JP2008537358A

JP2008537358A - 電子波長マーカシステムおよび方法

Info

Publication number: JP2008537358A
Application number: JP2008507734A
Authority: JP
Inventors: ラスプリチェット，; ワイチワン，; ジャン−ウィレムピーターセ，; アンドリューコーデス，; ローズマリーアブライアム，
Original assignee: ブーカムテクノロジーピーエルシー
Priority date: 2005-04-19
Filing date: 2006-04-14
Publication date: 2008-09-11
Also published as: US20060274798A1; WO2006113398A3; WO2006113398A2

Abstract

波長調節可能なレーザ光を生成し、生成されたレーザ光の波長を示す信号を生成するシステム（図１、符号１００）が提供される。レーザ空洞１０２は、波長選択エレメントの位置を変化させることが光学利得媒質によって放射される波長を変化させるように、光学利得媒質によって放射された光の経路に配置されている、光学利得媒質１６１および波長選択１０５エレメントと、エレメントの位置を感知する位置センサと、位置センサによって感知されたエレメントの位置を示す位置信号を生成する位置信号回路１０８と、エレメントのそれぞれの所定の位置に対応する少なくとも１つの位置信号を格納する記憶媒体１４４と、生成された位置信号を少なくとも１つの格納された位置信号と比較し、エレメントが所定の位置に達したかどうかを示す比較結果を生成する比較回路１４０とを含む。

Description

（関連出願の引用）
本出願は、２００５年４月１９日に出願された、名称「ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＷＡＶＥＬＥＮＧＴＨＭＡＲＫＥＲＳＹＳＴＥＭＡＮＤＭＥＴＨＯＤ」の米国仮特許出願第６０／６７３，２６８号の利益を主張し、該仮特許出願は、本明細書に完全に述べられているものとして、本明細書に参考として援用される。

（１．発明の分野）
本発明は、一般的に調節可能なレーザに関し、より詳細には調節可能なレーザが動作する波長をマークすることに関する。

（２．関連技術の説明）
調節可能なレーザ光源は、波長調節可能な光を供給する。調節可能なレーザ光源の１つの使用は、例えば、環境の変化に応答して変動する光学特性を有する１つ以上の光学センサに投射する光を供給する。例えば、ＦａｂｅｒＢｒａｇｇＧｒａｔｉｎｇエレメントまたはＦａｂｒｙ−Ｐｅｒｏｔエレメントなどの光学センサは、温度、圧力、ひずみ、振動、音響、またはその他の物理的なパラメータなどの環境上摂動と共に変動し得る透過率、反射率、吸光度または入放射の偏光などの光学特性を有し得る。

特に、例えば、特許文献１のＤｕｎｐｈｙらの名称「ＤｉａｇｎｏｓｔｉｃＳｙｓｔｅｍｆｏｒＦｉｂｅｒＧｒａｔｉｎｇＳｅｎｓｏｒｓ」は、調節可能な光源を用いるファイバ格子センサに関する診断システムを教示する。システムは、所定の波長範囲にわたって光を走査し、各センサを照明する。公開されたシステムは、透過モードまたは反射モードで動作し得る。特許文献２のＥｌｌｅｒｂｒｏｃｋらの名称「ＯｐｔｉｃａｌＦｉｂｅｒＳｅｎｓｏｒＳｙｓｔｅｍ」は、光を複数配列のセンサに伝えるための、例えば、ＬＥＤおよび調節可能なエタロンなどの調節可能な光源の使用を教示する。特許文献３のＭａｌｖｅｒｎらの名称「ＭｏｄｕｌａｔｅｄＦｉｂｒｅＢｒａｇｇＧｒａｔｉｎｇＳｔｒａｉｎＧａｕｇｅＡｓｓｅｍｂｌｙｆｏｒＡｂｓｏｌｕｔｅＧａｕｇｉｎｇｏｆＳｔｒａｉｎ」は、反射強度値の比率から絶対方向およびひずみの大きさを決定するために、調節可能な光源および周波数変調を使用することを開示する。

調節可能なレーザ光を効果的に使用するために、許容レベルの確実性でレーザが調節される波長を知ることが重要である。１つのアプローチは、少量のレーザパワーの進路を変え、外部光学エレメントを用いてレーザパワーを外部基準と比較することである。このアプローチは、レーザ波長の正確な決定をもたらし得るが、比較的遅く、外部基準および転換光学系は比較的高価である。従って、調節可能なレーザが動作する波長を決定するためのより高速でより安価なアプローチに対するニーズがある。

さらに比較的高速の波長サンプリング速度は、調節可能なレーザのレーザ光が所定の波長閾値を横切る時間に十分近くに波長マーカ信号が供給されることを確実にするために、しばしば望ましい。しかしながら、一部のこれまでのプロセッサ制御システムは、波長サンプリング中の無関係な分岐ステートメントの実行によるマーカ信号の精度の減少を被り得る。従って、高精度で高速サンプリング速度を用いる調節可能なレーザが動作する波長を決定するアプローチに対するニーズが常にある。

