JP2004193545A - スペクトル依存性空間フィルタリングによるレーザの同調方法およびレーザ - Google Patents
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Abstract
【課題】スペクトル依存性空間フィルタリング(SDSF)を実現し、同調装置として2つの主要な要素を有するレーザ同調装置を提供する。
【解決手段】SDSF同調装置の第1の要素は、レーザキャビティ内のSDSF同調素子によるスペクトル依存性ビーム歪(すなわち、ビームの振幅および/または位相プロファイルの変更)である。SDSF同調装置の第2の要素は、往復キャビティ損失をビーム歪およびキャビティ整合に感受性を有する関数にするキャビティ内空間フィルタである。このようなレーザは、最小の往復キャビティ損失を得るために、同調可能な波長でSDSF同調素子によってもたらされる特定のビーム歪が必要となるように配置することができ、その結果、同調可能なレーザ発光が得られる。SDSF同調装置の好ましい形態として、0次音響光学同調素子を有する外部キャビティ半導体レーザがある。
【選択図】 図4
【解決手段】SDSF同調装置の第1の要素は、レーザキャビティ内のSDSF同調素子によるスペクトル依存性ビーム歪(すなわち、ビームの振幅および/または位相プロファイルの変更)である。SDSF同調装置の第2の要素は、往復キャビティ損失をビーム歪およびキャビティ整合に感受性を有する関数にするキャビティ内空間フィルタである。このようなレーザは、最小の往復キャビティ損失を得るために、同調可能な波長でSDSF同調素子によってもたらされる特定のビーム歪が必要となるように配置することができ、その結果、同調可能なレーザ発光が得られる。SDSF同調装置の好ましい形態として、0次音響光学同調素子を有する外部キャビティ半導体レーザがある。
【選択図】 図4
Description
【0001】
【技術分野】
本発明は、同調可能なレーザに関するものである。
【0002】
【背景技術】
レーザは、光共振器の中にポンプ利得媒体を設けることで構成される。ポンプ利得媒体によって光を増幅し、光共振器によって光を帰還させることで、光共振器内の光路に沿って光が循環し、利得媒体によって繰返し増幅される。光共振器(またはレーザキャビティ)は、リングキャビティであっても定在波キャビティであっても良い。ポンピング方法として、光ポンピングや、利得媒体に電流を印加することによる電気ポンピングが知られている。発光波長は、電磁波スペクトルの可視領域内である必要はない。光共振器内に、出力カプラとして機能する素子が設けてあり、循環しているパワーの一部を光共振器から導出し、有効レーザ出力とする。出力カプラの典型例として、部分透過ミラーがある。半導体レーザにおいて、通常、半導体利得チップの端面が出力カプラとなり、性能を最適化するような反射性を設けるためにコーティングが施されていることがある。さらに、レーザを制御するにあたり、光共振器内に1つまたは複数の二次出力カプラを設け、出力カプラから放射される主レーザ出力から容易に離別できるように、二次出力カプラから循環光パワーの僅か一部を導出することが好ましい場合がある。
【0003】
1つまたは複数の適切な同調素子を、所望の波長帯域において利得を供する利得媒体と組み合わせることで、同調可能なレーザが得られる。レーザの同調素子として最も一般的なものは、レーザキャビティ内に挿入される同調可能な帯域通過光フィルタである。帯域通過フィルタは、狭い波長帯域(λcを中央波長とする)における損失が比較的低く、有効量の利得を有するその他の波長における損失が比較的高いものである。レーザの発光波長は、必ず純利得(すなわち、利得−損失)が最大である波長の周辺にあるため、波長に対するフィルタ損失の変動が波長に対する利得の変動より大きい限り、同調可能な帯域通過フィルタはレーザ同調素子として使用することができる。
【0004】
半導体レーザを同調可能にするために、モノリシック構造の半導体レーザキャビティでは使用不可能な同調素子の使用を可能にするように、外部キャビティ構造を採用することが好ましい場合がある。外部キャビティ型の半導体レーザ内の光が一往復するにあたり、ポンピングされた半導体利得媒体から光が放射され、様々な光素子を通過し、戻りビームとして利得媒体に入射する。半導体利得媒体は、通常、エピタキシアル成長による多層構造を有し、放射される光の伝播方向によって分類される。伝播方向が層の表面に対して垂直であれば、利得媒体は表面放射体である。伝播方向が層の表面に対して平行であれば、利得媒体は側面放射体である。側面放射型の半導体利得媒体は、通常、単一モードの光導波路を有する。単一光導波路から放射される光は、モードプロファイルと称するその振幅および位相プロファイルが、導波路によって決定する。戻りビームの振幅および位相プロファイルは、通常モードプロファイルと等しくはないが、その場合、戻りビームのパワーがすべて利得媒体導波路に導入(すなわち、結合)されることはない。例えば、導波路の端面にあるパワーPbが入射する場合、実際に導波路に導入されるパワーP0はそれより少ない。結合効率η=P0/Pbは、戻りビームの振幅および位相プロファイルがどの程度モードプロファイルに近いかによる。
【0005】
レーザ同調素子の一種として、音響光学(AO)装置がある。AO装置は、J.Xu and R. Stroud, Acousto−Optic Devices: Principles, Design and Applications, Wiley, New York, 1992に記載されている。AO装置とは、AO相互作用を行うための装置である。AO相互作用とは、入射光ビームと音響ビームの相互作用により1つまたは複数の回折光ビームを発生させる媒体内におけるパラメトリック3波合成方法である。慣用されているAO媒体として、石英、TeO2おおびHg2Cl2がある。ただし、物質的媒体(すなわち真空以外)である限り、ある程度のAO相互作用が発生する。AOレーザ同調素子は、回折光が、回折ビームまたは1次ビームと称する単一のビームからなるように設計されるのが通常である。入射光のうち回折光に変換されない部分は0次ビーム、すなわち非回折光である。通常、0次ビームと1次ビームは両方とも媒体から放射される。入射ビームと0次ビームの光周波数は同一であり、1次ビームの周波数との差が、音響周波数である。0次ビームと1次ビームとは、さらに、異なる方向に伝播したり、偏光状態が異なっていたり、それ以外にも異なる点があっても良い。AO装置における音響ビームは、適切な高周波(RF)で電力を印加するとAO媒体に同周波数の音響ビームを導入する、媒体の表面に取付けられた変換器によって発生される。
【0006】
AO相互作用はパラメトリック3波合成プロセスであるため、入射光が効率的に回折光に変換されるのは、位相合せ条件が満たされる中央波長λcを有する狭い範囲の入射光波長に対してのみである。AO相互作用の中央波長λcは、AO装置に適用されるRF周波数を偏光することで変えることができる。従って、AO装置を1つの入力と2つの出力(0次および1次)を有する3ポートの光学装置として考える場合、入力から1次出力への透過(1次透過)によって同調可能な帯域通過フィルタが得られ、入力から0次出力への透過(0次透過)によって対応する同調可能ノッチフィルタ(すなわち、中央波長λcを有する狭い範囲の光波長に対する損失が比較的高く、その範囲外の波長に対する損失が比較的低い)が得られる。AO同調可能フィルタ、AOディフレクタおよびAO変調器等、様々なAO装置が知られているがこの説明(すなわち、1次透過において帯域通過フィルタであり、0次透過においてノッチフィルタであること)はAO装置一般に関するものである。
【0007】
音響光学装置は、元々、色素レーザの同調(例えば、Streifer et al., Applied Physics Letters 17(8) p. 335 1970、Taylor et al., Applied Physics Letters 19(8) p. 269 1971、Hutcheson et al., IEEE Journal of Quantum Electronics, p. 462, Apr. 1974を参照)に使用されたものである。その後、ファイバレーザ(Wysocki等による米国特許第5,189,676号、Wysocki等による米国特許第5,255,274号、Jeon等による米国特許第5,812,567号)、半導体レーザ(Coquin et al., Electronics Letters 24(10) p. 599 1988、Koh et al., Proc. SPIE v3631 p. 98 1999、Zorabedian, IEEE Journal of Lightwave Technology 13(1) p. 62 1995)およびチタンドープサファイヤレーザ(Wada等による米国特許第5,835,512号)のような、帯域幅の広い利得媒体を有するその他のレーザにも使用されている。また、特許文献においても、AO装置でレーザを同調させる方法がいくつか提案されている。例えば、Rahn等による米国特許第4,118,675号には、AO装置が、所望の波長における振動を発生させるための分散素子とビームディフレクタの機能を同時に果たすものが記載されている。Hall等による英国特許第2,153,137号には、レーザを同調させるためのAOビームディフレクタと、別に設けた分散素子が記載されている。Changによる米国特許第5,724,373号には、AO相互作用によって導波路モード変換装置が得られ、このAO装置をレーザキャビティ内に適切に設けられた偏光系と組み合わせることで狭帯域フィルタリングが得られるAOレーザ同調方法が開示されている。
【0008】
上述の文献は、いずれにおいても、回折(すなわち、1次、偏向またはモード変換)光は、同調装置にとって最重要であり、非回折(すなわち、0次、非偏向または非モード変換)光は同調装置に使用されない。これらの文献は、いずれも、レーザを同調させるためにAO装置の1次透過を利用することを教示する。AO装置を介する1次透過は周波数変位を伴うため、上記の従来技術は、非補償の場合の周波数変位がレーザの動作に及ぼす影響および/またはそのレーザの動作に対する影響を取り除くために周波数変位を補償する方法に関するものが多い。
【0009】
AO相互作用でレーザを同調させるものであって、1次ビーム以外のもの(0次ビームを含まない)を使用することを開示する文献は1つ存在する。すなわち、Osterwalderによる米国特許第5,384,799号には、定在音響波によって、AO装置内に周期的屈折率摂動を発生させることが開示されている。さらに、周期的屈折率摂動による狭帯域反射に基づく、レーザキャビティへの同調可能狭帯域フィードバック装置も開示されている。
【0010】
【特許文献1】
US5189676号公報
【特許文献2】
US5255274号公報
【特許文献3】
US5812567号公報
【特許文献4】
US5835512号公報
【特許文献5】
US4118675号公報
【特許文献6】
GB2153137号公報
【特許文献7】
US5724373号公報
【特許文献8】
US5384799号公報
【非特許文献1】
J. Xu and R. Stroud, Acousto−Optic Devices: Principles, Designand Applications, Wiley, New York, 1992
【非特許文献2】
Streifer et al., Applied Physics Letters 17(8) p. 335 1970
【非特許文献3】
Taylor et al., Applied Physics Letters 19(8) p. 269 1971
【非特許文献4】
Hutcheson et al., IEEE Journal of Quantum Electronics, p. 462,
Apr. 1974
【非特許文献5】
Coquin et al., Electronics Letters 24(10) p. 599 1988
【非特許文献6】
Koh et al., Proc. SPIE v3631 p. 98 1999
【非特許文献7】
Zorabedian, IEEE Journal of Lightwave Technology 13(1) p. 62 1995
【0011】
【発明の概要】
本発明は、「スペクトル依存性空間フィルタリング」(SDSF)を実施するレーザ同調装置を提供し、同調装置は、2つの素子を有するものである。SDSF同調装置の第1の素子は、レーザキャビティにおけるSDSF同調素子によるスペクトル依存性ビーム歪(すなわち、光の振幅および/または位相プロファイルの変動)を設けるものである。SDSF同調装置の第2の素子は、往復キャビティ損失を、ビーム歪とキャビティ位置の両方に対して反応する関数とするキャビティ内空間フィルタである。このレーザは、往復キャビティ損失を最小化するために、同調可能波長においてSDSF同調素子による特定ビーム歪が得られるように配置することで、同調可能なレーザ発光を得ることができる。SDSF同調装置の好ましい実施形態は、0次音響光学同調素子を有する外部キャビティ半導体レーザを有するものである。
【0012】
既知の同調可能レーザ構造において、短い同調時間(<1ms)、高い出力パワー(>40mW)、広い同調範囲(>70nm)および単一モード動作(SMSR>50dB)を同時に実現することは困難であった。本発明は、上記のパラメータについて同時に上述の性能を得ることを可能にする装置および方法を提供することで当該問題を解決する。
【0013】
【好ましい実施形態の詳細な説明】
