JP2006520100A - エタロン製造並びに位置調整方法 - Google Patents

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Abstract

エタロン透過スペクトル内のピークとＩＴＵグリッドの様な周期的ロック周波数グリッドとの間の位置調整を最適化するための方法が開示されている。この方法は、エタロン透過スペクトル内に好適な周期性を生成し、同時に、予め定められた端数干渉次数ｃを具備した適切なエタロン透過ピークを、周期的ロック周波数グリッド内の予め定められた周波数に調整させる、有効エタロン厚さ（d.cose）に対する値を決定し、実施することを含む。オプションとして、この方法は端数干渉次数Ｅの値を反復法で調整することを含む。本発明は、本発明に基づいて製造されたエタロンを含む波長ロッカの製造方法に拡張される。

Description

本発明は波長または周波数ロック用途に好適な種類のエタロン製造並びに位置調整方法に関する。
本発明は主として、調整可能レーザと組み合わされた、ＷＤＭ（波長分割マルチプレクス）またはＤＷＤＭ（高密度波長分割マルチプレクス）応用分野で波長ロッカ（locker）として使用されるエタロンに適用される。その様なエタロンは典型的に固体エタロンである。レーザは、主として１５５０ｎｍの周りのいわゆるＩＴＵグリッド（これは国際電気通信連合の工業規格仕様に基づく）に基づき等間隔に分離された周波数の個別の組で放射するように意図されている。
ＩＴＵグリッドは異なる周波数グリッドの組である。各々のグリッドは特定周波数範囲に渡って等間隔で分離された周波数を有し、隣接する周波数の組の間隔は下記の内の１つである：
２００ＧＨｚ ・旧技術
１００ＧＨｚ ・現在一般的に使用
５０ＧＨｚ ・現在設定中
２５ＧＨｚ ・現在開発中
１２．５ＧＨｚ ・将来開発
本明細書の中で「ＩＴＵグリッド」という用語は、この標準仕様で定義されたこれらの特定周波数グリッドのいずれか１つを参照するように使用されている。
本出願で使用されているエタロンは、現在それらの自由スペクトル範囲（ＦＳＲ）に基づき製造されかつ指定されている。これはエタロンの厚さおよび材料物性、特に屈折率により決定される。これは明示的に次の式で与えられる。
Figure 2006520100

此処でＦＳＲは周波数の項でエタロン自由スペクトル範囲、ｃは光速、ｎはエタロン材質の屈折率、そしてｄは厚さである。角度θはエタロン内部でのエタロン表面の法線に対する光の伝搬角である。
伝統的にＦＳＲがエタロンの透過スペクトルの特性を周波数の関数として定めるために使用されている。理想的に、一定の屈折率を備えたエタロンに対して、これは等間隔のピークと谷を具備した周期関数で構成される。
実際には屈折率（ｎ）は僅かに波長に依存し（nνと書かれ、波長分散と呼ばれる）、その結果式（１）に基づくＦＳＲは波長依存性を有する。これは次にエタロン透過スペクトルのピークの間の距離に変動をもたらす。従って波長ロッカとして用いられるエタロンは、真に等しい間隔を有するＩＴＵグリッドから幾らかずれたロック周波数を有するはずである。（Ｄ）ＷＤＭ用途では、従ってこれは一覧表形式の、実際のＩＴＵ周波数に依存する誤差信号を、（Ｄ）ＷＤＭレーザ周波数を調整するために使用されるエタロン回路のフィードバック信号に加えることで補正されなければならない。フィードバック電子回路の電圧変動は制限されているので、これが明確にフィードバック電子回路の動作可能なＩＴＵ周波数の範囲を制限し、またフィードバック・ループの安定性を制限する。
エタロンはレーザ周波数を測定するために使用され、それを電子回路フィードバック・ループを介して間接的にのみ制御する。通常のやり方では、エタロンはレーザからの二次ビームの経路、部分反射器により一次ビームから分割された一部分、またはレーザ終端部から漏れた部分、内に配置される。この二次ビームの強度は一定となるように（何らかのその他のフィードバック・システムにより）制御されており、これによりエタロンを通して送信される強度が入射レーザ周波数の関数としてエタロン伝送に依存するようにしている。
多くの事例において、エタロン透過の最大値はＩＴＵ（またはその他の）周波数の１つ、−この点で波長ドリフトによる強度変動が非常に小さい（一次微分が０）−に設定されるのでは無く、意図している周波数がピークの肩部分と一致するように設定される。別の事例ではエタロン・ピーク透過の最大値がＩＴＵ（またはその他の）周波数の１つに設定されている。例えばファイバー・システム・ヨーロッパ（FibreSystems Europe）、２００２年４月号、３１ページ、ファイバースペース社（カリフォルニア州９１３６７、ウッドランド・ヒルズ、アーウィン・ストリート２１２１０番地:21210 Erwin Street, Woodland Hills, California 91367）で製造されるグリッドロッカ調整可能レーザで用いられる、光学的位相ロック・ループ技術の中に見られ、エタロンの透過スペクトルの最大値がレーザ周波数をＩＴＵ（またはその他の）周波数にロックするために使用されている。
更に別の構成ではエタロンが（（Ｄ）ＷＤＭ）レーザのキャビティの内側に配置されており、これにより透過スペクトル内の最大値に対応する周波数でレーザ共振を可能としている。これは次の事実により達成される、すなわちレーザキャビティ内にその反射面の法線を入力レーザビーム軸に対してゼロで無い傾きを持って配置されているエタロンは、その周波数がエタロンの透過最大値に対応しないキャビティの発振モードに対して過剰な損失を被り、従ってエタロンの透過曲線内の最大値に相当する周波数以外でのレーザ発振を不可能とする。ＩＴＵ（またはその他の）周波数に対してロックするアプリケーションでは、エタロンはＩＴＵ（またはその他の）周波数に対応する透過スペクトルの最大値に一致するように製造される。
エタロンに関して広範な設計基準が存在しており、これらは分散、温度係数および安定性、サイズ（コンパクト性）、製造の容易さ、コストおよび耐久性を含む。空気間隙エタロンに比較して、固体エタロンは一般的にコンパクト性、製造の容易さおよび耐久性を提供し、一方固体ダイアモンド・エタロンは更なるコンパクト性、温度安定性およびその他の利点を提供する可能性がある。
特定用途向けエタロンの設計は、分散の影響により実質的に複雑なものとなるが、それを無視すれば簡単な分析的アプローチが可能である。分散、特に非線形分散はエタロンの実現可能な性能の最大の制約と考えられており、高い性能に対する要求は一般的に、アプリケーションの周波数範囲に渡って全てのロック点での最大誤差を最少とし、電子式フィードバック回路内で必要とされるスパンを最少とすることである。
従来技術においてエタロンを設計する方法は、エタロンの厚さと、従ってそのＦＳＲを対象としている周波数の範囲に対していくつかの平均中心値とを選択することである。次にこれを実現する最終調整が、エタロンを角度φだけ０°（すなわち入力ビームに対する法線）から回転させるか、または典型的に数度である他の別の初期設計角度回転させることで、レーザ、エタロンおよび電子回路を含む実際のオプトエレクトロニクスパッケージの中で実施され、透過ピークのロック周波数（肩部上）がＩＴＵ周波数と一致するようになされる。調整可能レーザに関してそのレーザが調整される帯域の中央にロック周波数が通常選択される。エタロンの回転調整は典型的に１／１０度の精度であり、一度調整されると、エタロンは半田またはエポキシでその場所に固定されパッケージは密封される。φはエタロン光の表面に入射しそこから退出する角度のエタロン本体外部媒体（空気）中の入射光の法線からの差を表すことに注意されたい。固体エタロン表面での屈折のため、エタロン本体内部の等価角θは一般的に小さく、小さな角度に対してこれらの２つの間の比は固定値でありエタロン材質に依存する。特に、石英ガラスに関して比率φ／θは約１．４であり、一方ダイアモンドでは約２．４である。
エタロン設計に際して先に概要を示した手法に関する問題は、調整可能レーザがロックされるべきＩＴＵ周波数の範囲に渡って周波数誤差を必ずしも最小化しないことである。本発明の１つの目的はエタロンの改善された製造並びに調整方法を提供することである。
本発明の第１の特徴によれば、特定周波数範囲に渡ってエタロン透過スペクトル内の複数のピークと周期的ロック周波数グリッドとの間の調整を最適化する方法が提供されており、エタロン透過スペクトル内に好適な周期性を生成すると同時に、周期的ロック周波数グリッド内の予め定められた周波数に対して、エタロン位相差δ=2π(m+ε)の干渉次数の整数部ｍと、予め定められた干渉次数の端数εとで定められた適切なエタロン透過ピークを調整する有効エタロン厚さ（d.cosθ）を決定し導入することを含む。