本発明はこれらのニーズを満たす。
米国特許第５，４０１，９５６号明細書米国特許第６，２０４，９２０号明細書米国特許第６，４１７，５０７号明細書

（発明の概要）
一実施形態において、例えば、波長調節可能なレーザ光を生成し、生成されたレーザ光の波長を示す信号を生成するシステムが提供される。レーザ空洞は、光学利得媒質および波長選択エレメントを含み、光学利得媒質および該波長選択エレメントは、波長選択エレメントの位置を変化させることが光学利得媒質によって放射される波長を変化させるように、光学利得媒質によって放射された光の経路に配置されている。位置センサは、エレメントの位置を感知する。位置信号回路は、位置センサによって感知されたエレメントの位置を示す位置信号を生成する。記憶媒体は、エレメントのそれぞれの所定の位置に対応する少なくとも１つの位置信号を格納する。比較回路は、生成された位置信号を少なくとも１つの格納された位置信号と比較し、エレメントが所定の位置に達したかどうかを示す比較結果を生成する。マーカ信号回路は、エレメントがそれぞれの所定の位置に達したことを比較結果が示すとき、外部波長マーカ信号を供給する。従って、マーカ信号は電子的に生成されるので、外部光学系は必要ない。

本発明の別の局面において、プロセッサは、波長選択エレメントの位置の制御によって、レーザとして使える波長を制御する。プロセッサはまた、記憶媒体に、複数の所定の位置信号であって、その各々がエレメントの異なる所定の位置に対応する複数の所定の位置信号を供給するように連結される。記憶媒体は供給された複数の位置信号を格納する。選択回路は、前記エレメントが先に選択された所定の位置信号に対応する所定の位置に達したことを前記比較結果が示すとき、複数の格納された位置信号から次の格納された位置信号を選択する。次の格納された位置信号は、エレメントが対応する次の所定の位置に達したことを比較回路が示すまで、後に生成された位置信号と比較される。位置信号選択プロセスは、次いで反復する。従って、選択および比較回路は、レーザとして使える波長のプロセッサ制御と大部分無関係にマーカ信号制御を達成する。

別の実施形態において、例えば、波長調節可能なレーザシステムによって生成される光の波長を決定する方法であって、波長調節可能なレーザシステムは、波長選択エレメントの位置を変化させることが光学利得媒質によって放射された波長を変化させるように、光学利得媒質によって放射された光の経路に配置されている光学利得媒質および波長選択エレメントを含むレーザ空洞を含む、方法が提供される。記録媒体は、複数の所定の位置信号を記憶媒体に格納し、該複数の所定の位置信号の各々はエレメントの異なる所定の位置に対応する。次の所定の位置に対応する所定の格納された位置信号が、選択される。エレメントの位置は、レーザシステムによって放射された光の波長を変化させるように、変化される。エレメントが位置を変化させると、エレメントの位置は感知される。エレメントの感知された位置を示す位置信号が生成される。生成された位置信号は、選択され格納された所定の位置信号と比較される。エレメントが選択された所定の位置信号に対応するそれぞれの所定の位置に達したことを比較が示すとき、レーザシステムによって放射された光の波長を示す外部マーカ信号が生成される。外部基準および転換光学系は必要ない。

本発明のこれらおよびその他の特徴および利点は、添付の図面に関連する以下の詳細な説明から明らかであろう。

（好ましい実施形態の詳細な説明）
本発明は、調節可能レーザシステムが動作する波長を確認し、それに印を付ける新しい装置および方法を提供する。以下の説明は、任意の当業者が本発明を作製し、用いることを可能にするために提示される。本発明の実施形態は、特定の用途およびその要件に関連して記述される。これらの特定の用途の説明は、実施例としてのみ提供される。好ましい実施形態に対する様々な改変は当業者にとって容易に明らかであり、本明細書に定義された一般的な原理は、本発明の精神と範囲から逸脱することなく他の実施形態および用途に適用され得る。従って、本発明は、示された実施形態に限定される意図ではなく、本明細書に開示された原理および特徴に一致した最も広い範囲が与えられる。

図１は、本発明の実施形態によるレーザシステム１００の例示的ブロック図である。レーザシステム１００は、レーザ空洞１０２と、空洞内で、例えばプリズム、格子またはフィルタ（図示されていない）などのレーザ波長選択エレメント１０５の位置を調整するためのアクチュエータ１０４と、波長選択エレメント１０５の実際の位置を感知するためのセンサ１０６と、制御信号をアクチュエータ１０４に供給し、位置センサ１０６からのフィードバック信号を受け取る位置制御システム１０８とを含む。波長選択エレメント１０５の位置は、レーザシステムが動作する波長を決定する。制御システム１０８は、アクチュエータ１０４に波長選択エレメント１０５の位置を変更するように命令するアクチュエータ制御信号を供給する。制御システム１０８は、波長選択エレメント１０５の実際の位置を示す位置センサ１０６からフィードバック信号を受け取る。制御システム１０８は、位置フィードバック信号を用い得、例えば、どのコマンド信号を送信すべきかを計算する。

制御システム１０８はまた、レーザ空洞１０２によって発射されたレーザ光の波長を示す波長マーカ信号をライン１１０に供給する。波長マーカ信号は、本発明のどの部分も形成しない外部のシステムに供給され得、データ収集をトリガするか、またはマーカ信号によって示された一部の所定の波長に応答するある他の動作をトリガする。より詳細には、例えば、外部の器具は、レーザ空洞１０２によって発射されたレーザ光がある波長を交差させるたびに、ある他の機能を実行するように構成され得る。マーカ信号は、そのような波長交差を示し得る。一実施形態において、波長選択エレメント１０５がある所定の位置に到達したことを、位置センサ１０６によって供給されたフィードバック信号が示す場合、波長マーカ信号は供給される。より詳細には、レーザシステム１００は、レーザ空洞１０２が位置センサ１０６によって感知された複数の種々の波長選択エレメント１０５の位置の各々に対してレーザとして使える波長を事前に決定することによって、事前に調整される。従って、事前の調整は、事前に決定された波長および対応する事前に決定された波長選択エレメントの位置を識別する。