SDSF同調装置の基本は、図1を参照することで理解できる。0次透過によるAO装置等のSDSF同調素子を有するレーザの場合を考える。次に、レーザキャビティが、SDSF同調素子によるビーム歪が無視できる場合に、出力パワーが最大(すなわち、往復損失が最小)になるように調製してあることとする。下述するように、SDSF同調素子によるビーム歪は、ある中央波長λcを有する特定範囲の波長に対してのみ行われる。従って、往復透過率の波長依存性は、図1の実線で示す関係となる。透過率は背景値T0の場合にはほぼ一定であり、λcの周辺の波長について、SDSF同調素子の歪による損失の増加によって低下する。このキャビティ構造では、透過率ピークが存在しないため、レーザの同調は不可能である。
【0014】
ここで、同様のレーザにおいて、往復損失を最小化するために、ある特定の波長λ0でSDSF同調素子によるビーム歪が得られるように、キャビティが配置されているとする。この場合、往復透過率の波長依存性は、図1の点線で示すようになる。レーザの配置の変更によって、背景透過率T1が必然的に透過率T0より低くなる。ビーム歪によるキャビティの非整合に対する補償により、λ0における往復透過率TはT1より大きく、図1に示すλ0におけるピークが形成される。λ0とλcは一緒に同調されるため、このキャビティ内帯域通過フィルタは、中央波長λcを変更することで同調させることができる。従って、レーザを動向させるためにキャビティのアラインメントを変更させる必要はない。
【0015】
往復キャビティ損失(または透過率)のキャビティ位置およびビーム歪に対する感度を向上させることで、SDSF同調装置の効率を上げることが可能である。従って、レーザキャビティ内に、個別の素子または他の素子(例えば、単一モード導波路の利得媒体)の一部として、空間フィルタを設けることで、より広い範囲の波長に亘って同調が可能となり、SDSF同調装置を強化することができる。ただし、発明を実施するために、空間フィルタリングは必ずしも必要ではない。
【0016】
図2に、好ましいAO同調素子を概略的に示す。AO媒体20は、適切な音響光学材料からなる。好ましい材料として、非常に高いAO値が得られる二酸化テルル(TeO2)や塩化第一水銀(Hg2Cl2)等がある。一般に、AO相互作用は共線的または非共線的に位相整合されている。好ましい材料TeO2およびHg2Cl2において、共線的に位相整合されたAO相互作用は、結晶の対象性によって不可能である。従って、これらの材料における位相整合は非共線的であり、そのため、音響位相速度の方向が、入射光の位相速度の方向と同じではない。しかし、TeO2やHg2Cl2等の異方性媒体内の光は群速度の方向に伝播するため、これらの好ましい材料においても、非共線的に位相整合されたAO装置の音響および光学ビームを整合することが可能である。ビームを共線的に整合する場合、フィルタの帯域幅が小さくなり、消費電力が低くなるといった利点がある。ビームを整合するための方法として、図2に示すように、音響反射を利用することができ、この場合、トランスデューサ22が発生する音響ビームが装置の表面26によって反射され、光ビームの軸24と同線上の群速度を有する音響ビーム28が得られる。Kusters(米国特許第3,687,521号)は、非共線的位相整合AO装置における光および音響ビームの共線整合を教示し、ビームの整合を実現するために音響反射を使用することを記載している。TeO2やHg2Cl2等の材料における音響異方性は非常に大きく、図2に示す如く(すなわち、反射角が入射角と大きく異なる)であり、これはビームを整合する際に役立つ。場合によって、光および音響ビームを整合するために、トランスデューサ22を、媒体20の表面26に対して直角ではない切断面上に配置することが好ましい。
【0017】
ここまで、レーザ同調素子として様々なAO装置を使用したレーザ同調方法を述べてきたが、現在最も好ましいと考えられるAO同調素子は、図2に示すように、相互作用長が約20mmである共線的ビーム構造を有するTeO2装置である。次の結果は、この段落で述べた好ましいAO同調素子に関するものである。AO同調素子は動く部分を有しないため、レーザ同調時間が非常に短い(例えば、同調時間<1ms)。
【0018】
図3に、図2の構造を有するTeO2AO同調素子を介する0次(実線)および1次(点線)透過の測定スペクトルを示す。この測定において、約90mWのRFパワーがトランスデューサ22に印加され、このRFパワー値は1次ビームの回折効率を最大化するように選択されている。RFパワーが90mWを超えると、ビームが同調素子を通過する際に、パワーが0次ビームから1次ビームへ移り、また0次ビームに戻るので、回折効率が低下する。トランスデューサ22に印加されるRF周波数は、図3の下の方の横軸に示すように変化させながら、0次出力と1次出力が測定される。RF周波数を変化させながら、入力光の波長が一定に保持される。AO相互作用によって、RF周波数と光周波数との間に1対1の関係が成立するので、波長スペクトルは、図3の上下の横軸で示すRFスペクトルの関係を有する。従って、約1545nmの固定波長で直接測定されるRFスペクトルは、約47.56MHzの固定RF周波数で得られる光スペクトルに等しい。図3に見えるように、AO同調素子は、0次透過においてノッチフィルタの機能を有し、すなわち、中央波長λc(=約1545nm)を有する狭い波長帯域内の波長に対して比較的高損失を示し、その他の波長に対して比較的低損失を示す。このようなノッチフィルタリングは、図1の説明に示したように、SDSF同調素子の特徴である。
【0019】
図4は、本発明の実施形態による同調可能レーザアセンブリ30の概略図である。便宜上、半導体利得素子34の出力面34−2で開始し、レーザキャビティの往復路に沿って説明することが好ましい。出力面34−2は、レーザ出力パワーを最適にする低レベルの反射性を付与するためのコーティングが施されていることが好ましい。出力面34−2の反射率として、1%ないし10%の範囲が一般的である。出力面34−2から反射する光は、利得素子34を通過し、利得素子34の内面34−1から出射する。利得素子34は、単一モードの光導波路を形成する電気ポンプ半導体による単一または複数量子井戸構造を有するものであることが好ましい。発光波長を1.5ミクロン周辺に設定したい場合、TE偏向された光に対する利得を得るために、量子井戸が圧縮ひずみを受けるような構造を成長させることが好ましい。それ以外の発光波長の量子井戸ひずみとして、圧縮ひずみが必ずしも好ましくはない。特定の発光波長によっては、引張ひずみまたはひずみが無いことが好ましい場合もある。内面34−1は、好ましくは、反射防止コーティングを有し、図4に示すように、利得素子34の導波路軸に対して鋭角である。これらの手段は、いずれも、内面34−1からの反射の、レーザの動作に対する悪影響を低減するために設けたものである。
【0020】
利得素子34の内面34−1から反射される光は、水平および垂直方向の拡り角がそれぞれ約40度および52度(1/e強度幅における完全角度)であるビームとして放射される。本発明によるレーザ同調は、様々なビーム拡りを有する多様の半導体利得素子について観察済みであるので、これらのパラメータは発明の実施にあたり、重要ではない。内面34−1から放射されるビームは、該ビームをコリメートするレンズ36に入射する。レンズ36として、現在好ましいとされるのは、焦点距離が1.45nmの非球面レンズであるGeltech社製の350140型であるが、本発明を実施するためには、様々な焦点距離を有するその他のレンズも使用可能である。平行ビームは、レンズ36から、任意のグリッド固定エタロン38へ伝播する。このグリッド固定エタロン38の有無は任意であるため、そのレーザ性能に対する効果や特性については後記する。
【0021】
レンズ36(存在すればエタロン38)からのビームは、AO媒体20に入射し、AO媒体20内で光軸24に沿って伝播する。AO媒体20は、図2について上述したものと同様のものであることが好ましい。適切選択された高周波の電力が、AO媒体20に取り付けられたトランスデューサ22に印加される。トランスデューサ22は、AO媒体20内で伝播する音響波を発生する。光軸24に沿って伝播する光とトランスデューサ22が発生する音響波との間のAO相互作用によって、1次光ビーム(50−Aと示す一点鎖線)が生成される。非回折の、つまりは0次ビームは、AO媒体20から射出し、戻りミラー40に入射する。戻りミラー40は、高反射率を付与するためにコーティングが施された内面40−1を有する。内面40−1の反射率は、通常約99%である。戻りミラー40の内面40−1と利得素子34の外面34−2が、レーザアセンブリ30のレーザキャビティを画定する2つの面である。従って、0次ビームが内面40−1によって反射され、AO媒体20、エタロン38(存在すれば)、レンズ36および利得素子34を通過して戻ることによりキャビティを一往復することになる。レーザ出力ビーム32は、利得素子34の外面34−2から射出される。
【0022】
さらなる機能性を設けるために、レーザキャビティ外で、出力ビームのパス上に光学素子を追加配置することができる。例えば、出力監視、出力制御、データ信号の高速変調、光の偏光純度の向上および/または光ファイバへの結合は、いずれも、レーザキャビティ外に適切な部材を配置することで得られる機能である。出力制御機能は、特に、全発光波長に亘って出力が等しいことあるいはレーザの寿命に亘って出力が等しいことを必要とする応用において重要である。出力制御は、通常、可変光減衰器によって行われるが、この機能を果たすために利得素子を使用することも考えられる。また、利得素子34を適切制御することによって出力を制御することも可能であるが、上述のように、出力ビームパス上に素子を配置することで出力制御を行うことが好ましいことが多い。
【0023】
長時間に亘るレーザの単一モード操作を必要とする応用も存在する。安定した単一モードレーザ操作を図るために、レーザを制御することを可能にする様々な信号をレーザアセンブリ30のキャビティ内から得ることができる。図4には、任意の監視サブアセンブリ60に導入される3本の監視ビーム50−A、50−Bおよび50−Cが示してある。これらのビームは、好ましくは、戻りミラー40を介して得られるため、戻りミラー40の内面40−1は適当な透過率(例えば、約1%)を有することが好ましく、戻りミラーの外面40−2が、3本のビームを監視サブアセンブリ60内に導くように曲面状であることが好ましい。図4中、一点鎖線で示すビーム50−Aは、1次ビームのうち戻りミラー40を通過した部分である。図4中、実線で示すビーム50−Bは、0次ビームのうち戻りミラー40を通過した部分である。図4中、点線で示すビーム50−Cは、グリッド固定エタロン38の表面から反射されたビームのうち戻りミラー40を通過した部分である。図4に示すように、ビーム50−A、50−Bおよび50−Cは、少しずつ異なる方向に伝播する。ビーム50−Aと50−Bは、AO同調素子20内の非共線性位相整合によって、異なる方向に伝播する。グリッド固定エタロン38は、その表面から反射されるビームをレーザキャビティから射出させるために傾いており、この傾きを、図4に示すように、ビーム50−Cがビーム50−Aおよび50−Bから離れるように選択することができる。監視サブアセンブリ60の動作は以下に詳説する。
【0024】
発明は、監視信号に基づいてレーザを制御せずに実施することが可能であるため、監視サブアセンブリ60は任意である。監視サブアセンブリ60を有しない実施形態において、各ビーム50−A、50−Bおよび50−Cを設ける必要がなく、戻りミラー40の外面40−2を曲面状のものにする必要もない。
【0025】
図5は、図4に示す本発明の実施形態による測定ファイバ結合出力対発光波長を示すものである。広い同調範囲(>70nm)に亘って、高出力(すなわち、>40mWファイバ結合出力)が得られる。
【0026】
図6は、図5に示す結果に対応するAO媒体に印加された高周波の関数として、dB対数目盛における測定側モード抑制率(SMSR)(実線と左側の縦軸)および発光波長(点線と右側の縦軸)を示すものである。発光波長曲線は、AO同調素子20のトランスデューサ22に印加される高周波とレーザ発光波長との間の関係を示し、SMSRは、最も強い非レージングモードにおける出力に対する所望のレージングモードの電力の比率である。図6に見えるように、同調範囲全体に亘ってSMSRが高い場合、同調範囲全体に亘って単一モードレージングが得られることを示す。
【0027】
図7は、図6の一部を拡大したものである。ここで、レーザが1つのエタロン透過率ピークから次のピークに離散的に移り、その間の波長には同調しないので、グリッド固定エタロン38の効果がはっきり解る。その理由は、グリッド固定エタロン38がその透過率ピーク以外の全波長においてキャビティ内に大きな損失をもたらすためである。ここで、エタロンの自由スペクトル領域(FSR)と称するエタロン透過率ピークの間隔は25GHzであり、レーザは、互いに25GHz離れているチャネル(すなわち、波長)に同調する。自由空間における光の速度をcとした場合、自由空間波長λと周波数fとの間にc=λfという関係が成立するため、単色光の「色」は、その波長または周波数によって特定することができる。離散的同調性は、高密度波長分割多重(DWDM)等において、レーザが、周波数が等間隔に位置する個別のチャネルに同調することが必要な応用に適している。レーザの組立時に、グリッド固定エタロンの透過率ピークによって規定されるレーザチャネルを望ましい周波数グリッドと合せることで、優れた開ループ精度が得られ、望ましいグリッドからの測定開ループ偏差は、少なくとも5THzの同調範囲に亘って、通常では1GHz未満である。
【0028】
試験装置の発生源等のDWDMの応用において、離散的同調性による開ループ波長精度で足りる。この場合、離散的同調性によって、同調可能な発生源として通常必要である波長制御ループを省略することを可能になる。光通信源等のその他のDWDM応用において、離散的同調性では、波長制御ループを取除くことができない。このような場合であっても、全体的な大きさや部品数が(レーザ+外部ロッカー構造と比較して)小さくなり、安定した、受動性のキャビティ内装置によって波長精度が保証されるため、総合的なレーザ制御の柔軟性が向上するなどといった利点がある。