本発明の第２の特徴によれば、特定周波数範囲に渡ってエタロン透過スペクトル内の複数のピークと周期的ロック周波数グリッドとの間の調整を最適化する方法が提供されており、エタロン透過スペクトル内に好適な周期性を共に生成する有効エタロン厚さ（d.cosθ）と端数干渉次数εの値を決定して導入し、周期的ロック周波数内の予め定められた周波数に対して、エタロン位相差δ=2π(m+ε)の干渉次数の整数部ｍと、詳細な干渉次数の端数εとで定められた適切なエタロン透過ピークを調整することを含む。
いずれの場合も、周期的ロック周波数グリッドとエタロン透過ピークの間の、意図された端数干渉次数εからの誤差は選択された最適化技法に基づき、特定の周波数範囲に渡って好適に最少とされる。
例えば最適化技法は、下記のいずれか一つである：
ａ．特定周波数範囲に渡る任意の周波数で観測される、意図された端数干渉次数εからの最大誤差を最小とする；
ｂ．特定周波数範囲に渡って、意図された端数干渉次数εからの絶対誤差の合計を最小とする；
ｃ．特定周波数範囲に渡って、意図された端数干渉次数εからの誤差の最小二乗値を求める。
典型的に周期的ロック周波数グリッドはＩＴＵグリッドである。
更に本発明の第１の特徴に依れば、周波数ロック用途での使用に適したエタロンの製造並びに位置調整方法が提供されており、この方法は以下を含む：
ａ．間隔のあいた予め定められたロック周波数の組を確立し；
ｂ．予め定められたロック周波数の組の中に所望のロック周波数を選択し；
ｃ．選択されたロック周波数でのエタロン位相差の干渉次数の整数部ｍの最適値を、端数干渉次数εの予め定められた値を用いて計算し；
ｄ．選択されたロック周波数に対応するエタロンの厚さ値を、最適化されたｍの値を用いて計算し；
ｅ．有効厚さ d.cos(θ) が計算された厚さ値と等しくなるように、エタロン本体を研磨する。
この方法は更に下記を含む：
ｆ）選択されたロック周波数でのエタロン位相差の干渉次数の整数部ｍの初期推定値を選択し、選択されたロック周波数に対応するエタロンの厚さ値を、選択されたｍの値を用いて計算し；
ｇ）エタロンの有効厚さの計算された値を用いて、エタロン・ロック周波数の組を計算し；
ｈ）計算されたエタロン・ロック周波数と予め定められたロック周波数の組のそれぞれの周波数との間の偏差を決定し；
ｉ）選択されたｍの値を調整し；
ｊ）計算されたエタロン・ロック周波数と予め定められたロック周波数の組との間の相関を最適化するためにステップ（ｆ）から（ｉ）をゼロ回または数回繰り返して、エタロンの最適厚さの値を求め；
ｋ）有効厚さ d.cos(θ) が計算された最適厚さと等しくなるように、エタロン本体を研磨する。
この方法は所望のロック周波数を別の組の予め定められたロック周波数の組に調整し、ステップ（ｆ）から（ｉ）をゼロ回または何回か繰り返し、これにより予め定められたロック周波数とエタロン・ロック周波数との間の全体周波数誤差を最少することを含む。
更に本発明の第２の特徴に依れば、周波数ロック用途での使用に適したエタロンの製造並びに位置調整方法が提供されており、この方法は以下を含む：
ａ．間隔のあいた予め定められたロック周波数の組を確立し；
ｂ．予め定められたロック周波数の組の中に所望のロック周波数を選択し；
ｃ．選択されたロック周波数でのエタロン位相差の干渉次数の整数部ｍの最適値を、端数干渉次数εの予め定められた値を用いて計算し；
ｄ．εの最適値を計算し；
ｅ．選択されたロック周波数に対応するエタロンの厚さ値を、ｍおよびεの最適化された値を用いて計算し；
ｆ．有効厚さ d.cos(θ) が計算された厚さ値と等しくなるように、エタロン本体を研磨する。
この方法は更に下記を含む：
ｇ．選択されたロック周波数でのエタロン位相差の干渉次数の整数部ｍの初期推定値を選択し、選択されたロック周波数に対応するエタロンの厚さ値を、選択されたｍの値を用いて計算し；
ｈ．エタロンの有効厚さの計算された値を用いて、エタロン・ロック周波数の組を計算し；
ｉ．計算されたエタロン・ロック周波数と予め定められたロック周波数の組のそれぞれの周波数との間の偏差を決定し；
ｊ．εの値を調整して前記偏差を削減し；
ｋ．選択されたｍの値を調整し；
ｌ．計算されたエタロン・ロック周波数と予め定められたロック周波数の組との間の相関を最適化するためにステップ（ｇ）から（ｋ）をゼロ回またはそれより多い回数繰り返して、エタロンの最適厚さの値を求め；
ｍ．有効厚さ d.cos(θ) が計算された最適厚さと等しくなるように、エタロン本体を研磨する。
この方法は所望のロック周波数を別の組の予め定められたロック周波数の組に調整し、ステップ（ｇ）から（ｋ）をゼロ回またはそれより多い回数繰り返し、これにより予め定められたロック周波数とエタロン・ロック周波数との間の全体周波数誤差を最少することを含む。
好適に、εは−０．５から＋０．５の間の実数でエタロンの干渉次数の位相オフセットを表し、これにより周波数ロックが透過ピーク（ε＝０）または、透過ピークのいずれかの肩部（ε＜＞０）で起きるかを決定する。
典型的に、間隔を置いて離された予め定められたロック周波数の組はＩＴＵグリッドを含む。
好適に、θは０°から２０°の範囲内に、そして好適に０°から５°の範囲内に選定され、これによりエタロン本体の研磨された厚さ内の小さな誤差を訂正するための手段を提供する。
エタロンは固体ダイアモンド本体を含む。
従ってこの方法は単に指定されたＦＳＲを具備したエタロンを選択し、選択された予め定められたロック周波数を有するエタロン透過ピークの１つに調整するのではなく、特に、そのエタロンの用途内の任意の特定ロック周波数に対して一致する、エタロン透過ピークに関するエタロン干渉次数である、ｍの値を選択して最適化する。次に２つの周波数グリッド（ＩＴＵグリッドおよびエタロン自身の伝送周波数の組）のこの精細な調整を行って、周期的ロック周波数グリッドとエタロン透過周波数の間の間隔が最も良く最適化されるように保証されるが、これはエタロン透過ピークの間隔と位置の両方が有効光学距離長としてエタロンが調節される時（例えばエタロンをパッケージの中に装着する間に回転させることにより）にシフトされるからである。
更に本発明によれば、上記の方法に基づき製造され、オプトエレクトロニクスパッケージまたは装置内に装着されたエタロンを含む波長ロッカが提供されている。
好適にその様な波長ロッカの中でエタロンは一定温度でフィードバック電子回路と共に動作し、フィードバック信号を調整可能レーザへ提供して、フィードバック修正がレーザ発振周波数を調整して、ｍおよびεの値で定義されたエタロン透過曲線上の特定周波数ロック・ポイントと、ＩＴＵ周波数グリッドまたはその他の周期的周波数の組の整合周波数との間の偏差を補正し、指定された周波数範囲に渡ってエタロンが製造されている材質で決まる最大値を超えないようにするように構成されている、この最大値とは下記の１つが適用される：
ａ．Ｃ帯域（191.6 THz-196.2 THz）で動作する石英ガラス・エタロンを使用した波長ロッカに対して、最大誤差は +/-400 MHz を超えない；
ｂ．Ｌ帯域（186.4 THz-191.6 THz）で動作する石英ガラス・エタロンを使用した波長ロッカに対して、最大誤差は +/-400 MHz を超えない；
ｃ．Ｃ帯域およびＬ帯域の組み合わせ（186.4 THz-196.2 THz）で動作する石英ガラス・エタロンを使用した波長ロッカに対して、最大誤差は +/-700 MHz を超えない；
ｄ．Ｃ帯域（191.6 THz-196.2 THz）で動作するダイアモンド・エタロンを使用した波長ロッカに対して、最大誤差は +/-800 MHz を超えない；
ｅ．Ｌ帯域（186.4 THz-191.6 THz）で動作するダイアモンド・エタロンを使用した波長ロッカに対して、最大誤差は +/-800 MHz を超えない；または
ｆ．Ｃ帯域およびＬ帯域の組み合わせ（186.4 THz-196.2 THz）で動作するダイアモンド・エタロンを使用した波長ロッカに対して、最大誤差は +/-800 MHz を超えない。
好適に、上記の波長ロッカでは以下の１つが適用される：
ａ．Ｃ帯域（191.6 THz-196.2 THz）で動作する石英ガラス・エタロンを使用した波長ロッカに対して、最大誤差は +/-250 MHz を超えない；
ｂ．Ｌ帯域（186.4 THz-191.6 THz）で動作する石英ガラス・エタロンを使用した波長ロッカに対して、最大誤差は +/-200 MHz を超えない；
