JP2005506686A - ゲイン媒体の両端の電圧によるレーザ損失の評価および調整 - Google Patents

Abstract

【課題】レーザ・ゲイン媒体（１２）の両端の電圧を監視することによって、レーザに関する光学損失特性を検査または評価するシステムおよび方法。
【解決手段】共振器内部の損失が、ゲイン媒体（１２）の両端の電圧を監視することによって確定され、また、共振器の損失プロファイルが、ゲイン媒体（１２）の両端の電圧に従って調節される、レーザおよびレーザの運転方法。
【選択図】図１

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザに関する光学損失特性を検査または評価するシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光通信システムにおける帯域幅の増加のデマンドによって、複数で別々のデータ・ストリームを、単一光ファイバによってコンカレントに信号伝送するためのより精巧なレーザの使用が導入されて来ている。各データ・ストリームは、特定のチャネル波長で作動するトランスミッタ・レーザーに対応する出力ビームに変調され、レーザからの変調出力が、それぞれのチャネルの送信のために単一の光ファイバに纏められる。国際電気通信連合（ＩＴＵ）は、現在約０．４ナノメートル、即ち約５０ＧＨｚのチャネルセパレーションを定めている。このチャネルセパレーションに依れば、現在利用可能なファイバおよびファイバ・アンプの帯域幅の範囲内において、単一の光ファイバによって１２８までのチャネルを伝搬する事が可能である。ファイバ技術における改良と、より広い帯域幅へと常に増加するデマンドによって、将来的にはチャネルセパレーションがより狭くなる事が予想され、レーザ送信装置がより高い精度を有する事が要求されるであろう。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
テレコミュニケーション・トランスミッタ・レーザー中の光の送信パワーを最大限にし、波長安定性を維持するために、トランスミッタの製造、組立て、および運転中に様々なステップが採用され、トランスミッタは、レーザ運転時における光損失を最小限にするようになされる。一般的に、２つの方法、即ち、レーザ出力パワーの測定およびレーザ閾値電流の測定が、光損失を特徴づけるために使用される。例えば、外部共振型ダイオード・レーザでは、ゲイン媒体に光を向けるかフィードバックするために、エンドミラーが使用される。エンドミラーが傾斜しているか、適切に調節されない場合、共振器へフィードバックされる光量に損失が生じる。一旦エンドミラーが極小損失に調節されれば、ミラーは製造時に適所に固定されて良い。若しくは、エンドミラーの傾斜に関する損失が運転中に監視され、連続的に損失を最小化しても良い。一例として、ＤＦＢ（分散形フィードバック）レーザのゲイン・セクションへ光をフィードバックするブラッグ格子の間隔を調整する事が挙げられる。
【０００４】
最小損失を確認する際、光学パワー測定および閾値測定の双方が欠点を有する。光学パワーを測定する際、最小損失は、必ずしも最大出力パワーに対応しない。例えば、損失がゲイン媒体外部で生じる時のように、損失がゲイン媒体の全体にわたって完全に分布しないと仮定すると、レーザは、損失に対してより多くのパワーを伝達する為にパワーの内部分布を変えるであろう。損失が増加する事により、特定の状況に依存して、レーザ出力で計測されるパワーは増加するか、同じであるか、または減少する。出力パワーを共振器の損失と関連付ける式はしばしば解くのが非常に難しく、出力パワーは、特定の損失部材のアライメントに関する共振器内の損失を質的にも正しく指示しない。ゲイン媒体を励起するパワーの合計は、比較的信頼できる共振器の相対的損失の指標であるが、この量は測定するのが難しい。
【０００５】
最小損失を決定するためにレーザ閾値電流を測定することは、さらに多くの欠点を有する。レーザ閾値電流を測定する事の利点は、最小のレーザ閾値電流が最小の共振器損失に対応しているという事である。レーザ閾値が最初に観察される電流を決定するために、レーザ閾値電流はゲイン領域に印加された電流の調節により通常は決定される。重要な欠点は、ゲイン媒体の温度（およびその寸法）が他の結果と共に変わるので、印加電流が変化する事によって、ゲイン媒体の光路長または厚さが変わってしまう、ということである。光路長が変化することによって、レーザ運転時の波長が変更され、また、共振器内の損失が、波長に依存する他の損失と共に最小でなければならない時、あるいは特定の動作周波数で損失を最小限にしなければならない時、レーザ閾値を測定するのが困難であるか、不可能になる。更に、レーザ光線を照射する動作が最初に観察される際の電流が測定されるので、レーザ閾値電流は、高パワーおよび高電流、または一定パワーおよび一定電流において、損失を最小限にするために使用することが出来ない。
【０００６】
帯域幅の増加の必要性を満たすために、より精巧なトランスミッタ・レーザーが要求されており、製造・組立て後に生ずる損失とレーザの運転に関する損失とを修正する能力を伴う、損失を評価するための改良されたシステムおよび方法が必要となるであろう。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、レーザ・ゲイン領域の両端の電圧を監視することにより、半導体ゲイン媒体を用いるレーザに関する光学的損失特性を検査または調査するシステムおよび方法を提供する。本発明は、ゲイン領域の両端の電圧を監視することにより、共振器内の損失を確定するレーザの運転方法、様々な損失要素に関する損失プロファイルを最適化するべくレーザ運転中に共振器内の損失要素を調節する方法、および外部共振器レーザの波長の安定化および制御のための方法を提供する。本発明は、ゲイン領域の外部の損失部材からのゲイン領域中に対する光学フィードバックが、レーザ運転中にゲイン領域の両端の電圧によって正確に検知出来る、という事実を利用する。
【０００８】
一実施形態において、本発明は、光路に沿ったコヒーレントなビームを放射するゲイン領域の両端の電圧を監視するステップを備えるレーザ共振器を制御・運転するための、および、監視された電圧に従ってレーザ共振器に関する光損失を確定するための方法である。本方法は、ゲイン媒体の両端で監視された電圧に従ってレーザ共振器の損失特性を調節するステップを更に備えていて良い。損失特性を調整するステップは、レーザ共振器の光路中に配置された損失部材の位置、または他の特性を調節するステップを備えても良い。レーザは外部共振器レーザであって良く、また、損失部材は、例えば、半導体ゲイン媒体の外部に配置されるエンドミラー、または同調可能フィルタを備えて良い。グリッド・ジェネレータ、チャネル・セレクタ、コリメート光学系、偏光光学系、および他の光学要素の様な複数の追加の損失部材が、光路中に、さもなければ外部共振器に関して存在して良く、これらの要素のそれぞれに関する損失が評価されて良く、損失部材のそれぞれの調節が、ゲイン媒体の両端で監視された電圧に従って実行されても良い。
【０００９】
ある実施形態において、損失特性の評価および損失部材の調整は、損失部材に周波数変調かディザを導入することによって行われても良く、これは、監視される電圧によって検知可能である。周波数ディザの伝搬特性を示す誤差信号、そして、損失部材に関する損失特性は監視電圧から導出され、レーザ共振器損失プロファイルを制御するべく、損失部材を調節するために使用される。複数の損失部材が存在する場合、各損失部材に関する損失特性を示す対応する誤差信号を提供するために、別々の周波数ディザが各損失部材に導入されて良い。各損失部材の調整と同様に、各損失部材への周波数ディザの導入が連続的に行われても良い。もしくは、各周波数ディザの伝搬特性をゲイン媒体の両端で監視される電圧によって検知するために、および、外部共振器の損失プロファイルを制御するための損失部材のそれぞれを同時に調節するために、別々の、干渉しない周波数ディザがそれぞれの損失部材に同時に導入されて良い。
【００１０】
損失部材が２つ以上の位置に変更出来、レーザ電圧がそれぞれの位置で測定可能である例で、ディザが使用されて良い。その後、見かけ上の動作点はより良好なレーザ電圧の位置に設定されて良い。各部材のディザリングが別々の時間に生じるように順番に並べることによって、複数の部材が上記の方法で最適化されて良い。
【００１１】
複数のディザ部材が、損失部材の複数の位置的な自由度に関して使用されて良く、ディザ部材のそれぞれが、監視された電圧によって検出可能な周波数ディザを生じるように為される。損失部材の複数の位置的な自由度を位置的に調節するために、周波数ディザによって導出された誤差信号がコントロール・システムによって使用される。レーザ共振器に関する損失部材のそれぞれに関する損失部材の同時または連続的な評価を可能にするために、および、それに対応して、レーザ共振器の損失プロファイルを制御するための各損失部材の調節を可能にするために、複数のディザ部材が複数の損失部材に関して使用されて良い。
【００１２】
他の実施形態において、本発明は、光路に沿ったコヒーレントなビームを放射するゲイン媒体と、光路中に配置されてエンドミラーおよびゲイン媒体の裏面が外部共振器を画定するように為されるエンドミラーと、ゲイン媒体に動作可能なように接続されてゲイン媒体の両端の電圧を監視するように構成される電圧センサとを備える外部共振器レーザ装置である。ゲイン媒体の両端で監視される電圧は外部共振器に関する光損失を示し、外部共振器損失プロファイルを制御するために使用されて良い。外部レーザ共振器は、電圧センサと、外部共振器の光路中にある１つ以上の損失部材とに動作可能なように接続されたコントロール・システムを備えて良く、コントロール・システムは、ゲイン媒体の両端で監視された電圧に従って損失部材を調節するために構成される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
