JP3460724B2 - 光学発振器 - Google Patents
光学発振器Info
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
- H01S3/13—Stabilisation of laser output parameters, e.g. frequency or amplitude
- H01S3/136—Stabilisation of laser output parameters, e.g. frequency or amplitude by controlling devices placed within the cavity
- H01S3/137—Stabilisation of laser output parameters, e.g. frequency or amplitude by controlling devices placed within the cavity for stabilising of frequency
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
- H01S3/08—Construction or shape of optical resonators or components thereof
- H01S3/081—Construction or shape of optical resonators or components thereof comprising three or more reflectors
- H01S3/083—Ring lasers
-
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
- H01S3/106—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating by controlling devices placed within the cavity
- H01S3/1068—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating by controlling devices placed within the cavity using an acousto-optical device
Landscapes
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- Electromagnetism (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Lasers (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は一般に光発振器に関し、
特に、その周波数を所定の帯域幅にわたって掃引できる
よう、同調させることができる光発振器に関する。
特に、その周波数を所定の帯域幅にわたって掃引できる
よう、同調させることができる光発振器に関する。
【０００２】
【従来の技術】光ファイバ通信の利用は近年急速に拡大
しており、多数の用途でマイクロ波通信にとって代わっ
ている。このため多数の研究および開発が光通信、特に
光学ヘテロダイン受信機を使用するヘテロダイン通信シ
ステムに関して行われている。光学ヘテロダイン受信機
を同調させると、局部発振器がフィルタの代わりに実際
に同調する。したがって光学ヘテロダイン受信機に使用
することができる連続掃引型光学発振器を開発するのが
望ましい。
しており、多数の用途でマイクロ波通信にとって代わっ
ている。このため多数の研究および開発が光通信、特に
光学ヘテロダイン受信機を使用するヘテロダイン通信シ
ステムに関して行われている。光学ヘテロダイン受信機
を同調させると、局部発振器がフィルタの代わりに実際
に同調する。したがって光学ヘテロダイン受信機に使用
することができる連続掃引型光学発振器を開発するのが
望ましい。
【０００３】マイクロ波通信では、マイクロ波の試験お
よび測定の計器が通信機器の重要な部分を形成してい
る。これら試験および測定の計器には、たとえば、ネッ
トワークアナライザおよびスペクトラムアナライザがあ
る。これら両計器の心臓部は連続掃引型発振器である。
光通信の出現と共に、マイクロ波ネットワークアナライ
ザおよびスペクトラムアナライザの光学用相似計器を開
発することが重要になっている。それ故、連続掃引型光
学発振器を提供することが望まれる。同調可能（tuneab
le）発振器を備えている他の重要なマイクロ波計器はマ
イクロ波シンセサイザ（正確に同調し得る発振器）およ
びマイクロ波掃引発振器（急速掃引型発振器）である。
再びこれら計器の光学的相似品として使用することがで
きる連続掃引型光学発振器を開発することが望まれる。
上述のことから、ヘテロダイン受信機、ネットワークア
ナライザ、スペクトラムアナライザ、シンセサイザ、お
よび掃引発振器を含む、上述の光学計器に使用すること
ができる光学掃引発振器を提供することが望ましいこと
が明かである。
よび測定の計器が通信機器の重要な部分を形成してい
る。これら試験および測定の計器には、たとえば、ネッ
トワークアナライザおよびスペクトラムアナライザがあ
る。これら両計器の心臓部は連続掃引型発振器である。
光通信の出現と共に、マイクロ波ネットワークアナライ
ザおよびスペクトラムアナライザの光学用相似計器を開
発することが重要になっている。それ故、連続掃引型光
学発振器を提供することが望まれる。同調可能（tuneab
le）発振器を備えている他の重要なマイクロ波計器はマ
イクロ波シンセサイザ（正確に同調し得る発振器）およ
びマイクロ波掃引発振器（急速掃引型発振器）である。
再びこれら計器の光学的相似品として使用することがで
きる連続掃引型光学発振器を開発することが望まれる。
上述のことから、ヘテロダイン受信機、ネットワークア
ナライザ、スペクトラムアナライザ、シンセサイザ、お
よび掃引発振器を含む、上述の光学計器に使用すること
ができる光学掃引発振器を提供することが望ましいこと
が明かである。
【０００４】各種光ファイバ通信機構を概観するには、
T. Okoshi の論文「ヘテロダイン／コヒーレント光ファ
イバ通信の究極性能（Ultimate Performance of Hetero
dyne/Coherent Optical Fiber Communications）」、Jo
urnal of Lightwave Technology 、Vol.LT-4、No.10 、
pp.1556 〜1562（1986年10月）を参照されたい。
T. Okoshi の論文「ヘテロダイン／コヒーレント光ファ
イバ通信の究極性能（Ultimate Performance of Hetero
dyne/Coherent Optical Fiber Communications）」、Jo
urnal of Lightwave Technology 、Vol.LT-4、No.10 、
pp.1556 〜1562（1986年10月）を参照されたい。
【０００５】光学ヘテロダイン受信機の文脈では、段階
の大きさをチャンネル間隔に精密に同期させるかぎり局
部光学発振器を個別段階で同調させることが可能であ
る。たとえば、半導体レーザーおよび音響光学同調可能
フィルタ(AOTF)を線形フィードバック構成で使用する直
接同調可能な外部空胴レーザ(ECL) がCoquin, G.A.とCh
eung, K.W.により「電子的に同調可能な外部空胴半導体
レーザ（Electronicallytunable external cavity semi
conductor laser）」、Electron. Lett. 、Vol.24、pp.
599〜600 、1988年に、およびCoquinその他により「1.3
μm に音響光学的に同調される半導体レーザの単波長
動作および多重波長動作（Single- and Multiple-Wavel
ength Operation of Acoustooptically Tuned Semicond
uctor Lasers at 1.3 μm ）」、IEEE Journal of Quan
tum Electronics 、Vol.25、No.6、pp.1575 〜1579（19
89年６月）に公表されている。
の大きさをチャンネル間隔に精密に同期させるかぎり局
部光学発振器を個別段階で同調させることが可能であ
る。たとえば、半導体レーザーおよび音響光学同調可能
フィルタ(AOTF)を線形フィードバック構成で使用する直
接同調可能な外部空胴レーザ(ECL) がCoquin, G.A.とCh
eung, K.W.により「電子的に同調可能な外部空胴半導体
レーザ（Electronicallytunable external cavity semi
conductor laser）」、Electron. Lett. 、Vol.24、pp.