ｃ．Ｃ帯域およびＬ帯域の組み合わせ（186.4 THz-196.2 THz）で動作する石英ガラス・エタロンを使用した波長ロッカに対して、最大誤差は +/-600 MHz を超えない；
ｄ．Ｃ帯域（191.6 THz-196.2 THz）で動作するダイアモンド・エタロンを使用した波長ロッカに対して、最大誤差は +/-600 MHz を超えない；
ｅ．Ｌ帯域（186.4 THz-191.6 THz）で動作するダイアモンド・エタロンを使用した波長ロッカに対して、最大誤差は +/-600 MHz を超えない；または
ｆ．Ｃ帯域およびＬ帯域の組み合わせ（186.4 THz-196.2 THz）で動作するダイアモンド・エタロンを使用した波長ロッカに対して、最大誤差は +/-600 MHz を超えない。
更に好適に、上記の波長ロッカでは以下の１つが適用される：
ａ．Ｃ帯域（191.6 THz-196.2 THz）で動作する石英ガラス・エタロンを使用した波長ロッカに対して、最大誤差は +/-220 MHz を超えない；
ｂ．Ｌ帯域（186.4 THz-191.6 THz）で動作する石英ガラス・エタロンを使用した波長ロッカに対して、最大誤差は +/-150 MHz を超えない；
ｃ．Ｃ帯域およびＬ帯域の組み合わせ（186.4 THz-196.2 THz）で動作する石英ガラス・エタロンを使用した波長ロッカに対して、最大誤差は +/-550 MHz を超えない；
ｄ．Ｃ帯域（191.6 THz-196.2 THz）で動作するダイアモンド・エタロンを使用した波長ロッカに対して、最大誤差は +/-500 MHz を超えない；
ｅ．Ｌ帯域（186.4 THz-191.6 THz）で動作するダイアモンド・エタロンを使用した波長ロッカに対して、最大誤差は +/-540 MHz を超えない；または
ｆ．Ｃ帯域およびＬ帯域の組み合わせ（186.4 THz-196.2 THz）で動作するダイアモンド・エタロンを使用した波長ロッカに対して、最大誤差は +/-540 MHz を超えない。
これらの値はε=-0.25 の値を使用したものであり、フィードバック電子回路へのフィードバック応答を最大に出来るεの値を選択する工業的標準技法を用いている。実際の応用では、誤差を補正するために表形式化された誤差信号をフィードバック信号に追加しなければならない。従って、適切に表形式化された誤差表は、誤差の挙動を決定するために必要なデータを含まなければならない。
本発明の更に別の特徴によれば、εを変化させることが可能であり、更なる自由度を与えることにより、エタロンの周期的透過スペクトルと周期的周波数グリッドとの間の整合を更に強化することが可能である。
従って、本発明によれば更にダイアモンドまたは石英ガラスを含む本体を有し、波長ロッカの中で使用された際に下記の１つが適用されるような、設計誤差表を具備して構成されたエタロンが提供されている：
ａ．Ｃ帯域（191.6 THz-196.2 THz）で動作する石英ガラス・エタロンを使用した波長ロッカに対して、最大誤差は +/-160 MHz を超えない；
ｂ．Ｌ帯域（186.4 THz-191.6 THz）で動作する石英ガラス・エタロンを使用した波長ロッカに対して、最大誤差は +/-100 MHz を超えない；
ｃ．Ｃ帯域およびＬ帯域の組み合わせ（186.4 THz-196.2 THz）で動作する石英ガラス・エタロンを使用した波長ロッカに対して、最大誤差は +/-450 MHz を超えない；
ｄ．Ｃ帯域（191.6 THz-196.2 THz）で動作するダイアモンド・エタロンを使用した波長ロッカに対して、最大誤差は +/-350 MHz を超えない；
ｅ．Ｌ帯域（186.4 THz-191.6 THz）で動作するダイアモンド・エタロンを使用した波長ロッカに対して、最大誤差は +/-350 MHz を超えない；または
ｆ．Ｃ帯域およびＬ帯域の組み合わせ（186.4 THz-196.2 THz）で動作するダイアモンド・エタロンを使用した波長ロッカに対して、最大誤差は +/-480 MHz を超えない。
好適に、上記定義されたエタロンにおいて下記の１つが適用される：
ａ．Ｃ帯域（191.6 THz-196.2 THz）で動作する石英ガラス・エタロンを使用した波長ロッカに対して、最大誤差は +/-120 MHz を超えない；
ｂ．Ｌ帯域（186.4 THz-191.6 THz）で動作する石英ガラス・エタロンを使用した波長ロッカに対して、最大誤差は +/-90 MHz を超えない；
ｃ．Ｃ帯域およびＬ帯域の組み合わせ（186.4 THz-196.2 THz）で動作する石英ガラス・エタロンを使用した波長ロッカに対して、最大誤差は +/-410 MHz を超えない；
ｄ．Ｃ帯域（191.6 THz-196.2 THz）で動作するダイアモンド・エタロンを使用した波長ロッカに対して、最大誤差は +/-250 MHz を超えない；
ｅ．Ｌ帯域（186.4 THz-191.6 THz）で動作するダイアモンド・エタロンを使用した波長ロッカに対して、最大誤差は +/-250 MHz を超えない；または
ｆ．Ｃ帯域およびＬ帯域の組み合わせ（186.4 THz-196.2 THz）で動作するダイアモンド・エタロンを使用した波長ロッカに対して、最大誤差は +/-450 MHz を超えない。
更に好適に、上記定義されたエタロンにおいて下記の１つが適用される：
ａ．Ｃ帯域（191.6 THz-196.2 THz）で動作する石英ガラス・エタロンを使用した波長ロッカに対して、最大誤差は +/-80 MHz を超えない；
ｂ．Ｌ帯域（186.4 THz-191.6 THz）で動作する石英ガラス・エタロンを使用した波長ロッカに対して、最大誤差は +/-80 MHz を超えない；
ｃ．Ｃ帯域およびＬ帯域の組み合わせ（186.4 THz-196.2 THz）で動作する石英ガラス・エタロンを使用した波長ロッカに対して、最大誤差は +/-390 MHz を超えない；
ｄ．Ｃ帯域（191.6 THz-196.2 THz）で動作するダイアモンド・エタロンを使用した波長ロッカに対して、最大誤差は +/-150 MHz を超えない；
ｅ．Ｌ帯域（186.4 THz-191.6 THz）で動作するダイアモンド・エタロンを使用した波長ロッカに対して、最大誤差は +/-200 MHz を超えない；または
ｆ．Ｃ帯域およびＬ帯域の組み合わせ（186.4 THz-196.2 THz）で動作するダイアモンド・エタロンを使用した波長ロッカに対して、最大誤差は +/-430 MHz を超えない。
更に本発明によれば、エタロンの性能およびそれに関連する周波数誤差表は波長ロッカ・パッケージの中に組み込まれる前に予め決定される。
次にこの利点は、エタロン位相差δ=2π(m+ε)の干渉次数の整数部ｍと干渉次数の端数εとにより、予め定められた周波数誤差表の設計基準に基づき、ＩＴＵ周波数グリッドまたはその他の周期的周波数の組の予め定められた周波数に対して定められるエタロン透過曲線上のピークを精細に調整することにより実現できる。
これは複数のロッカ間でのより高い整合性と、コスト、組み立て中または組み立て後の波長ロッカの検査および構築段の期間および複雑さの低減を可能とする。
波長ロッカで使用されるエタロンは固体本体を有し、好適にダイアモンドを含む。
本発明の主たる目的は、（Ｄ）ＷＤＭ（(Dense) Wavelength Division Multiplexing）用途に好適なエタロンを製造するための最適化された設計および調整手順を達成し、またその様な装置の原理的限界に近い性能を得ることである。本明細書の目的に対して、用語「ＩＴＵグリッド」は国際電気通信連合の工業標準仕様で指定された特定周波数グリッドを包含するように使用されるが、当業者はまたエタロンがフィードバック制御システムの中で使用されるような規格で使用されるかまたは定義される、全てのその他の周期的周波数グリッドをも包含することは理解されよう。
最適化された設計および調整は、この本文の中で、エタロン・ロック周波数の組とＩＴＵグリッド周波数の間の差である誤差が、指定された周波数範囲に対して最少となるときに実現される。最小化は最大周波数誤差またはその他の、使用者にとって関心のある周波数範囲に渡って測定されたｒｍｓ周波数誤差の様な重要な量のいずれでも良い。用途によっては或る値の最大絶対誤差またはｒｍｓ誤差が過剰とならない周波数の範囲を最大化することが好適な最適化である。