より詳細に図面を参照して、説明の便宜上、本発明は図１〜図１０に示される装置および方法で実施される。レーザ共振器の損失を評価するための、そして、レーザのレーザ・ゲイン領域または媒体の両端の電圧を監視することによってレーザ共振器の損失プロファイルを制御するためのシステムと方法が、本願明細書において開示される。本願明細書において開示される基礎概念から逸脱する事無く、装置が構成に関して、および部品の詳細に関して変更され得、また、方法がその詳細およびイベントの順番に関して変更され得ることは言うまでも無い。本発明は、外部共振器レーザを伴う使用に関して、主に開示される。しかし、本発明が半導体ゲイン媒体または領域を有する任意のレーザ装置またはシステムによって使用され得る事は、当業者にとって非常に明白である。また、本願明細書において用いられる用語は特定の実施形態を記載する目的のみのために使用されているのであって、制限することを目的としていない事が理解されるべきである。
【００１４】
本発明は、ダイオードレーザ・ゲイン領域の両端の電圧が活性領域中のキャリヤー密度の関数であるという事実を利用する。ダイオード・レーザの両端の電圧Ｖが、式（１）によって表される。
【００１５】
【数１】

【００１６】
ここで、Ｉはドライブ電流またはポンプ電流であり、Ｒ_Ｓは直列抵抗であり、Ｖ_ｄはダイオード電圧である。定電流源を使用する場合、ＩＲ_Ｓは一定の値を取り得る。ダイオード電圧Ｖ_ｄは、ダイオードレーザ・ゲイン媒体中のキャリヤー密度によって決定される擬フェルミ準位の差Ｅ_ｆｃ−Ｅ_ｆｖと等しい。ダイオード・ゲイン媒体の伝導帯に関して、過剰電子密度Ｎが式（２）より与えられる。
【００１７】
【数２】

【００１８】
ここで、ρは状態密度であり、Ｅ_Ｃは、励起媒体の伝導帯の最低のエネルギー準位であり、ｆ_Ｃ（Ｅ）は擬フェルミ分布である。擬フェルミ分布は、式（３）によって表され得る。
【００１９】
【数３】

【００２０】
ここで、Ｅ_ｆｃは擬フェルミ準位であり、Ｋ_Ｂはボルツマン定数である。
【００２１】
上記の式（２）および（３）によれば、より高い電子密度Ｎは、より高い擬フェルミ準位Ｅ_ｆｃに対応する。更に、ダイオード・レーザ閾値電流Ｉ_ｔｈよりも高い電流の良好な近似値のために、電子密度Ｎは、閾値Ｎ_ｔｈに固定、即ち「クランプ」される。同様に、価電子帯では、正孔Ｐ（中立の条件はＰ＝Ｎ）の密度が高い事は、価電子帯の中におけるより低い擬フェルミ準位Ｅ_ｆｖに対応する。
【００２２】
ダイオードレーザ・ゲイン領域が下に記述されるようなレーザ共振器の中で操作される時、閾値電子密度値Ｎ_ｔｈは共振器損失の合計によって決定されるであろう。ダイオード電圧Ｖ_ｄが式Ｖ_ｄ＝Ｅ_ｆｘ−Ｅ_ｆｖに従うので、最小共振器損失が最小の電子密度閾値Ｎ_ｔｈに、そしてその結果最小のダイオード電圧Ｖ_ｄに対応するであろう。従って、ダイオードレーザ・ゲイン媒体の両端の電圧は、共振器に関する損失を反映する。
【００２３】
上記を念頭に置き、ゲイン領域の両端の電圧を監視するべく構成される外部共振器レーザ装置１０を示す図１がここで参照される。外部共振器レーザ１０は、ゲイン媒体１２と、エンド、即ち外部反射部材１４を備える。ゲイン媒体１２は、従来のファブリーペロー型ダイオード・エミッタ・チップと、反射防止（ＡＲ）コーティングが施された正面１６および一部反射する裏面１８とを備えても良い。外部共振器レーザ１０は、出力面１８およびエンドミラー１４によって境界が定められる。外部共振器の光軸と同一直線上に整列される光路２２を画定するために、ゲイン媒体１２は、コヒーレントなビームを正面１６から放射し、放射されたビームはレンズ２０によってコリメートされる。もしくは、出力面１６は「アングル面」を備えていて良い。外部共振器レーザ１０の出力を光ファイバ（図示されない）へカップリングするために、従来の出力カプラ光学系（図示されない）が裏面１８に対応付けられる。
【００２４】
外部共振器内のエンドミラー１４または他の損失部材（後述）に起因する様々な損失または損失特性が外部共振器に対応付けられる。これらの外部共振器の損失は、ゲイン媒体１２の両端の電圧を監視することにより検証または評価する事が出来る。この点において、第１電極２４および第２電極２６が隣接して設けられ、ゲイン媒体１２に動作可能なように接続される。第１電極２４は、導体２８によってドライブ電流源（図示されない）に動作可能なように接続される。また、第２電極は導体３０によって接地される。電圧センサ３２は導体２８に動作可能なように接続され、外部共振器レーザ１０の運転中にゲイン媒体１２の両端の電圧を測定または監視するように構成される。もしくは、電圧センサ３２は導体２４、２６または３０のいずれかに接続されて良い。ゲイン媒体の両端の電圧を容易に良好な精度で検知することができるので、電圧センサ３２はゲイン媒体に直接隣接している必要が無く、ゲイン媒体１２から離間した場所において導体２８または３０と対応付けられても良い。
【００２５】
エンドミラー１４から反射された光は、光路２２に沿ってゲイン領域１２へとフィードバックされる。共振器の光学軸に対する角度の誤設定に起因するエンドミラー１４に関する損失は、ゲイン媒体１２の両端の電圧における変化として電圧センサによって検知可能なゲイン媒体１２に対する光学フィードバック変化させる。エンドミラー１４または外部共振器に関する他の損失部材に起因する外部共振器に関する損失特性を修正、さもなければ調節するために、誤差信号がゲイン媒体１２の両端で計測された電圧から導出される。外部共振器に関する他の損失部材は、グリッド・ジェネレータ部材およびチャネル・セレクタ部材を含んでいて良く、ゲイン媒体１２とエンドミラー１４間の光路２２中に位置するグリッド・エタロン３４およびチャネル・セレクタ３６として図１の中でそれぞれ示される。通常、グリッド・エタロン３４は、光路２２中においてウェッジ・エタロン２６の前方に位置し、平行な反射面３８、４０を備える。グリッド・エタロン３４は干渉フィルタとして作用し、グリッド・エタロン３４の屈折率と、面３８、４０間の間隔によって画定されるグリッド・エタロン３４の光学厚さによって、例えばＩＴＵ（国際電気通信連合）グリッドの様な選択された波長グリッドの中央部分の波長と一致する波長において、通信帯域内における複数の最小値が生じる。もしくは、他の波長グリッドが選択されても良い。従って、グリッド・エタロン３４は、ＩＴＵグリッドもしくは他の選択されたグリッドのグリッド線間の間隔に対応する自由スペクトル領域（ＦＳＲ）を有する。従って、グリッド・エタロン３４は波長グリッドのグリッドラインのそれぞれを中心とする複数の通過帯域を供給するように作動する。グリッド・エタロン３４は、波長グリッドの各チャネル間の外部共振器レーザの隣接するモードを抑制するようなフィネス（自由スペクトル領域÷半値全幅（ＦＷＨＭ））を有する。
【００２６】
グリッド・エタロン３４は固体、液体、または気体によって離間された平行平板であって良く、温度制御による熱膨張と収縮によって面３８、４０間の光学厚さの正確な寸法を画定することによって同調されて良い。もしくは、グリッド・エタロン３４は、面３８、４０の間の光学厚さを変えるために傾斜させる事により同調されても良いし、あるいは電気光学的エタロン材料へ電界を印加する事により同調されても良い。様々な他のグリッドを生成する部材が当業者に公知であり、グリッド・エタロン３４の代替として使用され得る。外部共振器レーザ１０の運転中の熱の変動によって発生し得る選択されたグリッド中の変化を防ぐために、グリッド・エタロン３４が温度制御されても良い。もしくは、グリッド・エタロン３４は、ダイバーによって本願と共に出願され、参照によって本願に援用される「グリッド・ジェネレータの連続同調を伴った外部共振器レーザ」という名称の米国特許出願番号第０９／９００４７４号に記載されるように、レーザの運転に際して、能動的に同調されてもよい。
【００２７】
レーザが光線を発している波長がグリッド・エタロン３４の透過ピークとずれている時に、光損失が発生する。これらの損失特性は、ゲイン媒体１２の両端で監視される電圧によって検知可能である。共振器長さを、即ち結果的にはレーザ光線を発する波長を、その波長がグリッド・エタロン３４の送信スペクトルの極大値に対応するまで調節するために、電圧から導出された誤差信号を使用することが出来る。共振器長さは、ビーム２２によって画定される光軸に沿ってエンドミラー１４を平行移動させることによって、ゲイン領域１２の光路長を加熱して熱的に膨張させることによって、または他の方法によって変更されても良い。誤差信号は、エンドミラー１４が正確であると考えられる動作位置から微小量正または負の方向に平行移動またはディザリングされる際の電圧センサ３２によって検知された電圧の測定により生成されて良い。逸脱した位置のうちの１つにおいて電圧センサ３２がゲイン領域１２の両端の微小電圧を検知した場合、エンドミラー１４の見かけの動作位置は、対応する逸脱位置の方向へ平行移動させる事が出来る。もしくは、エンドミラーのディザリングが、単一のディザ周波数で連続的に行われ、ロックインアンプ（図示されない）が、ディザ周波数と同期しているセンサ３２によって観察された電圧信号を検知する。この同期電圧信号が誤差信号を構成する。また、エンドミラー１４の位置を変え、かつ誤差信号を０にするために、ＰＩＤコントローラ（図示されない）が使用されても良い。
【００２８】
チャネル・セレクタ３６は、面または表面４２、４４を備えるＶ字形のエタロンとして示される。ビームが表面に当る領域よりも広い範囲に面４２および４４を延長させる事により、かつレーザビームの全横断面にわたって面４２と４４との間の厚さの変化が無視できるか許容範囲である程度にテーパ角が小さく、かつビームと直交するフィルタの巨視的な動作によって面４２と４４との間の微視的な変化がもたらされる程度にはテーパ角が大きくなされるように２面間のスペーサのテーパ角を決定することによって、表面４２と４４の間の間隔が、運転時の波長以下の量でレーザ軸に沿って精度良く変更されて良い。表面４２と４４との間の間隔は、気体で充填されていてもよいし、液体で充填されていても良いし、固体で充填されていても良い。固体エタロンを熱的に膨張させる事により、または、気体または液体エタロンの間隔を熱的、圧電的またはマイクロメカニカルに膨張させる事により、または、気体、液体または固体のエタロンを傾斜させる事により、または、気体エタロンの圧力を変える事により、または、スペーサに電気光学材料を用いて電界を印加する事によって屈折率を変化させる事により、または、スペーサ層に非線形光学材料を使用して第２光学ビームによって光路長を変化させる事により、または波長を同調させるのに好適な他の任意のシステムまたは方法によって、表面４２と４４の間の間隔を変える事が出来る。
