(57)【要約】【課題】レーザ光の強度が変動した場合でも、上記強度の変動の影響を受けることなく、レーザ光の光周波数をより正確に制御することができる。【解決手段】レーザ光源からのレーザ光を分岐する分岐素子と、分岐された一方のレーザ光を受光して電気信号を出力する第一受光素子と、分岐された他方のレーザ光の光路上に配され、特定光周波数の光の吸収線スペクトルを少なくとも１つ以上有する物質を封入する光吸収体と、光吸収体を透過したレーザ光を受光して電気信号を出力する第二受光素子と、第一の受光素子および第二の受光素子からそれぞれ出力される電気信号が入力される差動増幅器と、差動増幅器からの電気信号から、吸収線スペクトルのピークとレーザ光の光周波数との差を検出し、その差を小さくするべくレーザ光源から出力するレーザ光の光周波数を制御する安定化制御部とを備える光周波数安定化光源が提供される。【選択図】図１
2008084888.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を出力するレーザ光源と、
レーザ光を分岐する分岐素子と、
前記分岐素子により分岐された一方のレーザ光を受光して、レーザ光の強度に応じた電気信号を出力する第一受光素子と、
前記分岐素子により分岐された他方のレーザ光の光路上に配され、特定光周波数の光の吸収線スペクトルを少なくとも１つ以上有する物質を封入する光吸収体と、
前記光吸収体を透過したレーザ光を受光して、レーザ光の強度に応じた電気信号を出力する第二受光素子と、
前記第一の受光素子および前記第二の受光素子からそれぞれ出力される電気信号が入力される差動増幅器と、
前記差動増幅器から出力される電気信号から、前記吸収線スペクトルのピークとレーザ光の光周波数との差を検出し、その差を小さくするべく前記レーザ光源から出力するレーザ光の光周波数を制御する安定化制御部と
を備える光周波数安定化光源。
【請求項２】
前記レーザ光源と前記分岐素子との間に配され、レーザ光のうち特定の偏光方向を透過する偏光子と、
前記偏光子の出力側に配されて、前記偏光子を透過したレーザ光が入力されたときに、レーザ光の位相を変調して出力する位相変調部と、
前記位相変調部に変調信号を供給する変調信号供給部と
をさらに備え、
前記安定化制御部は、前記変調信号供給部が前記位相変調部に供給する変調信号および前記差動増幅器から出力される電気信号から、前記吸収線スペクトルのピークとレーザ光の光周波数との差を検出し、その差を小さくするべく前記レーザ光源から出力するレーザ光の光周波数を制御する請求項１に記載の光周波数安定化光源。
【請求項３】
前記レーザ光源と前記分岐素子との間に配され、レーザ光のうち特定の偏光方向を透過する偏光子と、
前記偏光子の出力側に配されて、前記偏光子を透過したレーザ光が入力されたときに、レーザ光から第二高調波光を発生させるＳＨＧ波長変換部と、
前記レーザ光源から出力するレーザ光の光周波数を変調する周波数変調信号を供給する周波数変調信号供給部と
をさらに備え、
前記安定化制御部は、前記周波数変調信号供給部の周波数変調信号および前記差動増幅器から出力される電気信号から、前記吸収線スペクトルのピークと第二高調波光の光周波数との差を検出し、その差を小さくするべく前記レーザ光源から出力するレーザ光の光周波数を制御する請求項１に記載の光周波数安定化光源。
【請求項４】
前記レーザ光源のレーザ光の光周波数を変調する駆動回路に対して周波数変調信号を送り、レーザ光源から出力されるレーザ光を周波数変調する変調信号供給部と、
前記レーザ光源と前記分岐素子との間に配され、レーザ光のうち特定の偏光方向を透過する偏光子と、
をさらに備え、
前記安定化制御部は、前記変調信号供給部が前記駆動回路に供給する変調信号および前記差動増幅器から出力される電気信号から、前記吸収線スペクトルのピークとレーザ光の光周波数との差を検出し、その差を小さくするべく前記レーザ光源から出力するレーザ光の光周波数を制御する請求項１に記載の光周波数安定化光源。
【請求項５】
レーザ光を出力するレーザ光源と、
レーザ光の光路上に配され、特定光周波数の光の飽和吸収線スペクトルを少なくとも１つ以上有する物質を封入する光吸収体と、
前記光吸収体を透過したレーザ光の少なくとも一部を透過するとともに、他の少なくとも一部を前記光吸収体を透過したレーザ光と同じ光路に沿って反射するハーフミラーと、
前記レーザ光源からのレーザ光を透過するとともに、前記ハーフミラーで反射されて再び前記光吸収体を透過したレーザ光の方向を変える光学素子と、
前記光学素子で方向を変えられたレーザ光を受光して、レーザ光の強度に応じた電気信号を出力する第一受光素子と、