【0029】
その目的とする機能を果たすために、図4におけるグリッド固定エタロン38は、好ましくは、エタロン表面の法線がキャビティ軸に対して小さな角度(好ましくは0.1ないし2度)を成すように挿入することで、エタロン表面から反射されるビームがレーザキャビティ内に結合され難くなるようにする。エタロンのフィネスは中間的(例えば、2<フィネス<10)であり、このフィネス値は、傾いているエタロンを通過する場合に損失を低くし、好ましいレベルのスペクトル選択性を得るように選択される。エタロンは、レーザの絶対波長基準となるため、融解石英等、機械的に安定し、温度に対して感受性のない材料を使用して製造することが好ましい。
【0030】
同調可能レーザ内にグリッド固定エタロンを挿入することによる利点は、例えば、既にキャビティ内に存在する寄生エタロン(例えば、半導体利得素子の2つの面によって形成されるエタロン)を適切変更することでグリッド固定機能を付加することで、同様の方法を利用しても実現可能である。また、レーザの軸方向のモード間隔は往復光路長によって決定するため、レーザキャビティの全体的な光路長を利用することでグリッド固定機能を設けることも可能である。この明細書において、1つまたは複数のグリッド固定エタロンを有するレーザまたは類似の方法を採用するレーザを、総称して「離散的同調性」を有するものとする。
【0031】
上述のように、離散的同調性は、通常の実施においてある程度は同時に存在する複数の異なる物理的メカニズムによって実現または変更することができる。例えば、図4の利得素子34の面によって形成される寄生エタロンの効果が、上述したようにARコーティングや傾きによって低下させることができた場合であっても、この寄生エタロンはレーザの性能に影響を及ぼす可能性がある。離散的同調性を実現および/または影響する傾向を有する複数のメカニズムが多数存在する場合、各メカニズムが互いに協力し合うことによって、望ましい結果が得られることを保証しておくことが好ましい。
【0032】
グリッド固定エタロンの挿入によって離散的同調性が得られるレーザにおいて、利得素子(チップ)長を、その寄生エタロンの自由スペクトル領域(FSR)がグリッド固定エタロンFSRを1以上の整数で除算した値に実質的に等しくなるように選択することが好ましい。そうすると、寄生チップエタロンは、全チャネルにおいて、レーザ操作に対して同一の効果を有することになる。従って、チップエタロンによる損失が低減したチャネルへのモードホップを引起すことで同調を妨害するといったチップエタロンの傾向が低下することができる。また、レーザキャビティの軸方向モード間隔(レーザキャビティFSRと称する)が、グリッド固定エタロンFSRを2以上の整数で除算した値に実施的に等しくする総合レーザキャビティ長を選択することが好ましい。例えば、グリッド固定エタロンのFSRが25GHzである場合、レーザキャビティのFSRとして、12.5GHz、8.33GHzまたは25GHzがその整数倍となるその他の値はいずれも好ましい。エタロンFSRがキャビティFSRの整数倍である場合、グリッド固定エタロンによって規定されたチャネルに対するキャビティモード周波数波形の不整合による損失が隣接するチャネル同士で等しくなるため、レーザのモードホッピングを引起す傾向が低下する。
【0033】
図5ないし10に示す結果は、25GHzをその整数倍とするキャビティFSRを有し、チップ長が約860ミクロンである25GHzのグリッド固定エタロンを有するレーザ構造のものである。これによるチップエタロンFSRは約50GHzである。このレーザは、図面に示すように優れた性能を有するものであるが、上述の理由で、チップエタロンFSRがグリッドエタロンFSR(すなわち、この例において25GHz)と整合することが好ましい。25GHzのレーザにおいて、好ましいチップ長は、約1.7mmであるが、利得チップとしては若干長い。利得チップの非線形性は、単一モード同調性能を妨害し、利得チップのエピタキシアルデザインが変更されなければ、チップ長が増す毎に利得チップの非線形性も増す傾向があることが解っている。従って、好ましい利得チップのデザインは、通常、チップ長を好ましい離散的同調性周波数間隔と整合するように設定し、その長さについて、優れた同調性能と高出力が得られるように有効領域をデザイン(特に、量子井戸の数)することで得られる。
【0034】
本発明を実施するためには、離散的同調性を得ることが必要なく、レーザキャビティ内にグリッド固定エタロンを設ける必要もない。本発明の好ましい実施形態において、SDSFレーザ同調装置による利点を超えた離散的同調性の利点をさらに得るために、キャビティ内にグリッド固定エタロンが挿入されている。
【0035】
図8は、標準のキャビティ配置を有する図4に示すレーザにおける測定往復キャビティ透過率対波長を示すものである。この測定は、利得素子34が閾値未満で動作している状態で行われるので、利得素子導波路の端面における空間フィルタリングの効果が測定値に反映されている。標準配置では、すべての受動光素子がビーム軸に合せてあり、AO媒体20が、媒体内の0次光ビームと音響ビームが図2に示すように同軸上に配置されるように合せてあり、戻りミラー40が0次ビームの再帰反射用に合せてあり、レンズ36が、AO同調素子20に高周波が供給されていない状態で往復損失が最小となるように合せてある。この標準配置では、AOによるビーム歪および減衰が存在しない場合、往復損失が最小化されることが明らかであるので、予想どおり、標準配置における往復損失は、AO相互作用の中央波長から遠い波長に対して低い。図8に示す測定において、トランスデューサ22に印加される高周波電力は250mWである。図3について説明したとおり、AO媒体20のピークノッチ深度は高周波電力90mWで観察されるため、印加される高周波電力が250mWである場合、AO媒体20が過度に駆動されてしまい、ノッチの構造が図8に示すような二谷構造になる。
【0036】
図8に示す曲線は、帯域通過フィルタ特性を示さないので、この結果から予想できるように、標準配置を有する図4のレーザは同調性を有しない。図1に関する説明では、SDSF同調メカニズムを可能にするために必要な標準配置と異なるレーザ配置を選択する重要性について述べた。勿論、レーザの配置を標準配置と異なるようにするためには、様々な方法があり、中でも、戻りミラー40を再帰反射用の配置から傾きを変更したり、レンズ36をレーザキャビティの光軸上で移動させたり、AO媒体20を横に移動させたり傾かせたりして光および音響ビームの重複状態を崩したり、レンズ36や利得素子34等の他の光素子を中心からずらしたり、傾かせたりすることが考えられるが、これらに限定されない。
【0037】
原則として、上記の配置のいずれの組合せによってもSDSF同調メカニズムを有効にすることができる。SDSF有効配置として、戻りミラー40を図4のy軸上で傾かせ、AO媒体20を図4のx方向に平行移動させることが好ましい。配置を2次元のパラメータ空間に制限することで、パラメータ空間を系統的に調査することを可能にし、最適化された配置パラメータで、優れたレーザ性能が得られた。ただし、場合によって、SDSF同調メカニズムを有効化するために、ミラーの傾きやAO同調素子の位置設定以外の配置パラメータを利用することが好ましいことがある。
【0038】
図9には、戻りミラー40を再帰反射状態から図4のy軸の廻りを0.84mrad傾かせ、AO媒体20を光および音響ビームの重複状態から図4のx方向に0.7mmへ移動させた場合の、図4に示すようなレーザの往復キャビティ透過率対波長を示す。このキャビティ配置では図5、6および7に示す結果も得られる。図9に見えるように、顕著な往復透過率ピークが存在し、これは、SDSF同調メカニズムによるレーザ同調のための帯域通過フィルタを示すものである。
【0039】
図10は、測定レーザSMSR対傾きおよび位置パラメータを示した2次元グレイスケールグラフである。図10において暗い色で示す増加SMSRは、より優れたレーザ性能に対応する。図10は、傾=−0.8mrad、位置=2.1mmの辺りに中心を有するパラメータ値の範囲に亘って優れたレーザ性能を示す。光および音響ビームがちょうど重複するAO媒体20の位置は位置=2.8mmであるため、「標準」配置からの偏差は0.7mmである。図5、6、7および9において選択された操作点は、図10に示す高SMSR領域の中央付近に位置する。
【0040】
レーザ系統を形成する部品を変えると上記の数値も変える必要がある場合も考えられるが、上述した方法と同様にして適切に変更された値を得ることができる。また、レーザを形成する部品を変更することで、上述したようなミラーの傾きやAO同調素子の平行移動以外の好ましい配置パラメータを選択することが必要になる可能性もある。当業者であれば、特定のレーザ部品に対してSDSF同調メカニズムを有効にするためにどの配置パラメータを採用すべきか容易に判断し得ることであろう。
【0041】
図11は、監視手段を提供する監視サブアセンブリ60の実施形態を示す概略図である。図11において、ビーム50−A、50−Bおよび50−Cが監視サブアセンブリ60に入射する。図4に関して説明したとおり、ビーム50−Aは1次ビームのうち戻りミラー40を通過する部分であり、ビーム50−Bは0次ビームのうち戻りミラー40を通過する部分であり、ビーム50−Cはグリッド固定エタロン38の表面から反射されるビームのうち戻りミラー40を通過する部分である。ビーム50−Bおよび50−Cの偏光方向は同一であり、ビーム50−AはAO媒体20内の複屈折性AO相互作用によってビーム50−Bから生成されるため、ビーム50−Aの偏光方向に対して垂直である。図11に示すように、ビーム50−A、50−Bおよび50−Cは、ビーム50−Bおよび50−Cの反射を最小にして透過を最大にし、ビーム50−Aを部分的に反射して部分的に透過するように設計された偏光ビームスプリッタ62に入射する。
【0042】
ビーム50−Aの透過部分は、検波器アレイ72の一部である検波器72−Aによって受信される。ビーム50−Aの反射された部分は、レンズ64を通過し、ウェッジ状干渉計66に入射する。ビーム50−Aはウェッジ状干渉計66の表面66−1およびウェッジ状干渉計66の裏面66−2によって反射され、これらの反射ビームが互いに干渉し、縞パターン68(図11中、波状の線によって示す)を発生する。2つの検波器70−Aおよび70−Bを有する検波器アレイ70は、図11に示すように、各検波器70−Aおよび70−Bの中央を通る線上で測定した場合、各検波器70−Aおよび70−Bが、縞パターンの空間周期の約1/4に相当する距離だけ離れている縞パターン68上の2点で測定を行うように配置されている。片方の検波器に縞パターンの極大が存在する時、他方の検波器は縞パターンの半値点の測定を行うことになる。このような検波器間の90度の間隔(またはその任意の奇数倍数)は、「空間直角位相」(spatial quadrature)と称する。レンズ64は、縞パターン68が検波器アレイ70に対して適当に配置されていることを保証するために設けてある。ウェッジ状干渉計66の裏面66−2には、波長に対する反射率の線形依存性を付与するコーティングが施されている。
【0043】
図11中、72−A、62、64、66、66−1、66−2、70、70−Aおよび70−Bは、いずれも、検波器70−A、70−Bおよび72−Aをレーザの発光波長を求めるために使用することができる波長監視器を有する。簡単に説明すると、検波器72−Aから発信される信号によって、検波器70−Aおよび70−Bの信号を正規化することで、出力変動の影響を取除く。検波器70−Aおよび70−Bの正規化信号は、レーザ操作のチャネルを求めることができるほど絶対波長を測定することを可能にする。
【0044】
ビーム50−Bおよび50−Cは、それぞれ、検波器アレイ72の検波器72−Bおよび72−Cによって受信される。検波器72−Aおよび72−Cから供給される信号は、検波器72−Bの信号を使用して出力変動に対して正規化される。検波器72−Aの正規化信号は、AO同調素子20の中央波長とレージング波長との差を示すものである。72−Cの正規化信号は、レージング波長とグリッド固定エタロンの最も近い透過率ピークの波長との差を示すものである。
【0045】
図12は、他の監視手段を有する監視サブアセンブリ60の他の実施形態を示す概略図である。図12の実施形態は、波長の監視方法によって図11の実施形態と異なる。図12中、ビーム50−Aは、図11と同様に、偏光ビームスプリッタ62に入射し、ビーム50−Aの反射された部分は線形透過フィルタ74を通過した後に、検波器76によって受信される。線形透過フィルタ74の透過率は、波長に対してほぼ線形な関係を有する。検波器72−Aの信号は、検波器76の信号を正規化するために使用され、検波器76の正規化信号によって、レーザ操作のチャネルを求めることができるほどの精度で絶対波長を測定することができる。
【0046】
当業者であれば、図11および12の実施形態による信号をレーザ制御に使用する方法として、様々な方法が考えられるであろう。標準的な制御方法を使用してグリッド固定エタロン38の温度をある特定値T0に維持する方法が好ましい。標準エタロン温度T0は、レーザアセンブリ30の初期の製造および試験段階で、エタロン透過率ピークが望ましい離散的同調グリッドに適切に整合するように決定される。この構造では、グリッド固定エタロンが各レーザチャネルに対して固定周波数基準を提供する。
【0047】
グリッド固定エタロン38の透過率ピークとレージングモードとの一致を維持するために、検波器72−Cの正規化信号が、適切な整合性が得られる所定値に保持されるように、利得素子34に供給される電流が制御される。レーザアセンブリ30の初期の製造および試験段階で、各チャネルについて検波器72−Cから必要になる正規化信号を求めるための測定が行われ、これらの値は制御システム内で使用する第1の索引表に保存される。