【００２９】
図１に示されるウェッジ・エタロン・チャネル・セレクタ３６は、外部共振器レーザに関する本発明において使用され得る同調可能部材の一例に過ぎない。様々な他の種類のチャネル・セレクタが本発明と共に使用されても良い。チャネル選択の際にエアギャップ・ウェッジ・エタロンを使用する例が米国特許第６１０８３５５号明細書に記載されており、該明細書中において、「ウェッジ」とは隣接した基板によって画定されたテーパ状のエアギャップである。グレーチングの角度調整によって同調される枢動的に調整可能なグレーチング装置をチャネル・セレクタとして使用する事、また、電圧を選択的に印加する事によって同調される電気光学的な同調チャネル・セレクタを外部共振器レーザに使用する事が、２００１年３月２１日に出願された発明者アンドリュー・ダイバーによる米国特許出願番号第０９／８１４６４６号に記載されている。並進的に同調された傾斜した薄膜干渉フィルタをチャネル・セレクタとして使用する事が、米国特許出願番号第０９／８１４６４６号、およびホプキンス等によって本願と共に出願された「傾斜した薄膜ウェッジ干渉フィルタ、およびレーザ同調に対して使用する際の方法」という名称の米国特許出願番号第０９／９９０４１２号に記載される。前述の開示は、参照によって本願に援用される。幾つかの例における外部共振器レーザ１０の様々な光学要素間の相対的なサイズ、形状、および距離は、明瞭性を保つために誇張して示されている場合があり、必ずしも等縮尺であるとは限らない。外部共振器レーザ１０は、焦点を合わせる要素、およびコリメーション要素と言った追加の損失部材（図示されず）を備えても良く、外部共振器レーザ１０の様々な要素に関連した偽フィードバックを除去するように構成される偏光光学系を備えていても良い。グリッド・ジェネレータ３４およびチャネル・セレクタ３６の位置は、図１に示される位置と異なっても良い。
【００３０】
チャネル・セレクタ３６は、グリッド・エタロン３４の通過帯域よりも実質的に広く、その一周期が、グリッド・エタロン３４によって画定される最短波長のチャネルと最長波長のチャネルの間の波長との差と実質的に対応するかそれよりも広い複数の通過帯域を画定する。換言すれば、チャネル・セレクタ３６の自由スペクトル領域は、グリッド・エタロン３４によって画定された波長の全ての波長領域よりも広い。チャネル・セレクタ３６は、特定の選択されたチャネルに隣接するチャネルにおけるレーザ光線の発光を抑制するようなフィネスを有する。
【００３１】
チャネル・セレクタ３６は、チャネル・セレクタ３６の面４２、４４間の光学厚さを変える事により、複数の通信チャネルの中から１つを選択するために使用される。これは、ｘ軸に沿ってチャネル・セレクタ３６を変位させることにより達成される。ｘ軸は、チャネル・セレクタ３６のテーパの方向と平行であり、光路２２および外部共振器レーザ１０の光軸に対して垂直である。チャネル・セレクタ３６によって画定される通過帯域のそれぞれによってチャネルが選択可能となり、また、ウェッジが光路２２中に押し込まれる方向に変位するにつれて、光路２２に沿って移動するビームはチャネル・セレクタ３６のより厚い部分を貫通することになり、これによって、より長い波長チャネルにおける、相対する面４２、４４間の建設的干渉が得られる。チャネル・セレクタ３６が光路２２から引き出される方向に変位するにつれて、ビームはチャネル・セレクタ３６より薄い部分を貫通し、より短い波長チャネルに対応する光路２２用の通過帯域を露出する。上述したように、チャネル・セレクタ３６の自由スペクトル領域は、グリッド・エタロン３４の完全な波長の範囲に対応している。その結果、全ての波長グリッドの領域において、通信帯域内の単一の損失最小が同調される事が可能である。グリッド・エタロン３４およびチャネル・セレクタ３６からゲイン媒体１２への統合化されたフィードバックによって、選択されたチャネルの中心波長においてレーザ光線を発することを可能にする。全同調レンジに渡って、チャネル・セレクタ３６の自由スペクトル領域はグリッド・エタロン３４の自由スペクトル領域より広い。
【００３２】
チャネル・セレクタ３６は、選択されたチャンネルに応じてチャネル・セレクタ３６を調整可能に位置決めするように構成・構築された駆動部材４６を含む同調装置により位置を変えられることによって、または他の方法でチャネル・セレクタを３６同調する事によって同調される。駆動部材４６は、例えばチャネル・セレクタ３６の精密並進運動に好適なハードウェアと共にステッパーモータを備えても良い。もしくは、駆動部材４６は、直流サーボモーター、ソレノイド、ボイスコイル・アクチュエーター、圧電アクチュエーター、超音波ドライバ、形状記憶デバイス、または同様の往復型アクチュエーターのように、様々なタイプのアクチュエーターを含んでも良い。アクチュエーターの種類は上記されてものに限定されない。ウェッジ・エタロン以外の種類のチャネル・セレクタが本発明と共に使用される場合、波長同調器駆動部材４６はチャネル・セレクタを同調するために構成されるであろう。駆動部材４６によるウェッジ・エタロン３６の正確な位置決めを保証するために、直線エンコーダ５０が、ウェッジ・エタロン２６および波長同調器駆動部材４６に関して使用されても良い。駆動部材４６によるウェッジ・エタロン３６の正確な位置決めを保証するために、あるいは関連する駆動部材による他の実施形態におけるチャネル・セレクタの正確な位置決めを保証するために、運転時の波長を監視する低解像度のスペクトロメータが用いられても良い。光路２２に沿ったビームがチャネル・セレクタ３６と交差する位置において、光路２２に沿ったビームの波長がチャネル・セレクタ３６の最大の透過波長に対応しない時、チャネル・セレクタ３６に関する光損失が発生するであろう。グリッド・エタロン３４の透過極大にあらかじめ調節されているとすれば、波長が正確であり、かつチャネル・セレクタに誤差がある、と仮定される。チャネル・セレクタ３６の最大の透過波長は、反射表面４２と４４の間の間隔を変更することにより変更することが出来る。この間隔は、チャネル・セレクタ３６の長さに方向に沿って異なる間隔を有する表面４２および４４を備えるチャネル・セレクタ３６を使用することにより、およびビーム２２がチャネル・セレクタ３６を通過する位置において表面４２、４４の間の正確な間隔が得られるまで駆動部材４６によってチャネル・セレクタ３６を平行移動させることによって変更することが出来る。
【００３３】
チャネル・セレクタ３６に周波数変調を導入するために公称動作点のいずれかの側へチャネル・セレクタ３６の位置をディザリングする事により、および、誤差信号を生成するためにゲイン領域の両端の電圧変調を計測する事によって、チャネル・セレクタ３６を平行移動させる方法を決定するのに使用可能な信号が導出される。公称動作点の一方の側への電圧が公称動作点より低い場合、公称動作点は改善される点の方向にリセットされる。もしくは、チャネル・セレクタ３６は高調波でディザリングされ、ＡＣレーザ電圧信号から導出される誤差信号が、ディザ周波数において観察される。他の設計のチャネル・セレクタ３６が、チャネル３６について記述したものと類似する技法を用いて反射表面の有効な間隔をディザリングする事によって調節されて良い。チャネル・セレクタ３６あるいは他の光学コンポーネントに周波数変調を導入するディザ部材の使用が、後に詳述される。共振器損失部材に周波数変調を導入するディザ部材の使用が、後に詳述される。
【００３４】
駆動部材４６は、駆動部材４６によるチャネル・セレクタ３６の位置調整を制御するコントローラ４８に動作可能なように接続される。前述されたように、チャネル・セレクタ３６の制御は、チャネル・セレクタ３６の周波数変調およびゲイン媒体１２の両端で監視される電圧より導出される誤差信号によって行なわれて良い。もしくは、コントローラ４８は、選択可能なチャネル波長に対応するチャネル・セレクタ３６のために位置の情報が格納されたルックアップテーブルを更に使用しても良い。コントローラ４８は駆動要素４６の内部に位置しても良いし、あるいは外部に位置して、チャネル・セレクタ３６、エンドミラー１４、および（または）他の部品あるいは損失部材の外部共振器１０内における位置決めおよびサーボ機能のために共有されても良い。駆動部材４６によるチャネル・セレクタ３６の正確な位置調整を保証するために、直線エンコーダ５０がチャネル・セレクタ３６および駆動部材４６に関して使用されてもよい。
【００３５】
チャネル・セレクタ３６は、光学上検知可能で、チャネル・セレクタ３６が最長または最短のチャネル波長を超えて位置決めされた際にチャネル・セレクタ３６の位置を確認するために用いられる不透明領域５２、５４を、チャネル・セレクタ３６の両端に備えていても良い。不透明領域５２、５４は、ウェッジ・エタロンの位置決めにおいて使用可能な追加のエンコーダ・メカニズムを付加的に提供する。不透明領域５２、５４が光路２２に進入するようにウェッジ３６が位置決めされる時、不透明領域５２、５４は、光路に沿ってビームを遮断または減衰する。以下詳細される通り、この光の減衰は検知可能である。これらの不透明領域は「ホーム」信号として、および「行き過ぎ」信号として使用されても良い。ホーム信号は、モータ位置の基準点となり得る座標系を初期化するために使用することが出来る。その後、ホームから離れる駆動列の位置が、ステッパーモータが取ったステップ数あるいはマイクロステップを数え、１ステップで得られる角度および親ねじのピッチとこの情報を組み合わせることによって決定されて良い。もしくは、エンコーダが駆動列に取り付けられても良い。基準点を光学要素に近接して提供し、この基準点を周期的に探索する事によって、親ねじの熱膨張、またはドライブ・ナットの機械的摩耗を補償するためにホーム信号が更に使用されても良い。
【００３６】