前記ハーフミラーを透過したレーザ光を受光して、レーザ光の強度に応じた電気信号を出力する第二受光素子と、
前記第一の受光素子および前記第二の受光素子からそれぞれ出力される電気信号が入力される差動増幅器と、
前記差動増幅器から出力される電気信号を検出して前記光吸収体でのレーザ光の吸収をより小さくするべく、前記レーザ光源から出力するレーザ光の光周波数を制御する安定化制御部と
を備える光周波数安定化光源。
【請求項６】
前記レーザ光源と前記光学素子との間に配され、レーザ光のうち特定の偏光方向を透過する偏光子と、
前記偏光子の出力側に配されて、前記偏光子を透過したレーザ光が入力されたときに、レーザ光の位相を変調して出力する位相変調部と、
前記位相変調部に変調信号を供給する変調信号供給部と
をさらに備え、
前記安定化制御部は、前記変調信号供給部が前記位相変調部に供給する変調信号および前記差動増幅器から出力される電気信号から、前記吸収線スペクトルのピークとレーザ光の光周波数との差を検出し、その差を小さくするべく前記レーザ光源から出力するレーザ光の光周波数を制御する請求項５に記載の光周波数安定化光源。
【請求項７】
前記レーザ光源と前記光学素子との間に配され、レーザ光のうち特定の偏光方向を透過する偏光子と、
前記偏光子の出力側に配されて、前記偏光子を透過したレーザ光が入力されたときに、レーザ光から第二高調波光を発生させるＳＨＧ波長変換部と、
前記レーザ光源から出力するレーザ光の光周波数を変調する周波数変調信号を供給する周波数変調信号供給部と
をさらに備え、
前記安定化制御部は、前記周波数変調信号供給部の周波数変調信号および前記差動増幅器から出力される電気信号から、前記吸収線スペクトルのピークと第二高調波光の光周波数との差を検出し、その差を小さくするべく前記レーザ光源から出力するレーザ光の光周波数を制御する請求項５に記載の光周波数安定化光源。
【請求項８】
前記レーザ光源のレーザ光の光周波数を変調する駆動回路に対して周波数変調信号を送り、レーザ光源から出力されるレーザ光を周波数変調する変調信号供給部と、
前記レーザ光源と前記光学素子との間に配され、レーザ光のうち特定の偏光方向を透過する偏光子と、
をさらに備え、
前記安定化制御部は、前記変調信号供給部が前記駆動回路に供給する変調信号および前記差動増幅器から出力される電気信号から、前記吸収線スペクトルのピークと第二高調波光の光周波数との差を検出し、その差を小さくするべく前記レーザ光源から出力するレーザ光の光周波数を制御する請求項５に記載の光周波数安定化光源。
【請求項９】
レーザ光源から出力されたレーザ光を分岐する分岐素子と、
前記分岐素子により分岐された一方のレーザ光を受光して、レーザ光の強度に応じた電気信号を出力する第一受光素子と、
前記分岐素子により分岐された他方のレーザ光の光路上に配され、特定光周波数の光の吸収線スペクトルを少なくとも１つ以上有する物質を封入する光吸収体と、
前記光吸収体を透過したレーザ光を受光して、レーザ光の強度に応じた電気信号を出力する第二受光素子と、
前記第一の受光素子および前記第二の受光素子からそれぞれ出力される電気信号が入力される差動増幅器と、
前記差動増幅器から出力される電気信号から、前記吸収線スペクトルとレーザ光の光周波数との差を検出し、その差を小さくするべく前記レーザ光源から出力するレーザ光の光周波数を制御する安定化制御部と
を備える光周波数安定化装置。
【請求項１０】
レーザ光源から出力されたレーザ光の光路上に配され、特定光周波数の光の飽和吸収線スペクトルを少なくとも１つ以上有する物質を封入する光吸収体と、
前記光吸収体を透過したレーザ光の少なくとも一部を透過するとともに、他の少なくとも一部を前記光吸収体を透過したレーザ光と同じ光路に沿って反射するハーフミラーと、
前記レーザ光源からのレーザ光を透過するともに、前記ハーフミラーで反射されて再び前記光吸収体を透過したレーザ光の方向を変える光学素子と、
前記光学素子で方向を変えられたレーザ光を受光して、レーザ光の強度に応じた電気信号を出力する第一受光素子と、
前記ハーフミラーを透過したレーザ光を受光して、レーザ光の強度に応じた電気信号を出力する第二受光素子と、
前記第一の受光素子および前記第二の受光素子からそれぞれ出力される電気信号が入力される差動増幅器と、
前記差動増幅器から出力される電気信号を検出して前記光吸収体でのレーザ光の吸収をより小さくするべく、前記レーザ光源から出力するレーザ光の光周波数を制御する安定化制御部と