599〜600 、1988年に、およびCoquinその他により「1.3
μm に音響光学的に同調される半導体レーザの単波長
動作および多重波長動作（Single- and Multiple-Wavel
ength Operation of Acoustooptically Tuned Semicond
uctor Lasers at 1.3 μm ）」、IEEE Journal of Quan
tum Electronics 、Vol.25、No.6、pp.1575 〜1579（19
89年６月）に公表されている。
【０００６】しかし、このような同調可能光学発振器を
設計する際に二つの問題がある。第１に、反射防止被覆
レーザファセットからのあまりにも多い残留反射とAOTF
に対するあまりにも広い光学帯域幅とを組合わせると光
学発振器が外部空胴周波数モードで同調できないことが
ある。アクセスできる光波長は、半導体チップ空胴の残
留ファブリ−ペロー(F-P) モードに限定されることがあ
る。その理由はAOTFを残留チップF-P モードに同調させ
ると、その損失選択性がチップファセット間の構造的干
渉により生ずる利益最大量に打勝つには不充分になるか
らである。
設計する際に二つの問題がある。第１に、反射防止被覆
レーザファセットからのあまりにも多い残留反射とAOTF
に対するあまりにも広い光学帯域幅とを組合わせると光
学発振器が外部空胴周波数モードで同調できないことが
ある。アクセスできる光波長は、半導体チップ空胴の残
留ファブリ−ペロー(F-P) モードに限定されることがあ
る。その理由はAOTFを残留チップF-P モードに同調させ
ると、その損失選択性がチップファセット間の構造的干
渉により生ずる利益最大量に打勝つには不充分になるか
らである。
【０００７】第２に、たとえ半導体チップ空胴の残留F-
P モードが外部空胴モードへの同調を妨げないとして
も、個別外部空胴モード間の選択的同調は困難であるこ
とがある。この問題および他の問題に留意して、連続同
調型光学発振器が提案されている。このような一つの発
振器はFavre その他により「連続同調範囲が15nmの外部
空胴半導体レーザ（External-Cavity Semiconductor La
ser with 15nm Continuous Tuning Range ）」、Electr
onics Letters 、Vol.22、No.15 、July 17 、1986年、
pp.795〜796 で提案されている。Favre が提案したレー
ザではレーザの周波数を連続的に同調させるため、格子
(grating) を連続的に回転し、増幅器チップに対して遠
ざけまたは近づくように動かす必要がある。下に詳細に
説明するように、機械的同調装置を使用して必要な機械
的精度を達成することは困難である。それ故特性の改善
された改良型連続掃引光学発振器を提供するのが望まし
い。
P モードが外部空胴モードへの同調を妨げないとして
も、個別外部空胴モード間の選択的同調は困難であるこ
とがある。この問題および他の問題に留意して、連続同
調型光学発振器が提案されている。このような一つの発
振器はFavre その他により「連続同調範囲が15nmの外部
空胴半導体レーザ（External-Cavity Semiconductor La
ser with 15nm Continuous Tuning Range ）」、Electr
onics Letters 、Vol.22、No.15 、July 17 、1986年、
pp.795〜796 で提案されている。Favre が提案したレー
ザではレーザの周波数を連続的に同調させるため、格子
(grating) を連続的に回転し、増幅器チップに対して遠
ざけまたは近づくように動かす必要がある。下に詳細に
説明するように、機械的同調装置を使用して必要な機械
的精度を達成することは困難である。それ故特性の改善
された改良型連続掃引光学発振器を提供するのが望まし
い。
【０００８】
【発明の目的】本発明は、周波数を所定の帯域幅にわた
って掃引できるよう、電気的に同調可能な光学発振器を
提供することを目的とする。
って掃引できるよう、電気的に同調可能な光学発振器を
提供することを目的とする。
【０００９】
【発明の概要】上に引用したFavre その他により記述さ
れた連続的に同調可能な格子外部空胴レーザでは、格子
を光を発生する増幅器に対して遠ざけまたは近づくよう
に連続的に動かし、同時に格子を同様に連続的に回転さ
せている。下に詳細に説明するように、光発生増幅器チ
ップと格子との間の相対並進運動によりレーザの周波数
にドップラーシフトが生ずる。ドップラーシフトは空胴
の往復動ごとに発生するので、レーザの周波数は格子の
運動の方向により連続的に増えたり減ったりする。格子
の回転運動は、増幅器と共に格子により形式されるフィ
ルタの通過帯域をドップラーシフトにより生ずるレーザ
の移行周波数に追随させる。
れた連続的に同調可能な格子外部空胴レーザでは、格子
を光を発生する増幅器に対して遠ざけまたは近づくよう
に連続的に動かし、同時に格子を同様に連続的に回転さ
せている。下に詳細に説明するように、光発生増幅器チ
ップと格子との間の相対並進運動によりレーザの周波数
にドップラーシフトが生ずる。ドップラーシフトは空胴
の往復動ごとに発生するので、レーザの周波数は格子の
運動の方向により連続的に増えたり減ったりする。格子
の回転運動は、増幅器と共に格子により形式されるフィ
ルタの通過帯域をドップラーシフトにより生ずるレーザ
の移行周波数に追随させる。
【００１０】本発明の一つの局面は、機械的格子を利用
してドップラーシフトを発生させる代わりに、周波数シ
フト、したがってレーザの同調を複数の音響光学的同調
可能フィルタ(AOTF)を使用して達成することができる。
下に詳細に説明するように、AOTFを外部空胴レーザの同
調要素として組込むことができる。AOTFは、光ビームお
よび正弦状に進行する音波が光弾性効果により相互に作
用し合う水晶から構成されている。音波は水晶内に回折
格子を形成する音響波長に等しい周期で水晶の屈折率を
変える。格子からの光の回折は入射光をろ波するのに使
用される。音波は音速で移動するので、回折光はドップ
ラーシフトされている。それ故光の周波数のドップラー
シフトを制御することにより発振器を同調させることが
可能である。
してドップラーシフトを発生させる代わりに、周波数シ
フト、したがってレーザの同調を複数の音響光学的同調
可能フィルタ(AOTF)を使用して達成することができる。
下に詳細に説明するように、AOTFを外部空胴レーザの同
調要素として組込むことができる。AOTFは、光ビームお
よび正弦状に進行する音波が光弾性効果により相互に作
用し合う水晶から構成されている。音波は水晶内に回折
格子を形成する音響波長に等しい周期で水晶の屈折率を
変える。格子からの光の回折は入射光をろ波するのに使
用される。音波は音速で移動するので、回折光はドップ
ラーシフトされている。それ故光の周波数のドップラー
シフトを制御することにより発振器を同調させることが
可能である。
【００１１】現在入手可能な市販形態の単独AOTFにより
生ずるドップラーシフトは利用するには大き過ぎるの
で、本発明のこの局面には複数のAOTFを使用し、各々が
ドップラーシフトを発生し、複数のAOTFにより生ずるド
ップラーシフトを互いに大幅に相殺し、発振器を同調さ
せるのに使用される残存ドップラーシフトを残すように
している。
生ずるドップラーシフトは利用するには大き過ぎるの
で、本発明のこの局面には複数のAOTFを使用し、各々が
ドップラーシフトを発生し、複数のAOTFにより生ずるド
ップラーシフトを互いに大幅に相殺し、発振器を同調さ
せるのに使用される残存ドップラーシフトを残すように
している。
【００１２】本発明のこれらの局面を利用している光学
発振器は、通過帯域内で一つ以上の縦（longitudinal）
モードの光を発生する発振器手段を備えている。通過帯
域の帯域幅は発振器手段の所定の利得帯域幅以内にあ
る。発振器手段は、光を発生する光学増幅器および増幅
器からの光をフィードバック経路により増幅器に送り返
して縦モードで発光させるフィードバック手段を備えて
いる。光学発振器はフィードバック経路に複数のAOTFを
も備えており、各フィルタは縦モード周波数のドップラ
ーシフトを生ずる。光学発振器は更に異なる周波数のフ
ィルタを駆動して前記複数のフィルタにより生ずるドッ
プラーシフトが完全には相殺されないようにする手段を
備えている。こうして前記複数のフィルタにより生ずる
正味のドップラーシフトを使用してレーザの周波数を連
続的に同調させる。フィルタは正味のドップラーシフト
が連続的に同調されて、所定の利得帯域幅を掃引する縦
モードを生じ、モードの跳躍を防止するため掃引モード
に追随する通過帯域帯域幅を生ずるようになっている。
発振器は、通過帯域内で一つ以上の縦（longitudinal）
モードの光を発生する発振器手段を備えている。通過帯
域の帯域幅は発振器手段の所定の利得帯域幅以内にあ
る。発振器手段は、光を発生する光学増幅器および増幅
器からの光をフィードバック経路により増幅器に送り返