従って、マーカ信号は、波長選択エレメント１０５の位置が事前に決定されたエレメントの位置に一致し、該事前に決定されたエレメントの位置が同様に事前に決定された波長に一致する時期を指示する。しかしながら、マーカ信号が正確な波長選択エレメントの位置かまたはエレメントの位置の単なる近似を指示するかどうかは本発明にとって重大ではないことは、以下の検討から理解される。例えば、位置センサ１０６は、エレメント１０５が正確に事前に決定された位置にある時期に対して十分に感度がよくないか、そうでなければ高精度で決定する能力がない場合がある。従って、マーカ信号は、誤差の許容範囲内にある波長選択エレメントの位置の近似に基づいて、生成され得る。一実施形態において、マーカ信号は、実際のレーザ波長が事前に決定された波長値を交差する時期について指示する。

制御システム１０８は、インタフェース回路１１４およびマーカ信号発生回路１１６に連結されたプロセッサ１１２を含む。制御システム１０８はまた、インタフェース回路１１４から制御情報を受け取り、波長選択エレメントの位置を制御するアクチュエータ１０４に制御信号を供給するように、結合されたドライバ回路１１８を含む。制御システム１０８はさらに、変換機回路１２０を含み、該変換機回路は、位置センサ１０６によって生成されたアナログ位置情報をディジタル信号に変換し、ディジタル信号をフィードバックとしてインタフェース回路１１４に供給する。

より詳細には、インタフェース回路１１４は、レジスタインタフェース回路１２２およびカウントレジスタ回路１２４を含む。レジスタインタフェース回路１２２は、プロセッサ１１２からディジタルコマンド信号を受け取り、受け取ったディジタルコマンド信号をドライバ回路１１８に供給する。カウントレジスタ回路１２４は、変換機１２０からディジタルカウントフィードバック信号を受け取り、フィーバックカウントを表す信号をプロセッサ１２およびマーカ信号発生回路１１６に供給する。

マーカ信号回路１１６は、波長選択エレメント１０５の感知された位置に基づき、マーカ信号を生成する。一実施形態において、変換機回路１２０によって生成されるディジタルフィードバック信号は、位置センサ１０６によって感知されたエレメント１０５の位置に基づき生成されたアナログ信号からディジタルフィードバック信号を生成する。さらにその実施形態において、マーカ信号発生回路１１６は、カウントレジスタ１２４を介するディジタルカウント値の形式でディジタルフィードバック信号を受け取るように連結される。

プロセッサ１１２は、例えば、マイクロプロセッサまたはマイクロコントローラとしてインプリメントされ得る。一実施形態において、インタフェース回路１１４およびマーカ信号発生回路１１６は、プロセッサ１１２とは別の書替え可能ゲートアレイ（ＦＰＧＡ）回路に配置される。ドライバ１１８に対するレジスタインタフェース１２２および変換機１２０に対するカウントレジスタインタフェース１２４を有するインタフェース回路１１４を別の集積回路に配置することは、本質的には、プロセッサ１１２からこれらのインタフェースを引き出し、プロセッサが割込みサービスルーチン（ＩＳＲ）の実行に集中することを可能にする。しかしながら、機能のこの引き出しは、別のＩＣを用いることなく達成され得る。

より詳細には、プロセッサの第１位の機能は、エレメント１０５の位置を指示するフィードバック信号をモニタリングすること、およびエレメント１０５の位置を変更するコマンド信号を発行することによって、波長選択エレメント１０５の移動を制御することである。プロセッサ１１２は、ＩＳＲ１２６を実行するようにコード化され、ＩＳＲ１２６は、プロセッサ１１２がカウントレジスタ１２４を定期的にサンプリングするようにさせ、波長選択エレメント１０５の位置を確認させるようにする。プロセッサは、位置コマンドを計算し、位置コマンドをレジスタインタフェース回路１２２に供給する。位置コマンドはドライバ１１８に供給され、ドライバ１１８は、対応する制御信号を生成し、プロセッサ１１２によって発行されたコマンドに従ってエレメント１０５を移動させる。

マーカ信号回路１１６の機能は、事前に決定された波長閾値が交差されるたびに、マーカ信号を生成することである。以下の考察から、マーカ信号回路１１６は、プロセッサ１１２とは実質的に無関係に動作することが理解される。すなわち、プロセッサ１１２は、生成されるべきマーカ信号に対する特別なＩＳＲを開始する必要はない。マーカ信号回路１１６自体は、プロセッサによる直接の介入なしに、マーカ信号を生成する。従って、サンプリングは、プロセッサ１１２によって実行され得る分岐のステートメントによって妨げられない高精度の高速で行なわれ得る。しかしながら、プロセッサ１１２は、マーカ回路１１２のプログラミングに確かに関与し、例えば、格納のために事前に決定された位置信号を最初に供給し、アドレスポインタを格納場所に供給することによって、マーカ回路１１２を動作するようにセットアップする。

一実施形態において、アクチュエータ１０４は、ボイスコイルモータ（ＶＣＭ）を備え、該ＶＣＭにおいて、モータリーフは波長選択エレメント１０５の位置を制御する。ドライバ回路１１８は、電流調整器回路を備え、該電流調整器回路は、プロセッサ１１２によってレジスタインタフェース１２２に供給されたコマンドに従って、ＶＣＭがエレメント１０５を移動させるようにするレベルの電流を生成する。