を備える光周波数安定化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ光の発振周波数を安定化する光周波数安定化光源、および、光周波数安定化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
１本の光ファイバで異なる複数の光周波数または波長（以下、単に光周波数という）のデータを送信する光波長多重通信システムにおいて、通信容量の更なる大容量化が求められている。この大容量化にはより多くの周波数帯域を利用できることが条件となることから、発振周波数を高い精度で制御して安定させることのできる光源が求められる。
【０００３】
上記光源として、半導体レーザ光源が用いられる。この半導体レーザ光源の周波数安定化方法として、吸収線スペクトルをもつ物質を封入した吸収セルを用いる方法がある（例えば特許文献１を参照）。この方法において、光源からの出力光をＳＨＧ素子にて上記物質の吸収線スペクトル付近の周波数に変換した変換光を生成して、上記吸収セルに透過させて、その透過光の強度を検出することにより、上記変換光の周波数を吸収線スペクトルのピークに一致させるように半導体レーザ光源を制御する。
【特許文献１】特開平１１−１４５５４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記方法において、半導体レーザ光源への注入電流を制御して出力光を周波数変調する場合に、その出力光の振幅（または強度、以下、単に振幅という）がゆらいで振幅変調（ＡＭ変調）成分が重畳される。このような振幅変調成分は、波長変換されて上記吸収セルに通される光にもそのまま重畳されるので、吸収セル透過後の透過光の強度を検出するときの誤差要因となる。また、出力光は周波数変調されているので、瞬時的には光周波数が変動している。
【０００５】
また、半導体レーザ光源の環境温度の変動により出力光の偏光方向が変動する。ここで、上記ＳＨＧ素子等の非線形光学素子や光位相変調器は、特定の方向を光軸とする光学異方性を有する。よって、当該非線形光学素子に入力されるレーザ光の偏光方向が変動すると、この偏光方向に依存した損失や効率が変化し、変調後のレーザ光に当該損失による振幅変調成分が重畳される。このような振幅変調成分も、吸収セル透過後の透過光の強度を検出するときの誤差要因となる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明の第１の形態においては、レーザ光を出力するレーザ光源と、レーザ光を分岐する分岐素子と、分岐素子により分岐された一方のレーザ光を受光して、レーザ光の強度に応じた電気信号を出力する第一受光素子と、分岐素子により分岐された他方のレーザ光の光路上に配され、特定光周波数の光の吸収線スペクトルを少なくとも１つ以上有する物質を封入する光吸収体と、光吸収体を透過したレーザ光を受光して、レーザ光の強度に応じた電気信号を出力する第二受光素子と、第一の受光素子および第二の受光素子からそれぞれ出力される電気信号が入力される差動増幅器と、差動増幅器から出力される電気信号から、吸収線スペクトルのピークとレーザ光の光周波数との差を検出し、その差を小さくするべくレーザ光源から出力するレーザ光の光周波数を制御する安定化制御部とを備える光周波数安定化光源が提供される。
【０００７】
また、上記光周波数安定化光源は、レーザ光源と光学素子との間に配され、レーザ光のうち特定の偏光方向を透過する偏光子と、偏光子の出力側に配されて、偏光子を透過したレーザ光が入力されたときに、レーザ光の位相を変調して出力する位相変調部と、位相変調部に変調信号を供給する変調信号供給部とをさらに備え、安定化制御部は、変調信号供給部が位相変調部に供給する変調信号および差動増幅器から出力される電気信号から、吸収線スペクトルのピークとレーザ光の周波数との差を検出し、その差を小さくするべくレーザ光源から出力するレーザ光の周波数を制御してもよい。
【０００８】
また、上記光周波数安定化光源は、レーザ光源と光学素子との間に配され、レーザ光のうち特定の偏光方向を透過する偏光子と、偏光子の出力側に配されて、偏光子を透過したレーザ光が入力されたときに、レーザ光から第二高調波光を発生させるＳＨＧ波長変換部と、レーザ光源から出力するレーザ光の周波数を変調する周波数変調信号を供給する周波数変調信号供給部とをさらに備え、安定化制御部は、周波数変調信号供給部の周波数変調信号および差動増幅器から出力される電気信号から、吸収線スペクトルのピークと第二高調波光の光周波数との差を検出し、その差を小さくするべくレーザ光源から出力するレーザ光の周波数を制御してもよい。
【０００９】