して縦モードで発光させるフィードバック手段を備えて
いる。光学発振器はフィードバック経路に複数のAOTFを
も備えており、各フィルタは縦モード周波数のドップラ
ーシフトを生ずる。光学発振器は更に異なる周波数のフ
ィルタを駆動して前記複数のフィルタにより生ずるドッ
プラーシフトが完全には相殺されないようにする手段を
備えている。こうして前記複数のフィルタにより生ずる
正味のドップラーシフトを使用してレーザの周波数を連
続的に同調させる。フィルタは正味のドップラーシフト
が連続的に同調されて、所定の利得帯域幅を掃引する縦
モードを生じ、モードの跳躍を防止するため掃引モード
に追随する通過帯域帯域幅を生ずるようになっている。
【００１３】好適実施例では、発振器は更にフィルタに
よって生ずるドップラーシフトが相殺されないように異
なる周波数のフィルタを駆動する駆動手段を備えてい
る。駆動手段は、所定の利得帯域幅を掃引する縦モード
を生じ、モードの跳躍を防止するために掃引モードに追
随する通過域帯域幅を生ずるようフィルタの駆動周波数
を連続的に調節することができるようになっている。
よって生ずるドップラーシフトが相殺されないように異
なる周波数のフィルタを駆動する駆動手段を備えてい
る。駆動手段は、所定の利得帯域幅を掃引する縦モード
を生じ、モードの跳躍を防止するために掃引モードに追
随する通過域帯域幅を生ずるようフィルタの駆動周波数
を連続的に調節することができるようになっている。
【００１４】更に、先に説明したように、線形フィード
バックAOTF-ECLで遭遇する問題の一つは、アクセスでき
る光波長が半導体チップ空胴の残留F-P モードに限定さ
れることがあるということである。説明したとおり、こ
れはAOTFを残留チップF-P モード間に同調させると、そ
の損失選択性がチップファセット間の構造的干渉により
生ずる利得最大量に打勝つには不充分になることがある
からである。したがって、本発明の他の局面は、線形フ
ィードバック構成を使用する代わりに、AOTF-ECLをリン
グフィードバック経路により構成することができるとい
う観察に基づいている。下に詳細に説明するように、リ
ング構成は、チップファセット間の構造的干渉により生
ずる利得最大量に打勝つために損失選択性を向上する。
バックAOTF-ECLで遭遇する問題の一つは、アクセスでき
る光波長が半導体チップ空胴の残留F-P モードに限定さ
れることがあるということである。説明したとおり、こ
れはAOTFを残留チップF-P モード間に同調させると、そ
の損失選択性がチップファセット間の構造的干渉により
生ずる利得最大量に打勝つには不充分になることがある
からである。したがって、本発明の他の局面は、線形フ
ィードバック構成を使用する代わりに、AOTF-ECLをリン
グフィードバック経路により構成することができるとい
う観察に基づいている。下に詳細に説明するように、リ
ング構成は、チップファセット間の構造的干渉により生
ずる利得最大量に打勝つために損失選択性を向上する。
【００１５】本発明のこの局面を利用している光学発振
器は、光信号を受取り、これに応じて、所定周波数帯域
の増幅光信号を発生する増幅器手段を備えている。増幅
手段には、光が通過して出入りする実質的に平面状の二
つのファセットがある。各ファセットには反射防止被膜
が施され、これにより光が実質上ファセットを通過する
ことができ、そのファセットからの逆反射が抑えられ
る。増幅器手段は更に二つのファセットの間に画定され
た内部空胴を備えており、内部空胴は第１の複数の縦周
波数モードで光を共振させる。
器は、光信号を受取り、これに応じて、所定周波数帯域
の増幅光信号を発生する増幅器手段を備えている。増幅
手段には、光が通過して出入りする実質的に平面状の二
つのファセットがある。各ファセットには反射防止被膜
が施され、これにより光が実質上ファセットを通過する
ことができ、そのファセットからの逆反射が抑えられ
る。増幅器手段は更に二つのファセットの間に画定され
た内部空胴を備えており、内部空胴は第１の複数の縦周
波数モードで光を共振させる。
【００１６】光学発振器は更に、二つのファセットの一
つを通過する光信号を受取り、光信号を修正し、修正光
信号を二つのファセットの他方に導くフィードバック手
段を備えている。フィードバック手段はこのようにして
光が一方のファセットから他方のファセットへ進行する
フィードバック経路を画定している。フィードバック経
路は、増幅器手段の外部にあるが、更に二つのファセッ
ト間に外部空胴を画定しており、外部空胴は光を第２の
複数の縦周波数モードで共振させる。フィードバック手
段は更に光を非共線的に回折する音響光学的同調可能フ
ィルタを備えている。音響光学的同調可能フィルタは入
力および通過帯域を備えており、通過帯域には入力に応
答して所定の範囲内で同調可能な中心周波数がある。フ
ィードバック手段は、修正光信号を第２の複数の縦周波
数モードの周波数モードの一つのフィルタ入力により、
第１の複数の縦周波数モードで発生する光を抑制するこ
とにより所定の周波数帯域内に選択的に同調させるよう
になっている。
つを通過する光信号を受取り、光信号を修正し、修正光
信号を二つのファセットの他方に導くフィードバック手
段を備えている。フィードバック手段はこのようにして
光が一方のファセットから他方のファセットへ進行する
フィードバック経路を画定している。フィードバック経
路は、増幅器手段の外部にあるが、更に二つのファセッ
ト間に外部空胴を画定しており、外部空胴は光を第２の
複数の縦周波数モードで共振させる。フィードバック手
段は更に光を非共線的に回折する音響光学的同調可能フ
ィルタを備えている。音響光学的同調可能フィルタは入
力および通過帯域を備えており、通過帯域には入力に応
答して所定の範囲内で同調可能な中心周波数がある。フ
ィードバック手段は、修正光信号を第２の複数の縦周波
数モードの周波数モードの一つのフィルタ入力により、
第１の複数の縦周波数モードで発生する光を抑制するこ
とにより所定の周波数帯域内に選択的に同調させるよう
になっている。
【００１７】
【実施例】最初に簡単な光学的発振器の一般的背景を説
明する。それに続いて、AOTFを使用して連続同調を行う
本発明について説明する前に、回折格子同調型半導体レ
ーザを説明する。
明する。それに続いて、AOTFを使用して連続同調を行う
本発明について説明する前に、回折格子同調型半導体レ
ーザを説明する。
【００１８】単純光学共振器モード
レーザは光学発振器である。発振器はすべて増幅器およ
びフィードバックを必要とする。レーザでは、フィード
バックを光学共振器で行うことができるが、光学共振器
はその最も簡単な形態では光をミラー間で前後に反射す
るように設置された２個のミラーを備えている。共振光
学周波数の離散的組合わせが存在することは、光学界
（optical field ）の位相が１往復後連続しているとい
う要件が課されるこのような共振器の基本的性質であ
る。共振周波数はc/(2nL) の間隔で等間隔になってい
る。ここでｃは光の速さであり、ｎはミラー間の媒質の
屈折率であり、Ｌは空胴の長さである。２個のミラーを
使用する光学共振器の場合には、空胴の長さＬはミラー
間の距離である。これら共振周波数の各々を共振器の縦
モードと言う。モードは整数ｑで指定することができ、
第ｑモードの周波数は、 ｆq = q・ｃ／（２ｎＬ） （１） である。物理的には、モード番号ｑは２個のミラー間の
定在波の数（半波長離れている）である。
びフィードバックを必要とする。レーザでは、フィード
バックを光学共振器で行うことができるが、光学共振器
はその最も簡単な形態では光をミラー間で前後に反射す
るように設置された２個のミラーを備えている。共振光
学周波数の離散的組合わせが存在することは、光学界
（optical field ）の位相が１往復後連続しているとい
う要件が課されるこのような共振器の基本的性質であ
る。共振周波数はc/(2nL) の間隔で等間隔になってい
る。ここでｃは光の速さであり、ｎはミラー間の媒質の
屈折率であり、Ｌは空胴の長さである。２個のミラーを
使用する光学共振器の場合には、空胴の長さＬはミラー
間の距離である。これら共振周波数の各々を共振器の縦
モードと言う。モードは整数ｑで指定することができ、
第ｑモードの周波数は、 ｆq = q・ｃ／（２ｎＬ） （１） である。物理的には、モード番号ｑは２個のミラー間の
定在波の数（半波長離れている）である。
【００１９】レーザ増幅器は多数の非常に異なる形態を
取ることができる。本発明の特徴を多数の種類の光学増
幅器に適用することができるが、半導体光学増幅器は特
に興味のあるものである。それ故、以下に説明する増幅
器を半導体増幅器ということにするが、他の形式の光学
増幅器も使用することができ、本発明の範囲内であるこ
とが理解される。半導体増幅器では、光学的増幅はpn接
合における正孔および電子の光学的刺激による再結合に
より生ずる。放出された光の光子エネルギはバンドギャ
ップエネルギに近いが、光子エネルギの、したがって、
光子周波数の有限の拡がりが存在する。たとえば、使用
するレーザの光子の波長が1.3 マイクロメートルから1.