図２は、本発明の実施形態において採用され得る位置センサ１０６の例示的な図である。位置センサ１０６は、機械的な位置を代表的な電気信号に変換する光学エンコーダを備えている。位置センサ１０６は、パターン化されたディスクまたはスケール１３０の形式での移動焦点板１３０、光源１３２、ならびに第１の感光エレメント１３４および第２の感光エレメント１３６を含む。移動焦点板１３０は、波長選択エレメント１０５の移動が移動焦点板１３０の移動に一致するように、波長選択エレメント１０５に接続される。光源１３２および感光エレメント１３４、１３６は、互いに固定して位置する。それらは波長選択エレメントに対して移動しない。一実施形態において、移動焦点板１３０は、その周囲に明暗が交互に現れるラインのトラックでパターン化されたガラス製のディスクである。光は、明るいラインを通過し得るが、暗いラインは通過し得ない。ディスクカウントは、１回転当たりの明／暗ラインペアの数として定義される。第２のトラックは、指標として追加され得、該指標は絶対位置を指示するために用いられ得る。

動作時、波長選択エレメント１０５が移動すると、移動焦点板１３０は波長選択エレメント１０５と共に移動する。エレメント１０５が移動すると、移動焦点板１３０の明暗のパターンは、光源１３２から第１の感光エレメント１３４および第２の感光エレメント１３６に向かって発した光の通過および遮断を交互に行なう。固定焦点板１３８は、一方を照明する光が他方を照明しないように、第１の感光エレメント１３４および第２の感光エレメント１３６を分離する。

方向情報を引き出すために、移動焦点板１３０のラインは、２つの異なる感光エレメント１３４、１３６によって読み取られ、該２つの異なる感光エレメント１３４、１３６は、それらが互いに位相が９０度ずれているアナログ信号を生成するように、互いにおよびラインペアに対して配置される。これらの信号は一般的に直交信号と呼ばれる。変換機回路１２０は、位置センサ１０６によって生成される９０度位相ずれのアナログ直交信号を受け取る補間回路を備え、位置を示すディジタル直交信号を生成する。

より詳細には一実施形態において、位置センサ１０６は、２０μｍの格子を有する移動焦点板を含む。位置センサ１０６は、ＶＣＭ１０４の移動範囲にわたる８２３周期サイクル（１３４７０ライン／回転＊３６０度／回転＊１／２２度セグメント）を有するインクレメンタル位置信号を生成する。補間回路は、アナログ位置信号をサンプリングし各周期サイクル内のディスクリート位置を決定し、位置信号をディジタル直交位置信号に変換する。一実施形態の補間回路は、各サイクルに対して４０９６までの位置（ＶＣＭの移動範囲にわたる最大３，３７１，００８の位置）に対してプログラム可能である。各直交信号の最大出力周波数は、７．２ＭＨｚであり、１直交サイクル当たり４カウントで、最大１秒間に２８．８Ｍカウントが送信される。ＦＰＧＡのカウントレジスタ１２４は、８０ＭＨｚで直交をサンプリングし、ディジタルカウントフィードバック情報を外部プロセッサ１１２およびマーカ信号生成回路１１６に供給する３２ビットレジスタを維持する。

図３は、本発明の実施形態のマーカ信号生成回路１１６の機能ブロック図を示す例示的図である。この一般化された図において、マーカ信号回路１１６は、コンパレータ回路１４０およびパルス幅カウンタ回路１４２を含む。コンパレータ１４０は、正（＋）の入力として、カウントレジスタ１２４に現在格納されているディジタルカウントフィードバック値を受け取る。ディジタルカウントフィードバック値は、波長選択エレメント１０５の現在の位置を示す。カウントレジスタ１２４に格納されているディジタルカウントフィードバック値は、波長選択エレメント１０５の位置の変化と共に変化することは理解される。コンパレータ１４０は、負（−）の入力として事前に決定されたディジタル値を受け取る。事前に決定されたディジタル値は、事前に決定されたレーザ波長に一致した事前に調整された波長選択エレメント位置に一致する。波長選択エレメント１０５の位置が変化し、レーザが調節すると、カウントレジスタ１２４に格納されたディジタルカウントは変化し、２５ｎｓ間隔（４０ＭＨｚ）での事前決定されたディジタルカウント値と比較される。

一実施形態において、コンパレータ出力信号は状態を変化させ、レジスタ１２４に格納されたディジタルカウント値が事前に決定されたディジタル値を超えたとき、トリガエッジを生成する。パルス幅カウンタ回路１４２は、特定のマーカ信号パルス幅を供給する。しかしながら、マーカ情報は、パルスの立上がり区間に含まれる。従って、事前に決定されたディジタル値はトリガ値として働く。

図４は、図３のマーカ信号生成回路１１６のより詳細なブロック図を示す例示的図である。マーカ信号生成回路１１６は、コンパレータ回路１４０、パルス幅カウンタ回路１４２、デュアルポートＲＡＭ回路１４４およびトリガアドレスポインタ回路１４６を含む。プロセッサ１１２は、ＲＡＭ１４４のポートＡのデータインタフェースに、マーカ信号が生成されるべき波長に一致した複数の事前に決定されたディジタルカウント値を供給する。各所定のカウント値は、ＲＡＭ１４４内の異なる記憶場所に格納される。プロセッサ１１２は、トリガアドレスポインタカウンタ回路１４６に、比較されるべき第１の事前に決定されたカウント値に対するアドレスポインタを初期設定するために用いられる情報を入力する。コンパレータの負（−）の入力は、ＲＡＭ１４４のポートＢのデータインタフェースを介して、ＲＡＭ１４４に格納された事前に決定されたカウント値を受け取るように連結される。受け取った所定のカウント値は、アドレス信号によってポイントされた記憶場所に格納され、該アドレス信号は、トリガアドレスポインタカウンタ１４６によってＲＡＭ１４４のポートＢのアドレス入力に供給される。