グリッド・エタロン３４、チャネル・セレクタ３６、およびエンドミラー１４と裏面１８によって画定された外部共振器の通過帯域の関係が、図２のグラフによって例証される。図２は、外部共振器通過帯域ＰＢ１、グリッド・エタロン通過帯域ＰＢ２およびウェッジ・エタロン通過帯域ＰＢ３を示す。相対ゲインが縦軸に、波長が横軸に示される。図から明らかなように、チャネル・セレクタ３６の自由スペクトル領域（ＦＳＲ_{Ｃｈａｎｎｅｌ Ｓｅｌ}）は、グリッド・エタロン３４の自由スペクトル領域（ＦＳＲ_{Ｇｒｉｄ Ｇｅｎ}）より大きく、グリッド・エタロン３４の自由スペクトル領域（ＦＳＲ_{Ｇｒｉｄ Ｇｅ ｎ}）は、外部共振器の自由スペクトル領域（ＦＳＲ_{Ｃａｖｉｔｙ}）より大きい。外部共振器通過帯域ＰＢ１のピークは、グリッド・エタロン３４の波長グリッドによって画定された通過帯域ＰＢ２の中心波長と周期的に一致する。全ての波長グリッドの通過帯域ＰＢ２に渡って広がるチャネル・セレクタ３６の通過帯域ＰＢ３のピークは１つである。図２に示される特定の例において、波長グリッドは、０．５ｎｍ（６２ＧＨｚ）間隔で離間し、最短波長チャネルが１５３２ｎｍ、最長波長チャネルが１５６３．５ｎｍであって、６４個のチャネルに渡って延長している。
【００３７】
グリッド・エタロン３４およびチャネル・セレクタ３６のフィネスは、隣接しているモードまたはチャネルの減衰を決定する。上述されたように、フィネスは、自由スペクトル領域を半値全幅で割った値と等しい。即ち、フィネス＝ＦＳＲ／ＦＷＨＭである。グリッド・エタロン通過帯域ＰＢ２の半値全幅が図２Ｂに示され、チャネル・セレクタ通過帯域ＰＢ３の半値全幅が図２Ｃに示される。外部共振器内におけるグリッド・エタロン３４およびチャネル・セレクタ３６の位置の調整によって、サイドモード抑圧比が向上する。
【００３８】
１５４９．５ｎｍおよびそれに隣接する１５５０ｎｍに中心が合わせられたチャネル間におけるチャネル・セレクタ３６の通過帯域ＰＢ３の同調の例が、図３のグラフによって示される。また、グリッド・エタロン３４によって生成されたチャネルの選択と、隣接するチャネルまたはモードの減衰も示されている。図２に示される外部共振器の通過帯域ＰＢ１は、明瞭性を保つために図３においては省略される。グリッド・エタロン３４は、グリッド・チャネル間隔に対応する外部共振器の周期的な縦モードを選択する一方で、隣接するモードは拒絶する。チャネル・セレクタ３６は、該波長グリッド中の特定のチャネルを選択し、他の全てのチャネルを拒絶する。選択されたチャネルあるいはレーザ光線のモードは、チャネル間隔のプラスマイナス約半分の範囲のフィルタ・オフセットにより、１つの特定のチャネルに画定される。チャネルのオフセットがより大きい場合、レーザ光線のモードは隣接するチャネルへとジャンプする。
【００３９】
図３Ａにおいて、チャネル・セレクタ通過帯域ＰＢ３のピークは、１５４９．５ｎｍのグリッド・チャネルに合わせられている。１５４９．５ｎｍにおける通過帯域ＰＢ２に関する相対ゲインは高いが、その一方で隣接している１５４９．０ｎｍおよび１５５０．０ｎｍにおける通過帯域ＰＢ２に関する相対ゲインレベルは、選択された１５４９．５ｎｍのチャネルに比べて抑圧されている。１５５０．５ｎｍおよび１５４８．５ｎｍにおける通過帯域ＰＢ２に関するゲインは一層抑圧されている。１点鎖線は、チャネル・セレクタ３６によって抑圧されていない状態の通過帯域ＰＢ２の相対ゲインを示す。
【００４０】
図３Ｂはチャネル・セレクタ通過帯域ＰＢ３が、チャネル切り替えの最中に１５４９．５ｎｍおよび１５５０．０ｎｍのチャネルの間に位置する状態を示す。１５４９．５ｎｍおよび１５５０．０ｎｍにおける通過帯域ＰＢ２に関する相対ゲインは両方とも高く、どちらも抑制されていない。１５４９．０ｎｍおよび１５５０．５ｎｍにおける通過帯域ＰＢ２に関する相対ゲインのレベルは、１５４９．５ｎｍおよび１５５０．０ｎｍのチャネルに比べれば抑圧されている。１点鎖線は、チャネル・セレクタ３６によって抑圧されていない状態の通過帯域ＰＢ２の相対ゲインを示す。
【００４１】
図３Ｃは、ピークが１５５０．０ｎｍのグリッド・チャネルに合わせられているチャネル・セレクタ通過帯域ＰＢ３を示し、１５５０．０ｎｍにおける通過帯域ＰＢ２に関する相対ゲインは高いが、その一方で隣接している１５４９．５ｎｍおよび１５５０．５ｎｍにおける通過帯域ＰＢ２に関する相対ゲインレベルは、選択された１５２０．０ｎｍのチャネルに比べて抑圧されており、１５５１．０ｎｍおよび１５４９．０ｎｍにおける通過帯域ＰＢ２に関するゲインは更に抑圧されている。再び、１点鎖線は、チャネル・セレクタ３６によって抑圧されていない状態の通過帯域ＰＢ２の相対ゲインを示す。
【００４２】
図２および図３に示されるように、チャネル・セレクタ３６、エンドミラー１４および（または）グリッド・ジェネレータ３４の位置調整あるいは同調が最適になされない場合、通過帯域ＰＢ１、ＰＢ２およびＰＢ３のミスアライメントが発生し、外部共振器レーザ１０からの光出力強度の損失を生じさせ、および外部共振器レーザ１０のサイドモード抑制比率の減少を生じさせるであろう。電圧センサ３２がゲイン媒体１２の両端の電圧を監視することによって、そのような外部共振器の損失特性がレーザ運転中に調査または評価されることが出来る。その後、エンドミラー１４、チャネル・セレクタ３６、および（または）グリッド・エタロン３４を適切に再配置または調整する事によって、通過帯域ＰＢ１、ＰＢ２およびＰＢ３が相互に最適にアライメントされるように、監視される電圧から導出された誤差信号が、外部共振器の運転中に損失プロファイルを調節する際に、またはサーボ機構によって制御する際に使用される事が出来、これによって、正確に波長を同調し、安定性を保たせることが出来る。
【００４３】
図４Ａは、外部共振器レーザ装置５６の他の実施形態を例証する。類似の部品を表すのに、類似の参照番号が使用される。図４Ａの実施形態において、電気光学的に励起された同調素子５８が、光路２２中においてエンドミラー１４の前方に位置する。同調素子５８は、通信インタフェース６２を経由してコントローラ６０に動作可能なように接続される。コントローラ６０は、インタフェース６４を経由して電圧センサ３２に動作可能なように接続される。熱電コントローラ６６はグリッド・ジェネレータ３４に接続され、コントローラ６０は通信インタフェース６８を経由して熱電コントローラ６６に動作可能なように接続される。また、コントローラ６０は、導体２８を経由してゲイン媒体に動作可能なように接続され、導体２８は通信インタフェースとしも機能する。コントローラ６０は通信インタフェース７０を経由して駆動部材または装置４６に動作可能なように接続される。駆動部材４６は、チャネル・セレクタ３６に動作可能なように接続される。
【００４４】
図４Ａに示される電気光学同調素子５８は、周波数のディザによる信号変調を提供する。光路２２中に素子５８が存在することによって、信号変調が外部共振器レーザ５６の光路長へ導入されても良い。同調素子は、ニオブ酸リチウムあるいは電気光学液晶材料のような、屈折率が電圧によって調整可能な電気光学材料のエタロンを含んで良い。他の実施形態において、エンドミラー１４に圧電またはマイクロメカニカル同調素子を取り付けても良く、エンドミラー１４の物理的な変位によって、素子５８の移相と同じ機能を果たす。信号変調は、例えば、約２０ＫＨｚの周波数変調を含んで良い。同調素子の電気光学材料の両端の電圧調整によって、同調素子５８の有効な光学厚さが変更され、従って、外部共振器レーザ５６の外部共振器を横断する全光学経路長ｌ（ダイオード面１８とエンドミラー１４の間の距離）も変更される。従って、電気光学同調素子５８は、（ｉ）外部共振器に対する周波数変調信号またはディザ、および（ｉｉ）同調素子５８の両端に印加された電圧によって外部共振器光路長を同調または調節するメカニズム、の双方を提供する。もしくは、電気光学同調素子５８は音響光学装置、機械的装置あるいは、検知可能な周波数のディザあるいは変調信号を外部共振器の出力に導入することが出来る他の装置を備えても良い。
【００４５】
素子５８によって導入された周波数のディザにより光路長ｌを変調することによって、外部共振器からの光学フィードバックにより生じ、ゲイン媒体１２の両端で監視される電圧によって検出可能な外部共振器レーザ５６の出力強度の強度変化が生じる。レーザ共振器モードが、グリッド・ジェネレータ３４およびチャネル・セレクタ３６によって画定された通過帯域の中心波長と一致して行くにつれて、これらの強度変化の振幅とフェーズエラーが減少して行くであろう。換言すれば、通過帯域ＰＢ１、ＰＢ２およびＰＢ３が図２Ａ〜図２Ｃに示されるように最適にアライメントされていれば、変調信号における強度変化およびフェーズエラーは最小、または見かけ上ゼロである。誤差信号の判断に関して変調信号の強度変化およびフェーズエラーを使用することは、図７を参照して後に詳述される。
【００４６】
外部共振器レーザ５６の運転中に、電圧センサ３２からの電圧信号は、インタフェース６４を経由してコントローラ６０に伝達される。コントローラ６０は周波数ディザによって導入された変調から誤差信号を導出し、電気光学同調素子５８全体の屈折率および有効光路長さを変化させる事によって光路長さｌを同調または調節する電気光学同調素子にインタフェース６２経由で補償信号を伝達する。
【００４７】
更に、レーザ５６の運転中に、コントローラ６０は、インタフェース２８経由で伝達された信号に従ってゲイン媒体１２への駆動電流を制御し、また、インタフェース７０経由で伝達された信号に従って駆動部材４６によるチャネル・セレクタ３６の位置決めを制御する。更に、コントローラ６０は、熱電コントローラ６６、およびインタフェース６８経由で伝達された信号によってグリッド・エタロン３４の温度を制御しても良い。上記の運転を実行中のコントローラ６０の運転は、図５Ａを参照して後に後述される。
【００４８】