また、本発明の第２の形態においては、レーザ光を出力するレーザ光源と、レーザ光の光路上に配され、特定光周波数の光の飽和吸収線スペクトルを少なくとも１つ以上有する物質を封入する光吸収体と、光吸収体を透過したレーザ光の少なくとも一部を透過するとともに、他の少なくとも一部を光吸収体を透過したレーザ光と同じ光路に沿って反射するハーフミラーと、レーザ光源からのレーザ光を透過するとともに、ハーフミラーで反射されて再び光吸収体を透過したレーザ光の方向を変える光学素子と、光学素子で方向を変えられたレーザ光を受光して、レーザ光の強度に応じた電気信号を出力する第一受光素子と、ハーフミラーを透過したレーザ光を受光して、レーザ光の強度に応じた電気信号を出力する第二受光素子と、第一の受光素子および第二の受光素子からそれぞれ出力される電気信号が入力される差動増幅器と、差動増幅器から出力される電気信号を検出して光吸収体でのレーザ光の吸収をより小さくするべく、レーザ光源から出力するレーザ光の光周波数を制御する安定化制御部とを備える光周波数安定化光源が提供される。
【００１０】
なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではなく、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。
【発明の効果】
【００１１】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、レーザ光源から出力する光源光の強度および偏光方向が温度など環境要因などで変動して光源光に強度変動成分が重畳した場合でも、その変動を第二受光素子で受光することにより、差動検出器において第一受光素子で受光したガスセルの透過光の強度から両方の受光素子に共通する強度変動成分をキャンセルすることができる。また、環境温度変動により光源光の偏光方向が変動した場合において、偏光子により偏光方向の変動を強度変動成分に変換することができるので、同様に強度変動成分をキャンセルすることができる。したがって、安定化制御部は、上記強度変動成分の影響を受けることなく、レーザ光源から出力する光源光の周波数をより正確に制御することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではなく、また実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【００１３】
図１は、本発明に係る実施形態である光周波数安定化光源１１の構成を示すブロック図である。図１に示すように、光周波数安定化光源１１は、レーザ光源２０と、このレーザ光源２０の周波数を安定化させる光周波数安定化装置１５とを備える。
【００１４】
レーザ光源２０は、安定化制御部２００の駆動回路２３０から直流電流の供給を受けてレーザ光を出力する。半導体レーザ本体の一例は、１．５５μｍ近傍で発振する分布帰還型（ＤＦＢ）半導体レーザである。通常、半導体レーザの発振周波数は、レーザ温度や注入電流により変化させることができる。レーザ光源から出力されるレーザ光は連続発振（Continuous  Wave：CW）光であり、以下、「光源光」と称する。レーザ光源２０のＤＦＢ半導体レーザで発振された光源光は、出力光とモニタ光に分割され、モニタ光が光周波数安定化装置１５において発振周波数の安定化制御に供される。
【００１５】
光周波数安定化装置１５は、偏光子３０と、位相変調部４０と、無偏光ビームスプリッタ５０と、ガスセル６０と、第一受光素子７０と、第二受光素子８０と、レベル調整回路９０と、差動増幅器１００と、変調信号供給部１１０と、安定化制御部２００とを備える。また、安定化制御部２００は、位相比較器２１０、フィードバック回路２２０および駆動回路２３０を有する。
【００１６】
偏光子３０は、レーザ光源２０のモニタ側から出力する光源光を透過して位相変調部４０に入力する。偏光子３０は、光源光の偏波が変動した場合でも、光源光のうち特定の偏光方向の光を透過する。この場合に、偏光子３０は、光源光の偏波の変動を透過光の振幅の変動に変換して出力する。
【００１７】
位相変調部４０は、偏光子３０を透過した光の位相を変調する。この位相変調部４０の一例は、ＬＮ位相変調器である。ＬＮ位相変調器は、電気光学特性を有するニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３：ＬＮ）の結晶、および、当該結晶における入射光の導波路を挟んで対向して形成された電極を有する。この電極は変調信号供給部１１０と電気的に接続される。位相変調部４０の上記電極に変調信号供給部１１０から周波数ｆｒの高周波電圧信号（ＲＦ信号）が入力されると、位相変調部４０を透過する光源光の位相が変調されて、光源光の発振周波数に対してｆｒだけ高周波側および低周波側にそれぞれサイドバンド光が発生する。位相を変調する周波数ｆｒは、吸収線幅よりも小さく設定し、例えば、１ＭＨｚ〜数１００ＭＨｚである。