動作時、コンパレータ回路１４０およびパルス幅カウンタ回路１４２は、図３に関連して上記のように動作する。さらに、コンパレータ出力信号は状態を変化させ、トリガエッジを生成する場合、そのトリガエッジは、トリガアドレスポインタ回路１４６がＲＡＭ１４４のポートＢアドレスに供給されるアドレスポンタアドレスをインクリメントする。アドレスポインタの変化に応答して、ＲＡＭ１４４は、次の事前に決定されたディジタルカウント値をコンパレータ回路１４０の負（−）の入力に供給する。従って、ディジタルカウントフィードバック信号を事前に決定されたディジタルカウント信号と比較するプロセスは、次の事前に決定されたディジタルカウント値との比較に関して継続する。

レーザ空洞の構成は本発明にとって重要ではないことは理解される。以下のことは、本発明の原理に一致して採用され得るいくらかの異なる例示的レーザ空洞のインプリメンテーションの簡単な説明である。各異なる構成はいくらか異なる形式の波長選択エレメントを採用するが、各異なる構成は本発明を実施するために用いられ得る。

図５は、Ｌｉｔｔｍａｎ−Ｍｅｔｃａｌｆ設計に基づくレーザ空洞１６０の例示的図であり、Ｌｉｔｔｍａｎ−Ｍｅｔｃａｌｆ設計は、波長選択性を提供する調節反射器と共に、グレージング入射における回析格子を用いる。レーザダイオードなどの光学利得媒質１６１の出力は、グレージング入射における回析格子１６２を横切って提供される。格子によって提供される分散は、レーザに対して１つのみの空洞モードを可能にし、その結果、非常に狭いライン幅となる。正反射すなわち格子から離れた零次回析は、レーザの出力ビームとして働く。格子とエンドミラー１６４との間の角度は、レーザの波長を決定する。レーザ空洞長Ｌは、レーザとして使え、等式Ｌ＝Ｎλ_Ｎ／２（Ｎ＝整数）によって与えられる可能な波長またはモードλ_Ｎのディスクリートセットを定義する。格子等式は、ｍλ＝Λ（ｓｉｎθ_ｉ＋ｓｉｎθ_ｄ）であることを主張し、ここで、ｍは格子回析次数を表す。Λは格子のグルーブ間隔をいい、一方、θ_ｉおよびθ_ｄは、レーザビームの入射角度および回析角度をいう。波長選択エレメントとして働くエンドミラー調節反射器１６４の回転は、両方の等式におけるパラメータを変化させる。回転１３０の適切に選択されたポイントは、空洞長が、調節反射器１６４が回転するのと同じ数の半波長の長さのままであるように、その２つを同期させる。このように、モード−ホップのない調節が達成され得る。この条件が満たされない場合、レーザとして使える波長は、１つのモードから次の格子回析次数に、定期的にホップする（例えば、ＮからＮ＋１に）。

図６は、Ｌｉｔｔｒｏｗ構成における外部の空洞レーザダイオード１７１（光学利得媒質（Ｏ．Ｇ．））を含むように構成された別のレーザ空洞の実施形態１７０の例示的図である。共振空洞は、レーザダイオード１７１から回析格子１７２に延び、回析格子１７２は波形選択エレメントとして働く。格子（回析エレメント（Ｄ．Ｅ．））１７２からの１次回析は、自動的に戻り回析される。零次回析は、例えば、異なる方向に回析され、レーザ出力として働き得る。レーザ空洞１７０は、レーザ空洞内の波長依存損失を作成することによって、単一の縦モードで動作する。回析格子１７２は基本的に、軸１３０の回りに回転可能で、所望の波長をレーザダイオード１７１に選択的にフィードバックする波長選択ミラーとして働く。従って、所望の波長における利得は増加し、対応するモードが好ましい。所望の波長を選択することはまた、共振空洞１７０内の対応する共振周波数を設定する。１次光の元への反射は、
ｍλ＝２ｄｓｉｎα
であるとき、起こり、ここで、ｍは回析の次数（フィードバック後、ｍ＝１）、ｄは格子定数、αは入射の角度およびλは波長である。

図７Ａ〜図７Ｂは、２つのレーザ空洞の実施形態１８０、１８０’の例示的図であり、該実施形態において、フィルタリングエレメント１８２、１８２’は波形選択エレメントとして働く。図７Ａの実施形態において、フィルタリングエレメント１８２は、光学利得媒質１８４と出力カプラ１８６との間に配置される。図７Ｂの実施形態において、フィルタリングエレメント１８２’は、光学利得媒質１８４’と高反射エレメント１８８との間に配置される。フィルタリングエレメント１８２、１８２’は、光学基板上に複数の誘電コーティング（例えば、薄膜、ダイクロイックまたは干渉フィルタ）を備えている干渉フィルタであり得る。波長反射は、コーティング層対光学ビームの角度の関数である。従って、所望の波長は、ビームにおけるフィルタ角度を回転軸１３０の回りに回転させることによって得られ得る。