5マイクロメートルの範囲内にあれば、レーザが放出す
る光子の周波数は230THzから200THzまでの範囲にある。
利得帯域幅は典型的には20THz であり、これは20,000GH
z に等しい。
取ることができる。本発明の特徴を多数の種類の光学増
幅器に適用することができるが、半導体光学増幅器は特
に興味のあるものである。それ故、以下に説明する増幅
器を半導体増幅器ということにするが、他の形式の光学
増幅器も使用することができ、本発明の範囲内であるこ
とが理解される。半導体増幅器では、光学的増幅はpn接
合における正孔および電子の光学的刺激による再結合に
より生ずる。放出された光の光子エネルギはバンドギャ
ップエネルギに近いが、光子エネルギの、したがって、
光子周波数の有限の拡がりが存在する。たとえば、使用
するレーザの光子の波長が1.3 マイクロメートルから1.
5マイクロメートルの範囲内にあれば、レーザが放出す
る光子の周波数は230THzから200THzまでの範囲にある。
利得帯域幅は典型的には20THz であり、これは20,000GH
z に等しい。
【００２０】他に、光導波管もその材料で形成され、光
ビームをpn接合に近い小さい増幅領域に閉じ込めてい
る。２ミラー光学空胴は半導体チップの両方の端に劈開
ミラーファセットにより形成される。これらミラーは典
型的には0.25mm離れていて約175GHzのモード周波数間隔
を生じている。モード間隔は利得帯域幅よりはるかに小
さいから、数種のモードを同時に振動させることが可能
であり、一般にこれが発生している。これを図２（尺度
に従って描いたものではない）に示すが、この図ではモ
ードを包絡線40の下に垂直線10、12、14、16として図示
してある。劈開ミラーの反射率は周波数に依らず、それ
故、最高利得を有するモードが発振する。
ビームをpn接合に近い小さい増幅領域に閉じ込めてい
る。２ミラー光学空胴は半導体チップの両方の端に劈開
ミラーファセットにより形成される。これらミラーは典
型的には0.25mm離れていて約175GHzのモード周波数間隔
を生じている。モード間隔は利得帯域幅よりはるかに小
さいから、数種のモードを同時に振動させることが可能
であり、一般にこれが発生している。これを図２（尺度
に従って描いたものではない）に示すが、この図ではモ
ードを包絡線40の下に垂直線10、12、14、16として図示
してある。劈開ミラーの反射率は周波数に依らず、それ
故、最高利得を有するモードが発振する。
【００２１】回折格子同調型半導体レーザ
半導体レーザの波長を同調させたり制御したりするため
には、フィードバック波長を制御する必要がある。これ
を行う一つの方法は図１のもののような波長選択フィル
タを備えている外部空胴を形成することである。この構
成では、レーザチップ10の一つのファセット12が反射防
止(AR)被覆されてファセットの反射率をそこねている。
このファセットからの光はレンズ14により平行にされ、
Littrow構成の平面状回折格子16を照明する。回折格子
は入射光ビームを波長によって決まる角度で回折する。
には、フィードバック波長を制御する必要がある。これ
を行う一つの方法は図１のもののような波長選択フィル
タを備えている外部空胴を形成することである。この構
成では、レーザチップ10の一つのファセット12が反射防
止(AR)被覆されてファセットの反射率をそこねている。
このファセットからの光はレンズ14により平行にされ、
Littrow構成の平面状回折格子16を照明する。回折格子
は入射光ビームを波長によって決まる角度で回折する。
【００２２】図１の構成では、レーザ10により放出され
る光の一部はレンズ14により回折格子16の上に焦点を結
ぶ。回折格子16は光を回折し、回折光の一部をレーザ14
により集束して導波管20に再び入れる。レーザにフィー
ドバックされた光のこのような部分は図２の包絡線50の
内部で光の放出を誘導し、光の放出を一定の縦モード52
〜64に制限する。回折格子16およびレーザ10はそれ故、
図２に示すように、許容縦モードがモード52〜64および
通過帯域50の中に入るモード10〜16に制限される外部空
胴レーザを形成する。図２においては、図解の目的で、
通過帯域50および周波数モード52〜64および10〜16は、
尺度に従って画かれているのではないことに注意のこ
と。
る光の一部はレンズ14により回折格子16の上に焦点を結
ぶ。回折格子16は光を回折し、回折光の一部をレーザ14
により集束して導波管20に再び入れる。レーザにフィー
ドバックされた光のこのような部分は図２の包絡線50の
内部で光の放出を誘導し、光の放出を一定の縦モード52
〜64に制限する。回折格子16およびレーザ10はそれ故、
図２に示すように、許容縦モードがモード52〜64および
通過帯域50の中に入るモード10〜16に制限される外部空
胴レーザを形成する。図２においては、図解の目的で、
通過帯域50および周波数モード52〜64および10〜16は、
尺度に従って画かれているのではないことに注意のこ
と。
【００２３】Littrow では、逆反射される波長または周
波数は、 λ = 2d sin θ または ν = c／(2d sin θ) （２） ただし、ｄ＝回折格子の刻線（grating ruling）間の距
離、 θ＝図１に描いたような格子の角度。 他の波長は入射ビーム上（短い波長）かまたは下（長い
波長）で回折する。戻りビームをレーザ導波管20の上に
結像すると、方程式２のLittrow 波長だけが精密に結像
し、導波管に結合する。他の波長の像は変位する。変位
がビームの直径より大きくなると、増幅器へのフィード
バックはもはや存在しない。この回折格子フィルタの帯
域幅は多数の初心者向け物理教科書で計算されており、
次式で与えられる。 Δλ／λ ＝ Δν／ν ＝ １／Ｎ （３） ここで、Δλ ＝ 波長の帯域幅 λ ＝ 中心波長 Δν ＝ 周波数の帯域幅 ν ＝ 中心周波数 Ｎ ＝ 入射光ビームにより照明される格子線の数。 多数の同調可能外部空胴レーザ(ECL) では、フィルタの
通過帯域を約20GHz 、レーザのモード間隔を約２GHz 、
および増幅器の利得帯域幅を約20,000GHz にすることが
できる。これら特性を共に図２に示してある。図２を参
照して、線40は図１の半導体レーザ10の総合利得の図で
ある。図２に示すように、総合利得の曲線40の帯域幅は
約20,000GHz である。換言すれば、孤立半導体レーザ10
は図２に示す帯域幅を有する光を放出する。レーザ10に
よる発光は電子および正孔の再結合により生じ、レーザ
の活性領域物質のバンドギャップまたはその近くの発光
を生ずる。したがってレーザ10をフィードバックの無い
孤立装置として使用すれば、該レーザは図２に示す帯域
幅を有する光を放出する。
波数は、 λ = 2d sin θ または ν = c／(2d sin θ) （２） ただし、ｄ＝回折格子の刻線（grating ruling）間の距
離、 θ＝図１に描いたような格子の角度。 他の波長は入射ビーム上（短い波長）かまたは下（長い
波長）で回折する。戻りビームをレーザ導波管20の上に
結像すると、方程式２のLittrow 波長だけが精密に結像
し、導波管に結合する。他の波長の像は変位する。変位
がビームの直径より大きくなると、増幅器へのフィード
バックはもはや存在しない。この回折格子フィルタの帯
域幅は多数の初心者向け物理教科書で計算されており、
次式で与えられる。 Δλ／λ ＝ Δν／ν ＝ １／Ｎ （３） ここで、Δλ ＝ 波長の帯域幅 λ ＝ 中心波長 Δν ＝ 周波数の帯域幅 ν ＝ 中心周波数 Ｎ ＝ 入射光ビームにより照明される格子線の数。 多数の同調可能外部空胴レーザ(ECL) では、フィルタの
通過帯域を約20GHz 、レーザのモード間隔を約２GHz 、
および増幅器の利得帯域幅を約20,000GHz にすることが
できる。これら特性を共に図２に示してある。図２を参
照して、線40は図１の半導体レーザ10の総合利得の図で