【００１８】
無偏光ビームスプリッタ５０は、位相変調部４０の出力光を、透過光と反射光との比がおよそ１：１となるように均等にビーム分割し、その透過光をガスセル６０に入射させる。また、ガスセル６０は、レーザ光源２０から出力される光源光の発振周波数付近に吸収線スペクトルを有するガスを封入した透明セルである。このガスの一例は、同位体置換アセチレンガス（Ｃ２Ｈ２）である。
【００１９】
第一受光素子７０は、ガスセル６０の透過光を受光し、受光光量に応じた強度レベルの電気信号を差動増幅器１００に出力する。また、第二受光素子８０は、上記無偏光ビームスプリッタ５０において反射された反射光を受光し、受光光量に応じた強度レベルの電気信号を差動増幅器１００に出力する。これらの第一受光素子７０および第二受光素子８０の一例は、ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＰフォトダイオードである。
【００２０】
レベル調整回路９０は、第一受光素子７０と差動増幅器１００との間に配される。このレベル調整回路９０は、無偏光ビームスプリッタ５０の透過光がガスセル６０を透過しないで直接に第一受光素子７０で受光されたときに第一受光素子７０から差動増幅器１００に入力される電気信号のレベルが、無偏光ビームスプリッタ５０の反射光を受光した第一受光素子７０から差動増幅器１００に入力される電気信号のレベルと同じになるように第二受光素子８０からの電気信号の強度レベルを調整する。
【００２１】
差動増幅器１００は、第一受光素子７０から入力される電気信号と第二受光素子８０から入力される電気信号とを合成し、これらの信号の強度レベルの差を増幅して安定化制御部２００の位相比較器２１０に出力する。
【００２２】
安定化制御部２００の位相比較器２１０は、差動増幅器１００から入力される信号および変調信号供給部１１０から入力されるＲＦ信号の位相を比較して、レーザ光源２０から出力される光源光の発振周波数がガスセル６０に封入された同位体置換アセチレンガスの吸収線周波数と一致しているか否か、および、一致していない場合は吸収線周波数から高周波側または低周波側のどちら側にどの程度の周波数間隔だけずれているかを判別する。このとき、位相比較器２１０に入力するＲＦ信号をｆｒまたは３ｆｒに設定することで、１次微分信号または３次微分信号が得られる。すなわち、位相比較器２１０は、差動増幅器１００および変調信号供給部１１０からの入力に基づいて、同位体置換アセチレンガスでの吸収後における光源光、サイドバンド光等の強度を比較等することにより、光源光の発振周波数が同位体置換アセチレンガスの吸収線周波数からどれだけずれているかを検出する。さらに、位相比較器２１０は、上記判別結果に基づいた信号をフィードバック回路２２０に供給する。フィードバック回路２２０は、位相比較器２１０からの上記信号に基づき、駆動回路２３０からレーザ光源２０のＤＦＢ半導体レーザに供給される電流を制御する。これにより、レーザ光源２０から出力される光源光の周波数は、ガスセル６０に封入された同位体置換アセチレンガスの特定の吸収線スペクトルのピークに一致するべく制御される。
【００２３】
上記実施形態において、光周波数安定化装置１５は、偏光子３０を備えているので、レーザ光源２０から出力する光源光の偏光方向が変動した場合でも、位相変調部４０に入力する光源光の偏光方向を一定にすることができる。したがって、偏光子３０とともに位相変調部４０を配した場合、位相変調部４０において、偏光方向の変動の影響を受けることなく光源光の位相を変調することができる。しかし、位相変調部４０の温度変動により動作点が変動したり、ＰＤＬの影響により強度変調成分が重畳される場合がある。
【００２４】
上記偏光子３０を備えることで、光源光の偏光方向が変動したときに、その偏光方向の変動は偏光子３０において強度の変動に変換されて光源光に振幅変動成分として重畳される。また、温度など環境要因によっても、光源光に振幅変動成分が重畳される。しかしながら、本実施形態の光周波数安定化装置１５においては、このように光源光に振幅変動成分が重畳された場合でも、この光源光は第二受光素子８０で受光されるので、その振幅変動成分を含む強度レベルに対応した電気信号が差動増幅器１００に入力される。したがって、差動増幅器１００において、両方の受光素子に共通する上記振幅変動成分を、第一受光素子７０で受光した電気信号からキャンセルすることができる。したがって、安定化制御部２００は、上記振幅変動成分の影響を受けることなく、レーザ光源２０から出力する光源光の周波数を吸収線のピークにより正確に制御することができる。