図４Ｂは、他の実施形態における外部共振器レーザ７２を示す。類似の参照番号は類似の部品を示す。外部共振器レーザ７２において、エンドミラー１４は同調アーム７４に接続され、同調アーム７４は、コントローラ７６からの命令に従ってエンドミラーを位置的に調節するために使用される。同調アーム７４は、アルミニウム、または他の金属か合金のような高い熱膨張率を有する材料で作られている。コントローラ７６は、通信インタフェース８０を経由して熱電コントローラ７８に動作可能なように接続される。熱電コントローラ７８は同調アームに接続され、同調アーム７４の温度を調節するために構成される。エンドミラー１４の位置、およびエンドミラーとダイオードの面１８によって画定される外部共振器の光路ｌの長さを制御するために、コントローラ７６からの信号による同調アーム７４の熱制御（加熱または冷却）が、本実施形態において使用される。
【００４９】
外部共振器レーザ中のエンドミラーおよび他の光学コンポーネントを位置的に調節するための熱制御された同調素子を使用する事が、２００１年３月２１日に出願された発明者アンドリュー・ダイバーによる米国特許出願番号第０９／８１４６４６号、および本願と共に出願された発明者ライス等による「外部共振器の能動的温度同調を伴うレーザ装置」という名称の米国特許出願番号第０９／９００４４３号に記載されており、これらの開示は、参照によって本願に援用される。エンドミラー１４は、ゲイン媒体１２の両端の測定電圧より導出された誤差信号に従って、様々な他の同調メカニズムによって同調または調節されても良い。例えば、エンドミラー１４は、コントローラ７６からの命令に従って、位相補償器によって同調されても良いし、ステッパーモータの運転によって機械的に位置決めされても良い。
【００５０】
外部共振器レーザ７２の運転に際し、電気光学同調素子５８は上記された方法で外部共振器の光路長ｌに周波数ディザまたは変調を導入する。周波数変調は、電圧センサ３２によって監視されるゲイン媒体１２の両端の電圧によって検知できる。また、周波数変調は、上述されたように、グリッド・ジェネレータ３４およびチャネル・セレクタ３６によって画定される通過帯域の中心波長に対するレーザ共振器モードのアラインメントを示す強度変動およびフェーズエラーを含んでいる。コントローラ７６は周波数ディザによって導入された変調から誤差信号を導出し、インタフェース８０経由で熱電コントローラ７８に補償信号を伝達し、熱電コントローラ７８は、誤差信号をヌル化するために、エンドミラー１４を位置決めして外部共振器レーザの光路長さｌを調整するために、同調アーム７４を加熱または冷却する。コントローラ７６は、インタフェース２８を経由してゲイン媒体１２への駆動電流を制御し、インタフェース７０を経由して駆動部材４６によるチャネル・セレクタ３６の位置決めを制御し、熱電コントローラとインタフェース６８を経由して伝達される信号によってグリッド・エタロン３４の温度を更に制御する。上記の運転を実行中のコントローラ７６の運転は、図５Ｂを参照して後に詳述される。
【００５１】
図４Ｃを参照して、他の実施形態における外部共振器レーザ装置８２が示される。類似の参照番号は類似の部品を示す。装置８２において、エンドミラー１４は、同調素子５８の電気光学材料上における反射コーティングとして直接成形される。従って、エンドミラー１４および同調素子５８は単一の部品へと統合される。上述されるように、電気光学同調素子５８は、外部共振器の光路長ｌに周波数ディザまたは変調を導入し、これはゲイン媒体１２の両端の電圧によって検知され、誤差信号を導出するために使用される。対応する補償信号が、コントローラ７６によってインタフェース８０経由で熱電コントローラ７８に伝達され、熱電コントローラ７８は、上述されたように、誤差信号をヌル化するべく、エンドミラー１４を位置決めして外部共振器レーザの光路長さｌを調整するために同調アーム７４を要求に応じて加熱または冷却する。他の点において、外部共振器レーザの運転は、外部共振器レーザ７２に関して上述されたものと実質的に同一である。装置８２において、同調アーム７４および熱電コントローラ７８は省略されても良く、光路長ｌの調整は、図４Ａの外部共振器レーザ装置５６に関して上述されたように、電気光学同調素子の有効光学厚さの電圧を調整することによって直接実行されても良い。
【００５２】
図５は、図４に示されたコントローラ６０、７６の機能ブロック図である。類似の参照番号は類似の部品を示す。コントローラ６０、７６のそれぞれは、同調回路８４と、導体２８を経由してゲイン媒体１２に動作可能なように接続される電流／電圧ドライバ８６と、インタフェース６８を経由して熱電コントローラ６６に動作可能なように接続されるグリッド・コントローラ８８と、インタフェース７０を経由して駆動部材４６に動作可能なように接続されるチャネル制御装置９０とを備える。電流電圧ドライバ８６は、インタフェース２８経由でゲイン媒体１２に伝達された電力を制御する。グリッド・コントローラ８８は、要求に応じてグリッド・エタロン３４を加熱または冷却するための熱電コントローラ６６を用いるグリッド・エタロン３４に対する熱制御によって、グリッド・エタロン３４の参照一貫性を維持する。チャネル・コントローラ９０は、グリッド・エタロン３４によって画定されたグリッド中の所望の透過帯域を選択するためのチャネル・セレクタ３６を位置決めまたは調整するために、駆動部材４６を制御する。同調回路８４は、信号プロセッサ９４、オプティカルローパスフィルター９６、誤差補正器９８、経路長アジャスタ１００、および変調信号発生器すなわちディザ部材１０２を更に備える。
【００５３】
変調信号発生器１０２は、選択された負荷部材（例えば同調素子５８）に周波数のディザまたは変調信号を供給し、これに対応して、レーザの外部共振器の光路ｌの変調が生じる。変調周波数と振幅は、例えば、有効結合効率を増加させるために選択されて良い。電圧センサ３２からの電圧信号は、通信線６４を経由して同調回路８４に伝達され、信号処理回路９４に送られる。信号処理回路９４は、ディザ部材１０２から基準変調信号を更に受信する。信号処理回路９４は、外部共振器の通過帯域ＰＢ１（図２および図３）、グリッド・エタロン３４の通過帯域ＰＢ２およびチャネル・セレクタ３６の通過帯域ＰＢ３のアライメントを確定する。
【００５４】
一実施形態において、ディザ部材１０２で導入された変調信号と、電圧センサ３２によって検知された電圧強度の位相関係を決定するために、信号処理は位相同期検出を使用して実行される。誤差信号は信号処理９４によって生成され、ディザ変調信号と検出された電圧強度との間の相対的な位相を示す。誤差信号はローパスフィルタ９６を経由して誤差補正器９８に導かれる。信号処理９４は本実施形態中のフェーズロックループで実施されても良い。
【００５５】
他の実施形態において、信号処理９４は、強度変化がいつ最小になるかを決定するために、電圧センサ３２からの電圧信号の強度変化および周波数を監視しても良い。通過帯域ＰＢ１、ＰＢ２およびＰＢ３のアラインメントが合った時、このような強度変化は最小になり、強度信号の周波数が増加する。周波数および強度変化を示す誤差信号は電圧センサ３２の出力から導出され、誤差補正器９８に伝達される。もしくは、信号処理９４は、ディザ部材１０２によって提供される変調周波数の選択された高調波に反応しても良い。
【００５６】
誤差補正器９８は、変調信号と強度信号の関係を最適化するために、または、変調信号と強度信号との関係を選択されたオフセットまたは値にするために、経路長アジャスタ１００によって外部共振器の光路長ｌを調節するために使用される誤差修正または補償信号を、信号処理９４によって供給される誤差信号から生成する。外部共振器モード即ち通過帯域ＰＢ１と、グリッド・ジェネレータ３４およびチャネル・セレクタ３６によって生成されたＰＢ２およびＰＢ３とのアライメントが取れている場合、図６に関して後に詳述されるように、コヒーレントなビームの光路２２における変調周波数（またはその奇数倍の倍数）の強度変化は実質的に最小化される。同時に、電圧信号の強度は変調周波数の２倍の周波数で変動する。これらの検知可能な効果のいずれか、または双方が、エンドミラー１４、グリッド・ジェネレータ３４およびチャネル・セレクタ３６の位置または相互関係に関する損失特性に関する外部共振器損失を評価し、かつ、変調信号と強度信号が最適化されるように共振器損失の特性の調整に使用可能な誤差信号を生成するのに使用可能である。
【００５７】
図５Ａは、図４Ａの外部共振器レーザ５６用のコントロール・システムを例証する。外部共振器レーザ５６において、光路長ｌは、電気光学素子５８の有効光学厚さの電圧調整によって調節される。経路長アジャスタ１００は、外部共振器通過帯域ＰＢ１の中心を、通過帯域ＰＢ２およびＰＢ３の中心に合わせるのに必要である「ＤＣ」オフセットを供給する。「ＤＣ」オフセットは、適切な「ＡＣ」補償信号を提供するためのディザ部材１０２からの変調信号と結合され、「ＡＣ」補償信号はインタフェース６２を経由して電気光学素子５８に伝達される。
【００５８】
図５Ｂは、外部共振器レーザ７２用のコントロール・システムを示す。図４Ｂに示され、また上述されたように、この例において、光路長ｌの変調は電気光学素子５８を使用して、および光路長ｌの調整はアーム７４を補償することによりエンドミラー１４の熱による位置決めによって実行される。この場合、経路長さアジャスタは補償信号をインタフェース８０を経由して熱電コントローラ７８に伝達し、これによって、熱電コントローラ７８は、外部共振器の損失プロファイルを最適化するべく、エンドミラー１４を再度位置決めするために補償アーム７４を加熱または冷却する。図３の外部共振器レーザシステム８２が図５のコントロール・システムのいずれかを利用しても良い。
【００５９】
ここで図６を参照して、外部共振器へ導入されたディザ変調信号とゲイン媒体１２の両端において検知される電圧変調との関係が、波長−相対強度のグラフとして示される。図６は、グリッド・エタロン通過帯域ＰＢ２、および外部共振器レーザ・モード１０６Ａ、１０６Ｂおよび１０６Ｃのそれぞれに対応する周波数またはディザ変調信号１０４Ａ、１０４Ｂ、および１０４Ｃを示す。周波数変調信号１０４Ａ〜１０４Ｃが、上述された様態の電気光学素子５８の電圧変調によってレーザの外部共振器に導入される。図６に示されるように、レーザ・モード１０６Ａは、通過帯域ＰＢ２の中心に対して、通過帯域ＰＢ２の短波長側に偏っており、中心から外れている。また、レーザ・モード１０６Ｂは通過帯域ＰＢ２の中心波長に対応して位置している。また、レーザ・モード１０６Ｃは通過帯域ＰＢ２に対して長波長側に位置する。レーザ・モード波長１０６Ｂは波長固定位置に対応し、外部共振器の最適の損失プロファイルを示す。レーザ・モード１０６Ａおよび１０６Ｃは通過帯域ＰＢ２に関して中心から外れており、外部共振器の損失プロファイルは最適とはならず、前述されたように、電気光学素子５８の有効光学厚さを調整するか、エンドミラー１４を位置決めするかのいずれかによって、外部共振器長さｌを調整する必要がある。
