input value in viTL in order to select one specific period) From the first photoelectric conversion element PDI to the first amplifier A, the signal input to the integrator B is the second photoelectric conversion element PD2.
There is a phase lag caused by the first amplifier A+ (G1) compared to the signal directly input to the integrator B from . When this amount of phase delay increases.
ＬＤの光強度の変動に対して位相遅れの小さい信号と位
相遅れの大きい信号の差を帰還することになるので、帰
還ループが不安定となる。この帰還ループを安定なもの
にするためには第１の増幅器の位相遅れ量を小さくする
必要があり、そのために、第１の増幅器Ａ＋の位相遅れ
が小さい範囲に帯域を制限する。Since the difference between a signal with a small phase lag and a signal with a large phase lag is fed back with respect to fluctuations in the optical intensity of the LD, the feedback loop becomes unstable. In order to make this feedback loop stable, it is necessary to reduce the amount of phase delay of the first amplifier, and for this purpose, the band is limited to a range in which the phase delay of the first amplifier A+ is small.
第７図は他の実施例を示す回路構成図（ａ）。FIG. 7 is a circuit configuration diagram (a) showing another embodiment.
およびυ１１１１系ブロック図（ｂ）である。第７図（
ａ）、（ｂ）において、第１図と同一要素には同一符号
をイリして重複する説明は省略するが、この例にＪ５い
ては第１．第２の光電変換素子ＰＤ＋とＰＤ２の向きが
逆に取付けられている。従って。and υ1111 system block diagram (b). Figure 7 (
In a) and (b), the same elements as in FIG. 1 are given the same reference numerals and redundant explanations are omitted. The second photoelectric conversion elements PD+ and PD2 are attached in opposite directions. Therefore.
図（ｂ）に示すブロック図のうち第１の増幅器Ａ＋（Ｇ
ｚ）の出力と第２の光電変換素子ＰＤ２が、らの出力の
配りの１０が第１図（ｂ）とは逆になる。このため、波
長によるエタロンの透過率の変化率αがα〉０の場合に
波長安定化が可能となる。The first amplifier A+(G
The distribution of the outputs of z) and the second photoelectric conversion element PD2 is opposite to that of FIG. 1(b). Therefore, wavelength stabilization is possible when the rate of change α in the transmittance of the etalon depending on the wavelength is α>0.
第８図は更に他の実施例を示す回路構成図（ａ）、およ
び制御系ブロック図（ｂ）である。第８図＜ａ＞、（ｂ
）において、第１図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が、この例においてはエタロンの
代りに回折格子Ｕを用いたものである。回折格子は波長
に応じて光パワーが強めあう方向が異なるので、入射光
１回折格子、Ｉ２測点を固定すると入射光の波長に対し
て第９図に示すような特性を得ることができる。従って
第１図に示す場合と同様な動作で波長の安定化およびス
ペクトル線幅の狭帯域化を図ることができる。FIG. 8 is a circuit configuration diagram (a) and a control system block diagram (b) showing still another embodiment. Figure 8 <a>, (b
), the same elements as in FIG. 1 are given the same reference numerals and redundant explanations are omitted, but in this example a diffraction grating U is used instead of an etalon. Since the directions in which the optical powers of the diffraction grating are strengthened differ depending on the wavelength, if the 1st diffraction grating for the incident light and the I2 measurement point are fixed, the characteristics shown in FIG. 9 can be obtained for the wavelength of the incident light. Therefore, the wavelength can be stabilized and the spectral linewidth can be narrowed by the same operation as shown in FIG.
〈発明の効果〉
以上、実施例とともに具体的に説明したように本発明に
よれば、ＤＣ〜高周波にわたる帰還を同時に行うように
したので、波長安定化とスペクトル線幅狭帯域化を簡単
な構成で同時に実現することができる。また、温度コン
トローラと半導体レーザ安定化回路とを別々に動作させ
、装置が所定の温度に達したのち動作させるようにした
ので。<Effects of the Invention> As specifically explained above in conjunction with the embodiments, according to the present invention, feedback from DC to high frequencies is performed simultaneously, so wavelength stabilization and spectral line width narrowing can be achieved with a simple configuration. can be realized at the same time. Further, the temperature controller and the semiconductor laser stabilization circuit are operated separately, and are operated after the device reaches a predetermined temperature.