【００２５】
図２は、本発明に係る他の実施形態である光周波数安定化光源１２の構成を示すブロック図である。図２に示す光周波数安定化光源１２において、上記光周波数安定化光源１１と同じ構成については同じ参照番号を付して説明を省略する。図２に示すように、光周波数安定化光源１２は、レーザ光源２０と、このレーザ光源２０の周波数を安定化させる光周波数安定化装置１６とを備える。
【００２６】
また、光周波数安定化装置１６は、図１に示す光周波数安定化装置１５における位相変調部４０に代えて、周波数変調信号供給部１２０を備える。周波数変調信号供給部１２０は、駆動回路２３０に対して周波数変調信号を送り、レーザ光源２０から出力される光源光を周波数変調する。この場合に、周波数変調信号供給部１２０は、例えば、１０ＭＨｚの周波数変調信号を出力する。これにより、光周波数安定化光源１２の光周波数安定化装置１６では、レーザ光源２０は、駆動回路２３０が上記周波数変調信号を受けていないときの周波数に対して上記周波数変調信号に対応した周波数の範囲だけ高周波側および低周波側に時間周期的に周波数変調された光源光を出力する。
【００２７】
偏光子３０は、レーザ光源２０のモニタ側から出力する光源光を透過してＳＨＧ波長変換部４５に入力する。図２に示す偏光子３０は、図１に示す偏光子３０と同様に、光源光の偏波の変動を透過光の振幅の変動に変換して出力する。
【００２８】
ＳＨＧ波長変換部４５は、光源光が入力されると、その光源光の２倍の光周波数の第二高調波光を出力する。このＳＨＧ波長変換部４５は、例えば入力光に対して第二高調波光を発生させるＳＨＧ素子、および、ＳＨＧ素子の出力光から上記第二高調波光を分離してガスセル６０に向けて出力する分離手段、ＳＨＧ素子の動作温度を補償するサーミスタ、ペルチェ素子および温度制御回路等を有する。これにより、ＳＨＧ波長変換部４５から出力された光には、レーザ光源２０の周波数変調信号による周波数変調およびレーザ光源２０自体の光周波数の変動による周波数変動に加え、偏波の変動による振幅変動が重畳される。
【００２９】
無偏光ビームスプリッタ５０は、ＳＨＧ波長変換部４５から出力される第二高調波光を、透過光と反射光との比が１：１となるように均等にビーム分割し、その透過光をガスセル６０に入射させる。また、ガスセル６０には、吸収線スペクトルが安定化目標とする光源光の光周波数の２倍である物質が封入される。この物質の一例は、８７ルビジウム原子である。
【００３０】
第一受光素子７０は、ガスセル６０の透過光を受光し、受光光量に応じた強度レベルの電気信号を差動増幅器１００に出力する。また、第二受光素子８０は、上記無偏光ビームスプリッタ５０において反射された反射光を受光し、受光光量に応じた強度レベルの電気信号を差動増幅器１００に出力する。これらの第一受光素子７０および第二受光素子８０の一例は、シリコンフォトダイオードである。
【００３１】
差動増幅器１００は、第一受光素子７０から入力される電気信号と第二受光素子８０から入力される電気信号とを合成し、これらの信号の強度レベルの差を増幅して安定化制御部２００の位相比較器２１０に出力する。
【００３２】
安定化制御部２００の位相比較器２１０は、差動増幅器１００から入力される信号および周波数変調信号供給部１２０から入力される周波数変調信号の位相を比較して、吸収線の微分信号から、レーザ光源２０から出力される光源光の発振周波数が安定化目標とする光周波数と一致しているか否か、および、一致していない場合は吸収線周波数から高周波側または低周波側のどちら側にどの程度の周波数間隔だけずれているかを判別する。さらに、位相比較器２１０は、上記判別結果に基づいた信号をフィードバック回路２２０に供給する。フィードバック回路２２０は、位相比較器２１０からの上記信号に基づき、駆動回路２３０からレーザ光源２０のＤＦＢ半導体レーザに供給される電流を制御する。これにより、レーザ光源２０から出力される光源光の光周波数は、安定化目標とする光周波数に一致するべく制御される。
【００３３】
上記実施形態において、光周波数安定化装置１６は、光周波数安定化装置１５と同様に偏光子３０を備えているので、レーザ光源２０から出力する光源光の偏光方向が変動した場合でも、位相変調部４０に入力する光源光の偏光方向を一定にすることができる。したがって、偏光子３０とともにＳＨＧ波長変換部４５を配した場合、ＳＨＧ波長変換部４５において、偏光方向の変動の影響を受けることなく光源光から第二高調波光を発生させることができる。