原理的に本発明の方法はこの種の用途で使用される任意の形式のエタロンに適用可能であるが、特にダイアモンド・エタロンで使用された際に適切である。その理由はダイアモンド・エタロンの分散が、本発明の方法を使用することによりダイアモンド・エタロンを以前に可能であった周波数帯域よりも更に広い範囲に渡って周波数ロッカとして動作させることが可能だからである。
従来技術では、関心対象の周波数範囲に渡って複数のエタロン透過ピークを最適配置した装置を構築し、次にこれをエタロンを回転させることにより修正可能とし、一方で大まかな任意の整合（先に決定したεの値で）は、エタロン透過ピークと通常周期的周波数グリッドの中間付近の何処かにある対象周波数との間に得られる。
εの値は従来技術において、特定周波数誤差に対してエタロン透過強度として見られる誤差信号を最大化するように選択された値として通常予め決定される。これはなかんずく（Ｄ）ＷＤＭレーザの出力周波数をＩＴＵ（またはその他の）グリッドにロックするために選択される方法に依存する。伝送ピークの肩部（傾斜部）上にロック・ポイントが選択された場合、これはεの値が０から異なることに対応し、特定の選択されたユプシロンに対して好適な屈折率のコーティングをエタロン表面に行うことで誤差信号を最大とすることが出来る。典型的にεは-0.25から+0.25の範囲にとられる。
従って従来技術の装置はその自由スペクトル範囲（ＦＳＲ）とその量での誤差のみによって指定される。これは周波数範囲に渡って、周波数偏差が最大許容自由スペクトル範囲誤差にその周波数範囲での自由スペクトル範囲の数の半分を乗算したもので決定されることを意味する。石英ガラス製、公称 50 GHz Ｃ帯域エタロンの、自由スペクトル範囲に対する典型的（市販）仕様は：50GHz +/-0.02GHzである。Ｃ帯域（およそ4800GHz）の幅に渡って調整可能なレーザに対して、これはロック周波数の指定された周波数誤差で最大 +/- 960MHzを意味する。従って、本発明に基づくエタロンを具備した波長ロッカの場合よりもかなり大きなその誤差を補正するために表形式化された誤差信号がフィードバック信号に加算されなければならない。この表形式化された誤差表は各々の波長ロッカ装置に対して個別に導出されなければならず、続いて波長ロッカの組み立ておよび検査フェーズの間に単独運転用に装置の中に構築されなければならない。
これとは対照的に、本発明の好適な方法はエタロン透過ピークと周期的ロック周波数との間の整合を、予め定められた何らかの最適化技法に基づいて最適化するように、エタロンの目標有効厚さ、d.cos(θ) を、下記を考慮して選定する：
ａ）特定エタロン透過ピーク（エタロンの干渉次数ｍの何らかの予め定められた値を具備した）と周期的ロック周波数グリッド内の特定周波数との間の、１つの最適整合対を選定する、
ｂ）特定エタロン透過ピークと周期的ロック周波数グリッド上の指定周波数との間の詳細最適オフセットε、
続いてこの詳細ピーク整合およびオフセットを最終構成の中で実現する。
εが予め定められた定数として取り扱われるケースおよびεが追加変数として取り扱われるケースのいずれにおいても、最適化の方法は一般的に反復法を用いた数値的方法により、最も能率的に行われる。反復法の典型的な手順は：
ａ）その用途に好適な最適化パラメータ、例えば対象周波数範囲に渡る最大誤差、を選択する；
ｂ）周期的ロック周波数グリッドに整合し、最適化パラメータを最少とするエタロン伝送スペクトル内の間隔を求める；
ｃ）更に最適化パラメータを最小化するオフセットεと詳細に一致するピークの最適対を同定する；
ｄ）好適な実施例において、εを変更し再び更に最適化パラメータを最少とする；
ｅ）段階ｂ，ｃ，ｄのサイクルを反復し、全てのパラメータが同時に最適化されて、獲得可能な最適化パラメータの最適値を与える最適解、または意図している用途に対して十分に低いと考えられるこのパラメータの値を求める。
当業者には理解されるように、本書で説明されているエタロン性能を最適化するための方法は、広範なエタロンに対して一般的である。
エタロンの誤差表は波長ロッカの中に組み立てられる前に予め定められているので、設計者に対してその誤差表を管理し利用するための電子回路を修正変更し簡略化する機会を提供し、個別の波長ロッカの検査および構築段を簡素化する機会を提供する。本発明はウェハー単位での初期エタロンの製造および特性付けでも矛盾無く適用され、ダイアモンドの広範囲ウェハーを必要な厚さ許容範囲まで製造し、続いて後段で個別のエタロンに切り分ける。
（設計規則）
従って、実施される最適化手法はエタロンの回転を実現することに依存し、これにより光路長を調整し、固定されて間隔を空けられた周波数の組を単に移動するのではなく、これらの周波数の間の間隔を僅かに変更する。従って目的は、任意のエタロン・ロック周波数を（対象区間の）ＩＴＵグリッド、またはＩＴＵグリッドの特定（例えば中央）周波数に単に一致させるのではなく、特定エタロン・ロック周波数を特定ＩＴＵ周波数に一致させ、その対はその２つの周波数の組が対象の範囲に渡って整合するように（選択された特定の最適化基準に基づいて）なされる。当業者には理解されるように、以下は本方法の一般性に影響を与えないが、実施するための１つの方法を単に提示するのみである。
以下の式（２）はエタロンの透過曲線を表す：
Figure 2006520100
此処でＴは入射パワーに対する透過比率として定義されたエタロン透過であり、Ｆは１つの量であり、これは理想的エタロンに関してはエタロン表面での反射率のみに依存する。位相差δは次のように与えられる：
Figure 2006520100

此処でνは入射光の周波数である。
明示的に注意したいのはｎは定数でなく、周波数νの関数である。次に式（２）から透過Ｔは実際に周期２πを有するδの周期関数であることが分かるが、式（３）からδは周波数に線形的に依存するのでは無いことが分かるが、それは周波数依存性のためである。また、式（３）より要するにエタロン厚さはエタロン厚さの d.cos(θ)の形式の中にのみ入る。
エタロンがロック目的に使用される場合、フィードバック電子回路は理想的にδの値が下記の式に従うように設定される：
Figure 2006520100

此処でｍ＋εは「干渉次数」と呼ばれ、ｍは整数（干渉次数の整数部）そしてε（干渉次数の端数部）は-0.5と+0.5の間の実定数であり、これはロックが伝送ピーク自身（ε=0）で生じるかまたはピークの傾斜部で生じるかを決定する。εは「端数干渉次数」と呼ばれる。隣接する伝送ピーク上でｍの値は１変化する。
本発明による方法が次に行うことはδの処方を与えることであり、これは周波数誤差を最小化する。これは式（３）と（４）とを組み合わせることで実現される：
Figure 2006520100
理論的に、これは全てのｍの整数値に対して有効エタロン厚さ、d.cos(θ)の関数として解けなければならない。εの値はレーザ・システム設計者のロック技法により決定される（εの値は何処でロックが起きるか、ピーク上かまたはピークの登り傾斜部または下り傾斜部で起きるか、またピークの鋭さ、すなわちエタロン表面の反射率に依存する。）
上記のｍの全ての整数値に対して解くと言う手法は、処理するために必要なデータ量が非常に膨大なため多少実際的ではない。例えばＣ帯域での調整可能レーザに対して、周波数対エタロン厚さのほぼ１００個の関数を生成しなければならないが、これは最善の場合でもそれぞれ対象となる唯１点（有効厚さの最適値）を含むのみである。
より早い手法は、ある予め定められたＩＴＵ周波数（通常調整可能レーザの周波数設計範囲の中央付近）に対するｍの推定値から、ＩＴＵ周波数での有効エタロン厚さに対する式（５）を解くことで開始される。この厚さを具備したエタロンに対して、ロック周波数は特定ＩＴＵ周波数に等しくなる。次のステップにおいて、別のレーザ放射ラインの全てのロック周波数が、上記生成された有効厚さを用いて計算される。これらの周波数は一般的にＩＴＵ周波数から偏っている。次に整数干渉次数ｍのこの特定推定値に対して、偏差は線形成分を有し、これはｍを変えることにより最小化されなければならない（ｍは整数であるため１ずつしか変更出来ないことに注意。）従来技術の点からは、これは自由スペクトル範囲内での誤差であり、これは訂正されるべきものである。
この特定ラインに関してひとたびｍの最適値が求まると、全体の最適化は上記の手法を設計周波数範囲内の他のレーザ・ロック・ラインに順に適用することにより実現できる。ｍの出発値は第１ステップで選択される１つから改善できるが、それは我々は隣接するラインは１だけ異なるｍの値を持たなければならないことを知っているからである。最適化技法では、各々のラインに対する計算の中でｍの値を更に変更する必要があるであろうことに注意されたい。しかしながら、最適化基準で定められた全体最適値に達するには、数組の計算が必要なだけである。