一旦電源をＯＦＦした後、再び電源をＯＮＬでも。After turning off the power, turn it on again.
同じ波長にＬＤの発掘波長を安定化することができる。The excavation wavelength of the LD can be stabilized to the same wavelength.
第１図は本発明の半導体レーザ波長安定化装置の一実施
例を示す回路構成図（ａ）、および制御系ブロック図（
ｂ）、第２図は半導体レーザダイオードの電流波長特性
を示す図、第３図、第４図は９（λ）が単調増加および
単調減少の領域における第１の増幅器へ１の出力と第２
の光電変換素子ＰＤ２の出力の関係を示す図、第５図は
Ｏ（λ）のλに対する周期性を示す関係図、第６図はλ
ｆ近傍を直線で近似した状態を示す関係図、第７図。
第８図は他の実施例を示す図、第９図は回折格子を使用
した場合の波長（λ）と光強度の関係を示す図、第１０
図、第１１図は従来例を示す構成説明図である。
Ａ１・・・第１の増幅器ＩＡ２・・・第２の増幅器、Ｂ
・・・積分器、Ｅ・・・波長選択素子、Ｌ・・・レンズ
、ＬＤ・・・半導体レーザダイオード、ＰＤ＋ 、ＰＤ
２・・・光°電変換素子、ＰＢＳ・・・ビームスプリッ
タ＋ＲＩ〜Ｒ５・・・抵抗、Ｚ・・・１／２λ板。
ｑ■斗ａｒ
ｑ■挟巨Ｙ
窮７図 ＜ａ）
アＣＬＤ
（ｂ）
窮Ｊ図 ＴｃＬＤ
寡 ｑ 図
ｊ皮表
Ｎ ＷFIG. 1 is a circuit configuration diagram (a) showing an embodiment of the semiconductor laser wavelength stabilizing device of the present invention, and a control system block diagram (
b), Fig. 2 shows the current wavelength characteristics of a semiconductor laser diode, Figs. 3 and 4 show the output of 1 to the first amplifier and the output of the second
FIG. 5 is a diagram showing the periodicity of O(λ) with respect to λ, and FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the output of photoelectric conversion element PD2.
FIG. 7 is a relational diagram showing a state in which the vicinity of f is approximated by a straight line. Fig. 8 is a diagram showing another embodiment, Fig. 9 is a diagram showing the relationship between wavelength (λ) and light intensity when a diffraction grating is used, and Fig. 10 is a diagram showing the relationship between wavelength (λ) and light intensity when a diffraction grating is used.
11 are configuration explanatory diagrams showing a conventional example. A1...first amplifier IA2...second amplifier, B
...Integrator, E...Wavelength selection element, L...Lens, LD...Semiconductor laser diode, PD+, PD
2...Photoelectric conversion element, PBS...Beam splitter +RI~R5...Resistor, Z...1/2λ plate. q ■ Do ar q ■ Nakagi Y Kuku 7 Fig. <a) A CLD (b) Kuku J Fig TcLD Hi q Fig. J Skin surface N W
Claims (5)
体レーザからの光を２方向に分岐するビームスプリッタ
と、このビームスプリッタからの一方の光を電気信号に
変換する第１の光電変換素子と、この第１の光電変換素
子からの電気信号を増幅する第１の増幅器と、前記ビー
ムスプリッタで分岐した他方の光が入射する波長選択素
子と、この波長選択素子からの出射光を電気信号に変換
する第２の光電変換素子と、前記第１の増幅器からの出
力と前記第２の光電変換素子からの電気信号を入力して
その差を積分する積分器と、この積分器からの出力を第
２の増幅器を介して前記半導体レーザの注入電流に帰還
するように構成したことを特徴とする半導体レーザ安定
化装置。(1) A semiconductor laser placed in a thermostatic oven, a beam splitter that splits light from the semiconductor laser into two directions, and a first photoelectric conversion element that converts one of the lights from the beam splitter into an electrical signal. a first amplifier that amplifies the electrical signal from the first photoelectric conversion element; a wavelength selection element into which the other light branched by the beam splitter enters; and a wavelength selection element that converts the output light from the wavelength selection element into an electrical signal. an integrator that inputs the output from the first amplifier and the electrical signal from the second photoelectric conversion element and integrates the difference; and an output from the integrator. A semiconductor laser stabilizing device characterized in that the current is fed back to the injected current of the semiconductor laser via a second amplifier.