【００３４】
上記偏光子３０を備えることで、光源光の偏光方向が変動したときに、その偏光方向の変動は偏光子３０において強度の変動に変換されて光源光に強度変動成分として重畳される。また、温度など環境要因によっても、光源光に強度変動成分が重畳される。しかしながら、本実施形態の光周波数安定化装置１６においては、上記光周波数安定化装置１５と同様に、光源光に振幅変動成分が重畳された場合でも、この光源光は第二受光素子８０で受光されるので、その振幅変動成分を含む強度レベルに対応した電気信号が差動増幅器１００に入力される。したがって、差動増幅器１００において、両方の受光素子に共通する上記振幅変動成分を、第一受光素子７０で受光した電気信号からキャンセルすることができる。したがって、安定化制御部２００は、上記強度変動成分の影響を受けることなく、レーザ光源２０から出力する光源光の光周波数を吸収線のピークにより正確に制御することができる。
【００３５】
図３は、本発明に係るさらに他の実施形態である光周波数安定化光源１３の構成を示すブロック図である。光周波数安定化光源１３において、上記光周波数安定化光源１１、１２と同じ構成については同じ参照番号を付して説明を省略する。図３に示すように、光周波数安定化光源１３は、レーザ光源２０と、このレーザ光源２０の光周波数を安定化させる光周波数安定化装置１７とを備える。
【００３６】
偏光子３０は、レーザ光源２０のモニタ側から出力する光源光を透過してＳＨＧ波長変換部４５に入力する。この場合に、図３の偏光子３０は、図２の偏光子３０と同様に、光源光の偏波の変動を透過光の振幅の変動に変換して出力する。
【００３７】
ＳＨＧ波長変換部４５は、光源光が入力されるとその光源光の２倍の光周波数の第二高調波光を出力する。これにより、図３のＳＨＧ波長変換部４５から出力された光には、図２のＳＨＧ波長変換部４５の場合と同様に、レーザ光源２０の周波数変調信号による周波数変調およびレーザ光源２０自体の光周波数の変動による周波数変動に加え、偏波の変動による振幅変動が重畳される。
【００３８】
偏光ビームスプリッタ５５は、ＳＨＧ波長変換部４５の出力側に配される。偏光ビームスプリッタ５５は、特定の偏光方向を持つ入射光を透過するとともにこの入射光と偏光方向が直交する偏光を全反射する光学特性を有し、ＳＨＧ波長変換部４５から出力される第二高調波光を透過して、その透過した第二高調波光を１／４波長板６５に入射させる。１／４波長板６５は、入射した第二高調波光を直線偏光から円偏光に変換してガスセル６０に入射させる。
【００３９】
ガスセル６０には、上記光周波数安定化装置１６のガスセル６０と同様に吸収線スペクトルが安定化目標とする光源光の光周波数の２倍である物質が封入される。ガスセル６０の出力側に配されるハーフミラー６７は、ガスセル６０を透過してハーフミラー６７に入射した第二高調波光の半分を反射してガスセル６０を透過してハーフミラー６７に入射した第二高調波光と同じ光路に沿って再びガスセル６０に透過させる。また、ハーフミラー６７は、ガスセル６０を透過してハーフミラー６７に入射した第二高調波光の残りの半分を透過する。
【００４０】
ここで、ＳＨＧ波長変換部４５から出力する第二高調波光をガスセル６０中で同一光路を通るようにすると、ドップラ拡がりを除去することができるので、飽和吸収現象を起こすことができる。
【００４１】
第一受光素子７０は、ハーフミラー６７を透過した透過光を受光し、受光光量に応じた強度レベルの電気信号を差動増幅器１００に出力する。また、ハーフミラー６７で反射された反射光は、左回りの円偏光となって上記のように再びガスセル６０を透過した後、１／４波長板６５を透過する。１／４波長板６５は、この透過光を左回りの円偏光から再び直線偏光に変換するが、その偏光方向はＳＨＧ波長変換部４５から出力する第二高調波光の偏光方向に対して垂直となる。したがって、偏光ビームスプリッタ５５は、この透過光を全反射して方向を変える。第二受光素子８０は、この反射光を受光し、受光光量に応じた強度レベルの電気信号を差動増幅器１００に出力する。これらの第一受光素子７０および第二受光素子８０の一例は、シリコンフォトダイオードである。
【００４２】
差動増幅器１００は、第一受光素子７０から入力される電気信号と第二受光素子８０から入力される電気信号とを合成し、これらの信号の強度レベルの差を増幅して安定化制御部２００の位相比較器２１０に出力する。
【００４３】