理論的にその様な最適値は全ての特定放射ラインの周波数誤差をゼロに設定するまで行われる必要はなく、実際上この方法で実現される改善はほとんど無視できるようなものである。例えばＣ帯域での石英ガラス・エタロンでは、全ての放射ラインの周波数誤差の最大絶対値を予め定められたεの値-0.25を用いて最小化した場合、全ての周波数誤差は上記の手順を用いて 190 MHz より小さく出来る。これを最適周波数での何らかの非ゼロ周波数誤差を認めて改善しようと試みても、その改善は最大誤差で 0.5 MHz 未満である。
更に良好な最適値（より小さな全体誤差）は理論的に、エタロンの温度を変更することにより実現できる。しかしながら、この様にして得られる改善はまたかなり小さい：例えばＣ帯域での石英ガラス・エタロンでは、エタロンを例えば８０℃まで加熱しても、最大誤差を 190 MHz 未満から 180 MHz 未満に改善するのみである。８０℃のダイアモンド・エタロンに関して、最大誤差の改善は 1 MHz 程度である。
上記の方法に加えて、更に別のεの最適化を用いることができ、完全な解決策としてはエタロン透過ピークと周期的な組の中の周波数との最適化された組み合わせ対もまた変化すると考慮する必要があるが、それは予め定められた最適化技法の中には、εの変化をエタロン透過ピークと周期的周波数の組との間の整合を最適化するために使用しているものがあるからである。
従って最終最適解への道は反復法によるものとなるが、その様な数値反復法は比較的単純な最新コンピュータ技術を使用し、以前にコンピュータ上で実行されるように記述された反復法アルゴリズムの符号化された形式を比較的簡単に提供する。
エタロン透過ピークと周期的周波数の組との間の基本整合が一度取られた後にεを変更する影響の例が図１から図４に示されている。図１のデータは添付Ａの表１内の表形式で示されているものである。
図１は、Ｃ帯域周波数範囲に渡る周波数整合における、最大オフセット誤差（白抜き三角で示される、正の最大誤差）および最小オフセット誤差（白抜き円で示される、負の最大誤差）の影響を示し、ダイアモンド・エタロン透過曲線のピークと 50 GHz 間隔のＩＴＵ周波数グリッドとの間で、端数干渉次数εの関数として得られたものである。その他のパラメータの最適化は既に実施されていて、最大および最小周波数オフセット誤差値は各εの値に関してほぼ対称である。全体範囲 183 MHz の中で周波数オフセット誤差の最小範囲は、最大絶対誤差 93 MHz がε=0.1で得られる。
白抜き三角および白抜き円で記されたデータ点はそれぞれ、各々の点に対する周波数の個々の整合対が、ｍoffset値が−２５から−４０の間の隣接したグループで形成されている場合を表す（添付Ａの表１参照）。ｍoffsetは此処ではＩＴＵグリッド内の整合ピークのＣ帯域周波数範囲の中心周波数からのずれを表し、負の符号はより低い周波数へのずれを示す。短い曲線上で＋およびｘ記号で示されたデータ点は、整合対をＣ帯域の別の領域へ移動した際に得られる周波数オフセットであり、ｍoffset値が２９−３２の範囲のものである。２つの周波数グリッド間のかみ合わせ（meshing）は、実質的に１周波数間隔未満ずらされており、これは詳細整合周波数対の位置を実質的に動かすためであることに注意されたい。εの範囲は他の実際的性能の理由により +/- 0.25 に制限されているが、より大きな絶対値も可能であることに注意されたい。
図２は、Ｌ帯域周波数範囲に渡る周波数整合における、最大および最小オフセット誤差の影響を示し、ダイアモンド・エタロン透過曲線のピークと 50 GHz 間隔のＩＴＵ周波数グリッドとの間で、端数干渉次数εの関数として得られたものである。その他のパラメータの最適化は既に実施されていて、最大および最小周波数オフセット誤差値は各εの値に関してほぼ対称である。全体範囲 297 MHz の中で周波数オフセット誤差の最小範囲は、最大絶対誤差 152 MHz がε=0.25で得られる。
図３は、Ｃ帯域周波数範囲に渡る周波数整合における、最大および最小オフセット誤差の影響を示し、石英ガラス・エタロン透過曲線のピークと 50 GHz 間隔のＩＴＵ周波数グリッドとの間で、端数干渉次数εの関数として得られたものである。その他のパラメータの最適化は既に実施されていて、最大および最小周波数オフセット誤差値は各εの値に関してほぼ対称である。全体範囲 100 MHz の中で周波数オフセット誤差の最小範囲は、最大絶対誤差 52 MHz がε=-0.05で得られる。十分な誤差応答を実現するために、より大きなエプシロンの値を使用するのが好適であるが、ε=-0.1でも周波数オフセット誤差の範囲は 120 MHz にすぎず、最大絶対値誤差は 62 MHz である。
図４は、Ｌ帯域周波数範囲に渡る周波数整合における、最大および最小オフセット誤差の影響を示し、石英ガラス・エタロン透過曲線のピークと 50 GHz 間隔のＩＴＵ周波数グリッドとの間で、端数干渉次数εの関数として得られたものである。その他のパラメータの最適化は既に実施されていて、最大および最小周波数オフセット誤差値は各εの値に関してほぼ対称である。全体範囲 158 MHz の中で周波数オフセット誤差の最小範囲は、最大絶対誤差 79 MHz がε=+0.25で得られる。
本発明による方法を使用した場合に、Ｃ，ＬおよびＣ＋Ｌ帯域結合の中で石英ガラスおよびダイアモンド・エタロンの実現可能な性能は、添付Ａの表２にまとめることができる。このデータを導出するために、各々のεの値において、最大および最小オフセット誤差値が計算され、より大きな絶対値を有する１つが決定され、絶対値がそのε値に対する最大離調値として記録される。次に表はその最大離調値に対する実現可能な最小値を、対応するεの値と共に、異なるエタロン材質の構成および周波数帯域に関して示している。最終列は、これらの条件下でエタロンの誤差応答を最も最適化する表面反射率を示す。
反射率は装置内で、例えば好適なコーティングを用いて調整可能であり、常に最適反射率で動作させる必要が有るわけではなく、代わりに非コーティング・エタロンまたはこれら２つの中間の反射率を使用することも可能である。石英ガラス、Ｃ帯域の場合、最大離調の最小値はε=-0.05で得られるが、ε=-0.1で得られる値もそれほど高く無く（５１に比較して６１）、従ってε=-0.1に対する反射率がこれに与えられるが、これは実際的な使用ではより低い最適反射率を可能とするので、一般的により良い組み合わせである。
まとめると、本発明の方法を適用することにより、最終的に周波数グリッド（例えばＩＴＵグリッド）内の特定ロック周波数に対する特定透過ピーク（指定されたｍの値を具備）に整合する、有効エタロン厚さに対する設計値が得られる。特定の材質およびレーザの調整範囲に対して、この周波数の特定の組み合わせは、結果としてエタロン透過周波数とロック周波数の間の周波数誤差を対象周波数範囲に渡ってもたらし、これは選択された最適化手法で可能な限り所望のレベルまで最適化される。
（製造並びに調整手順）
有効エタロン厚さ(d.cos(θ))の必要値がわかると、エタロンをその要求厚さまで研磨する。この物理的厚さはエタロン上に入射する光の入射角からの要求で決定される（すなわち、公称入射角およびその許容差）。これは明らかにレーザ・システム製造者の設計に依存する。従って、エタロン製造者はエタロンを下記に基づいて製造しなければならない：
Figure 2006520100

此処で、角度θはエタロンへ入射する光のエタロン内部でのエタロン表面法線に対する、伝搬内部角であるあることに注意されたい。設計は通常光の外部入射角の許容差を指定する。これらから製造者はエタロンでの屈折にスネルの法則を適用してエタロン厚さに対する製造許容差を決定する。
先に述べたように、石英ガラスに対するφ／θは約１．４であり、一方ダイアモンドのそれは約２．４であり、ダイアモンド・エタロンの有効厚さ、d.cos(θ)の制作は、φと共に更にゆっくりと変化するので、ダイアモンドの制作が小さな光線角度変動に対して調整が容易で、更に安定である。φの初期設計値は非ゼロであり、エタロンを僅かに厚く製造し有効厚さをd.cos(θ)に基づいて減じることにより、エタロン厚さ製造中の誤差を調整することを可能とする。
