ファラデー効果を用いた飽和吸収分光法による半導体レーザの波長安定化と波長制御

1993 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 04650036
• 研究機関: 大阪教育大学
• 研究代表者: 佐藤 孝 新潟大学, 工学部, 助教授 (10143752)
• 研究分担者: 榛葉 實 東京電機大学, 工学部, 教授 (30162803)
• キーワード: 半導体レーザ / Rb原子の吸収線 / 飽和吸収分光 / ファラデー効果 / 波長安定化 / 波長制御

研究概要

従来の半導体レーザの波長安定化では、半導体レーザの注入電流に微小変調を加えている為、結果として半導体レーザの発振幅を広げてしまうという欠点があり、分光実験等の狭い発振幅が必要である実験での半導体レーザの応用に問題となっていた。そこで我々は、波長基準であるRb原子に磁界を印加し、ファラデー効果を利用して直線偏光の偏光面の回転に変調を加え、これを検出して制御信号を得、波長安定化する方法を提案し、発振幅を広げることなく発振波長を安定化することに成功した。今年度はおおよそ当初の計画通りに研究を進めることができた。具体的にはいくつかの飽和吸収分光光学系を用いて波長安定化の実験を行い、より高い安定度を達成した。すなわち、原子の吸収線が飽和した状態でのファラデー効果を観測し、通常の吸収信号を用いた場合の結果と比較した上で、飽和吸収分光信号を用いた制御系を構築し、波長安定化を行った。飽和吸収分光信号を用いることで高い安定度が得られ、さらに波長安定化が可能な基準波長は増加はしたが、必ずしも全ての点が高い安定度が要求される波長安定化に用いることができる訳ではないことが分かった。またRbセルに印加する直流磁界の強さを変化することで安定化点がシフトし、吸収線のドップラー幅より広い範囲でその安定度もほぼ一定の値のまま制御できることが分かった。そしてその範囲は、これまで報告されているゼーマン効果を用いた安定化の約400MHzよりも広い範囲の制御であることを確認した。一方、飽和吸収分光光学系には幾つかの異なった光学系があるので、これら異なった飽和吸収分光光学系を用いることで、より高度な波長安定化、より多くの安定化点でより高い安定度を実現し、安定化された波長の掃引、制御の実験を行える光学系の検討を行った。なおこれまでの結果は既に国際会議並びに論文で報告している。

研究成果

• [文献書誌] 中野博之: "磁気光学効果を用いた半導体レーザの周波数安定化" 電子情報通信学会光・量子エレクトロニクス研究会OQE93-27. (1993)
• [文献書誌] 水本潤一: "飽和吸収分光信号を用いた直接周波数変調時における半導体レーザの周波数安定化と周波数基準信号" 電子情報通信学会光・量子エレクトロニクス研究会OQE93-60. (1993)
• [文献書誌] 佐藤孝: "Frequency Stabilization of a Semiconductor Laser under Direct Frequency Shift Keying Using the Saturated Absorption Signal" International Symposium on Atomic frequency standards and coherent quantum electronics. 33-34 (1993)
• [文献書誌] 石黒誠: "半導体レーザの直接FSK変調時における周波数安定化のための信号解析" 平成5年度電子情報通信学会信越支部大会 論文番号162. (1993)
• [文献書誌] 小林吉久: "改善された直接FSK変調によるPEAK方式を用いた半導体レーザの発振周波数安定化" 電気学会論文誌C分冊. 113. 309-314 (1993)
• [文献書誌] 中澤孝男: "磁気光学効果を用いた半導体レーザの周波数安定化と飽和吸収分光光学系" 電子情報通信学会論文誌. J76-CI. 285-293 (1993)
• [文献書誌] 渡部博道: "異なるデューティレシオのFSK変調時における半導体レーザの周波数安定化" 第3回電気学会東京支部新潟支所研究発表会 B-18. (1993)
• [文献書誌] 山本修平: "光フィードバック時の半導体レーザーの周波数安定化" 平成5年度 日本物理学会新潟支部第22回例会. 17-18 (1993)
• [文献書誌] 石黒誠: "異なるFSK変調条件による半導体レーザの周波数安定化" 1994年電子情報通信学会春季大会. (発表予定). (1994)
• [文献書誌] 渡部直紀: "光フィードバックの下での半導体レーザーの周波数安定化" 1994年電子情報通信学会春季大会. (発表予定). (1994)
• [文献書誌] 佐藤孝: "Frequency Stabilization of a Semiconductor Laser under Direct Frequency Shift Keying Using the Saturated Absorption Signal" Jpn.J.Appl.Phys.33(掲載予定). (1994)