ある。図２に示すように、総合利得の曲線40の帯域幅は
約20,000GHz である。換言すれば、孤立半導体レーザ10
は図２に示す帯域幅を有する光を放出する。レーザ10に
よる発光は電子および正孔の再結合により生じ、レーザ
の活性領域物質のバンドギャップまたはその近くの発光
を生ずる。したがってレーザ10をフィードバックの無い
孤立装置として使用すれば、該レーザは図２に示す帯域
幅を有する光を放出する。
【００２４】空胴一往復あたりの正味利得は図２に示し
たように、増幅器利得とフィルタ損失との積である。適
格にろ波し同調させれば、最高利得を有するフィルタ通
過帯域内の空胴モードだけが発振する。したがって、発
振モードをフィルタを同調させることにより選択するこ
とができ、これは回折格子を方程式２に従って回転する
ことにより行われる。これが回折格子同調型ECL の基本
原理である。回折格子空胴の連続同調法
たように、増幅器利得とフィルタ損失との積である。適
格にろ波し同調させれば、最高利得を有するフィルタ通
過帯域内の空胴モードだけが発振する。したがって、発
振モードをフィルタを同調させることにより選択するこ
とができ、これは回折格子を方程式２に従って回転する
ことにより行われる。これが回折格子同調型ECL の基本
原理である。回折格子空胴の連続同調法
【００２５】前章で指摘したように、ECL の周波数は二
つの因子、空胴モード周波数およびフィルタ通過帯域周
波数、によって決まり、発振モードはフィルタ周波数
（方程式２の格子角）により選択される。発振モードの
周波数はピークフィルタ透過周波数から引出されるの
で、その正味の利得は減少する。同時に、隣接モードの
周波数が正味利得の増大と共にフィルタピークの方に動
いている。利得遷移周波数で、モードが跳躍する。
つの因子、空胴モード周波数およびフィルタ通過帯域周
波数、によって決まり、発振モードはフィルタ周波数
（方程式２の格子角）により選択される。発振モードの
周波数はピークフィルタ透過周波数から引出されるの
で、その正味の利得は減少する。同時に、隣接モードの
周波数が正味利得の増大と共にフィルタピークの方に動
いている。利得遷移周波数で、モードが跳躍する。
【００２６】空胴の長さだけを変えれば、ECL の周波数
がモードからモードへ周期的に跳躍する。これは等間隔
空胴モードのくしがフィルタの通過帯域を横断して走査
されて生ずるものである。回折格子16がレーザ10から遠
ざかる方に動くにつれて、方程式１の空胴長の大きさが
増し、対応して図２に示す縦モード52〜64の周波数が減
少する。換言すれば、許容縦モード52〜64がすべて図２
の原点の方に周波数を移行する。回折格子16が回転しな
いで動けば、包絡線50は静止したままである。縦モード
60が回折格子16が動く前のモードの間で最大振幅を有す
る卓越モードであれば、モード60での発光は、回折格子
16がレーザ10から遠ざかる方に動くとき振幅が小さくな
るが、モード62での発光は振幅を増大する。時間の一定
点で、縦モード60および62の振幅が等しくなり、その
後、モード62は最高振幅を有する卓越モードとなる。こ
れはモード跳躍として知られており、最大振幅を有する
一定周波数の縦モードが一つのモードから他のモードに
跳躍する。したがってレーザの周波数は空胴長の変化と
共に周期的に跳躍するが、フィルタ周波数の一つの縦モ
ード内に留まる。図１のもののような発振器をヘテロダ
イン受信機に使用すると、モード跳躍によりヘテロダイ
ン受信機の受信周波数も一つの周波数から他の周波数に
跳躍し、これは望ましいことではない。
がモードからモードへ周期的に跳躍する。これは等間隔
空胴モードのくしがフィルタの通過帯域を横断して走査
されて生ずるものである。回折格子16がレーザ10から遠
ざかる方に動くにつれて、方程式１の空胴長の大きさが
増し、対応して図２に示す縦モード52〜64の周波数が減
少する。換言すれば、許容縦モード52〜64がすべて図２
の原点の方に周波数を移行する。回折格子16が回転しな
いで動けば、包絡線50は静止したままである。縦モード
60が回折格子16が動く前のモードの間で最大振幅を有す
る卓越モードであれば、モード60での発光は、回折格子
16がレーザ10から遠ざかる方に動くとき振幅が小さくな
るが、モード62での発光は振幅を増大する。時間の一定
点で、縦モード60および62の振幅が等しくなり、その
後、モード62は最高振幅を有する卓越モードとなる。こ
れはモード跳躍として知られており、最大振幅を有する
一定周波数の縦モードが一つのモードから他のモードに
跳躍する。したがってレーザの周波数は空胴長の変化と
共に周期的に跳躍するが、フィルタ周波数の一つの縦モ
ード内に留まる。図１のもののような発振器をヘテロダ
イン受信機に使用すると、モード跳躍によりヘテロダイ
ン受信機の受信周波数も一つの周波数から他の周波数に
跳躍し、これは望ましいことではない。
【００２７】同様に、回折格子を回転してフィルタ周波
数を同調させてもレーザはモードを周期的に跳躍する。
この場合には、縦空胴モードは周波数を変えず、フィル
タの包絡線50は図２のモードのくしを横断して走査す
る。フィルタのピーク透過がモードからモードへ動くに
つれてレーザの周波数は跳躍する。
数を同調させてもレーザはモードを周期的に跳躍する。
この場合には、縦空胴モードは周波数を変えず、フィル
タの包絡線50は図２のモードのくしを横断して走査す
る。フィルタのピーク透過がモードからモードへ動くに
つれてレーザの周波数は跳躍する。
【００２８】回折格子を回転すればフィルタの周波数が
移動し、空胴長を変えれば第ｑ縦モードの周波数が変わ
るので、空胴長および格子角度を共に協同して調節すれ
ばモード跳躍無しでレーザを同調させることが可能であ
る。換言すれば、モード跳躍皆無の同調の原理は空胴モ
ードおよびフィルタ周波数を一つのモードが常にピーク
フィルタ透過周波数に留まるように同時に調節するとい
う考えに基づいている。これはFavre その他による「AO
TFを使用して15nm連続同調を行う外部空胴半導体レーザ
（External Cavity Semiconductor Laser With 15nm Co
ntinuous Tuning Using AOTF）」という参考文献に概説
されている。回転運動および並進運動を同時に機械的に
制御することおよびモード跳躍無しに連続同調を正確に
行うことは困難である。それ故、制御しやすい別の改善
されたシステムを提供することが望まれる。
移動し、空胴長を変えれば第ｑ縦モードの周波数が変わ
るので、空胴長および格子角度を共に協同して調節すれ
ばモード跳躍無しでレーザを同調させることが可能であ
る。換言すれば、モード跳躍皆無の同調の原理は空胴モ
ードおよびフィルタ周波数を一つのモードが常にピーク
フィルタ透過周波数に留まるように同時に調節するとい
う考えに基づいている。これはFavre その他による「AO
TFを使用して15nm連続同調を行う外部空胴半導体レーザ
（External Cavity Semiconductor Laser With 15nm Co
ntinuous Tuning Using AOTF）」という参考文献に概説
されている。回転運動および並進運動を同時に機械的に
制御することおよびモード跳躍無しに連続同調を正確に
行うことは困難である。それ故、制御しやすい別の改善
されたシステムを提供することが望まれる。
【００２９】ここに説明する本発明は、連続同調を運動
部分無しで電子的に行う新奇な概念である。電子的に同
調させるレーザでは、回折格子フィルタが一つ以上の音
響光学的同調可能フィルタ(AOTF)で置き換えられてい
る。AOTFに基づく空胴は確実に一層速く同調し、上述し
た機械的に同調する構成より小さく、廉価で、丈夫なレ
ーザになり得る。典型的には、AOTFはLiNbO3のような複
屈折結晶を使用して製作される。AOTFは光学フィルタを
作るのに光ビームと共線的に（collinearly ）発射され
る正弦的に進行する音波により発生される回折格子を頼