【0048】
AO同調素子を使用してレージングモードの精確な一致を維持するために、検波器72−Aの正規化信号が、整合性が確実に得られる所定値に保持されるように、AO同調素子20に供給される高周波の周波数が制御される。レーザアセンブリ30の初期の製造および試験段階で、各チャネルについて検波器72−Aから必要になる正規化信号を求めるための測定が行われ、これらの値は制御システム内で使用する第2の索引表に保存される。高周波の周波数とともに、またはその代わりに、AO同調素子の温度を制御変数として使用することも可能である。
【0049】
図11および12の実施形態による波長測定は、レーザが望ましいチャネルでレージングしていることを確かめるために行われる。利用者が選択したチャネルと監視サブアセンブリ60によって測定されたチャネルが一致しなかった場合、レーザ制御処理器および/または利用者に誤り状態が伝えられる。
【0050】
図11および12の説明において、適切な制御信号を得るために第1の検波器信号を第2の検波器信号に対して正規化することを述べた。多くの場合、この正規化は、単に2つの信号の比率を求めることで達成され、光出力の変動は制御信号を影響しない。しかし、比率を求めるだけで正規化を行うことができない場合もある。片方または両方の検波器に背景信号(例えば、迷光によるもの)が存在する場合、制御信号として使用する比率を求める前に背景信号を除去することが好ましい。より一般的に、各正規化信号は一部またはすべての検波器信号の関数である。また、検波器を図4、11および12に示すものと違う位置に設けても、同一または同等の機能性が得られる。
【0051】
図11および12に関連して説明した制御メカニズムのうちいくつかは、レーザ共振器の光路長(すなわち、実際の長さ×屈折率)および/または共振器内の素子を変えることによるものである。例えば、電気的にポンピングされた半導体利得素子に印加される電流またはその利得素子の温度を変えると、利得素子の光路長および共振器の往復光路長が変化する。
【0052】
図13に、図4の裏面監視サブアセンブリ60から供給される信号の例を示すが、グリッド固定エタロン38を含む図4に示す発明の実施形態による測定監視信号である。図13中、○印は測定0次監視ビーム出力(例えば、図4のビーム50−Bから)対AO同調素子20に印加される高周波周波数を示す。■印は、測定1次監視ビーム出力(例えば、図4のビーム50−Aから)対AO同調素子20に印加される高周波周波数を示す。この例において、正規化1次信号は0次出力対1次出力の比率である。AO同調素子20に印加される高周波周波数が変化するにつれ、レーザは離散的にチャネルからチャネルへと同調し、図13に示す信号において、あるチャネルから隣接するチャネルへの転移は不連続および/または傾の不連続として現れる。
【0053】
図13に示す0次および1次監視信号は、チャネル転移によって発生する不連続間で滑らかに変化するので、同調素子およびレージングモードの一致を図るために様々な制御方式でこれらの信号を使用することが可能になり、AO同調素子20内のドリフトは不要なチャネル転移につながらない。例えば、1つの方法は、AO同調素子20に印加される高周波周波数を制御することで、0次信号が極小に維持されるようにする。また、他の方法として、AO同調素子20に印加される高周波周波数を制御することで、正規化された1次信号が適切に選択した固定値(例えば、図13の結果では、0.21は適切な選択である)に維持する。また、初期目盛定め方法を使用して、レーザが各チャネルの中央に同調している場合に得られる0次および/または1次監視信号を索引表に記録することができる。その後、レーザが特定チャネルに設定されると、監視信号がそのチャネルに対応して索引表に記録された値からずれないように、同調素子が(例えば、AO同調素子20に印加される高周波周波数および/またはAO同調素子20の温度を変えることで)制御される。
【0054】
SDSF同調メカニズムの好ましい形態では、SDSF同調素子として0次透過のAO装置を使用する。AO相互作用は3波パラメトリック相互作用の典型例であるため、電気光学装置や非線形光学装置等の他の3波パラメトリック相互作用装置もSDSF同調素子として使用可能である。また、AO相互作用は、光学的に肉厚の回折格子による光の回折として捉えることができるので、格子特性が制御可能な肉厚の格子装置(すなわち、体積ホログラム)もSDSF同調素子として使用することができる。
【0055】
SDSF同調素子は、透過方式または反射方式のものである。3波合成や体積ホログラムからの回折はいずれも透過においてノッチフィルタとなる狭帯域処理であるため、SDSF同調素子は透過方式の場合に最も容易に差動する。反射モードのSDSF同調素子は、様々な方法で製造することができる。1つの方法として、透過モードのSDSF同調素子にミラーを接着することができる。また、異なる波長帯域に狭帯域反射を有する複数の体積ホログラムを組み合わせて、反射スペクトルにノッチフィルタを有するアセンブリを形成する方法がある。
【0056】
SDSF同調素子は、光ビームにスペクトル依存性歪をもたらすものでなくてはならない。そのため、SDSF同調素子として適切なのは、ビーム振幅および位相プロファイルが2次元であるバルク光学装置あるいはビーム振幅および位相プロファイルが1次元である平面導波路装置である。
【0057】
従って、「SDSF同調素子」とは、バルクまたは平面導波路装置が透過方式または反射方式で動作し、物理メカニズムが少なくとも1つの肉厚の格子またはパラメトリック相互作用である同調可能なスペクトルノッチフィルタを提供するものである。SDSF同調素子の適切な制御入力として、特定周波数および/または振幅の電気信号を含む。
【0058】
SDSF同調装置の好ましい形態は、キャビティ内空間フィルタを形成する単一モード導波路利得媒体を利用するものである。キャビティ内空間フィルタを形成する方法として、レーザキャビティへのピンホールの挿入など、他にも適切な方法がある。空間フィルタは、往復損失をキャビティ整合およびビーム歪に対する感受性を上げ、単一モード同調範囲を広くすることを目的とする。しかし、一部の応用においては、空間フィルタがなくても、SDSF同調装置でも充分な単一モード同調範囲が得られる。
【0059】
以上説明したことから明らかなように、本発明は、レーザおよびレーザ同調装置を提供するものであり、その好ましい形態は0次音響光学同調レーザである。よって、当業者であれば、例えば、レーザキャビティおよび/または同調素子内の光路を折り込むことでレーザをコンパクトにする等、本発明の技術範囲から逸脱しない程度に構造や方法の詳細について様々な偏光が可能であることが容易に理解されるであろう。ここで開示された装置によって同調されるレーザへの周知のレーザ工学原理の応用は本発明の技術範囲に属する。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、2つの異なるレーザ構造の往復透過率対波長を概略的に示すものである。
【図2】図2は、AO同調素子の好ましい構造を概略的に示すものである。
【図3】図3は、AO同調素子における0次および1次ビームの測定パワー対波長を示すものである。
【図4】図4は、本発明の実施形態を概略的に示すものである。
【図5】図5は、本発明の実施形態における測定出力パワー対発光波長を示すものである。
【図6】図6は、本発明の実施形態における同調曲線および測定側モード抑制率を示すものである。
【図7】図7は、本発明の実施形態における同調曲線の一部および測定側モード抑制率を示すものである。
【図8】図8は、基準レーザ構造における測定往復透過率対波長を示すものである。
【図9】図9は、最適化レーザ構造における測定往復透過率対波長を示すものである。
【図10】図10は、測定側モード抑制率対戻りミラー傾およびAO同調素子の位置の2つのレーザ位置パラメータを示すものである。
【図11】図11は、監視サブアセンブリーの実施形態を示すものである。
【図12】図12は、監視サブアセンブリーの他の実施形態を示すものである。
【図13】図13は、本発明の実施形態における0次および1次ビームの測定監視信号を示すものである。
【符号の説明】
20 AO媒体
22 トランスデューサ
24 光軸
26 AO媒体の表面
28 音響ビーム
30 レーザアセンブリ
32 レーザ出力ビーム
34 利得素子
34−1 利得素子の内面
34−2 利得素子の外面
36 レンズ
38 グリッド固定エタロン
40 戻りミラー
40−1 戻りミラーの内面
40−2 戻りミラーの外面
50−A 監視ビーム
50−B 監視ビーム
50−C 監視ビーム
60 監視サブアセンブリ
62 偏光ビームスプリッタ
64 レンズ
66 干渉計
66−1 干渉計の表面
66−2 干渉計の裏面
68 縞パターン
70 検波器アレイ
70−A 検波器
70−B 検波器
72 検波器アレイ
72−A 検波器
72−B 検波器
72−C 検波器
【技術分野】
本発明は、同調可能なレーザに関するものである。
【0002】
【背景技術】
レーザは、光共振器の中にポンプ利得媒体を設けることで構成される。ポンプ利得媒体によって光を増幅し、光共振器によって光を帰還させることで、光共振器内の光路に沿って光が循環し、利得媒体によって繰返し増幅される。光共振器(またはレーザキャビティ)は、リングキャビティであっても定在波キャビティであっても良い。ポンピング方法として、光ポンピングや、利得媒体に電流を印加することによる電気ポンピングが知られている。発光波長は、電磁波スペクトルの可視領域内である必要はない。光共振器内に、出力カプラとして機能する素子が設けてあり、循環しているパワーの一部を光共振器から導出し、有効レーザ出力とする。出力カプラの典型例として、部分透過ミラーがある。半導体レーザにおいて、通常、半導体利得チップの端面が出力カプラとなり、性能を最適化するような反射性を設けるためにコーティングが施されていることがある。さらに、レーザを制御するにあたり、光共振器内に1つまたは複数の二次出力カプラを設け、出力カプラから放射される主レーザ出力から容易に離別できるように、二次出力カプラから循環光パワーの僅か一部を導出することが好ましい場合がある。
【0003】
1つまたは複数の適切な同調素子を、所望の波長帯域において利得を供する利得媒体と組み合わせることで、同調可能なレーザが得られる。レーザの同調素子として最も一般的なものは、レーザキャビティ内に挿入される同調可能な帯域通過光フィルタである。帯域通過フィルタは、狭い波長帯域(λcを中央波長とする)における損失が比較的低く、有効量の利得を有するその他の波長における損失が比較的高いものである。レーザの発光波長は、必ず純利得(すなわち、利得−損失)が最大である波長の周辺にあるため、波長に対するフィルタ損失の変動が波長に対する利得の変動より大きい限り、同調可能な帯域通過フィルタはレーザ同調素子として使用することができる。
【0004】
半導体レーザを同調可能にするために、モノリシック構造の半導体レーザキャビティでは使用不可能な同調素子の使用を可能にするように、外部キャビティ構造を採用することが好ましい場合がある。外部キャビティ型の半導体レーザ内の光が一往復するにあたり、ポンピングされた半導体利得媒体から光が放射され、様々な光素子を通過し、戻りビームとして利得媒体に入射する。半導体利得媒体は、通常、エピタキシアル成長による多層構造を有し、放射される光の伝播方向によって分類される。伝播方向が層の表面に対して垂直であれば、利得媒体は表面放射体である。伝播方向が層の表面に対して平行であれば、利得媒体は側面放射体である。側面放射型の半導体利得媒体は、通常、単一モードの光導波路を有する。単一光導波路から放射される光は、モードプロファイルと称するその振幅および位相プロファイルが、導波路によって決定する。戻りビームの振幅および位相プロファイルは、通常モードプロファイルと等しくはないが、その場合、戻りビームのパワーがすべて利得媒体導波路に導入(すなわち、結合)されることはない。例えば、導波路の端面にあるパワーPbが入射する場合、実際に導波路に導入されるパワーP0はそれより少ない。結合効率η=P0/Pbは、戻りビームの振幅および位相プロファイルがどの程度モードプロファイルに近いかによる。
【0005】
レーザ同調素子の一種として、音響光学(AO)装置がある。AO装置は、J.Xu and R. Stroud, Acousto−Optic Devices: Principles, Design and Applications, Wiley, New York, 1992に記載されている。AO装置とは、AO相互作用を行うための装置である。AO相互作用とは、入射光ビームと音響ビームの相互作用により1つまたは複数の回折光ビームを発生させる媒体内におけるパラメトリック3波合成方法である。慣用されているAO媒体として、石英、TeO2おおびHg2Cl2がある。ただし、物質的媒体(すなわち真空以外)である限り、ある程度のAO相互作用が発生する。AOレーザ同調素子は、回折光が、回折ビームまたは1次ビームと称する単一のビームからなるように設計されるのが通常である。入射光のうち回折光に変換されない部分は0次ビーム、すなわち非回折光である。通常、0次ビームと1次ビームは両方とも媒体から放射される。入射ビームと0次ビームの光周波数は同一であり、1次ビームの周波数との差が、音響周波数である。0次ビームと1次ビームとは、さらに、異なる方向に伝播したり、偏光状態が異なっていたり、それ以外にも異なる点があっても良い。AO装置における音響ビームは、適切な高周波(RF)で電力を印加するとAO媒体に同周波数の音響ビームを導入する、媒体の表面に取付けられた変換器によって発生される。
【0006】