調節可能性は、光学ウェッジコーティングによっても得られ得る。コーティングは、基板の長さにわたり反射特性を変化させる。これらのフィルタは、ビームを横切って線形方法で移動している。

干渉フィルタの代案は複屈折フィルタである。これらのデバイスは、波長の関数としての偏光を変化させる。レーザは、別の偏光感知エレメントとの組み合わせによって定義される好ましい波長を発する。後者はそれ自体利得媒質であり得る。

本発明による好ましい実施形態の上記の説明および図面が、この発明の原理を単に例示するものであること、ならびに、様々な改変が、本発明の範囲と精神から逸脱することなく当業者によってなされ得ることは理解される。例えば、圧電アクチュエータは、ＶＣＭの代わりに採用され得、または線運動は、円運動の代わりに用いられ得る。

図１は、本発明の実施形態に従うレーザシステムの例示的ブロック図である。図２は、図１の実施形態において採用され得る位置センサの例示的図である。図３は、図１の実施形態のマーカ信号生成回路の例示的機能ブロック図である。図４は、図３のマーカ信号生成回路のより詳細なブロック図を例示する。図５は、図１の実施形態において採用され得るＬｉｔｔｍａｎ−Ｍｅｔｃａｌｆ設計に基づくレーザ空洞の例示的図である。図６は、図１の実施形態において採用され得るＬｉｔｔｒｏｗ構成に基づくレーザ空洞の例示的図である。図７Ａは、図１の実施形態において採用され得るフィルタリングエレメントを採用したレーザ空洞実施形態の例示的図である。図７Ｂは、図１の実施形態において採用され得るフィルタリングエレメントを採用したレーザ空洞実施形態の例示的図である。