りにしている。光を刻線回折格子のように異なる角度に
回折するのではなく、AOTFはろ波された波長を一つの直
線偏光から直交偏光に回折する。次に偏光子を使用して
ろ波光を選択する。AOTFが従来の回折格子と共有してい
る特徴はその分解能も照明する格子線の数だけで決まる
（方程式３）ということである。
部分無しで電子的に行う新奇な概念である。電子的に同
調させるレーザでは、回折格子フィルタが一つ以上の音
響光学的同調可能フィルタ(AOTF)で置き換えられてい
る。AOTFに基づく空胴は確実に一層速く同調し、上述し
た機械的に同調する構成より小さく、廉価で、丈夫なレ
ーザになり得る。典型的には、AOTFはLiNbO3のような複
屈折結晶を使用して製作される。AOTFは光学フィルタを
作るのに光ビームと共線的に（collinearly ）発射され
る正弦的に進行する音波により発生される回折格子を頼
りにしている。光を刻線回折格子のように異なる角度に
回折するのではなく、AOTFはろ波された波長を一つの直
線偏光から直交偏光に回折する。次に偏光子を使用して
ろ波光を選択する。AOTFが従来の回折格子と共有してい
る特徴はその分解能も照明する格子線の数だけで決まる
（方程式３）ということである。
【００３０】AOTFの一特定実施例では、弾性表面波が複
屈折結晶の表面上の一点で発生し、弾性表面波が表面に
沿って結晶表面上の第２の点まで伝わり、そこで消散す
なわち吸収される。進行音波は結晶の屈折率を変える。
それ故、光も同じ結晶を通って伝われば、結晶の屈折率
の同期的変化により光の回折を生ずる。進行音波は屈折
率の変動の周期性パターンを作り上げるので、光の伝播
に及ぼす音波の影響は図１の回折格子のそれと同じであ
る。移動回折格子の場合には、増幅器と回折格子との間
の相対運動によりレーザのレーザ光周波数にドップラー
シフトを生ずる。AOTFの場合には、光学増幅器に対して
移動する変動屈折率のパターンにより同様なレーザ周波
数のドップラーシフトが生ずる。進行音波により伝えら
れる距離は音響相互作用長(acoustic interaction leng
th) として知られている。音響相互作用長が長くなるほ
ど、伝播光が遭遇する変動屈折率のパターンの数が多く
なり、フィルタの通過帯域が狭くなる。それ故、この意
味では、音響相互作用長には方程式３の照明される格子
線の数と同じ効果がある。
屈折結晶の表面上の一点で発生し、弾性表面波が表面に
沿って結晶表面上の第２の点まで伝わり、そこで消散す
なわち吸収される。進行音波は結晶の屈折率を変える。
それ故、光も同じ結晶を通って伝われば、結晶の屈折率
の同期的変化により光の回折を生ずる。進行音波は屈折
率の変動の周期性パターンを作り上げるので、光の伝播
に及ぼす音波の影響は図１の回折格子のそれと同じであ
る。移動回折格子の場合には、増幅器と回折格子との間
の相対運動によりレーザのレーザ光周波数にドップラー
シフトを生ずる。AOTFの場合には、光学増幅器に対して
移動する変動屈折率のパターンにより同様なレーザ周波
数のドップラーシフトが生ずる。進行音波により伝えら
れる距離は音響相互作用長(acoustic interaction leng
th) として知られている。音響相互作用長が長くなるほ
ど、伝播光が遭遇する変動屈折率のパターンの数が多く
なり、フィルタの通過帯域が狭くなる。それ故、この意
味では、音響相互作用長には方程式３の照明される格子
線の数と同じ効果がある。
【００３１】この場合、線の間隔は音の波長と等しいの
で、フィルタの通過帯域は音響相互作用長に逆比例す
る。その他、フィルタのピーク光波長または周波数は、 λ＝υa Δβ／ｆa または υ＝ｃｆa ／（υa Δβ） （４） ただし、υa ＝ 音速 Δβ＝ 結晶内の異常光線屈折率と常光線屈折率との差 ｆa ＝ 音波の周波数 ｃ ＝ 真空中の光の速度 AOTFは典型的に電子装置により駆動されるが、そこでは
伝播弾性表面波の周波数は電子装置の周波数を変えるこ
とにより変えることができる。したがって電子装置の周
波数を変えることによりフィルタを同調させることがで
きる。
で、フィルタの通過帯域は音響相互作用長に逆比例す
る。その他、フィルタのピーク光波長または周波数は、 λ＝υa Δβ／ｆa または υ＝ｃｆa ／（υa Δβ） （４） ただし、υa ＝ 音速 Δβ＝ 結晶内の異常光線屈折率と常光線屈折率との差 ｆa ＝ 音波の周波数 ｃ ＝ 真空中の光の速度 AOTFは典型的に電子装置により駆動されるが、そこでは
伝播弾性表面波の周波数は電子装置の周波数を変えるこ
とにより変えることができる。したがって電子装置の周
波数を変えることによりフィルタを同調させることがで
きる。
【００３２】同調可能回折格子空胴レーザとの相似によ
り上に説明したとおり、AOTFの他の重要な特徴は、ろ波
光が音の速度で移動する「回折格子」（変動屈折率のパ
ターンにより形成される）からの一連のその回折として
ドップラーシフトされるということである。音波がレー
ザと同じまたは反対の方向に進行する場合には、ドップ
ラーシフトの大きさは音波の周波数に等しい。ドップラ
ーシフトの符号は入力ビームの偏光および音波の方向に
よって決まる。
り上に説明したとおり、AOTFの他の重要な特徴は、ろ波
光が音の速度で移動する「回折格子」（変動屈折率のパ
ターンにより形成される）からの一連のその回折として
ドップラーシフトされるということである。音波がレー
ザと同じまたは反対の方向に進行する場合には、ドップ
ラーシフトの大きさは音波の周波数に等しい。ドップラ
ーシフトの符号は入力ビームの偏光および音波の方向に
よって決まる。
【００３３】AOTFのドップラーシフトのため、ECL の回
折格子フィルタをAOTFで単に置き換えるだけでレーザの
挙動が有意に変化する。W. StreifferとJ. Whinnery
は、Applied Physics Letters 、Vol.17、pp.335〜337
(1970年) で、ドップラーシフトはレーザの不要なスペ
クトルの広がりを生ずることを示している。この問題に
対する一つの解法はレーザ共振器の内側に第２のAOTFを
設置して第１のAOTFにより生ずるドップラーシフトを相
殺することである。この場合には、AOTF空胴の縦モード
は従来の２ミラー空胴と同じである。幾人かの著者がこ
の形式の空胴構成について報告している。
折格子フィルタをAOTFで単に置き換えるだけでレーザの
挙動が有意に変化する。W. StreifferとJ. Whinnery
は、Applied Physics Letters 、Vol.17、pp.335〜337
(1970年) で、ドップラーシフトはレーザの不要なスペ
クトルの広がりを生ずることを示している。この問題に
対する一つの解法はレーザ共振器の内側に第２のAOTFを
設置して第１のAOTFにより生ずるドップラーシフトを相
殺することである。この場合には、AOTF空胴の縦モード
は従来の２ミラー空胴と同じである。幾人かの著者がこ
の形式の空胴構成について報告している。
【００３４】他方、本発明によれば、ドップラーシフト
をレーザの縦モードを同調させるように開拓することが
できる。これは上述の連続同調型回折格子空胴により行
われた空胴長の調節に置き換わるものである。
をレーザの縦モードを同調させるように開拓することが
できる。これは上述の連続同調型回折格子空胴により行
われた空胴長の調節に置き換わるものである。
【００３５】この動作の仕方を更に良く理解するため、
再び図１の回折格子同調型空胴について考察する。レー
ザの長さは空胴の長さＬと比較して小さい増分dLだけ長
くなっているとしよう。他に、運動は一定速度ｖで行わ
れるとする。方程式１を使用すると、第ｑの縦モードの
同調の速さは、 dfq/dt ＝（ dfq/dL ）× (dL/dt) ＝ (−qc/(2nL2))・ v ＝ −fq・ v/L （５） したがってレーザの周波数は回折格子速度に比例する一
定の速さで変化する。
再び図１の回折格子同調型空胴について考察する。レー