AO相互作用はパラメトリック3波合成プロセスであるため、入射光が効率的に回折光に変換されるのは、位相合せ条件が満たされる中央波長λcを有する狭い範囲の入射光波長に対してのみである。AO相互作用の中央波長λcは、AO装置に適用されるRF周波数を偏光することで変えることができる。従って、AO装置を1つの入力と2つの出力(0次および1次)を有する3ポートの光学装置として考える場合、入力から1次出力への透過(1次透過)によって同調可能な帯域通過フィルタが得られ、入力から0次出力への透過(0次透過)によって対応する同調可能ノッチフィルタ(すなわち、中央波長λcを有する狭い範囲の光波長に対する損失が比較的高く、その範囲外の波長に対する損失が比較的低い)が得られる。AO同調可能フィルタ、AOディフレクタおよびAO変調器等、様々なAO装置が知られているがこの説明(すなわち、1次透過において帯域通過フィルタであり、0次透過においてノッチフィルタであること)はAO装置一般に関するものである。
【0007】
音響光学装置は、元々、色素レーザの同調(例えば、Streifer et al., Applied Physics Letters 17(8) p. 335 1970、Taylor et al., Applied Physics Letters 19(8) p. 269 1971、Hutcheson et al., IEEE Journal of Quantum Electronics, p. 462, Apr. 1974を参照)に使用されたものである。その後、ファイバレーザ(Wysocki等による米国特許第5,189,676号、Wysocki等による米国特許第5,255,274号、Jeon等による米国特許第5,812,567号)、半導体レーザ(Coquin et al., Electronics Letters 24(10) p. 599 1988、Koh et al., Proc. SPIE v3631 p. 98 1999、Zorabedian, IEEE Journal of Lightwave Technology 13(1) p. 62 1995)およびチタンドープサファイヤレーザ(Wada等による米国特許第5,835,512号)のような、帯域幅の広い利得媒体を有するその他のレーザにも使用されている。また、特許文献においても、AO装置でレーザを同調させる方法がいくつか提案されている。例えば、Rahn等による米国特許第4,118,675号には、AO装置が、所望の波長における振動を発生させるための分散素子とビームディフレクタの機能を同時に果たすものが記載されている。Hall等による英国特許第2,153,137号には、レーザを同調させるためのAOビームディフレクタと、別に設けた分散素子が記載されている。Changによる米国特許第5,724,373号には、AO相互作用によって導波路モード変換装置が得られ、このAO装置をレーザキャビティ内に適切に設けられた偏光系と組み合わせることで狭帯域フィルタリングが得られるAOレーザ同調方法が開示されている。
【0008】
上述の文献は、いずれにおいても、回折(すなわち、1次、偏向またはモード変換)光は、同調装置にとって最重要であり、非回折(すなわち、0次、非偏向または非モード変換)光は同調装置に使用されない。これらの文献は、いずれも、レーザを同調させるためにAO装置の1次透過を利用することを教示する。AO装置を介する1次透過は周波数変位を伴うため、上記の従来技術は、非補償の場合の周波数変位がレーザの動作に及ぼす影響および/またはそのレーザの動作に対する影響を取り除くために周波数変位を補償する方法に関するものが多い。
【0009】
AO相互作用でレーザを同調させるものであって、1次ビーム以外のもの(0次ビームを含まない)を使用することを開示する文献は1つ存在する。すなわち、Osterwalderによる米国特許第5,384,799号には、定在音響波によって、AO装置内に周期的屈折率摂動を発生させることが開示されている。さらに、周期的屈折率摂動による狭帯域反射に基づく、レーザキャビティへの同調可能狭帯域フィードバック装置も開示されている。
【0010】
【特許文献1】
US5189676号公報
【特許文献2】
US5255274号公報
【特許文献3】
US5812567号公報
【特許文献4】
US5835512号公報
【特許文献5】
US4118675号公報
【特許文献6】
GB2153137号公報
【特許文献7】
US5724373号公報
【特許文献8】
US5384799号公報
【非特許文献1】
J. Xu and R. Stroud, Acousto−Optic Devices: Principles, Designand Applications, Wiley, New York, 1992
【非特許文献2】
Streifer et al., Applied Physics Letters 17(8) p. 335 1970
【非特許文献3】
Taylor et al., Applied Physics Letters 19(8) p. 269 1971
【非特許文献4】
Hutcheson et al., IEEE Journal of Quantum Electronics, p. 462,
Apr. 1974
【非特許文献5】
Coquin et al., Electronics Letters 24(10) p. 599 1988
【非特許文献6】
Koh et al., Proc. SPIE v3631 p. 98 1999
【非特許文献7】
Zorabedian, IEEE Journal of Lightwave Technology 13(1) p. 62 1995
【0011】
【発明の概要】
本発明は、「スペクトル依存性空間フィルタリング」(SDSF)を実施するレーザ同調装置を提供し、同調装置は、2つの素子を有するものである。SDSF同調装置の第1の素子は、レーザキャビティにおけるSDSF同調素子によるスペクトル依存性ビーム歪(すなわち、光の振幅および/または位相プロファイルの変動)を設けるものである。SDSF同調装置の第2の素子は、往復キャビティ損失を、ビーム歪とキャビティ位置の両方に対して反応する関数とするキャビティ内空間フィルタである。このレーザは、往復キャビティ損失を最小化するために、同調可能波長においてSDSF同調素子による特定ビーム歪が得られるように配置することで、同調可能なレーザ発光を得ることができる。SDSF同調装置の好ましい実施形態は、0次音響光学同調素子を有する外部キャビティ半導体レーザを有するものである。
【0012】
既知の同調可能レーザ構造において、短い同調時間(<1ms)、高い出力パワー(>40mW)、広い同調範囲(>70nm)および単一モード動作(SMSR>50dB)を同時に実現することは困難であった。本発明は、上記のパラメータについて同時に上述の性能を得ることを可能にする装置および方法を提供することで当該問題を解決する。
【0013】
【好ましい実施形態の詳細な説明】
SDSF同調装置の基本は、図1を参照することで理解できる。0次透過によるAO装置等のSDSF同調素子を有するレーザの場合を考える。次に、レーザキャビティが、SDSF同調素子によるビーム歪が無視できる場合に、出力パワーが最大(すなわち、往復損失が最小)になるように調製してあることとする。下述するように、SDSF同調素子によるビーム歪は、ある中央波長λcを有する特定範囲の波長に対してのみ行われる。従って、往復透過率の波長依存性は、図1の実線で示す関係となる。透過率は背景値T0の場合にはほぼ一定であり、λcの周辺の波長について、SDSF同調素子の歪による損失の増加によって低下する。このキャビティ構造では、透過率ピークが存在しないため、レーザの同調は不可能である。
【0014】
ここで、同様のレーザにおいて、往復損失を最小化するために、ある特定の波長λ0でSDSF同調素子によるビーム歪が得られるように、キャビティが配置されているとする。この場合、往復透過率の波長依存性は、図1の点線で示すようになる。レーザの配置の変更によって、背景透過率T1が必然的に透過率T0より低くなる。ビーム歪によるキャビティの非整合に対する補償により、λ0における往復透過率TはT1より大きく、図1に示すλ0におけるピークが形成される。λ0とλcは一緒に同調されるため、このキャビティ内帯域通過フィルタは、中央波長λcを変更することで同調させることができる。従って、レーザを動向させるためにキャビティのアラインメントを変更させる必要はない。
【0015】
往復キャビティ損失(または透過率)のキャビティ位置およびビーム歪に対する感度を向上させることで、SDSF同調装置の効率を上げることが可能である。従って、レーザキャビティ内に、個別の素子または他の素子(例えば、単一モード導波路の利得媒体)の一部として、空間フィルタを設けることで、より広い範囲の波長に亘って同調が可能となり、SDSF同調装置を強化することができる。ただし、発明を実施するために、空間フィルタリングは必ずしも必要ではない。
【0016】
図2に、好ましいAO同調素子を概略的に示す。AO媒体20は、適切な音響光学材料からなる。好ましい材料として、非常に高いAO値が得られる二酸化テルル(TeO2)や塩化第一水銀(Hg2Cl2)等がある。一般に、AO相互作用は共線的または非共線的に位相整合されている。好ましい材料TeO2およびHg2Cl2において、共線的に位相整合されたAO相互作用は、結晶の対象性によって不可能である。従って、これらの材料における位相整合は非共線的であり、そのため、音響位相速度の方向が、入射光の位相速度の方向と同じではない。しかし、TeO2やHg2Cl2等の異方性媒体内の光は群速度の方向に伝播するため、これらの好ましい材料においても、非共線的に位相整合されたAO装置の音響および光学ビームを整合することが可能である。ビームを共線的に整合する場合、フィルタの帯域幅が小さくなり、消費電力が低くなるといった利点がある。ビームを整合するための方法として、図2に示すように、音響反射を利用することができ、この場合、トランスデューサ22が発生する音響ビームが装置の表面26によって反射され、光ビームの軸24と同線上の群速度を有する音響ビーム28が得られる。Kusters(米国特許第3,687,521号)は、非共線的位相整合AO装置における光および音響ビームの共線整合を教示し、ビームの整合を実現するために音響反射を使用することを記載している。TeO2やHg2Cl2等の材料における音響異方性は非常に大きく、図2に示す如く(すなわち、反射角が入射角と大きく異なる)であり、これはビームを整合する際に役立つ。場合によって、光および音響ビームを整合するために、トランスデューサ22を、媒体20の表面26に対して直角ではない切断面上に配置することが好ましい。
【0017】
ここまで、レーザ同調素子として様々なAO装置を使用したレーザ同調方法を述べてきたが、現在最も好ましいと考えられるAO同調素子は、図2に示すように、相互作用長が約20mmである共線的ビーム構造を有するTeO2装置である。次の結果は、この段落で述べた好ましいAO同調素子に関するものである。AO同調素子は動く部分を有しないため、レーザ同調時間が非常に短い(例えば、同調時間<1ms)。
【0018】
図3に、図2の構造を有するTeO2AO同調素子を介する0次(実線)および1次(点線)透過の測定スペクトルを示す。この測定において、約90mWのRFパワーがトランスデューサ22に印加され、このRFパワー値は1次ビームの回折効率を最大化するように選択されている。RFパワーが90mWを超えると、ビームが同調素子を通過する際に、パワーが0次ビームから1次ビームへ移り、また0次ビームに戻るので、回折効率が低下する。トランスデューサ22に印加されるRF周波数は、図3の下の方の横軸に示すように変化させながら、0次出力と1次出力が測定される。RF周波数を変化させながら、入力光の波長が一定に保持される。AO相互作用によって、RF周波数と光周波数との間に1対1の関係が成立するので、波長スペクトルは、図3の上下の横軸で示すRFスペクトルの関係を有する。従って、約1545nmの固定波長で直接測定されるRFスペクトルは、約47.56MHzの固定RF周波数で得られる光スペクトルに等しい。図3に見えるように、AO同調素子は、0次透過においてノッチフィルタの機能を有し、すなわち、中央波長λc(=約1545nm)を有する狭い波長帯域内の波長に対して比較的高損失を示し、その他の波長に対して比較的低損失を示す。このようなノッチフィルタリングは、図1の説明に示したように、SDSF同調素子の特徴である。
【0019】
図4は、本発明の実施形態による同調可能レーザアセンブリ30の概略図である。便宜上、半導体利得素子34の出力面34−2で開始し、レーザキャビティの往復路に沿って説明することが好ましい。出力面34−2は、レーザ出力パワーを最適にする低レベルの反射性を付与するためのコーティングが施されていることが好ましい。出力面34−2の反射率として、1%ないし10%の範囲が一般的である。出力面34−2から反射する光は、利得素子34を通過し、利得素子34の内面34−1から出射する。利得素子34は、単一モードの光導波路を形成する電気ポンプ半導体による単一または複数量子井戸構造を有するものであることが好ましい。発光波長を1.5ミクロン周辺に設定したい場合、TE偏向された光に対する利得を得るために、量子井戸が圧縮ひずみを受けるような構造を成長させることが好ましい。それ以外の発光波長の量子井戸ひずみとして、圧縮ひずみが必ずしも好ましくはない。特定の発光波長によっては、引張ひずみまたはひずみが無いことが好ましい場合もある。内面34−1は、好ましくは、反射防止コーティングを有し、図4に示すように、利得素子34の導波路軸に対して鋭角である。これらの手段は、いずれも、内面34−1からの反射の、レーザの動作に対する悪影響を低減するために設けたものである。
【0020】