Claims

波長調節可能なレーザ光を生成し、該生成されたレーザ光の該波長を示す信号を生成するシステムであって、
光学利得媒質および波長選択エレメントを含むレーザ空洞であって、該光学利得媒質および該波長選択エレメントは、該波長選択エレメントの位置を変化させることが該光学利得媒質によって放射される波長を変化させるように、該光学利得媒質によって放射された光の経路に配置されているレーザ空洞と、
該エレメントの位置を感知する位置センサと、
該位置センサによって感知された該エレメントの位置を示す位置信号を生成する位置信号回路と、
該エレメントのそれぞれの所定の位置に対応する少なくとも１つの位置信号を格納する記憶媒体と、
該生成された位置信号を該少なくとも１つの格納された位置信号と比較し、該エレメントが該所定の位置に達したかどうかを示す比較結果を生成する比較回路と、
該エレメントが該それぞれの所定の位置に達したことを該比較結果が示すとき、外部波長マーカ信号を供給するマーカ信号回路と
を備えている、システム。
前記レーザ空洞は、Ｌｉｔｔｍａｎ−Ｍｅｔｃａｌｆ構成において配置された光学利得媒質、反射器、および分散エレメントを含み、該Ｌｉｔｔｍａｎ−Ｍｅｔｃａｌｆ構成において、前記波長選択エレメントは、該反射器または該分散エレメントを含む、請求項１に記載のシステム。
前記レーザ空洞は、Ｌｉｔｔｒｏｗ構成において配置された光学利得媒質および分散エレメントを含み、該Ｌｉｔｔｒｏｗ構成において、前記波長選択エレメントは該分散エレメントである、請求項１に記載のシステム。
前記レーザ空洞は、光学空洞構成において配置された光学利得媒質およびフィルタを含み、該光学空洞構成において、前記波長選択エレメントは該フィルタを含む、請求項１に記載のシステム。
前記位置信号回路は、
前記位置センサによって感知された前記エレメントの位置を示すアナログ信号を生成するエンコーダと、
該生成されたアナログ信号からディジタル信号を生成する補間回路と
を含み、
該少なくとも１つの格納された位置信号はディジタル信号である、請求項１に記載のシステム。
前記位置信号回路は、
前記位置センサによって感知された前記エレメントの位置を示す直交信号を生成するエンコーダと、
該生成された直交信号からディジタル信号を生成する補間回路と
を含み、
該少なくとも１つの格納された位置信号はディジタル信号である、請求項１に記載のシステム。
前記位置信号回路は、
前記位置センサによって感知された前記エレメントの位置を示すアナログ信号を生成するエンコーダと、
該生成されたアナログ信号をカウント値を表すディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換機と
を含み、
該少なくとも１つの格納された位置信号は該エレメントの該所定の位置を表すディジタルカウント値である、請求項１に記載のシステム。
前記位置センサは、
焦点板であって、該焦点板の位置が前記エレメントの位置を示すように、該エレメントに対する位置を変化させる焦点板と、
該焦点板の１つの側面に配置された光源と、
光検出器であって、該焦点板の反対の側面に配置されており、該焦点板および該エレメントにおける位置の変化と共に、該焦点板を介して通過する光の変化を示す光検出信号を生成する、光検出器と
を含み、
前記位置信号回路は、
該エレメントの位置を示す直交信号を生成する該光検出信号に応答するエンコーダと、
該生成された直交信号を該エレメントの位置を表すディジタルカウント値に変換する補間回路と
を含み、
該少なくとも１つの格納された位置信号は該エレメントの該所定の位置を表すディジタルカウント値である、請求項１に記載のシステム。
前記エレメントが前記それぞれの所定の位置に達したことを前記比較結果が示すとき、前記マーカ信号回路は所定の遷移を有する外部波長マーカ信号を生成する、請求項１に記載のシステム。
前記記憶媒体は、複数の位置信号を格納し、該複数の位置信号の各々は前記エレメントの異なる所定の位置に対応し、
前記エレメントが先に選択された所定の位置信号に対応する所定の位置に達したことを前記比較結果が示すとき、次の少なくとも１つの格納された位置信号を複数の格納された位置信号から選択する選択回路をさらに含む、請求項１に記載のシステム。
複数の所定の位置信号を前記記憶媒体に供給するように連結されたプロセッサであって、該複数の所定の位置信号の各々は前記エレメントの異なる所定の位置に対応する、プロセッサをさらに含み、
該記憶媒体は該供給された複数の位置信号を格納し、
前記エレメントが先に選択された所定の位置信号に対応する所定の位置に達したことを前記比較結果が示すとき、次の格納された位置信号を複数の格納された位置信号から選択する選択回路をさらに含む、請求項１に記載のシステム。
前記波長選択エレメントの位置を変化させるアクチュエータをさらに含む、請求項１に記載のシステム。
プロセッサであって、該プロセッサは、前記アクチュエータによって前記波長選択エレメントの位置を変化させることを制御するように、制御信号を該アクチュエータに供給するように連結され、前記位置センサによって感知された前記エレメントの位置を示す前記生成された位置信号をフィードバックとして受け取るように連結され、複数の所定の位置信号であって、その各々が該エレメントの異なる所定の位置に対応する複数の所定の位置信号を前記記憶媒体に供給するように連結された、プロセッサをさらに含み、
該記憶媒体は該供給された複数の位置信号を格納し、
前記エレメントが先に選択された所定の位置信号に対応する所定の位置に達したことを前記比較結果が示すとき、次の少なくとも１つの格納された位置信号を複数の格納された位置信号から選択する選択回路をさらに含む、請求項１に記載のシステム。
前記波長選択エレメントの位置を変化させるアクチュエータと、
プロセッサであって、該プロセッサは、該アクチュエータによって該波長選択エレメントの位置を変化させることを制御するように、制御信号を該アクチュエータに供給するように連結され、前記位置センサによって感知された該エレメントの位置を示す前記生成された位置信号をフィードバックとして受け取るように連結され、複数の所定の位置信号であって、その各々が該エレメントの異なる所定の位置に対応する複数の所定の位置信号を前記記憶媒体に供給するように連結され、ＲＡＭアドレス情報信号を供給する、プロセッサをさらに含み、
該記憶媒体は該供給された複数の位置信号を格納するＲＡＭを含み、該記憶媒体は、
該ＲＡＭアドレス情報を該プロセッサから受け取るように結合され、前記比較結果を受け取るように連結され、信号を該ＲＡＭに供給するように結合され、該信号は前記エレメントが先に選択された少なくとも１つの格納された所定の位置信号に対応する所定の位置に達したことを前記比較結果が示すとき、次の少なくとも１つの格納された位置信号を複数の格納された位置信号から選択する、選択回路をさらに含む、請求項１に記載のシステム。
波長調節可能なレーザ光を生成し、該生成されたレーザ光の該波長を示す信号を生成するシステムであって、
光学利得媒質および波長選択エレメントを含むレーザ空洞であって、該光学利得媒質および該波長選択エレメントは、該波長選択エレメントの位置を変化させることが該光学利得該媒質によって放射される波長を変化させるように、該光学利得媒質によって放射された光の経路に配置されているレーザ空洞と、
該波長選択エレメントの位置を変化させるアクチュエータと、
該エレメントの位置を感知する位置センサと、