ザの長さは空胴の長さＬと比較して小さい増分dLだけ長
くなっているとしよう。他に、運動は一定速度ｖで行わ
れるとする。方程式１を使用すると、第ｑの縦モードの
同調の速さは、 dfq/dt ＝（ dfq/dL ）× (dL/dt) ＝ (−qc/(2nL2))・ v ＝ −fq・ v/L （５） したがってレーザの周波数は回折格子速度に比例する一
定の速さで変化する。
【００３６】モード同調速さは別の観点から計算するこ
ともできる。回折格子は動いているから、それから反射
する光はドップラーシフトされている。周波数fqが速度
ｖから離れている速さで動いている回折格子に入射すれ
ば、反射ビームの周波数は、 fq' ≒ fq[1 −2nv/c] 反射による周波数変化は、 Δf ＝ fq' − fq ＝ (−2nv/c)fq 他に、光が空胴内を１往復するのに必要な時間を、 Ｔ ＝ 2nL/c と仮定する。周波数は各往復でシフトされるので、レー
ザ周波数の変化の速さは、 dfq/dt≒Δf/T ＝ −fq・ v/L これは方程式１から直接計算したのと同じ解答である。
要点は、従来の空胴で回折格子またはミラーを並進移動
させれば、移動するミラーまたは回折格子からのドップ
ラーシフトによりレーザの縦モードが同調されるという
ことである。空胴内にドップラーシフトを生ぜしめる他
の手段はすべて同じことを行う。AOTFはこのような一つ
の手段である。
ともできる。回折格子は動いているから、それから反射
する光はドップラーシフトされている。周波数fqが速度
ｖから離れている速さで動いている回折格子に入射すれ
ば、反射ビームの周波数は、 fq' ≒ fq[1 −2nv/c] 反射による周波数変化は、 Δf ＝ fq' − fq ＝ (−2nv/c)fq 他に、光が空胴内を１往復するのに必要な時間を、 Ｔ ＝ 2nL/c と仮定する。周波数は各往復でシフトされるので、レー
ザ周波数の変化の速さは、 dfq/dt≒Δf/T ＝ −fq・ v/L これは方程式１から直接計算したのと同じ解答である。
要点は、従来の空胴で回折格子またはミラーを並進移動
させれば、移動するミラーまたは回折格子からのドップ
ラーシフトによりレーザの縦モードが同調されるという
ことである。空胴内にドップラーシフトを生ぜしめる他
の手段はすべて同じことを行う。AOTFはこのような一つ
の手段である。
【００３７】図３に描いた連続同調型AOTFレーザの幾つ
かの可能な実施例が存在する。すべての場合に直列にな
った２個のAOTFが存在する。AOTFを１個だけ使用しても
レーザ周波数にドップラーシフトを発生するが、現在の
ところ入手可能なAOTFでは、１個だけのAOTFを使用する
周波数シフトの量は使用するのに大き過ぎる。この理由
で、２個以上のAOTFを一般に使用している。装置を正確
に同じ周波数で駆動することによりドップラーシフトを
正確に相殺する代わりに、本発明の一特徴によれば、装
置をわずかに異なる音響周波数fa1 およびfa2 で駆動す
る。方程式４で上に述べたとおり、フィルタの光学的通
過帯域もわずかに片寄るが、fa1 およびfa2 が近接して
いる限り、離調する帯域通過は重要ではない。
かの可能な実施例が存在する。すべての場合に直列にな
った２個のAOTFが存在する。AOTFを１個だけ使用しても
レーザ周波数にドップラーシフトを発生するが、現在の
ところ入手可能なAOTFでは、１個だけのAOTFを使用する
周波数シフトの量は使用するのに大き過ぎる。この理由
で、２個以上のAOTFを一般に使用している。装置を正確
に同じ周波数で駆動することによりドップラーシフトを
正確に相殺する代わりに、本発明の一特徴によれば、装
置をわずかに異なる音響周波数fa1 およびfa2 で駆動す
る。方程式４で上に述べたとおり、フィルタの光学的通
過帯域もわずかに片寄るが、fa1 およびfa2 が近接して
いる限り、離調する帯域通過は重要ではない。
【００３８】AOTF空胴には二つの一般的な分類、すなわ
ち直線形およびリング形がある。直線形空胴では、光ビ
ームは空胴の１往復に２回AOTFを通過する。この場合に
はドップラーシフトにより１往復あたりの光周波数の正
味の変化は2(fa1 −fa2)である。空胴往復時間がＴであ
れば、標準的なチャープ速さは dv/dt ＝ 2(fa1 − fa2)/T リング形空胴では、ビームは１往復につき１回しかAOTF
を通過しない。したがって上の方程式に現れる「２」と
いう係数を削除すべきである。
ち直線形およびリング形がある。直線形空胴では、光ビ
ームは空胴の１往復に２回AOTFを通過する。この場合に
はドップラーシフトにより１往復あたりの光周波数の正
味の変化は2(fa1 −fa2)である。空胴往復時間がＴであ
れば、標準的なチャープ速さは dv/dt ＝ 2(fa1 − fa2)/T リング形空胴では、ビームは１往復につき１回しかAOTF
を通過しない。したがって上の方程式に現れる「２」と
いう係数を削除すべきである。
【００３９】周波数fa1 およびfa2 を一定に、ただし異
なって、保持すれば、モードは間もなくフィルタの帯域
幅の外で同調する。これは回折格子同調型ECL で格子角
度を固定し回折格子を並進移動させるとき生ずると同じ
事柄である。双方の場合でモード跳躍が発生する。AOTF
を連続的に同調させるためには、AOTFの帯域通過をチャ
ープモードを追跡するように同調させなければならな
い。再び、これは連続同調型回折格子空胴と相似であ
る。回折格子同調型レーザでは、連続同調するには格子
角および格子位置を同時に調節しなければならない。AO
TF同調型空胴では、連続同調するには２個のAOTFに対す
る絶対駆動周波数を同時に調節しなければならない。
なって、保持すれば、モードは間もなくフィルタの帯域
幅の外で同調する。これは回折格子同調型ECL で格子角
度を固定し回折格子を並進移動させるとき生ずると同じ
事柄である。双方の場合でモード跳躍が発生する。AOTF
を連続的に同調させるためには、AOTFの帯域通過をチャ
ープモードを追跡するように同調させなければならな
い。再び、これは連続同調型回折格子空胴と相似であ
る。回折格子同調型レーザでは、連続同調するには格子
角および格子位置を同時に調節しなければならない。AO
TF同調型空胴では、連続同調するには２個のAOTFに対す
る絶対駆動周波数を同時に調節しなければならない。
【００４０】一例として、実験用に構成された一定のAO
TF装置を考える。この装置は1300nmのレーザ波長領域用
に設計されている。レーザを約100nm 掃引したい。AOTF
の帯域通過は約200MHzで駆動されるとき1300nmに中心が
ある。光学的往復時間が１ナノ秒であり且つ2(fa1 −fa
2 ）が10kHz であれば、チャープ速さは毎秒10,000GHz
であり、これは毎秒約56nmである。したがって100nm の
同調範囲全体を２秒未満で走査することができる。
TF装置を考える。この装置は1300nmのレーザ波長領域用
に設計されている。レーザを約100nm 掃引したい。AOTF
の帯域通過は約200MHzで駆動されるとき1300nmに中心が
ある。光学的往復時間が１ナノ秒であり且つ2(fa1 −fa
2 ）が10kHz であれば、チャープ速さは毎秒10,000GHz
であり、これは毎秒約56nmである。したがって100nm の
同調範囲全体を２秒未満で走査することができる。
【００４１】図3A〜図3Cは本発明の特徴を図解するAOTF
を利用した３個の光学発振掃引器の概要図である。上述
のように、二つの図3A、図3Bの掃引器では、フィードバ
ック経路で、光はAOTF1 、AOTF2 を２回通過するが、図
3Cのリング式構成では、光は２個のAOTFを１回だけ通過
する。加えて、他の差異が注目に値する。図3Aでは、レ
ーザ102 は一方の側だけを反射防止被膜112 で被覆しな
ければならない。知ってのとおり、反射防止被膜は完全
ではないので、このような被膜では常に残留反射が生
じ、レーザ102 でスプリアス発振または不連続同調が発