【００６０】
ディザ信号１０４Ａ、１０４Ｂおよび１０４Ｃに対する、電圧センサ３２によって検出されたゲイン媒体１２両端の電圧のそれぞれが、図６の右端にある電圧変調信号１０８Ａ、１０８Ｂおよび１０８Ｃによって示され、電圧変調信号１０８Ａ、１０８Ｂおよび１０８Ｃはレーザ・モード波長１０６Ａ、１０６Ｂおよび１０６Ｃにそれぞれ対応する。レーザ・モード１０６Ａの位置が通過帯域ＰＢ２の中心波長より短い波長に対応しているので、電圧信号１０８Ａの位相はディザ変調信号１０４Ａと同相になる。レーザ・モード１０６Ｃの位置が通過帯域ＰＢ２の中心波長より長い波長に対応しているので、電圧信号１０８Ｃの位相はディザ変調信号１０４Ｃの位相に対してずれている。
【００６１】
通過帯域ＰＢ２の傾斜に対応する各レーザ・モード波長の位置は、対応する電圧信号の振幅に影響する。従って、通過帯域ＰＢ２の比較的険しい斜面上のレーザ・モード１０６Ａの波長に対応する電圧信号１０８Ａの振幅は比較的大きいが、通過帯域ＰＢ２の比較的傾斜の緩い斜面上のレーザ・モード１０６Ｃの波長に対応する電圧信号１０８Ｃの振幅は比較的小さい。ディザ変調信号１０４Ｂの周期が通過帯域ＰＢ２の中心波長に関して対称的に生じるので、中心が合わせられたレーザ・モード１０６Ｂに対応する電圧信号１０８Ｂの変調振幅は最小である。この例において、電圧信号１０８Ｂの支配的な強度の周波数は、ディザ変調信号１０４Ｂの周波数の２倍である。
【００６２】
図６より、ゲイン媒体１２の両端の電圧として検知された変調の振幅がレーザの外部共振器に必要な補正あるいは調整の大きさを示し、電圧信号変調の位相が調整の方向を示す、と言う事が理解されよう。ディザ変調信号１０４Ａ〜１０４Ｃの振幅は、波長が固定される際に電圧信号変調の強度の変動が外部共振器レーザの特定の使用に対して許容レベルに保持されるように選択される。ディザ変調の周波数は、コヒーレンス制御を提供出来る程度には充分高いが、送信の際に外部共振器レーザによって提供される搬送波信号に変調された情報に対する干渉を防止する程度には充分低くなるように選定される。
【００６３】
本発明は、外部共振器レーザ中の複数の損失部材に関する損失特性を評価し調節するために使用されてもよい。図７は外部共振器レーザ装置１１０を示す。類似の参照番号は類似の部品を示す。装置１１０において、別々の周波数変調またはディザ部材がいくつかの損失部材のそれぞれと共に用いられる。従って、ディザ部材１１２がグリッド・エタロン３４に接続され、ディザ部材１１４がチャネル・セレクタ３６に接続され、そして、ディザ部材１１６がエンドミラー１４に接続される。例えば、ディザ部材１１２、１１４、１１６のそれぞれは、グリッド・エタロン３４のチルト、チャネル・セレクタ３６の交差位置およびエンドミラー１４の軸の位置へ周波数変調信号を導入し得る従来の機械式、圧電式、あるいは電気光学式、音響光学式のオシレータ、あるいは同様のオシレータ装置を備えていて良い。ディザ部材１１２、１１４および１１６のそれぞれは、通信インタフェース１１７、１１８および１２０によってコントローラ７６に動作可能なように接続される。外部共振器レーザ１１０内の、または外部共振器レーザ装置１１０に関する追加の損失部材（図示されない）に関して、追加のディザ部材が使用されても良い。
【００６４】
ディザ部材１１６によってエンドミラー１４へ変調信号を導入する事によって、上記された図４における電気光学素子５８によって提供されるのと同じ方法で、エンドミラーおよび出力面１８によって画定された外部共振器の光路長ｌを直接変調する。上述されるように、これによって、電圧センサ３２によって検知し得、熱電コントローラ７８による補償アーム７４の加熱または冷却によるエンドミラー１４の位置決めによって外部共振器の光路長ｌを調節するために用いられ得る、ゲイン媒体１２の両端の電圧が変調される。
【００６５】
周波数ディザ１１２によるグリッド・エタロン３４への変調信号の導入によって、グリッド・エタロン３４の面３８および４０間の光路長ｄ_ＧＥが変調される。グリッド・エタロン３４を変調する時、エンドミラー１４は、後述されるような場合を除いて、部材１１６によって変調されない。グリッド・エタロン３４内の光路長の変調により、グリッド・エタロン３４の送信通過帯域が変調される。グリッド・エタロン３４のＦＳＲはレーザ共振器モードのＦＳＲより広いので、所定の光路長の変調によって、レーザ・モードの波長の変調を生成するための共振器長さの同様の光路長変調よりも大きな対応する変調が、エタロン透過モードの波長において生成される。
【００６６】
このグリッド・エタロン３４の変調は、レーザ周波数が見かけ上固定されてグリッド・エタロン通過帯域が変調されるという事を除けば、図６に記載された方法と同様の方法を用いて共振器長さをサーボ機構で固定するために利用可能である。エタロン通過帯域の振動はゲイン媒体１２へのフィードバックを変調し、これによって、電圧センサ３２によって検知されたゲイン媒体１２の両端の電圧が変調される。コントローラ７６によって導出されたゲイン媒体１２の両端の電圧の変調に基づく誤差信号は、上述された方法で共振器長さを調節するために使用することが出来る。
【００６７】
グリッド・エタロン３４の光路長の変調によって、レーザ１１０の共振器長さがさらに変調され、これにより、小さな波長変調を生成する。いくつかの実施例では、レーザ信号の波長変調がほとんど無いか全く無い事が望ましい。波長変調を相殺するために、ディザ部材１１６は、ディザ部材１１２と逆位相で、最小の全共振器長さ変調および最小のレーザ波長変調を達成するのに適切な振幅によってエンドミラー１４を駆動するのに用いられて良い。
【００６８】
チャネル・セレクタ３６に変調信号を供給することによって、チャネル・セレクタ３６の面４２、４４間の光路長ｄ_ＧＳが変調される。チャネル・セレクタ３６を貫通する伝達を変調する事によって、レーザ・ゲイン媒体１２へのフィードバックが変調され、これによって、センサ３２によって検知されるゲイン媒体１２の両端の電圧が変調される。前述したように、レーザ波長が見かけ上固定されて通過帯域が変調されるという事を除けば、図６に記載された方法と同様の方法を用いて、誤差信号が検出された電圧変調から導出される。この誤差信号はコントローラ７６による補償信号を生成するために使用され、この補償信号は、チャネル・セレクタ３６を駆動部材４６を用いて上記された方法で位置的に調節するために使用される。
【００６９】
一実施形態において、図７の損失部材３４、３６のそれぞれに関しての変調信号の使用は連続して実行されても良い。この状況で、コントローラ７６は、グリッド・ジェネレータ３４およびチャネル・セレクタ３６を連続的にディザリングする。グリッド・エタロン３４がディザリングされる際、ゲイン媒体の両端の電圧変調が測定され、生じた誤差信号は共振器長さを調節するために使用される。チャネル・セレクタ３６がディザリングされる際、ゲイン媒体１２の両端で検知された電圧変調は、チャネル・セレクタ３６の位置を光路２２を移動するビームに対して変えることによって光路長ｄ_ＧＳを調節するために使用される。運転中に各損失部材の最適な損失特性および外部共振器レーザ１１０の最適な損失プロファイルを保証するために、上記の運転は、レーザ運転中に連続的に繰り返されて良い。
【００７０】
別の実施形態では、ディザ変調は、ディザ部材１１２、１１４によってグリッド・エタロン３４およびチャネル・セレクタ３６のそれぞれに同時に導入されても良い。部材１１２、１１４、１１６によって提供されるディザ変調は、それぞれ別々でかつ相互に干渉しない周波数によって行われる。従って、損失要素３４、３６のそれぞれの周波数変調により、ゲイン媒体１２の両端の電圧が、別々でかつ干渉しない周波数によって同時に変調され、これらは電圧センサ３２によって同時に検知できる。この配置により、ゲイン媒体１２の両端における、別々でかつ干渉しない周波数による変調によって導出される誤差信号に従って光路長ｄ_ＧＥおよび光路長ｄ_ＧＳを同時にインシトゥー調整する事を可能にする。
【００７１】
繰り返すが、グリッド・エタロン３４、チャネル・セレクタ３６およびエンドミラー１４は、ゲイン媒体１２の両端で検知された電圧変調によって調整可能な損失特性を持ち得る外部共振器レーザ中に存在し得る損失部材のうちの幾つかを代表するものに過ぎない、と言う事に注目されるべきである。レンズ２０、エンドミラー１４のチルト、または他の光学要素（図示されない）に関する損失が、本発明におけるゲイン媒体の両端の電圧変調を使用して調節することが出来る損失特性を有するであろう。
【００７２】
図８は損失部材１２２を示し、損失部材１２２は複数のディザ部材１２４、１２６、１２８と接続され、複数のディザ部材１２４、１２６、１２８は、損失部材１２２の複数の位置的な自由度へのディザ変調の導入を可能にするような構成になっている。損失部材１２２は、例えば、レーザの製造時にアライメントを固定するために用いられるか、もしくは運転時のためのエンドミラーとして用いられるレーザ・エンドミラーであって良い。複数の位置的な自由度のそれぞれはディザ部材１２４、１２６、１２８によって導入される周波数変調を有しても良く、位置的な自由度のそれぞれは、ゲイン媒体の両端で検知される電圧変調により導出される誤差信号によって調整可能である。ディザ部材は圧電素子部材、マイクロメカニカル部材、あるいは他の位置決め用アクチュエーターであって良い。損失部材１２２の位置的な自由度が、δｚ（ｚ軸に沿った並進運動）、θｘ（ｘ軸のまわりの回転）およびθｙ（ｙ軸のまわりの回転）によって図示される。これらの位置的な自由度のそれぞれは、損失部材１２２の損失特性に影響し、上述された方法で監視される電圧変調に従って、損失部材１２２のδｚ、θｘおよびθｙを調節するために構成される並進・回転調整部材１２４、１２６、１２８によって調節することができる。