利得素子34の内面34−1から反射される光は、水平および垂直方向の拡り角がそれぞれ約40度および52度(1/e強度幅における完全角度)であるビームとして放射される。本発明によるレーザ同調は、様々なビーム拡りを有する多様の半導体利得素子について観察済みであるので、これらのパラメータは発明の実施にあたり、重要ではない。内面34−1から放射されるビームは、該ビームをコリメートするレンズ36に入射する。レンズ36として、現在好ましいとされるのは、焦点距離が1.45nmの非球面レンズであるGeltech社製の350140型であるが、本発明を実施するためには、様々な焦点距離を有するその他のレンズも使用可能である。平行ビームは、レンズ36から、任意のグリッド固定エタロン38へ伝播する。このグリッド固定エタロン38の有無は任意であるため、そのレーザ性能に対する効果や特性については後記する。
【0021】
レンズ36(存在すればエタロン38)からのビームは、AO媒体20に入射し、AO媒体20内で光軸24に沿って伝播する。AO媒体20は、図2について上述したものと同様のものであることが好ましい。適切選択された高周波の電力が、AO媒体20に取り付けられたトランスデューサ22に印加される。トランスデューサ22は、AO媒体20内で伝播する音響波を発生する。光軸24に沿って伝播する光とトランスデューサ22が発生する音響波との間のAO相互作用によって、1次光ビーム(50−Aと示す一点鎖線)が生成される。非回折の、つまりは0次ビームは、AO媒体20から射出し、戻りミラー40に入射する。戻りミラー40は、高反射率を付与するためにコーティングが施された内面40−1を有する。内面40−1の反射率は、通常約99%である。戻りミラー40の内面40−1と利得素子34の外面34−2が、レーザアセンブリ30のレーザキャビティを画定する2つの面である。従って、0次ビームが内面40−1によって反射され、AO媒体20、エタロン38(存在すれば)、レンズ36および利得素子34を通過して戻ることによりキャビティを一往復することになる。レーザ出力ビーム32は、利得素子34の外面34−2から射出される。
【0022】
さらなる機能性を設けるために、レーザキャビティ外で、出力ビームのパス上に光学素子を追加配置することができる。例えば、出力監視、出力制御、データ信号の高速変調、光の偏光純度の向上および/または光ファイバへの結合は、いずれも、レーザキャビティ外に適切な部材を配置することで得られる機能である。出力制御機能は、特に、全発光波長に亘って出力が等しいことあるいはレーザの寿命に亘って出力が等しいことを必要とする応用において重要である。出力制御は、通常、可変光減衰器によって行われるが、この機能を果たすために利得素子を使用することも考えられる。また、利得素子34を適切制御することによって出力を制御することも可能であるが、上述のように、出力ビームパス上に素子を配置することで出力制御を行うことが好ましいことが多い。
【0023】
長時間に亘るレーザの単一モード操作を必要とする応用も存在する。安定した単一モードレーザ操作を図るために、レーザを制御することを可能にする様々な信号をレーザアセンブリ30のキャビティ内から得ることができる。図4には、任意の監視サブアセンブリ60に導入される3本の監視ビーム50−A、50−Bおよび50−Cが示してある。これらのビームは、好ましくは、戻りミラー40を介して得られるため、戻りミラー40の内面40−1は適当な透過率(例えば、約1%)を有することが好ましく、戻りミラーの外面40−2が、3本のビームを監視サブアセンブリ60内に導くように曲面状であることが好ましい。図4中、一点鎖線で示すビーム50−Aは、1次ビームのうち戻りミラー40を通過した部分である。図4中、実線で示すビーム50−Bは、0次ビームのうち戻りミラー40を通過した部分である。図4中、点線で示すビーム50−Cは、グリッド固定エタロン38の表面から反射されたビームのうち戻りミラー40を通過した部分である。図4に示すように、ビーム50−A、50−Bおよび50−Cは、少しずつ異なる方向に伝播する。ビーム50−Aと50−Bは、AO同調素子20内の非共線性位相整合によって、異なる方向に伝播する。グリッド固定エタロン38は、その表面から反射されるビームをレーザキャビティから射出させるために傾いており、この傾きを、図4に示すように、ビーム50−Cがビーム50−Aおよび50−Bから離れるように選択することができる。監視サブアセンブリ60の動作は以下に詳説する。
【0024】
発明は、監視信号に基づいてレーザを制御せずに実施することが可能であるため、監視サブアセンブリ60は任意である。監視サブアセンブリ60を有しない実施形態において、各ビーム50−A、50−Bおよび50−Cを設ける必要がなく、戻りミラー40の外面40−2を曲面状のものにする必要もない。
【0025】
図5は、図4に示す本発明の実施形態による測定ファイバ結合出力対発光波長を示すものである。広い同調範囲(>70nm)に亘って、高出力(すなわち、>40mWファイバ結合出力)が得られる。
【0026】
図6は、図5に示す結果に対応するAO媒体に印加された高周波の関数として、dB対数目盛における測定側モード抑制率(SMSR)(実線と左側の縦軸)および発光波長(点線と右側の縦軸)を示すものである。発光波長曲線は、AO同調素子20のトランスデューサ22に印加される高周波とレーザ発光波長との間の関係を示し、SMSRは、最も強い非レージングモードにおける出力に対する所望のレージングモードの電力の比率である。図6に見えるように、同調範囲全体に亘ってSMSRが高い場合、同調範囲全体に亘って単一モードレージングが得られることを示す。
【0027】
図7は、図6の一部を拡大したものである。ここで、レーザが1つのエタロン透過率ピークから次のピークに離散的に移り、その間の波長には同調しないので、グリッド固定エタロン38の効果がはっきり解る。その理由は、グリッド固定エタロン38がその透過率ピーク以外の全波長においてキャビティ内に大きな損失をもたらすためである。ここで、エタロンの自由スペクトル領域(FSR)と称するエタロン透過率ピークの間隔は25GHzであり、レーザは、互いに25GHz離れているチャネル(すなわち、波長)に同調する。自由空間における光の速度をcとした場合、自由空間波長λと周波数fとの間にc=λfという関係が成立するため、単色光の「色」は、その波長または周波数によって特定することができる。離散的同調性は、高密度波長分割多重(DWDM)等において、レーザが、周波数が等間隔に位置する個別のチャネルに同調することが必要な応用に適している。レーザの組立時に、グリッド固定エタロンの透過率ピークによって規定されるレーザチャネルを望ましい周波数グリッドと合せることで、優れた開ループ精度が得られ、望ましいグリッドからの測定開ループ偏差は、少なくとも5THzの同調範囲に亘って、通常では1GHz未満である。
【0028】
試験装置の発生源等のDWDMの応用において、離散的同調性による開ループ波長精度で足りる。この場合、離散的同調性によって、同調可能な発生源として通常必要である波長制御ループを省略することを可能になる。光通信源等のその他のDWDM応用において、離散的同調性では、波長制御ループを取除くことができない。このような場合であっても、全体的な大きさや部品数が(レーザ+外部ロッカー構造と比較して)小さくなり、安定した、受動性のキャビティ内装置によって波長精度が保証されるため、総合的なレーザ制御の柔軟性が向上するなどといった利点がある。
【0029】
その目的とする機能を果たすために、図4におけるグリッド固定エタロン38は、好ましくは、エタロン表面の法線がキャビティ軸に対して小さな角度(好ましくは0.1ないし2度)を成すように挿入することで、エタロン表面から反射されるビームがレーザキャビティ内に結合され難くなるようにする。エタロンのフィネスは中間的(例えば、2<フィネス<10)であり、このフィネス値は、傾いているエタロンを通過する場合に損失を低くし、好ましいレベルのスペクトル選択性を得るように選択される。エタロンは、レーザの絶対波長基準となるため、融解石英等、機械的に安定し、温度に対して感受性のない材料を使用して製造することが好ましい。
【0030】
同調可能レーザ内にグリッド固定エタロンを挿入することによる利点は、例えば、既にキャビティ内に存在する寄生エタロン(例えば、半導体利得素子の2つの面によって形成されるエタロン)を適切変更することでグリッド固定機能を付加することで、同様の方法を利用しても実現可能である。また、レーザの軸方向のモード間隔は往復光路長によって決定するため、レーザキャビティの全体的な光路長を利用することでグリッド固定機能を設けることも可能である。この明細書において、1つまたは複数のグリッド固定エタロンを有するレーザまたは類似の方法を採用するレーザを、総称して「離散的同調性」を有するものとする。
【0031】
上述のように、離散的同調性は、通常の実施においてある程度は同時に存在する複数の異なる物理的メカニズムによって実現または変更することができる。例えば、図4の利得素子34の面によって形成される寄生エタロンの効果が、上述したようにARコーティングや傾きによって低下させることができた場合であっても、この寄生エタロンはレーザの性能に影響を及ぼす可能性がある。離散的同調性を実現および/または影響する傾向を有する複数のメカニズムが多数存在する場合、各メカニズムが互いに協力し合うことによって、望ましい結果が得られることを保証しておくことが好ましい。
【0032】
グリッド固定エタロンの挿入によって離散的同調性が得られるレーザにおいて、利得素子(チップ)長を、その寄生エタロンの自由スペクトル領域(FSR)がグリッド固定エタロンFSRを1以上の整数で除算した値に実質的に等しくなるように選択することが好ましい。そうすると、寄生チップエタロンは、全チャネルにおいて、レーザ操作に対して同一の効果を有することになる。従って、チップエタロンによる損失が低減したチャネルへのモードホップを引起すことで同調を妨害するといったチップエタロンの傾向が低下することができる。また、レーザキャビティの軸方向モード間隔(レーザキャビティFSRと称する)が、グリッド固定エタロンFSRを2以上の整数で除算した値に実施的に等しくする総合レーザキャビティ長を選択することが好ましい。例えば、グリッド固定エタロンのFSRが25GHzである場合、レーザキャビティのFSRとして、12.5GHz、8.33GHzまたは25GHzがその整数倍となるその他の値はいずれも好ましい。エタロンFSRがキャビティFSRの整数倍である場合、グリッド固定エタロンによって規定されたチャネルに対するキャビティモード周波数波形の不整合による損失が隣接するチャネル同士で等しくなるため、レーザのモードホッピングを引起す傾向が低下する。
【0033】
図5ないし10に示す結果は、25GHzをその整数倍とするキャビティFSRを有し、チップ長が約860ミクロンである25GHzのグリッド固定エタロンを有するレーザ構造のものである。これによるチップエタロンFSRは約50GHzである。このレーザは、図面に示すように優れた性能を有するものであるが、上述の理由で、チップエタロンFSRがグリッドエタロンFSR(すなわち、この例において25GHz)と整合することが好ましい。25GHzのレーザにおいて、好ましいチップ長は、約1.7mmであるが、利得チップとしては若干長い。利得チップの非線形性は、単一モード同調性能を妨害し、利得チップのエピタキシアルデザインが変更されなければ、チップ長が増す毎に利得チップの非線形性も増す傾向があることが解っている。従って、好ましい利得チップのデザインは、通常、チップ長を好ましい離散的同調性周波数間隔と整合するように設定し、その長さについて、優れた同調性能と高出力が得られるように有効領域をデザイン(特に、量子井戸の数)することで得られる。
【0034】
本発明を実施するためには、離散的同調性を得ることが必要なく、レーザキャビティ内にグリッド固定エタロンを設ける必要もない。本発明の好ましい実施形態において、SDSFレーザ同調装置による利点を超えた離散的同調性の利点をさらに得るために、キャビティ内にグリッド固定エタロンが挿入されている。
【0035】
図8は、標準のキャビティ配置を有する図4に示すレーザにおける測定往復キャビティ透過率対波長を示すものである。この測定は、利得素子34が閾値未満で動作している状態で行われるので、利得素子導波路の端面における空間フィルタリングの効果が測定値に反映されている。標準配置では、すべての受動光素子がビーム軸に合せてあり、AO媒体20が、媒体内の0次光ビームと音響ビームが図2に示すように同軸上に配置されるように合せてあり、戻りミラー40が0次ビームの再帰反射用に合せてあり、レンズ36が、AO同調素子20に高周波が供給されていない状態で往復損失が最小となるように合せてある。この標準配置では、AOによるビーム歪および減衰が存在しない場合、往復損失が最小化されることが明らかであるので、予想どおり、標準配置における往復損失は、AO相互作用の中央波長から遠い波長に対して低い。図8に示す測定において、トランスデューサ22に印加される高周波電力は250mWである。図3について説明したとおり、AO媒体20のピークノッチ深度は高周波電力90mWで観察されるため、印加される高周波電力が250mWである場合、AO媒体20が過度に駆動されてしまい、ノッチの構造が図8に示すような二谷構造になる。
【0036】
図8に示す曲線は、帯域通過フィルタ特性を示さないので、この結果から予想できるように、標準配置を有する図4のレーザは同調性を有しない。図1に関する説明では、SDSF同調メカニズムを可能にするために必要な標準配置と異なるレーザ配置を選択する重要性について述べた。勿論、レーザの配置を標準配置と異なるようにするためには、様々な方法があり、中でも、戻りミラー40を再帰反射用の配置から傾きを変更したり、レンズ36をレーザキャビティの光軸上で移動させたり、AO媒体20を横に移動させたり傾かせたりして光および音響ビームの重複状態を崩したり、レンズ36や利得素子34等の他の光素子を中心からずらしたり、傾かせたりすることが考えられるが、これらに限定されない。