次にレーザ・パッケージ内の位置調整が、最適化手順の中で周波数誤差がゼロに等しくなるように設定される特定ＩＴＵグリッド・ラインである最適化のラインに対して実施されなければならない。位置調整は、特定レーザ・ロック周波数がＩＴＵグリッド周波数と等しくなるように、エタロンを回転することで実施される。これに代わって、所望の構成から生成される任意のその他の周波数対を使用し、そのエタロンを回転させてレーザの選択されたロック周波数を整合するＩＴＵグリッド周波数から、計算された量だけ大きさ並びに符号を逸脱するようにもできる。
本発明の方法に基づく、波長ロッカ用エタロンの設計、製作および位置調整は、結果として全体的にその波長ロッカの意図する用途に依存した最適化された周波数誤差を実現する。ＤＷＤＭ用途において、これらの誤差は次に表形式化された誤差信号、これは実際のＩＴＵ周波数に依存する、をＤＷＤＭレーザ周波数を調整するために使用されているフィードバック信号に加えることで補正されなければならない。フィードバック電子回路の電圧変動は制限されているので、これは明らかにフィードバック電子回路のキャプチャ・レンジを制限し、またフィードバック・ループの安定性も制限する。表形式化された誤差信号の好適に最適化された値を持つことは、両方の観点から明らかに望ましいことである。
（事例１）
50 GHz ＩＴＵグリッド上で波長ロックを行うＤＷＤＭで使用される非コーティング・ダイアモンド・エタロンが製造されており、此処でエタロンは本発明の方法に基づき設計されていて、Ｃ帯域周波数範囲（191.6 THz- 196.2 THz）で、エタロンの伝送ピークの選択されたε値での肩部で定義される周波数グリッドと、59 GHz の周波数間隔で等間隔に配置されたＩＴＵ周波数グリッドとの間の偏差の最大値を最小とするように設計されている。
この目的のための最初のステップはεの試行値 0.2 を選択し、Ｃ帯域の中央周波数 193.9 THz でのｍの試行値を選択することであった。有効厚さd.cos(θ)の試行値はエタロンの自由スペクトル範囲が式１に基づき 50 GHz に等しくなるように選択された。有効厚さd.cos(θ)に対するこの値から、ｍの試行値は３８７８と求められた。次のステップにおいて、補正された有効厚さｄeff と対応するエタロン・ロック周波数とが、干渉次数の非整数部εが０．２に等しいエタロンに対して計算され、エタロン・ロック周波数がＣ帯域の中央である 193.9 THz でのＩＴＵ周波数と一致するように設定された。
エタロンの実際の自由スペクトル範囲は誤差を有し、この仕様で製造されたエタロンの、Ｃ帯域の高周波端でのロック周波数はＩＴＵ定義周波数から 10.3 GHz より大きなオフセットを有することが判明した。次のステップにおいて、ｍの値がｄeff の補正値を与えるように調整され、その結果Ｃ帯域でエタロン・ロック周波数とＩＴＵグリッド定義周波数との間の最大偏差の最小値が得られた。この結果 244 MHz 未満の最大偏差が得られた。最終ステップにおいて、この手順はＣ帯域の中央周波数以外のＩＴＵグリッド周波数に対して、エタロンの有効厚さがそれらの周波数に対しても同様に最適化されるように繰り返された。この結果エタロン・ロック周波数のＩＴＵ定義周波数グリッドからの最大偏差の全体での最小値として、 125 MHz が得られた。
問題としているエタロンは 1.25124 mm の設計有効厚さを有した。これは入射レーザ・ビームがエタロンに 2 ±1.5度の入射角で突き当たる波長ロッカとして使用された。その結果このエタロンは 1.25125 から 1.25165 mm の範囲の物理的厚さで製造されなければならなかった。
１つのエタロンが上記の指針に基づき、係属の特許出願 PCT/IB03/05281に開示されている方法で準備された単結晶ＣＶＤダイアモンド材を用いて製造された。
合成された後、単結晶ＣＶＤダイアモンド石は基板から外され、多数のダイアモンド板に鋸引きされた。各々のダイアモンド板は続いて 1.25 mmに近い所望の厚さより少し厚めに研磨された。これらの板は次に、その片面を注意深く準備された微細ダイアモンド砂研磨ホイールを含浸された鋳鉄上で、個別に微細研磨された。使用されたタング（tang）は非常に堅牢でダイアモンドを工業用ダイアモンド研磨盤（scaife）表面に並行な基準面に対して保持している。
各々のダイアモンド板を反転させた後、もう一方の面が同一工業用ダイアモンド研磨盤上で所望の平坦さおよび並行度となるまで研磨され、この段では最終エタロンで必要とされる厚さとなるように注意が払われた。並行度は、当業者には良く知られたフィゾーの原理に基づいた、市販の Zygo GPI 干渉測定器を用いて測定された。厚さは最初ハイデンハイン（Heidenhain）製のデジタル厚さ計で測定された。自由スペクトル範囲（ＦＳＲ）の測定は、最終段検査として使用された。最終厚さは、材料の品質が非常に一定であるため、線形取り除き率を測定すること、従って必要な予測時間の間研磨することで得られる。エッチングまたは材料除去のその他の方法もまた同様の試行の中で使用されており、イオン・ビーム・エッチング、プラズマ・エッチングまたは反応イオン・エッチングを含む。
上記合成工程からのダイアモンド板が、更に実現可能な表面Raの特性付けを行うために使用された。表面は両面とも上述の技術を用いて注意深く研磨され、表面Raが Zygo NewView 5000 走査白色光干渉計を用いて測定された。測定値はサンプルの各々の側上の９カ所で採取され、各々の測定値は 1mm x 1mm 領域の上で９カ所採取され、各側の中央上に 3mm x 3mm グリッドを形成し、続いて９個の測定値の統計的平均値が計算される。Ａ側上の測定されたRaは 0.57 nm ± 0.04 nm、そしてＢ側上では0.51 nm ± 0.05 nmであった。
続いて各々の板がレーザによって個別ユニットに切断された。続いて１つまたはいくつかの側面が、表面または裏面と垂直となるように研磨されたが、これはいつもアプリケーションで必要とされるわけでは無い。
結果としてのダイアモンド・エタロンは 1.5 mm 平方、1.25145 mm 厚さで下記の許容差で製造された：
厚さ：±0.2 μm
並行度：± 5 arcsec
表面Ra：< 1nm
ダイアモンドの屈折率と空気のそれとで定まる固有反射率以外の反射率を具備したエタロンが、部分反射コーティングをエタロンの表面および裏面の両方に蒸着することにより製造された。コーティングの要求される反射率は意図された透過値Ｔと、透過曲線上のロック点の位置を決定する端数干渉次数εの値とを組み合わせて計算される。
50 % 透過でε=0.2に対して、必要な反射率値は 32.7% と計算された。ダイアモンド・エタロン上の部分反射コーティングを用いて得られた反射率が測定され、完全なＣ帯域に渡って±1% よりも良好な精度で、この値と等しい反射率を有することが示された。
続いて２つのエタロン（エタロン＃１およびエタロン＃２）が温度調整された機構段上に角度調整機能と共に装着され、Ando 製、型式AQ4321D、調整可能レーザに接続された、単一モード光ファイバーからの並行出力レーザ・ビームの中に配置される、この周波数はＣ帯域およびＬ帯域両方の中の任意の値に調整できる。レーザ出力の周波数は Burleigh WaveMeter 型式WA-1650、絶対読み取り精度 30 MHz 以内、で測定された。機構段温度は 25℃+/- 0.05℃に調整された。温度読み取り精度は 0.01℃であった。絶対精度は 0.1℃に過ぎないが、温度読み取り値が常に同一値で測定されるように注意が払われた。
エタロンの位置調整に関して、出力レーザの周波数は、WA-1650 WaveMeter上の測定で 191600.00 GHz に設定された。次に機構段が、エタロンの透過が 50% とエタロン後方に装着された光ダイオードで測定されるように角度調整された。入力並行レーザ・ビームに対してエタロンの表面法線の角度は、エタロン＃１およびエタロン＃２に対して、それぞれ0.8度、および2.7度と判明した。続いてＣ帯域内のＩＴＵチャンネルの周波数が、レーザ出力の周波数と比較され、WA-1650 WaveMeterで測定され、これに対してエタロン透過は 50% であった。
従って、両方のエタロンに対して周波数の最大誤差は常に 137 MHz であることが確認された。最大偏差はそれぞれ 193200 GHz +/- 200 MHz および 193350 GHz +/- 250 MHz の周波数で生じた。この精度はＩＴＵ周波数グリッドからのレーザ出力周波数の偏差を測定する、Burleigh WaveMeter WA-1650、の精度で制限される。従って、ε=0.2のダイアモンド・エタロンに関して、Ｃ帯域に渡ってロック周波数の最大周波数偏差は 137 MHz を超えないことが確認された。