安定化制御部２００の位相比較器２１０は、差動増幅器１００から入力される信号および周波数変調信号供給部１２０から入力される周波数変調信号の位相を比較して、レーザ光源２０から出力される光源光の発振周波数が安定化目標とする光周波数と一致しているか否か、および、一致していない場合は吸収線周波数から高周波側または低周波側のどちら側にどの程度の周波数間隔だけずれているかを判別する。さらに、位相比較器２１０は、上記判別結果に基づいた信号をフィードバック回路２２０に供給する。フィードバック回路２２０は、位相比較器２１０からの上記信号に基づき、駆動回路２３０からレーザ光源２０のＤＦＢ半導体レーザに供給される電流を制御する。なお駆動回路２３０は電流を制御することに代えて、レーザ光源２０における共振器長またはファイバ長を制御してもよい。これにより、レーザ光源２０から出力される光源光の光周波数は、安定化目標とする光周波数に一致するべく制御される。
【００４４】
上記実施形態において、レーザ光源２０は、ＤＦＢ半導体レーザに代えて分布反射型（ＤＢＲ）半導体レーザまたはその他の半導体レーザを備えてもよく、必要な光周波数に応じて選択することができる。また、レーザ光源２０は、半導体レーザに限らずファイバレーザ等でもよい。また、位相変調部４０に配される変調器はＬＮ位相変調器に限定されず、所望の位相変調器を配することができる。また、ガスセル６０に封入する物質は、光源光の光周波数および安定化目標とする光周波数に応じて所望の物質を選択することができる。
【００４５】
上記光周波数安定化装置１７において、上記光周波数安定化装置１６と同様に、光源光に振幅変動成分が重畳された場合でも、この光源光は第二受光素子８０で受光されるので、その振幅変動成分を含む強度レベルに対応した電気信号が差動増幅器１００に入力される。したがって、差動増幅器１００において、両方の受光素子に共通する上記振幅変動成分を、第一受光素子７０で受光した電気信号からキャンセルすることができる。したがって、安定化制御部２００は、上記強度変動成分の影響を受けることなく、レーザ光源２０から出力する光源光の光周波数をより正確に制御することができる。
【００４６】
ここで、上記実施形態の無偏光ビームスプリッタ５０は、本発明の分岐素子の一形態である。また、偏光ビームスプリッタ５５は、本発明の光学素子の一形態である。また、ガスセル６０は、ガスセル６０は、特定光周波数の光の吸収線スペクトルを少なくとも１つ以上有する物質を封入する本発明の光吸収体の一形態である。
【００４７】
なお、上記光周波数安定化光源１１は、変調信号供給部１１０および位相変調部４０に代えて、上記周波数変調信号供給部１２０を備えてもよい。この場合、光周波数安定化光源１１は、周波数変調信号供給部１２０が駆動回路２３０に変調信号を送ってレーザ光の光周波数を変調する。また、上記光周波数安定化光源１２および上記光周波数安定化光源１３は、周波数変調信号供給部１２０に代えて、上記変調信号供給部１１０および上記位相変調部４０を備えてもよい。この場合、光周波数安定化光源１２および光周波数安定化光源１３は、変調信号供給部１１０および位相変調部４０により、レーザ光の位相を変調する。
【００４８】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることができることは当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の実施形態である光周波数安定化光源１１の構成を示すブロック図である。
【図２】他の実施形態である光周波数安定化光源１２の構成を示すブロック図である。
【図３】さらに他の実施形態である光周波数安定化光源１３の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００５０】
１１、１２、１３  光周波数安定化光源、１５、１６、１７  光周波数安定化装置、２０  レーザ光源、３０  偏光子、４０  位相変調部、４５  ＳＨＧ波長変換部、５０  無偏光ビームスプリッタ、５５  偏光ビームスプリッタ、６０  ガスセル、６５  １／４波長板、６７  ハーフミラー、７０  第一受光素子、８０  第二受光素子、９０  レベル調整回路、１００  差動増幅器、１１０  変調信号供給部、１２０  周波数変調信号供給部、２００、２０１  安定化制御部、２１０  位相比較器、２２０  フィードバック回路、２３０  駆動回路
【図１】
2008084888.tif 000003
【図２】
2008084888.tif 000004
【図３】
2008084888.tif 000005