【0037】
原則として、上記の配置のいずれの組合せによってもSDSF同調メカニズムを有効にすることができる。SDSF有効配置として、戻りミラー40を図4のy軸上で傾かせ、AO媒体20を図4のx方向に平行移動させることが好ましい。配置を2次元のパラメータ空間に制限することで、パラメータ空間を系統的に調査することを可能にし、最適化された配置パラメータで、優れたレーザ性能が得られた。ただし、場合によって、SDSF同調メカニズムを有効化するために、ミラーの傾きやAO同調素子の位置設定以外の配置パラメータを利用することが好ましいことがある。
【0038】
図9には、戻りミラー40を再帰反射状態から図4のy軸の廻りを0.84mrad傾かせ、AO媒体20を光および音響ビームの重複状態から図4のx方向に0.7mmへ移動させた場合の、図4に示すようなレーザの往復キャビティ透過率対波長を示す。このキャビティ配置では図5、6および7に示す結果も得られる。図9に見えるように、顕著な往復透過率ピークが存在し、これは、SDSF同調メカニズムによるレーザ同調のための帯域通過フィルタを示すものである。
【0039】
図10は、測定レーザSMSR対傾きおよび位置パラメータを示した2次元グレイスケールグラフである。図10において暗い色で示す増加SMSRは、より優れたレーザ性能に対応する。図10は、傾=−0.8mrad、位置=2.1mmの辺りに中心を有するパラメータ値の範囲に亘って優れたレーザ性能を示す。光および音響ビームがちょうど重複するAO媒体20の位置は位置=2.8mmであるため、「標準」配置からの偏差は0.7mmである。図5、6、7および9において選択された操作点は、図10に示す高SMSR領域の中央付近に位置する。
【0040】
レーザ系統を形成する部品を変えると上記の数値も変える必要がある場合も考えられるが、上述した方法と同様にして適切に変更された値を得ることができる。また、レーザを形成する部品を変更することで、上述したようなミラーの傾きやAO同調素子の平行移動以外の好ましい配置パラメータを選択することが必要になる可能性もある。当業者であれば、特定のレーザ部品に対してSDSF同調メカニズムを有効にするためにどの配置パラメータを採用すべきか容易に判断し得ることであろう。
【0041】
図11は、監視手段を提供する監視サブアセンブリ60の実施形態を示す概略図である。図11において、ビーム50−A、50−Bおよび50−Cが監視サブアセンブリ60に入射する。図4に関して説明したとおり、ビーム50−Aは1次ビームのうち戻りミラー40を通過する部分であり、ビーム50−Bは0次ビームのうち戻りミラー40を通過する部分であり、ビーム50−Cはグリッド固定エタロン38の表面から反射されるビームのうち戻りミラー40を通過する部分である。ビーム50−Bおよび50−Cの偏光方向は同一であり、ビーム50−AはAO媒体20内の複屈折性AO相互作用によってビーム50−Bから生成されるため、ビーム50−Aの偏光方向に対して垂直である。図11に示すように、ビーム50−A、50−Bおよび50−Cは、ビーム50−Bおよび50−Cの反射を最小にして透過を最大にし、ビーム50−Aを部分的に反射して部分的に透過するように設計された偏光ビームスプリッタ62に入射する。
【0042】
ビーム50−Aの透過部分は、検波器アレイ72の一部である検波器72−Aによって受信される。ビーム50−Aの反射された部分は、レンズ64を通過し、ウェッジ状干渉計66に入射する。ビーム50−Aはウェッジ状干渉計66の表面66−1およびウェッジ状干渉計66の裏面66−2によって反射され、これらの反射ビームが互いに干渉し、縞パターン68(図11中、波状の線によって示す)を発生する。2つの検波器70−Aおよび70−Bを有する検波器アレイ70は、図11に示すように、各検波器70−Aおよび70−Bの中央を通る線上で測定した場合、各検波器70−Aおよび70−Bが、縞パターンの空間周期の約1/4に相当する距離だけ離れている縞パターン68上の2点で測定を行うように配置されている。片方の検波器に縞パターンの極大が存在する時、他方の検波器は縞パターンの半値点の測定を行うことになる。このような検波器間の90度の間隔(またはその任意の奇数倍数)は、「空間直角位相」(spatial quadrature)と称する。レンズ64は、縞パターン68が検波器アレイ70に対して適当に配置されていることを保証するために設けてある。ウェッジ状干渉計66の裏面66−2には、波長に対する反射率の線形依存性を付与するコーティングが施されている。
【0043】
図11中、72−A、62、64、66、66−1、66−2、70、70−Aおよび70−Bは、いずれも、検波器70−A、70−Bおよび72−Aをレーザの発光波長を求めるために使用することができる波長監視器を有する。簡単に説明すると、検波器72−Aから発信される信号によって、検波器70−Aおよび70−Bの信号を正規化することで、出力変動の影響を取除く。検波器70−Aおよび70−Bの正規化信号は、レーザ操作のチャネルを求めることができるほど絶対波長を測定することを可能にする。
【0044】
ビーム50−Bおよび50−Cは、それぞれ、検波器アレイ72の検波器72−Bおよび72−Cによって受信される。検波器72−Aおよび72−Cから供給される信号は、検波器72−Bの信号を使用して出力変動に対して正規化される。検波器72−Aの正規化信号は、AO同調素子20の中央波長とレージング波長との差を示すものである。72−Cの正規化信号は、レージング波長とグリッド固定エタロンの最も近い透過率ピークの波長との差を示すものである。
【0045】
図12は、他の監視手段を有する監視サブアセンブリ60の他の実施形態を示す概略図である。図12の実施形態は、波長の監視方法によって図11の実施形態と異なる。図12中、ビーム50−Aは、図11と同様に、偏光ビームスプリッタ62に入射し、ビーム50−Aの反射された部分は線形透過フィルタ74を通過した後に、検波器76によって受信される。線形透過フィルタ74の透過率は、波長に対してほぼ線形な関係を有する。検波器72−Aの信号は、検波器76の信号を正規化するために使用され、検波器76の正規化信号によって、レーザ操作のチャネルを求めることができるほどの精度で絶対波長を測定することができる。
【0046】
当業者であれば、図11および12の実施形態による信号をレーザ制御に使用する方法として、様々な方法が考えられるであろう。標準的な制御方法を使用してグリッド固定エタロン38の温度をある特定値T0に維持する方法が好ましい。標準エタロン温度T0は、レーザアセンブリ30の初期の製造および試験段階で、エタロン透過率ピークが望ましい離散的同調グリッドに適切に整合するように決定される。この構造では、グリッド固定エタロンが各レーザチャネルに対して固定周波数基準を提供する。
【0047】
グリッド固定エタロン38の透過率ピークとレージングモードとの一致を維持するために、検波器72−Cの正規化信号が、適切な整合性が得られる所定値に保持されるように、利得素子34に供給される電流が制御される。レーザアセンブリ30の初期の製造および試験段階で、各チャネルについて検波器72−Cから必要になる正規化信号を求めるための測定が行われ、これらの値は制御システム内で使用する第1の索引表に保存される。
【0048】
AO同調素子を使用してレージングモードの精確な一致を維持するために、検波器72−Aの正規化信号が、整合性が確実に得られる所定値に保持されるように、AO同調素子20に供給される高周波の周波数が制御される。レーザアセンブリ30の初期の製造および試験段階で、各チャネルについて検波器72−Aから必要になる正規化信号を求めるための測定が行われ、これらの値は制御システム内で使用する第2の索引表に保存される。高周波の周波数とともに、またはその代わりに、AO同調素子の温度を制御変数として使用することも可能である。
【0049】
図11および12の実施形態による波長測定は、レーザが望ましいチャネルでレージングしていることを確かめるために行われる。利用者が選択したチャネルと監視サブアセンブリ60によって測定されたチャネルが一致しなかった場合、レーザ制御処理器および/または利用者に誤り状態が伝えられる。
【0050】
図11および12の説明において、適切な制御信号を得るために第1の検波器信号を第2の検波器信号に対して正規化することを述べた。多くの場合、この正規化は、単に2つの信号の比率を求めることで達成され、光出力の変動は制御信号を影響しない。しかし、比率を求めるだけで正規化を行うことができない場合もある。片方または両方の検波器に背景信号(例えば、迷光によるもの)が存在する場合、制御信号として使用する比率を求める前に背景信号を除去することが好ましい。より一般的に、各正規化信号は一部またはすべての検波器信号の関数である。また、検波器を図4、11および12に示すものと違う位置に設けても、同一または同等の機能性が得られる。
【0051】
図11および12に関連して説明した制御メカニズムのうちいくつかは、レーザ共振器の光路長(すなわち、実際の長さ×屈折率)および/または共振器内の素子を変えることによるものである。例えば、電気的にポンピングされた半導体利得素子に印加される電流またはその利得素子の温度を変えると、利得素子の光路長および共振器の往復光路長が変化する。
【0052】
図13に、図4の裏面監視サブアセンブリ60から供給される信号の例を示すが、グリッド固定エタロン38を含む図4に示す発明の実施形態による測定監視信号である。図13中、○印は測定0次監視ビーム出力(例えば、図4のビーム50−Bから)対AO同調素子20に印加される高周波周波数を示す。■印は、測定1次監視ビーム出力(例えば、図4のビーム50−Aから)対AO同調素子20に印加される高周波周波数を示す。この例において、正規化1次信号は0次出力対1次出力の比率である。AO同調素子20に印加される高周波周波数が変化するにつれ、レーザは離散的にチャネルからチャネルへと同調し、図13に示す信号において、あるチャネルから隣接するチャネルへの転移は不連続および/または傾の不連続として現れる。
【0053】
図13に示す0次および1次監視信号は、チャネル転移によって発生する不連続間で滑らかに変化するので、同調素子およびレージングモードの一致を図るために様々な制御方式でこれらの信号を使用することが可能になり、AO同調素子20内のドリフトは不要なチャネル転移につながらない。例えば、1つの方法は、AO同調素子20に印加される高周波周波数を制御することで、0次信号が極小に維持されるようにする。また、他の方法として、AO同調素子20に印加される高周波周波数を制御することで、正規化された1次信号が適切に選択した固定値(例えば、図13の結果では、0.21は適切な選択である)に維持する。また、初期目盛定め方法を使用して、レーザが各チャネルの中央に同調している場合に得られる0次および/または1次監視信号を索引表に記録することができる。その後、レーザが特定チャネルに設定されると、監視信号がそのチャネルに対応して索引表に記録された値からずれないように、同調素子が(例えば、AO同調素子20に印加される高周波周波数および/またはAO同調素子20の温度を変えることで)制御される。
【0054】
SDSF同調メカニズムの好ましい形態では、SDSF同調素子として0次透過のAO装置を使用する。AO相互作用は3波パラメトリック相互作用の典型例であるため、電気光学装置や非線形光学装置等の他の3波パラメトリック相互作用装置もSDSF同調素子として使用可能である。また、AO相互作用は、光学的に肉厚の回折格子による光の回折として捉えることができるので、格子特性が制御可能な肉厚の格子装置(すなわち、体積ホログラム)もSDSF同調素子として使用することができる。
【0055】
SDSF同調素子は、透過方式または反射方式のものである。3波合成や体積ホログラムからの回折はいずれも透過においてノッチフィルタとなる狭帯域処理であるため、SDSF同調素子は透過方式の場合に最も容易に差動する。反射モードのSDSF同調素子は、様々な方法で製造することができる。1つの方法として、透過モードのSDSF同調素子にミラーを接着することができる。また、異なる波長帯域に狭帯域反射を有する複数の体積ホログラムを組み合わせて、反射スペクトルにノッチフィルタを有するアセンブリを形成する方法がある。
【0056】
SDSF同調素子は、光ビームにスペクトル依存性歪をもたらすものでなくてはならない。そのため、SDSF同調素子として適切なのは、ビーム振幅および位相プロファイルが2次元であるバルク光学装置あるいはビーム振幅および位相プロファイルが1次元である平面導波路装置である。
【0057】
従って、「SDSF同調素子」とは、バルクまたは平面導波路装置が透過方式または反射方式で動作し、物理メカニズムが少なくとも1つの肉厚の格子またはパラメトリック相互作用である同調可能なスペクトルノッチフィルタを提供するものである。SDSF同調素子の適切な制御入力として、特定周波数および/または振幅の電気信号を含む。
【0058】
SDSF同調装置の好ましい形態は、キャビティ内空間フィルタを形成する単一モード導波路利得媒体を利用するものである。キャビティ内空間フィルタを形成する方法として、レーザキャビティへのピンホールの挿入など、他にも適切な方法がある。空間フィルタは、往復損失をキャビティ整合およびビーム歪に対する感受性を上げ、単一モード同調範囲を広くすることを目的とする。しかし、一部の応用においては、空間フィルタがなくても、SDSF同調装置でも充分な単一モード同調範囲が得られる。
【0059】
以上説明したことから明らかなように、本発明は、レーザおよびレーザ同調装置を提供するものであり、その好ましい形態は0次音響光学同調レーザである。よって、当業者であれば、例えば、レーザキャビティおよび/または同調素子内の光路を折り込むことでレーザをコンパクトにする等、本発明の技術範囲から逸脱しない程度に構造や方法の詳細について様々な偏光が可能であることが容易に理解されるであろう。ここで開示された装置によって同調されるレーザへの周知のレーザ工学原理の応用は本発明の技術範囲に属する。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、2つの異なるレーザ構造の往復透過率対波長を概略的に示すものである。