添付Ａ
Figure 2006520100
Figure 2006520100
本発明の方法に基づき製造されたダイアモンドおよび石英ガラスの最大および最少周波数オフセット誤差上でεを変化させた際の影響を示すグラフである。 本発明の方法に基づき製造されたダイアモンドおよび石英ガラスの最大および最少周波数オフセット誤差上でεを変化させた際の影響を示すグラフである。 本発明の方法に基づき製造されたダイアモンドおよび石英ガラスの最大および最少周波数オフセット誤差上でεを変化させた際の影響を示すグラフである。 本発明の方法に基づき製造されたダイアモンドおよび石英ガラスの最大および最少周波数オフセット誤差上でεを変化させた際の影響を示すグラフである。

Claims (26)

  1. 特定周波数範囲に渡って、エタロン透過スペクトルと周期的ロック周波数グリッドとの間の位置調整を最適化するための方法であって、好適な周期性をエタロン透過スペクトル内に生成し、同時にエタロン位相差δ=2π(m+ε)の干渉次数の整数部ｍで定まる適切なエタロン透過ピークを、予め定められた端数干渉次数εにより、周期的ロック周波数グリッド内の予め定められた周波数に一致させる、有効エタロン厚さ(d.cosθ)の値を決定し実施することを含む、前記方法。
  2. 特定周波数範囲に渡って、エタロン透過スペクトルと周期的ロック周波数グリッドとの間の位置調整を最適化するための方法であって、これらは共に好適な周期性をエタロン透過スペクトル内に生成し、同時にエタロン位相差δ=2π(m+ε)の干渉次数の整数部ｍで定まる適切なエタロン透過ピークを、詳細な端数干渉次数εにより、周期的ロック周波数グリッド内の予め定められた周波数に一致させる、有効エタロン厚さ(d.cosθ)と端数干渉次数εの値を決定し実施することを含む、前記方法。
  3. 請求項１乃至２に記載の方法において、周期的ロック周波数グリッドとエタロン透過ピークとの間の、意図された端数干渉次数εからの誤差が、特定周波数範囲に渡って、選択された最適化技法に基づいて最小化される、前記方法。
  4. 請求項３記載の方法において、最適化技法が：
    ａ．特定周波数範囲に渡る任意の周波数で観測される、意図された端数干渉次数εからの最大誤差を最小とする；
    ｂ．特定周波数範囲に渡って、意図された端数干渉次数εからの絶対誤差の合計を最小とする；
    ｃ．特定周波数範囲に渡って、意図された端数干渉次数εからの誤差の最小二乗値を求める、
    以上の内の１つである、前記方法。
  5. 請求項１から４のいずれか１つに基づく方法であって、周期的ロック周波数グリッドがＩＴＵグリッドである、前記方法。
  6. 周波数ロック用途で使用するのに適したエタロンの製造並びに位置調整方法であって：
    ａ．間隔のあいた予め定められたロック周波数の組を確立し；
    ｂ．予め定められたロック周波数の組の中に所望のロック周波数を選択し；
    ｃ．選択されたロック周波数でのエタロン位相差の干渉次数の整数部ｍの最適値を、端数干渉次数εの予め定められた値を用いて計算し；
    ｄ．選択されたロック周波数に対応するエタロンの厚さ値を、最適化されたｍの値を用いて計算し；
    ｅ．有効厚さ d.cos(θ) が計算された厚さ値と等しくなるように、エタロン本体を研磨する、
    以上を含む前記方法。
  7. 請求項６記載の方法が更に：
    ｆ．選択されたロック周波数でのエタロン位相差の干渉次数の整数部ｍの初期推定値を選択し、選択されたロック周波数に対応するエタロンの厚さ値を、選択されたｍの値を用いて計算し；
    ｇ．エタロンの有効厚さの計算された値を用いて、エタロン・ロック周波数の組を計算し；
    ｈ．計算されたエタロン・ロック周波数と予め定められたロック周波数の組のそれぞれの周波数との間の偏差を決定し；
    ｉ．選択されたｍの値を調整し；
    ｊ．計算されたエタロン・ロック周波数と予め定められたロック周波数の組との間の相関を最適化するためにステップ（ｆ）から（ｉ）をゼロ回またはそれより多くの回数繰り返して、エタロンの最適厚さの値を求め；
    ｋ．有効厚さ d.cos(θ) が計算された最適厚さと等しくなるように、エタロン本体を研磨する、
    以上を含む、前記方法。
  8. 周波数ロック用途で使用するのに適したエタロンの製造並びに位置調整方法であって：
    ａ．間隔のあいた予め定められたロック周波数の組を確立し；
    ｂ．予め定められたロック周波数の組の中に所望のロック周波数を選択し；
    ｃ．選択されたロック周波数でのエタロン位相差の干渉次数の整数部ｍの最適値を、端数干渉次数εの予め定められた値を用いて計算し；
    ｄ．εの最適値を計算し；
    ｅ．選択されたロック周波数に対応するエタロンの厚さ値を、ｍおよびεの最適化された値を用いて計算し；
    ｆ．有効厚さ d.cos(θ) が計算された厚さ値と等しくなるように、エタロン本体を研磨する、
    以上を含む前記方法。
  9. 請求項８記載の方法が更に：
    ｇ．選択されたロック周波数でのエタロン位相差の干渉次数の整数部ｍの初期推定値を選択し、選択されたロック周波数に対応するエタロンの厚さ値を、選択されたｍの値を用いて計算し；
    ｈ．エタロンの有効厚さの計算された値を用いて、エタロン・ロック周波数の組を計算し；
    ｉ．計算されたエタロン・ロック周波数と予め定められたロック周波数の組のそれぞれの周波数との間の偏差を決定し；
    ｊ．εの値を調整して前記偏差を低減し；
    ｋ．選択されたｍの値を調整し；
    ｊ．計算されたエタロン・ロック周波数と予め定められたロック周波数の組との間の相関を最適化するためにステップ（ｇ）から（ｋ）をゼロ回またはそれより多い回数繰り返して、エタロンの最適厚さの値を求め；
    ｍ．有効厚さ d.cos(θ) が計算された最適厚さと等しくなるように、エタロン本体を研磨する、
    以上を含む、前記方法。
  10. 請求項６から９のいずれか１つに記載の方法において、εが-0.5から+0.5の間の、エタロンの干渉次数の位相オフセットを表す実数であり、これにより周波数ロックが伝送ピーク（ε=0）で生じるかまたは、伝送ピークのいずれかの肩部（ε<>0）で生じるかが判定される、前記方法。
  11. 請求項６から１０のいずれか１つに記載の方法において、間隔をあけられた予め定められたロック周波数の組が、ＩＴＵグリッドを含む、前記方法。
  12. 請求項７記載の方法であって、所望のロック周波数を予め定められたロック周波数の別のものに調整し、ステップ（ｆ）から（ｉ）をゼロ回またはそれより多くの回数繰り返して、予め定められたロック周波数とエタロン・ロック周波数の間の全体周波数誤差を最小化することを含む、前記方法。
  13. 請求項９記載の方法であって、所望のロック周波数を予め定められたロック周波数の別のものに調整し、ステップ（ｇ）から（ｋ）をゼロ回またはそれより多くの回数繰り返して、予め定められたロック周波数とエタロン・ロック周波数の間の全体周波数誤差を最小化することを含む、前記方法。
  14. 請求項６から１３のいずれか１つに記載の方法において、θが０°から２０°の範囲内に選ばれ、これによりエタロン本体の研磨された厚さ内の小さな誤差を補正するための手段を提供する、前記方法。
  15. 請求項６から１４のいずれか１つに記載の方法において、エタロンが固体ダイアモンド本体を含む、前記方法。
  16. 請求項１から１５のいずれか１つで定められた方法に基づき製造され、オプトエレクトロニクスパッケージまたは装置の中に装着されたエタロンを含む、波長ロッカ。
  17. 請求項１６記載の波長ロッカにおいて、エタロンが一定温度でフィードバック電子回路と組み合わせて動作するように構成され、フィードバック信号を調整可能レーザに対して提供し、このフィードバック修正がレーザ発振周波数を調整し、ｍおよびεの値で定められるエタロン透過曲線上の特定ロック点と、整合するＩＴＵグリッドまたは周期的周波数のその他の組との間の偏差を特定周波数範囲に渡って、エタロンが製造されている材質で定まる、以下の１つが適用される最大値を超えないようにし：
    ａ．Ｃ帯域（191.6 THz-196.2 THz）で動作する石英ガラス・エタロンを使用した波長ロッカに対して、最大誤差は +/-400 MHz を超えない；
    ｂ．Ｌ帯域（186.4 THz-191.6 THz）で動作する石英ガラス・エタロンを使用した波長ロッカに対して、最大誤差は +/-400 MHz を超えない；