該位置センサによって感知された該エレメントの位置を示すディジタル位置信号を生成する位置信号回路と、
ＲＡＭを含む記憶媒体であって、複数の所定の位置信号であって、その各々が該エレメントの異なる所定の位置に対応する異なるディジタル値を備えている、複数の所定の位置信号を格納する記憶媒体と、
プロセッサであって、該プロセッサは、該アクチュエータによって該波長選択エレメントの位置を変化させることを制御するように、制御信号を該アクチュエータに供給するように連結され、前記位置センサによって感知された該エレメントの位置を示す該生成された位置信号をフィードバックとして受け取るように連結され、該複数の所定の位置信号を該記憶媒体に供給するように連結され、ＲＡＭアドレス情報信号を供給する、プロセッサと、
該生成されたディジタル位置信号を選択され格納されたディジタル位置信号と比較し、該エレメントが先に選択された所定の位置信号に対応する所定の位置に達したかどうかを示す比較結果を生成する比較回路と、
該ＲＡＭアドレス情報信号を該プロセッサから受け取るように結合され、該比較結果を受け取るように連結され、アドレス信号を該ＲＡＭに供給するように結合され、該アドレス信号は、該エレメントが先に選択され格納された所定の位置信号に対応する所定の位置に達したことを該比較結果が示すとき、次の格納された位置信号を複数の格納された位置信号から選択する、選択回路と、
該エレメントが該それぞれの所定の位置に達したことを該比較結果が示すとき、外部波長マーカ信号を供給するマーカ信号回路と
を備えている、システム。
前記エレメントが前記それぞれの所定の位置に達したことを前記比較結果が示すとき、前記マーカ信号は所定のパルス状態遷移を有する外部波長マーカ信号を生成する、請求項１５に記載のシステム。
波長調節可能なレーザ光を生成し、該生成されたレーザ光の該波長を示す信号を生成するシステムであって、
光学利得媒質および波長選択エレメントを含むレーザ空洞であって、該光学利得媒質および該波長選択エレメントは、該波長選択エレメントの位置を変化させることが該光学利得媒質によって放射される波長を変化させるように、該光学利得媒質によって放射された光の経路に配置されているレーザ空洞と、
該波長選択エレメントの位置を変化させるアクチュエータと、
該エレメントの位置を感知する位置センサであって、該位置センサは、
焦点板であって、該焦点板の位置が該エレメントの位置を示すように、該エレメントに対する位置を変化させる焦点板と、
該焦点板の１つの側面に配置された光源と、
光検出器であって、該焦点板の反対の側面に配置されており、該焦点板および該エレメントにおける位置の変化と共に、該焦点板を介して通過する光の変化を示す光検出信号を生成する、光検出器とを含む、位置センサと、
該位置センサによって感知された該エレメントの位置を示す位置信号を生成する位置信号回路であって、該位置信号回路は、
該エレメントの位置を示す直交信号を生成する該光検出信号に応答するエンコーダと、
該生成された直交信号を該エレメントの位置を表すディジタルカウント値に変換する補間回路とを含む、位置信号回路と、
複数の所定の位置信号であって、その各々が該エレメントの異なる所定の位置に対応する異なるディジタル値を備えている、複数の所定の位置信号を格納するＲＡＭを含む記憶媒体と、
プロセッサであって、該プロセッサは、該アクチュエータによって該波長選択エレメントの位置を変化させることを制御するように、制御信号を該アクチュエータに供給するように連結され、該位置センサによって感知された該エレメントの位置を示す該生成された位置信号をフィードバックとして受け取るように連結され、該複数の所定の位置信号を該記憶媒体に供給するように連結され、ＲＡＭアドレス情報信号を供給する、プロセッサと、
該生成されたディジタル位置信号を選択され格納されたディジタル位置信号と比較し、該エレメントが先に選択された所定の位置信号に対応する所定の位置に達したかどうかを示す比較結果を生成する比較回路と、
該ＲＡＭアドレス情報信号を該プロセッサから受け取るように結合され、該比較結果を受け取るように連結され、アドレス信号を該ＲＡＭに供給するように結合され、該アドレス信号は、該エレメントが先に選択され格納された所定の位置信号に対応する所定の位置に達したことを該比較結果が示すとき、次の格納された位置信号を複数の格納された位置信号から選択する、選択回路と、
該エレメントが該それぞれの所定の位置に達したことを該比較結果が示すとき、外部波長マーカ信号を供給するマーカ信号回路と
を備えている、システム。
波長調節可能なレーザ光を生成し、該生成されたレーザ光の該波長を示す信号を生成するシステムであって、
光学利得媒質および波長選択エレメントを含むレーザ空洞であって、該光学利得媒質および該波長選択エレメントは、該波長選択エレメントの位置を変化させることが該光学利得媒質によって放射される波長を変化させるように、該光学利得媒質によって放射された光の経路に配置されているレーザ空洞と、
該波長選択エレメントの位置を変化させる手段と、
該エレメントの位置を感知する手段と、
該位置センサによって感知された該エレメントの位置を示す位置信号を生成する手段と、
該エレメントのそれぞれの所定の位置に対応する少なくとも１つの位置信号を格納する手段と、
該生成された位置信号を該少なくとも１つの格納された位置信号と比較し、該エレメントが該所定の位置に達したかどうかを示す比較結果を生成する比較手段と、
該エレメントが該それぞれの所定の位置に達したことを該比較結果が示すとき、外部波長マーカ信号を供給する手段と
を備えている、システム。
波長調節可能なレーザシステムによって生成される光の波長を決定する方法であって、該波長調節可能なレーザシステムは、該波長選択エレメントの位置を変化させることが該光学利得媒質によって放射された波長を変化させるように、該光学利得媒質によって放射された光の経路に配置されている光学利得媒質および波長選択エレメントを含むレーザ空洞を含む、該方法は、
（Ａ）複数の所定の位置信号を記憶媒体に格納することであって、該複数の所定の位置信号の各々は該エレメントの異なる所定の位置に対応する、ことと、
（Ｂ）次の所定の位置に対応する所定の格納された位置信号を選択することと、
（Ｃ）該レーザシステムによって放射された光の波長を変化させるように、該エレメントの該位置を変化させることと、
（Ｄ）該エレメントが位置を変化させると、該エレメントの位置を感知することと、
（Ｅ）該エレメントの該感知された位置を示す位置信号を生成することと、
（Ｆ）該生成された位置信号を該選択され格納された所定の位置信号と比較することと、
（Ｇ）該エレメントが該選択された所定の位置信号に対応するそれぞれの所定の位置に達したことを該比較が示すとき、該レーザシステムによって放射された光の該波長を示す外部マーカ信号を生成することと
を包含する、方法。
該エレメントの該位置を変化させるステップ（Ｃ）は、所定の範囲にわたって該エレメント（すなわちレーザ光？？）の該位置を連続的に変化させることを含み、
（Ｈ）異なる所定の位置に対応する異なる所定の格納された位置を選択し、
（Ｉ）該エレメントの位置を変化させるステップ（Ｃ）中に、ステップ（Ｄ）〜（Ｈ）を反復する、請求項１９に記載の方法。
前記生成された位置信号をフィードバックとしてプロセッサによって用い、前記エレメントの位置を制御することをさらに含む、請求項１９に記載の方法。