選び、帰還の帯域を広げることにより波長の安定化とス
ペクトル線幅の狭帯域化を同時に行うようにしたことを
特徴とする特許請求の範囲第１項記載の半導体レーザ波
長安定化装置。(2) A patent claim characterized in that wavelength stabilization and spectral linewidth narrowing are achieved at the same time by selecting an injection current having a fast response speed as the feedback amount and widening the feedback band. The semiconductor laser wavelength stabilizing device according to item 1.
ために前記第１の増幅器（利得Ｇ＿１）より第２の増幅
器および前記積分器を応答速度の速い増幅器にしたこと
を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の半導体レーザ
波長安定化装置。(3) A patent claim characterized in that in order to stabilize the feedback loop and narrow the oscillation wavelength, the second amplifier (gain G_1) and the integrator are made into amplifiers with faster response speed than the first amplifier (gain G_1). The semiconductor laser wavelength stabilizing device according to item 1.
を別々に動作させ、まず、温度コントローラにより恒温
槽内の温度を初期設定温度にし、あらかじめ決められた
温度になったことを温度判別回路が確認後、レーザ波長
安定化回路を動作させるようにしたことを特徴とする特
許請求の範囲第１項記載の半導体レーザ波長安定化装置
。(4) The temperature controller and the semiconductor laser wavelength stabilization circuit are operated separately. First, the temperature controller sets the temperature in the thermostatic chamber to the initial setting temperature, and after the temperature discrimination circuit confirms that the predetermined temperature has been reached. 2. The semiconductor laser wavelength stabilizing device according to claim 1, wherein the semiconductor laser wavelength stabilizing device operates a laser wavelength stabilizing circuit.
ないで帰還に使用される光のパワーの比または波長選択
素子を経ないで光が入射する第１の光電変換素子後段の
第１の増幅器の利得（Ｇ＿１）を変えることにより、安
定化する波長を可変できるようにしたことを特徴とする
特許請求の範囲第１項記載の半導体レーザ波長安定化装
置。(5) Power ratio of the light incident on the wavelength selection element and the light used for feedback without passing through the wavelength selection element, or the power ratio of the light incident on the wavelength selection element and the light used for feedback without passing through the wavelength selection element; 2. The semiconductor laser wavelength stabilizing device according to claim 1, wherein the wavelength to be stabilized can be varied by changing the gain (G_1) of one amplifier.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61093563A JPH0636454B2 (en) | 1986-04-23 | 1986-04-23 | Semiconductor laser wavelength stabilizer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61093563A JPH0636454B2 (en) | 1986-04-23 | 1986-04-23 | Semiconductor laser wavelength stabilizer |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62250682A true JPS62250682A (en) | 1987-10-31 |
| JPH0636454B2 JPH0636454B2 (en) | 1994-05-11 |
Family
ID=14085715
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61093563A Expired - Fee Related JPH0636454B2 (en) | 1986-04-23 | 1986-04-23 | Semiconductor laser wavelength stabilizer |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0636454B2 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH024269U (en) * | 1988-06-21 | 1990-01-11 | ||
| JPH02284486A (en) * | 1989-04-25 | 1990-11-21 | Yokogawa Electric Corp | Wavelength stabilizing apparatus for semiconductor laser |
| JPH02284487A (en) * | 1989-04-25 | 1990-11-21 | Yokogawa Electric Corp | Wavelength stabilizing apparatus for semiconductor laser |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5864083A (en) * | 1981-10-14 | 1983-04-16 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Frequency stabilized semiconductor laser |
-
1986
- 1986-04-23 JP JP61093563A patent/JPH0636454B2/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5864083A (en) * | 1981-10-14 | 1983-04-16 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Frequency stabilized semiconductor laser |
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| JPH02284486A (en) * | 1989-04-25 | 1990-11-21 | Yokogawa Electric Corp | Wavelength stabilizing apparatus for semiconductor laser |
| JPH02284487A (en) * | 1989-04-25 | 1990-11-21 | Yokogawa Electric Corp | Wavelength stabilizing apparatus for semiconductor laser |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0636454B2 (en) | 1994-05-11 |
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