【００７３】
損失部材１２２の位置的な自由度それぞれのディザリングおよび調整は、上述されるように、連続して実行されても良いし、または別々でかつ干渉しない周波数変調を用いて同時に実行されても良い。複数の損失部材１２２がレーザ共振器（図示されない）の中に存在する中で、各損失部材１２２の個々の位置的な自由度のディザリングは、同時にあるいは連続して実行されて良い。
【００７４】
次に、図９は、本発明における、損失を評価し修正するためのゲイン領域の両端の電圧の監視を用いる、固体レーザ装置１３０を示す。レーザ１３０は、ゲイン領域１３２、位相制御領域１３４、およびブラッグ格子または反射器領域１３６を備える、単一チップに統合された分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）装置として構成され、図示されている。レーザ１３０は、レーザ共振器を画定する面１３８，１４０を備える。ゲイン領域１３２が第１電流源Ｉ_ｌに動作可能なように接続され、位相制御領域１３４が第２電流源Ｉ_２に動作可能なように接続され、ブラッグ反射器１３６は第３電流源Ｉ_３に動作可能なように接続される。運転中、ゲイン領域１３２は、電流源Ｉ_１より駆動電流によってポンピングされる。共振器の往復光路長を調節するために、位相制御領域１３４は電流源Ｉ_２からの電流によって制御される。ブラッグ反射器１３６は同調素子かチャネル・セレクタとして機能し、有効な格子ピッチを変更するために、電流源からの電流Ｉ_３を選択的に印加することによって調節される。レーザ１３０は、面１４０から光出力を伝達するために構成される。この種のＤＢＲレーザの製造および運転は公知技術である。パワースプリッタおよび追加の位相制御領域およびブラッグ反射器領域（図示されない）が、バーニヤの効果による同調レンジの向上のために組込まれても良い。これらの付加物、また、他の追加の損失要素は、図９に示された損失要素のために本願に記載された方法と同様の方法で制御されて良い。
【００７５】
ＤＦＢレーザ１３０のブラッグ反射器領域１３６は、面１３８、１４０によって画定されたレーザ共振器に関する損失部材である。この点において、ＤＦＢレーザ１３０は上記された外部共振器レーザに類似しているが、共振器内損失部材が固体レーザの一体化された部分として存在する。分布ブラッグ反射器は、ゲイン領域１３２へ波長的に選択的なフィードバックを供給する。電流源Ｉ_３の直流レベルに加えられた小さい交流電流変調が、波長フィルタ部材１３６の通過帯域を変調する。この通過帯域変調は、ゲイン領域１３２へのフィードバックを変調し、センサ１４２上に電圧変調を生じさせる。この電圧変調は、電流源Ｉ_３の直流レベルを調節するために、制御要素（図示されない）によって使用される。
【００７６】
Ｉ_３に加えられた交流変調によって、レーザ出力の波長変調として現われる共振器長さの小さな変調が生成され得、これは、同振幅で反位相の経路長変調を生成するために、電流源Ｉ_２に補償電流変調を加える事によって相殺され得る。電流源Ｉ_１およびＩ_２の直流レベルは、それぞれモニタフォトダイオードおよび波長ロッカー（図示されない）からの信号にそれぞれ基づき、制御要素（図示されない）を使用して設定されて良い。制御要素は、さらに電流源Ｉ_Ｓに加えられた印加電圧の周波数において波長ロッカー上の信号を監視し、および、レーザの波長変調を補償するために電流源Ｉ_３に印加される交流信号の振幅と位相を設定するために利用可能な誤差信号を計算しても良い。
【００７７】
本発明の使用に際し、例えば、損失部材の変調が、連続的に除去する方法が存在しない不必要な波長あるいは振幅変調のような、望まれない副作用を引き起こす、と言うような状況が発生し得る。こう言った状況下において、損失部材のディザはショート・バーストによって実施することができる。誤差信号はこれらのバースト中にコントローラによって生成される。バーストは、データが送信されない期間のような他のシステム・イベントと更に同期されても良い。
【００７８】
本発明の方法は、図７、図９および図１０を参照する事によってより完全に理解されるであろう。図１０のフローチャートは、本発明におけるレーザの運転中に生じる様々なイベントを例証する。イベント２００Ａにおいて、第１損失部材Ａがディザリングまたは周波数変調される。損失部材Ａは例えば、例えば、図７にで示されるようなエンド反射器１４、チャネル・セレクタ３６、グリッド・エタロン３４、または、図９に示されるような位相制御領域１３４またはブラッグ反射器１３６、または他の共振器内損失部材を含んで良い。イベント２００Ａにおける部材Ａのディザリングは、損失部材Ａのδｚ（ｚ軸に沿った並進運動）、θｘ（Ｘ軸のまわりの回転）、およびθｙ（ｙ軸のまわりの回転）のそれぞれの位置的な自由度における個別のディザリングを含んで良く、図８に示したように、また前述されたように同時に実施されてもよいし、連続的に実施されても良い。
【００７９】
損失部材Ａがディザリングされる際、ゲイン媒体または領域の両端の電圧はゲイン媒体に位置する電圧センサによってイベント２１０Ａにおいて監視される。上述されたように、損失部材Ａに導入されたディザまたは周波数変調は、ゲイン媒体の両端の電圧変調として検知できる。図６に示されたように、また前述されたように、電圧変調の振幅および位相は、損失部材Ａの損失特性を示している。イベント２２０Ａにおいて、イベント２１０Ａにおいて監視される電圧から誤差信号を生成または導出するための信号処理が実行される。図５に示されたように、また前述されたように、信号処理は、コントローラ６０あるいは７２中の信号処理部材９４によって、フーリエ変換によって実行されて良い。誤差信号は、レーザ・ゲイン媒体の両端で検知された電圧変調の振幅および（または）位相による損失部材Ａの損失特性を反映し、損失部材Ａの全ての必要とされる修正的調整を示す。
【００８０】
イベント２３０Ａにおいて、損失特性が損失部材Ａに関して検知されているかどうかについての判断がなされる。損失部材の損失特性の判断は、上記されたように、レーザ・ゲイン媒体の両端で検知された電圧変調の振幅および（または）位相によってなされる。検知された電圧変調が最適の振幅および（または）位相特性を示す場合、損失は検知されず、イベント２００Ａ〜２３０Ａが繰り返されて良い。検知された電圧変調が最適でない振幅および（または）位相特性を示す場合、イベント２４０Ａが実行される。換言すると、イベント２３０Ａはイベント２４０Ａのために誤差信号を供給し、損失部材の閉ループ制御ループを完成させる。
【００８１】
イベント２４０Ａにおいて、部材Ａに関する損失の存在を示す誤差信号を０にする、すなわちヌル化するために、損失部材Ａに対して調整がなされる。調整の性質は、損失部材および損失特性の種類に依存して変わるであろう。この調整は、例えば、１以上の位置的な自由度に沿った損失部材Ａの並進および（または）回転操作を含んで良い。もしくは、この調整は、損失部材に対する温度または電圧調整を含んで良い。損失部材Ａが例えば図７に示されるようなエンド反射器１４である場合、イベント２４０Ａの中の調整は、上述された方法で補償要素７４を加熱または冷却する事によって反射器１４を熱的に位置調整する事を含んで良い。いくつかの実施形態において、損失部材のディザリングおよび調整が同一のアクチュエーターによって提供され、他の実施形態においては、損失部材のディザリングおよび調整は別々のアクチュエーターによって提供されても良い。
【００８２】
イベント２００Ｂにおいて、ディザリングまたは周波数変調が他の損失部材Ｂに適用される。イベント２００Ｂがイベント２４０Ａの後に生じても良いし、あるいは上記されたイベント２００Ａ〜２４０Ａと同時に生じても良い。再び、損失部材Ｂは、レーザ共振器に関する任意の損失部材を含んで良い。また、イベント２００Ｂにおける部材Ｂのディザリングは、位置的な自由度δｚ、θｘおよびθｙのそれぞれの同時または連続的なディザリングであって良い。
【００８３】
上記されるように、損失部材Ｂがディザリングされる際、ゲイン媒体または領域の両端の電圧は、レーザ・ゲイン媒体に位置する電圧センサによってイベント２１０Ｂにおいて監視される。損失部材Ｂに導入されたディザまたは周波数変調はゲイン媒体の両端の電圧変調として出現し、変調の振幅および位相特性が、損失部材Ｂの損失特性を示す。
【００８４】
イベント２２０Ｂにおいて、イベント２１０Ｂにおいて監視される電圧から誤差信号を生成または導出するための信号処理が実行される。部材Ｂが、部材Ａと同時に、しかし別々の周波数で変調されている場合、別々の周波数のフーリエ変換によって別々の誤差信号が提供されるであろう。誤差信号は、損失部材Ｂの損失特性を示し、損失部材Ｂの全ての必要とされる修正的調整を示す。
【００８５】
イベント２３０Ｂにおいて、レーザ・ゲイン媒体の両端で検知された電圧変調の振幅および（または）位相によって損失部材Ｂの損失が検知されるかどうかに関してクエリーまたは判断がなされる。損失が検知されない場合、イベント２００Ａ〜２３０Ａが繰り返されて良い。また、損失が検知された場合、イベント２４０Ｂが実行され、部材Ｂに関する損失の存在を示す誤差信号を０にする、すなわちヌル化するために、損失部材Ｂに対して調整がなされる。イベント２００Ｂ〜２４０Ｂは、イベント２００Ａ〜２４０Ａと同時に生じてもよいし、または、イベント２４０Ａに続いて生じても良い。上述したように、損失部材ＡおよびＢに関して別々のディザ周波数を使用することによって、別々の周波数変調に関して振幅と位相の変化を同時に監視する事が可能となり、また損失特性の評価および損失部材の調整を同時に行う事が可能となる。
【００８６】
イベント２００ｎ〜２４０ｎは、上述されたイベント２００Ａ〜２４０Ａおよび２００Ｂ〜２４０Ｂとほぼ同一であるが、レーザ共振器に関するｎ番目の損失部材のために実行される。再び、上記されたように、イベント２００ｎ〜２４０ｎは、各損失部材Ａ、Ｂ、…ｎに対して相互に干渉しないないディザ周波数を使用する事によりイベント２００Ａ〜２４０Ａおよび２００Ｂ〜２４０Ｂと同時に実行されても良く、もしくは、連続的に実行されても良い、と言う事が注目される。ディザ部材Ａ、Ｂ、…ｎに関する様々なイベントが、同時ディザリングと連続的ディザリングの混合で実行されても良い。部材の同時ディザリングが、制限のあるタイム・スライス中の「バースト」中に生じても良いし、他のイベントと連続的に並べられても良い。