    ｃ．Ｃ帯域およびＬ帯域の組み合わせ（186.4 THz-196.2 THz）で動作する石英ガラス・エタロンを使用した波長ロッカに対して、最大誤差は +/-700 MHz を超えない；
    ｄ．Ｃ帯域（191.6 THz-196.2 THz）で動作するダイアモンド・エタロンを使用した波長ロッカに対して、最大誤差は +/-800 MHz を超えない；
    ｅ．Ｌ帯域（186.4 THz-191.6 THz）で動作するダイアモンド・エタロンを使用した波長ロッカに対して、最大誤差は +/-800 MHz を超えない；または
    ｆ．Ｃ帯域およびＬ帯域の組み合わせ（186.4 THz-196.2 THz）で動作するダイアモンド・エタロンを使用した波長ロッカに対して、最大誤差は +/-800 MHz を超えない
    前記波長ロッカ。
  18. 請求項１７記載の波長ロッカにおいて、以下の１つが適用される：
    ａ．Ｃ帯域（191.6 THz-196.2 THz）で動作する石英ガラス・エタロンを使用した波長ロッカに対して、最大誤差は +/-250 MHz を超えない；
    ｂ．Ｌ帯域（186.4 THz-191.6 THz）で動作する石英ガラス・エタロンを使用した波長ロッカに対して、最大誤差は +/-200 MHz を超えない；
    ｃ．Ｃ帯域およびＬ帯域の組み合わせ（186.4 THz-196.2 THz）で動作する石英ガラス・エタロンを使用した波長ロッカに対して、最大誤差は +/-600 MHz を超えない；
    ｄ．Ｃ帯域（191.6 THz-196.2 THz）で動作するダイアモンド・エタロンを使用した波長ロッカに対して、最大誤差は +/-600 MHz を超えない；
    ｅ．Ｌ帯域（186.4 THz-191.6 THz）で動作するダイアモンド・エタロンを使用した波長ロッカに対して、最大誤差は +/-600 MHz を超えない；または
    ｆ．Ｃ帯域およびＬ帯域の組み合わせ（186.4 THz-196.2 THz）で動作するダイアモンド・エタロンを使用した波長ロッカに対して、最大誤差は +/-600 MHz を超えない
    前記波長ロッカ。
  19. 請求項１８記載の波長ロッカにおいて、以下の１つが適用される：
    ａ．Ｃ帯域（191.6 THz-196.2 THz）で動作する石英ガラス・エタロンを使用した波長ロッカに対して、最大誤差は +/-220 MHz を超えない；
    ｂ．Ｌ帯域（186.4 THz-191.6 THz）で動作する石英ガラス・エタロンを使用した波長ロッカに対して、最大誤差は +/-150 MHz を超えない；
    ｃ．Ｃ帯域およびＬ帯域の組み合わせ（186.4 THz-196.2 THz）で動作する石英ガラス・エタロンを使用した波長ロッカに対して、最大誤差は +/-550 MHz を超えない；
    ｄ．Ｃ帯域（191.6 THz-196.2 THz）で動作するダイアモンド・エタロンを使用した波長ロッカに対して、最大誤差は +/-500 MHz を超えない；
    ｅ．Ｌ帯域（186.4 THz-191.6 THz）で動作するダイアモンド・エタロンを使用した波長ロッカに対して、最大誤差は +/-540 MHz を超えない；または
    ｆ．Ｃ帯域およびＬ帯域の組み合わせ（186.4 THz-196.2 THz）で動作するダイアモンド・エタロンを使用した波長ロッカに対して、最大誤差は +/-540 MHz を超えない
    前記波長ロッカ。
  20. ダイアモンドまたは石英ガラスを含む本体を有するエタロンであって、波長ロッカ内で使用される際に以下の１つが適用されるように、設計誤差表を具備して構成された；
    ａ．Ｃ帯域（191.6 THz-196.2 THz）で動作する石英ガラス・エタロンを使用した波長ロッカに対して、最大誤差は +/-160 MHz を超えない；
    ｂ．Ｌ帯域（186.4 THz-191.6 THz）で動作する石英ガラス・エタロンを使用した波長ロッカに対して、最大誤差は +/-100 MHz を超えない；
    ｃ．Ｃ帯域およびＬ帯域の組み合わせ（186.4 THz-196.2 THz）で動作する石英ガラス・エタロンを使用した波長ロッカに対して、最大誤差は +/-450 MHz を超えない；
    ｄ．Ｃ帯域（191.6 THz-196.2 THz）で動作するダイアモンド・エタロンを使用した波長ロッカに対して、最大誤差は +/-350 MHz を超えない；
    ｅ．Ｌ帯域（186.4 THz-191.6 THz）で動作するダイアモンド・エタロンを使用した波長ロッカに対して、最大誤差は +/-350 MHz を超えない；または
    ｆ．Ｃ帯域およびＬ帯域の組み合わせ（186.4 THz-196.2 THz）で動作するダイアモンド・エタロンを使用した波長ロッカに対して、最大誤差は +/-480 MHz を超えない
    前記エタロン。
  21. 請求項２０記載のエタロンにおいて、以下の１つが適用される；
    ａ．Ｃ帯域（191.6 THz-196.2 THz）で動作する石英ガラス・エタロンを使用した波長ロッカに対して、最大誤差は +/-120 MHz を超えない；
    ｂ．Ｌ帯域（186.4 THz-191.6 THz）で動作する石英ガラス・エタロンを使用した波長ロッカに対して、最大誤差は +/-90 MHz を超えない；
    ｃ．Ｃ帯域およびＬ帯域の組み合わせ（186.4 THz-196.2 THz）で動作する石英ガラス・エタロンを使用した波長ロッカに対して、最大誤差は +/-410 MHz を超えない；
    ｄ．Ｃ帯域（191.6 THz-196.2 THz）で動作するダイアモンド・エタロンを使用した波長ロッカに対して、最大誤差は +/-250 MHz を超えない；
    ｅ．Ｌ帯域（186.4 THz-191.6 THz）で動作するダイアモンド・エタロンを使用した波長ロッカに対して、最大誤差は +/-250 MHz を超えない；または
    ｆ．Ｃ帯域およびＬ帯域の組み合わせ（186.4 THz-196.2 THz）で動作するダイアモンド・エタロンを使用した波長ロッカに対して、最大誤差は +/-450 MHz を超えない
    前記エタロン。
  22. 請求項２１記載のエタロンにおいて、以下の１つが適用される；
    ａ．Ｃ帯域（191.6 THz-196.2 THz）で動作する石英ガラス・エタロンを使用した波長ロッカに対して、最大誤差は +/-80 MHz を超えない；
    ｂ．Ｌ帯域（186.4 THz-191.6 THz）で動作する石英ガラス・エタロンを使用した波長ロッカに対して、最大誤差は +/-80 MHz を超えない；
    ｃ．Ｃ帯域およびＬ帯域の組み合わせ（186.4 THz-196.2 THz）で動作する石英ガラス・エタロンを使用した波長ロッカに対して、最大誤差は +/-390 MHz を超えない；
    ｄ．Ｃ帯域（191.6 THz-196.2 THz）で動作するダイアモンド・エタロンを使用した波長ロッカに対して、最大誤差は +/-150 MHz を超えない；
    ｅ．Ｌ帯域（186.4 THz-191.6 THz）で動作するダイアモンド・エタロンを使用した波長ロッカに対して、最大誤差は +/-200 MHz を超えない；または
    ｆ．Ｃ帯域およびＬ帯域の組み合わせ（186.4 THz-196.2 THz）で動作するダイアモンド・エタロンを使用した波長ロッカに対して、最大誤差は +/-430 MHz を超えない。
  23. エタロンを波長ロッカ内に組み立てる前に、予め定められた関連する周波数誤差表を有するエタロンを含む波長ロッカ。
  24. 請求項２３記載の波長ロッカにおいて、予め定められた周波数誤差表の利点が、エタロン位相差δ=2π(ｍ＋ε)の干渉次数の整数部ｍと端数干渉次数εで定められるエタロン透過曲線上のピークを、ＩＴＵ周波数グリッドまたは周期的周波数のその他の組の予め定められた周波数に、予め定められた周波数誤差表の設計基準に基づいて詳細に位置調整することで実現される、前記波長ロッカ。
  25. 請求項２３または請求項２４記載の波長ロッカにおいて、エタロンが固体本体を有する前記波長ロッカ。
  26. 請求項２５記載の波長ロッカにおいて、本体がダイアモンドを含む前記波長ロッカ。
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