半導体レーザの超高コヒーレンス化のための統合的電流負帰還技術の開発

Research Project

Project/Area Number	61550032
Research Category	Grant-in-Aid for General Scientific Research (C)
Allocation Type	Single-year Grants
Research Field	物理計測・光学
Research Institution	Tokyo Institute of Technology
Principal Investigator	木田拓郎東京工大, 国立大学(その他), 助教授 (90016535)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	池田光男東京工業大学, 大学院総合理工学研究科, 教授 (30016604)
Project Period (FY)	1986
Project Status	Completed (Fiscal Year 1986)
Budget Amount *help	¥2,000,000 (Direct Cost: ¥2,000,000) Fiscal Year 1986: ¥2,000,000 (Direct Cost: ¥2,000,000)
Keywords	半導体レーザの超高コヒーレンス化 / スペクトル線幅の狭窄化 / スペクトル中心周波数の安定化 / 周波数追随 / 周波数の広帯域掃引 / 周波数オフセット・ロック / コヒーレンスの移乗 / 原子の吸収スペクトル
Research Abstract	半導体レーザを高速に変調し、その光を外部ファブリペロー干渉計を用いて強度信号に変換し、周波数雑音弁別信号の高感度測定を行った。またこの信号を用いてDC〜数10MHzの帯域にわたり電流負帰還を施し、非制御時の1/2のスペクトル線幅を実現した。同時にスペクトル中心周波数の安定化をする制御を施したところこの幅の狭いスペクトルの形状に40時間以上にわたって安定に保たれ、これにより系の高い安定性が確認された。さらに理論解析を行い、負帰還制御時のAM雑音の増加は数%以内に保ちうること、ファイバリンブ干渉計を周波数弁別に用いれば、ファイバ長の最適化により制御ループ中の光検出器のショット雑音が制御する線幅の最小値として約1Hzが可能であることを明らかにした。以上の方法により実現した超高コヒーレンスを有する主レーザに従レーザを周波数追随させるさせる制御系については周波数オフセット・ロック法を提案した。追随精度を向上させるため、実際には位相比較を行い、そのために広ダイナミックレンジを有するディジタル位相比較器を開発した。これを用いて位相制御を施したところ、両レーザのビート周波数の残留周波数揺らぎは積分時間100秒において3Hzまで減少された。このことから従レーザのビート周波数揺らぎは主レーザのそれと同様であること、換言すれば主レーザの超高コヒーレンスが従レーザに移乗したことが確認された。この光位相制御ループの周波数掃引幅は1.8GHzであることが確認された。この制御系の伝達関数、根軌跡、ロックレンジに与える主レーザのFM雑音の影響などを理論解析により求め、より一層すぐれた性能を得るための最適化に用いる基礎データを得た。この他に原子の吸収スペクトルを周波数基準として用いるためにRb原子ビーム管の開発を行った。