【００８７】
本発明は特定の実施例に関して記載された一方、本発明の真の精神と範囲から逸脱することなく、さまざまな修正がなされ得、均等物によって置換され得る事が当業者によって理解されるべきである。加えて、特定の状況、材料、組成物、プロセス、工程段階を、本発明の目的、精神および範囲に適応させるために、多くの変更が成され得る。この種の変更の全てが、添付の特許請求の範囲の範囲内であることが意図されている。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】外部共振器内の選択された損失部材に関する損失を調査するためのゲイン媒体両端の電圧の監視を例証する外部共振器レーザ装置の概略図である。
【図２】波長グリッド中の選択されたチャネルに関してのチャネル・セレクタ、グリッド・エタロンおよび外部共振器に関する、図１に示される外部共振器レーザの通過帯域特性を例証するグラフである。
【図３】波長グリッド中の複数のチャネルに関する、図１に示される外部共振器レーザの同調に対するゲインを例証するグラフである。
【図４Ａ】エンドミラーの位置決めに関する光学損失を評価し、ゲイン媒体の両端で監視される電圧から導出された誤差信号に従ってこのような損失を補償するために、ゲイン媒体の両端の電圧の監視が用いられる外部共振器レーザ装置の概略図である。
【図４Ｂ】他の実施形態の外部共振器レーザ装置の概略図である。
【図４Ｃ】他の実施形態の外部共振器レーザ装置の概略図である。
【図５Ａ】図４に示された外部共振器レーザ用のコントロール・システムの機能ブロック図である。
【図５Ｂ】図４に示された外部共振器レーザ用のコントロール・システムの機能ブロック図である。
【図６】損失部材の周波数ディザから導出された誤差信号を例証するグラフである。
【図７】損失特性がゲイン媒体の両端の電圧変調として検知され、複数の損失部材へ周波数変調を導入するために複数のディザ部材を使用する外部共振器レーザ装置の概略図である。
【図８】損失部材の複数の位置的な自由度に関して複数のディザ部材を使用する概要を例示する概略図である。
【図９】共振器の損失を評価するために使用されるゲイン媒体の両端の電圧を監視する、分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）レーザ装置を例証する概略図である。
【図１０】外部共振器レーザの運転方法を例証するフローチャートである。

Claims (30)

1. 半導体ゲイン領域を備えるレーザを操作する方法であって、
   前記ゲイン領域の両端の電圧を監視するステップと、
   前記ゲイン媒体の両端で監視される前記電圧に従って、共振器の損失を確定するステップと、
   を備える方法。
2. 前記ゲイン媒体の両端で監視される前記電圧に従って、前記レーザに関する損失特性を調節するステップを更に備える、請求項１に記載の方法。
3. 前記損失特性を調節するステップが、前記レーザに関する損失部材を調節するステップを備える、請求項２に記載の方法。
4. 前記損失特性を調節するステップが、前記共振器内の前記損失部材を位置的に調節するステップを備える、請求項３に記載の方法。
5. 内部をビームが貫通するレーザ共振器のパフォーマンスを制御する方法であって、
   （ａ）前記ビームを放射するゲイン媒体の両端の電圧を監視するステップと、
   （ｂ）前記ゲイン媒体の両端で監視される前記電圧に従って、前記共振器に関する光損失を確定するステップと、
   を備える、方法。
6. 前記ゲイン媒体の両端で監視される前記電圧に従って、前記共振器の損失特性を調節するステップを更に備える、請求項５に記載の方法。
7. 前記損失特性を調節するステップが、前記共振器の損失部材を調節するステップを備える、請求項６に記載の方法。
8. 前記損失部材を調節するステップが、
   （ａ）前記損失部材に周波数変調を導入するステップと、
   （ｂ）前記ゲイン媒体の両端で監視される前記電圧から、誤差信号を導出するステップと
   を備え、
   前記誤差信号が前記周波数変調の伝搬特性を示す、
   請求項７に記載の方法。
9. 前記損失特性を調節するステップが、前記誤差信号に従って前記損失部材を位置的に調節するステップを備える、請求項７に記載の方法。
10. 前記損失部材がエンドミラーを備える、請求項７に記載の方法。
11. 前記損失部材を調節するステップが、
    （ａ）前記損失部材の複数の位置的な自由度に周波数変調を導入するステップと、
    （ｂ）前記ゲイン媒体の両端で監視される前記電圧から誤差信号を導出するステップと、
    （ｃ）前記損失部材の前記複数の位置的な自由度のそれぞれを調節するステップと、
    を備え、
    前記誤差信号が、前記損失部材の前記複数の位置的な自由度のそれぞれへの前記周波数変調の伝搬特性を示す、
    請求項７に記載の方法。
12. 前記損失部材の前記複数の位置的な自由度のそれぞれを調節するステップが、連続して実行される、請求項１１に記載の方法。
13. 別々の周波数の変調が、前記損失部材の前記複数の位置的な自由度のそれぞれに同時に導入され、
    前記損失部材の前記複数の位置的な自由度のそれぞれを調節するステップが、同時に実行される、請求項１２に記載の方法。
14. 前記ゲイン媒体の両端で監視される前記電圧に従って、前記共振器に関する複数の損失部材を調節するステップを更に備える、請求項１１に記載の方法。
15. 前記複数の損失部材を調整するステップが、連続して実行される、請求項１４に記載の方法。
16. 前記複数の損失部材を調整するステップが、同時に実行される、請求項１４に記載の方法。
17. 前記損失部材を調節するステップが、
    （ａ）前記損失部材のそれぞれに連続して周波数変調を導入するステップと、
    （ｂ）前記監視される電圧から誤差信号を導出するステップと
    を備え、
    前記誤差信号が、前記周波数変調のそれぞれの伝搬特性を示す、
    請求項１５に記載の方法。
18. 前記損失部材を調節するステップが、
    （ａ）前記損失部材のそれぞれに同時に別々の周波数変調を導入するステップと、
    （ｂ）前記監視される電圧から誤差信号を導出するステップと
    を備え、
    前記誤差信号が前記周波数変調のそれぞれの伝搬特性を示す、
    請求項１５に記載の方法。
19. 前記損失部材に前記周波数変調を導入するステップが、周期的なバースト中に実行される、請求項８に記載の方法。
20. 前記損失部材の前記複数の位置的な自由度に前記周波数変調を導入するステップが、周期的なバースト中に実行される、請求項１１に記載の方法。
21. レーザ装置であって、
    （ａ）光路に沿ってコヒーレントなビームを放射するゲイン媒体と、
    （ｂ）前記光路中に位置し、レーザ共振器を画定する反射器と、
    （ｃ）前記ゲイン媒体に動作可能なように接続され、前記ゲイン媒体の両端の電圧を検出するように構成される電圧センサと
    を備え、
    前記ゲイン媒体の両端で監視される前記電圧が、前記共振器に関する光損失を示す、
    装置。
22. 前記電圧センサと、前記共振器の前記光路中に位置する損失部材とに動作可能なように接続されるコントロール・システムを更に備え、
    前記コントロール・システムが、前記ゲイン媒体の両端で監視される前記電圧に従って前記損失部材を調節するように構成される、
    請求項２１に記載の装置。
23. 前記損失部材に動作可能なように接続され、前記損失部材に周波数ディザを導入するために構成されるディザ部材を更に備え、
    前記周波数ディザが、前記ゲイン媒体の両端で監視される前記電圧によって検知可能である、
    請求項２１に記載の装置。
24. 前記損失部材が、前記反射器を備える、請求項２１に記載の装置。
25. 複数のディザ部材を更に備え、
    前記ディザ部材のそれぞれが、前記の損失部材の対応する位置的な自由度に動作可能なように接続され、
    前記ディザ部材のそれぞれが、前記ゲイン媒体の両端で監視される前記電圧によって検知可能な周波数ディザを生成する、
    請求項２１に記載の装置。
26. （ａ）前記共振器の前記光路中に位置する複数の損失部材と、
    （ｂ）前記電圧センサおよび各損失部材に動作可能なように接続されるコントロール・システムと、
    を更に備え、
    前記コントロール・システムが、前記ゲイン媒体の両端で監視される前記電圧に従って前記損失部材のそれぞれを調節するように構成される、
    請求項２１に記載の装置。
27. 複数のディザ部材を更に備え、
    前記ディザ部材のそれぞれが、前記損失部材の対応する１つに動作可能なように接続され、前記損失部材のそれぞれに周波数ディザを導入するように構成され、
    前記損失部材のそれぞれの前記周波数ディザが、前記ゲイン媒体の両端で監視される前記電圧によって検知可能である、
    請求項２６に記載の装置。
28. レーザ装置であって、
    （ａ）レーザ共振器を横切ってコヒーレントなビームを放射するためのレーザ・ゲイン媒体手段と、
    （ｂ）前記レーザ共振器と関連して配置され、損失特性を生成するための損失手段と、
    （ｃ）前記ゲイン媒体手段の両端の電圧を監視するための手段と、
    （ｄ）前記ゲイン媒体手段の両端で監視された電圧に従って前記損失特性を確定するための手段と
    を備える、レーザ装置。
29. 前記ゲイン媒体の両端で監視される前記電圧から導出される誤差信号に従って前記損失部材を調節するための手段を更に備える、請求項２８に記載のレーザ装置。
30. 前記損失部材に周波数変調を導入するためのディザリング手段を更に備える、請求項２６に記載のレーザ装置。

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