【図2】図2は、AO同調素子の好ましい構造を概略的に示すものである。
【図3】図3は、AO同調素子における0次および1次ビームの測定パワー対波長を示すものである。
【図4】図4は、本発明の実施形態を概略的に示すものである。
【図5】図5は、本発明の実施形態における測定出力パワー対発光波長を示すものである。
【図6】図6は、本発明の実施形態における同調曲線および測定側モード抑制率を示すものである。
【図7】図7は、本発明の実施形態における同調曲線の一部および測定側モード抑制率を示すものである。
【図8】図8は、基準レーザ構造における測定往復透過率対波長を示すものである。
【図9】図9は、最適化レーザ構造における測定往復透過率対波長を示すものである。
【図10】図10は、測定側モード抑制率対戻りミラー傾およびAO同調素子の位置の2つのレーザ位置パラメータを示すものである。
【図11】図11は、監視サブアセンブリーの実施形態を示すものである。
【図12】図12は、監視サブアセンブリーの他の実施形態を示すものである。
【図13】図13は、本発明の実施形態における0次および1次ビームの測定監視信号を示すものである。
【符号の説明】
20 AO媒体
22 トランスデューサ
24 光軸
26 AO媒体の表面
28 音響ビーム
30 レーザアセンブリ
32 レーザ出力ビーム
34 利得素子
34−1 利得素子の内面
34−2 利得素子の外面
36 レンズ
38 グリッド固定エタロン
40 戻りミラー
40−1 戻りミラーの内面
40−2 戻りミラーの外面
50−A 監視ビーム
50−B 監視ビーム
50−C 監視ビーム
60 監視サブアセンブリ
62 偏光ビームスプリッタ
64 レンズ
66 干渉計
66−1 干渉計の表面
66−2 干渉計の裏面
68 縞パターン
70 検波器アレイ
70−A 検波器
70−B 検波器
72 検波器アレイ
72−A 検波器
72−B 検波器
72−C 検波器
Claims (59)
- 光共振器を有するレーザであって、該光共振器が、
a)ポンピングされた利得媒体、
b)SDSF同調素子、および
c)出力カプラを有し、
該出力カプラからの出力が実質的に単一の発光波長を有することを特徴とするレーザ。 - 前記光共振器が、空間フィルタをさらに有することを特徴とする請求項1に記載のレーザ。
- 前記利得媒体が、単一モード導波路であることを特徴とする請求項1に記載のレーザ。
- 前記SDSF同調素子が、体積ホログラムであることを特徴とする請求項1に記載のレーザ。
- 前記SDSF同調素子内に、3波パラメトリック相互作用が起ることを特徴とする請求項1に記載のレーザ。
- 前記3波パラメトリック相互作用が、音響光学相互作用であることを特徴とする請求項5に記載のレーザ。
- 前記利得媒体が、電気的にポンピングされた単一モード半導体導波路であることを特徴とする請求項6に記載のレーザ。
- 前記共振器が、グリッド固定エタロンをさらに有することを特徴とする請求項1に記載のレーザ。
- 前記発光波長と、前記グリッド固定エタロンの透過率が最大となる波長との差を監視するための手段をさらに有することを特徴とする請求項8に記載のレーザ。
- 前記利得媒体の長さが、前記利得媒体の自由スペクトル領域(FSR)が、前記グリッド固定エタロンのFSRを整数で除算した値に実質的に等しくなるように選択されることを特徴とする請求項8に記載のレーザ。
- 前記共振器の往復光路長が、前記共振器のFSRが、前記グリッド固定エタロンのFSRを整数で除算した値に実質的に等しくなるように選択されることを特徴とする請求項8に記載のレーザ。
- 前記共振器内の寄生エタロンによって離散的な同調が可能であることを特徴とする請求項1に記載のレーザ。
- 前記共振器の往復光路長が、離散的な同調を可能にするように選択されることを特徴とする請求項1に記載のレーザ。
- 前記共振器が定在波共振器であることを特徴とする請求項1に記載のレーザ。
- 前記共振器がリング共振器であることを特徴とする請求項1に記載のレーザ。
- 前記発光波長を監視するための手段をさらに有する請求項1に記載レーザ。
- 前記発光波長と、前記SDSF同調素子の中央波長との差を監視するための手段をさらに有する請求項1に記載のレーザ。
- 前記SDSF同調素子内で音響光学相互作用が起ることを特徴とする請求項17に記載のレーザ。
- 光共振器を有するレーザであって、該光共振器が、
a)ポンピングされた利得媒体、
b)該光共振器内を循環する光ビームが0次ビームとして通過する音響光学同調素子、および
c)出力カプラを有し、
該出力カプラからの出力が実質的に単一の発光波長を有することを特徴とするレーザ。 - 前記利得媒体が電気的にポンピングされた単一モード半導体導波路であり、前記出力カプラが該単一モード導波路の端面であることを特徴とする請求項19に記載のレーザ。
- 前記共振器が定在波共振器であることを特徴とする請求項20に記載のレーザ。
- 前記共振器がグリッド固定エタロンをさらに有することを特徴とする請求項21に記載のレーザ。
- 前記利得媒体の長さが、前記利得媒体の自由スペクトル領域(FSR)が、前記グリッド固定エタロンのFSRを整数で除算した値に実質的に等しくなるように選択されることを特徴とする請求項22に記載のレーザ。
- 前記共振器の往復光路長が、前記共振器のFSRが、前記グリッド固定エタロンのFSRを整数で除算した値に実質的に等しくなるように選択されることを特徴とする請求項23に記載のレーザ。
- 前記発光波長と、前記同調素子の中央波長との差を監視するための手段をさらに有する請求項24に記載のレーザ。
- 前記発光波長と、前記グリッド固定エタロンの透過率が最大となる波長との差を監視するための手段をさらに有することを特徴とする請求項25に記載のレーザ。
- 前記発光波長を監視するための手段をさらに有することを特徴とする請求項26に記載のレーザ。
- a)キャビティ内光路を画定する光共振器内に設けられた利得媒体をポンピングし、
b)該光路に沿って伝播する光にSDSF同調素子を通過させ、
c)該光共振器から実質的に単一の発光波長で光を発光させることでレーザビームを供給する過程を有することを特徴とする、レーザビームを発生する方法。 - 前記光路に沿って伝播する光に、空間フィルタを通過させる過程をさらに有することを特徴とする請求項28に記載の方法。
- 前記利得媒体が、単一モード導波路である請求項28に記載の方法。
- 前記SDSF同調素子が、体積ホログラムであることを特徴とする請求項28に記載の方法。
- 前記SDSF同調素子内に、3波パラメトリック相互作用が起ることを特徴とする請求項28に記載の方法。
- 前記3波パラメトリック相互作用が、音響光学相互作用であることを特徴とする請求項32に記載の方法。
- 前記利得媒体が、電気的にポンピングされた単一モード半導体導波路であることを特徴とする請求項33に記載の方法。
- 前記光路に沿って伝播する光に、グリッド固定エタロンをさらに通過させることを特徴とする請求項28に記載の方法。
- d)前記グリッド固定エタロンから反射されるビームの一部を導出することで検波器にエタロン信号を供給し、
e)前記光路に沿って循環するビームの一部を導出することで検波器に基準信号を供給し、
f)該エタロン信号および該基準信号から正規化エタロン信号を求め、
g)該光路の光路長を制御することで該正規化エタロン信号を所定値に維持する過程をさらに有することを特徴とする請求項35に記載の方法。 - 前記利得媒体が電気的にポンピングされた単一モード半導体導波路であり、前記光路長が、該利得媒体に供給される電流を調節することで変更されることを特徴とする請求項36に記載の方法。
- 前記利得媒体の長さが、前記利得媒体の自由スペクトル領域(FSR)が、前記グリッド固定エタロンのFSRを整数で除算した値に実質的に等しくなるように選択されることを特徴とする請求項35に記載の方法。
- 前記共振器の往復光路長が、前記共振器のFSRが、前記グリッド固定エタロンのFSRを整数で除算した値に実質的に等しくなるように選択されることを特徴とする請求項35に記載の方法。
- 前記共振器内の寄生エタロンによって離散的な同調が可能であることを特徴とする請求項28に記載の方法。
- 前記光路の光路長が、離散的な同調を可能にするように選択されることを特徴とする請求項28に記載の方法。
- 前記共振器が定在波共振器であることを特徴とする請求項28に記載の方法。
- 前記共振器がリング共振器であることを特徴とする請求項28に記載の方法。
- 前記SDSF同調素子内で音響光学相互作用が起り、
d)前記共振器から1次ビームの一部を導出することで検波器に1次信号を供給し、
e)前記共振器から0次ビームの一部を導出することで検波器に0次信号を供給し、
f)該1次信号および該0次信号から正規化1次信号を求め、
g)前記同調素子の中央波長を制御することで該正規化1次信号を所定値に維持する過程をさらに有することを特徴とする請求項28に記載の方法。 - 前記同調素子に供給される電気周波数を調節することで前記中央波長を変更することを特徴とする請求項44に記載の方法。
- 前記同調素子の温度を調節することで前記中央波長を変更することを特徴とする請求項44に記載の方法。
- d)前記共振器から診断ビームを発生させ、
e)該診断ビームを第1のビームと第2のビームに分割し、
f)線形性の波長依存性を有する光フィルタによって該第2のビームをフィルタリングし、
g)該第1のビームを第1の検波器で検波することで第1の信号を供給し、
h)該第2のビームを第2の検波器で検波することで第2の信号を供給し、
i)該第1の信号と該第2の信号によって波長測定を行う過程をさらに有することを特徴とする請求項28に記載の方法。 - d)前記共振器から診断ビームを発生させ、
e)該診断ビームを第1のビームと第2のビームに分割し、
f)該第2のビームの波長に対して線形的に依存する透過率を有するコーティングを施した裏面を有するウェッジ状干渉計によって該第2のビームを反射させ、
g)該第1のビームを第1の検波器で検波することで第1の信号を供給し、
h)該干渉計によって形成された縞パターンを、空間直角位相が成立する間隔に配置された第2の検波器および第3の検波器によって検波することで、それぞれ第2の信号および第3の信号を供給し、
i)該第1の信号、該第2の信号および該第3の信号によって波長測定を行う過程をさらに有することを特徴とする請求項28に記載の方法。 - a)キャビティ内光路を画定する光共振器内に設けられた利得媒体をポンピングし、
b)該光路に沿って伝播する光に、該光の周波数が変移しないように0次で音響光学同調素子を通過させ、
c)該光共振器から実質的に単一の発光波長で光を発光させることでレーザビームを供給する過程を有することを特徴とするレーザビームを発生する方法。 - 前記利得媒体が電気的にポンピングされた単一モード半導体導波路であることを特徴とする請求項49に記載の方法。
- 前記共振器が定在波共振器であることを特徴とする請求項50に記載の方法。
- 前記光路上を伝播する光にグリッド固定エタロンを通過させることを特徴とする請求項51に記載の方法。
- 前記利得媒体の長さが、前記利得媒体の自由スペクトル領域(FSR)が、前記グリッド固定エタロンのFSRを整数で除算した値に実質的に等しくなるように選択されることを特徴とする請求項52に記載の方法。
- 前記光路の光路長が、前記共振器のFSRが、前記グリッド固定エタロンのFSRを整数で除算した値に実質的に等しくなるように選択されることを特徴とする請求項53に記載の方法。
- d)前記共振器内に0次ビームの一部を導出して0次監視ビームを供給し、
e)前記共振器内に1次ビームの一部を導出して1次監視ビームを供給し、
f)前記グリッド固定エタロンの表面から反射されるビームの一部を導出してエタロン監視ビームを供給する過程をさらに有することを特徴とする請求項54に記載の方法。 - g)前記1次監視ビームを第1のサブビームおよび第2のサブビームに分割し、
h)該第1のサブビームを第1の検波器で検波することで1次基準信号を供給し、
i)該第2のビームの波長に対して線形的に依存する透過率を有するコーティングを施した裏面を有するウェッジ状干渉計によって該第2のサブビームを反射させ、
j)該干渉計によって形成された縞パターンを、空間直角位相が成立する間隔に配置された第2の検波器および第3の検波器によって検波することで、それぞれ第2の信号および第3の信号を供給し、
k)該1次基準信号、該第2の信号および該第3の信号によって波長測定を行う過程をさらに有することを特徴とする請求項55に記載の方法。 - l)検波器によって前記0次監視ビームの一部を検波することで0次信号を供給し、
m)該1次基準信号および該0次信号から正規化1次信号を求め、
n)前記同調素子に供給される電気周波数を制御することで該正規化1次信号を所定値に維持する過程をさらに有することを特徴とする請求項56に記載の方法。 - o)前記エタロン監視ビームの一部を検波することでエタロン信号を供給し、
p)該エタロン信号、前記0次信号および前記1次信号から正規化エタロン信号を求め、
q)前記利得素子に供給される電流を制御することで該正規化エタロン信号を所定値に維持する課程をさらに有することを特徴とする請求項57に記載の方法。 - 光共振器を有するレーザであって、該光共振器が、
a)ポンピングされた利得媒体、
b)発光波長を選択するための手段、および
c)出力カプラを有し、
該出力カプラからの出力が実質的に該発光波長を有することを特徴とするレーザ。
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