生する。このため、図3B、図3Cの掃引器ではレーザの両
側に被膜152 、154 のような反射防止被膜を採用するの
が好ましい。レーザの両端にこのような被膜がある場合
には、レーザ150 のスプリアス空胴のＱが減少する。こ
のためレーザ150 の両端を反射防止被膜152 、154 で被
覆する。これは実際に、こうしなければ必要となる高品
質反射被膜に対する厳しい要求が軽減されるという効果
を持つ。
を利用した３個の光学発振掃引器の概要図である。上述
のように、二つの図3A、図3Bの掃引器では、フィードバ
ック経路で、光はAOTF1 、AOTF2 を２回通過するが、図
3Cのリング式構成では、光は２個のAOTFを１回だけ通過
する。加えて、他の差異が注目に値する。図3Aでは、レ
ーザ102 は一方の側だけを反射防止被膜112 で被覆しな
ければならない。知ってのとおり、反射防止被膜は完全
ではないので、このような被膜では常に残留反射が生
じ、レーザ102 でスプリアス発振または不連続同調が発
生する。このため、図3B、図3Cの掃引器ではレーザの両
側に被膜152 、154 のような反射防止被膜を採用するの
が好ましい。レーザの両端にこのような被膜がある場合
には、レーザ150 のスプリアス空胴のＱが減少する。こ
のためレーザ150 の両端を反射防止被膜152 、154 で被
覆する。これは実際に、こうしなければ必要となる高品
質反射被膜に対する厳しい要求が軽減されるという効果
を持つ。
【００４２】外部空胴レーザの同調可能性を高めるに
は、一般に半導体レーザにより発生される縦モード10〜
16を抑制するのが望ましい。図3A〜図3Cの外部空胴レー
ザ構成についての損失余裕の分析から、図3Cのリング構
成がこの抑制を最も良く行うことがわかっている。モー
ド10〜16を抑制すれば、光学発振器の特性を分析すると
きモード52〜64だけを考えればよい。
は、一般に半導体レーザにより発生される縦モード10〜
16を抑制するのが望ましい。図3A〜図3Cの外部空胴レー
ザ構成についての損失余裕の分析から、図3Cのリング構
成がこの抑制を最も良く行うことがわかっている。モー
ド10〜16を抑制すれば、光学発振器の特性を分析すると
きモード52〜64だけを考えればよい。
【００４３】損失余裕の分析で、利得チップ内部空胴の
往復損失をフィードバック外部空胴の往復損失と図3A〜
図3Cの三つのフィードバック構成について比較する。レ
ーザ空胴の往復損失は、 αl −ln( ｒ1 ｒ2) である。ここでαl はチップ内部空胴内部の内部損失で
あり、ｒ1 およびｒ2 はミラーの反射率である。内部空
胴の( αl)を三つの構成すべてについて同じであると仮
定すれば、利得チップ内部空胴とフィードバック外部空
胴との光の一往復での損失差の比較から対数の差を生ず
る。この対数の差を比の対数として表すこともでき、こ
れを下の表Ｉの第２欄に示してある。
往復損失をフィードバック外部空胴の往復損失と図3A〜
図3Cの三つのフィードバック構成について比較する。レ
ーザ空胴の往復損失は、 αl −ln( ｒ1 ｒ2) である。ここでαl はチップ内部空胴内部の内部損失で
あり、ｒ1 およびｒ2 はミラーの反射率である。内部空
胴の( αl)を三つの構成すべてについて同じであると仮
定すれば、利得チップ内部空胴とフィードバック外部空
胴との光の一往復での損失差の比較から対数の差を生ず
る。この対数の差を比の対数として表すこともでき、こ
れを下の表Ｉの第２欄に示してある。
【００４４】図3A〜図3Cに示した構成では、多数の構成
要素を示してあり、これら構成要素に関する多数の仮定
が行われている。各構成は、半導体レーザ、２個のAOT
F、１個以上のコリメーティングレンズ、および１個以
上の反射ミラーを備えている。図3Aの片側直線形構成で
は、光は唯一のファセットを通して半導体レーザに出入
りするので、そのファセットだけが反射防止被膜を備え
ている。その他に、唯一のコリメーティングレンズおよ
び一つの反射ミラーが必要である。図3Bの両側直線形構
成および図3Cのリング形構成では共に、光は二つのファ
セットを通して出入りするので、二つのファセットが反
射防止被膜および関連コリメーティングレンズを備えて
いる。両側直線形構成では更に、二つの反射ミラーが必
要であり、リング形構成は、図3Cでは４個の反射ミラー
を備えて図示されているが、少なくとも３個の反射ミラ
ーを必要とする。
要素を示してあり、これら構成要素に関する多数の仮定
が行われている。各構成は、半導体レーザ、２個のAOT
F、１個以上のコリメーティングレンズ、および１個以
上の反射ミラーを備えている。図3Aの片側直線形構成で
は、光は唯一のファセットを通して半導体レーザに出入
りするので、そのファセットだけが反射防止被膜を備え
ている。その他に、唯一のコリメーティングレンズおよ
び一つの反射ミラーが必要である。図3Bの両側直線形構
成および図3Cのリング形構成では共に、光は二つのファ
セットを通して出入りするので、二つのファセットが反
射防止被膜および関連コリメーティングレンズを備えて
いる。両側直線形構成では更に、二つの反射ミラーが必
要であり、リング形構成は、図3Cでは４個の反射ミラー
を備えて図示されているが、少なくとも３個の反射ミラ
ーを必要とする。
【００４５】分析に含まれるのは、増幅器の結合係数C
a、フィルタの結合係数Cf、各AOTFの透過係数t 、各反
射ミラーの反射率ｒm 、各反射防止被膜の反射率ｒc 、
および１損失差比較の無被膜ファセットの反射係数であ
り、次のパラメータ値を仮定する。 ｒm2 ＝ 1.0 ｒc2 ＝ 10 -3 Ca2 ＝ 0.5 Cf2 ＝ 1.0 t2 ＝ 0.8 損失差は微分損失で表されるから、dBで表した前損失を
計算することができ、これを表Ｉの第３欄に（1.0 ×微
分損失差）の指数として示してある。これらの計算か
ら、表Ｉでリング形構成は、片側直線形空胴構成として
比較して、それにより単一チップ空胴に対して区別する
はるかに高い損失差を備えており、両側直線形空胴構成
と比較して、かなり高い損失差を備えている。
a、フィルタの結合係数Cf、各AOTFの透過係数t 、各反
射ミラーの反射率ｒm 、各反射防止被膜の反射率ｒc 、
および１損失差比較の無被膜ファセットの反射係数であ
り、次のパラメータ値を仮定する。 ｒm2 ＝ 1.0 ｒc2 ＝ 10 -3 Ca2 ＝ 0.5 Cf2 ＝ 1.0 t2 ＝ 0.8 損失差は微分損失で表されるから、dBで表した前損失を
計算することができ、これを表Ｉの第３欄に（1.0 ×微
分損失差）の指数として示してある。これらの計算か
ら、表Ｉでリング形構成は、片側直線形空胴構成として
比較して、それにより単一チップ空胴に対して区別する
はるかに高い損失差を備えており、両側直線形空胴構成
と比較して、かなり高い損失差を備えている。
【００４６】
【表１】
【００４７】図４、図５、および図６は外部リング構成
レーザの代替実施例を示す。基本リング構成を図４に示
してある。AOTF基準リング構成を図４に示してある。図
４のAOTF基準ECL はこのような向きにある２個のフィル
タを備えているので、空胴の１往復には正味のチャープ
が無い。ECLの動作中出力光が方向を変える程度をあら
わすビーム操縦性に関連して述べれば、２個のフィルタ
双方が同じ入力偏光を使用しているので、AOTFの入力／
出力面が楔状であるときでも、単一入力偏光によりECL
動作中において第２のAOTFの出力光のビーム操縦性を減
少できることを活用している。このようにしてAOTFの結
晶形状を同一にして平面状リングにおけるビーム操縦性
を可能な限り少なくすることができる。この構成は、一
方向進行波動作を押し進めるアイソレータＩ、および二
つの半波遅延板を使用している。板R1はＩにより生ずる
偏光回転（１段に対して45°、２段に対して90°）を補
償して第２のAOTF、F2、が第１のAOTF、F1、と同じ入力
偏光を受取るようにするものである。波長板R2はF2のろ
波出力の偏光を回転して、両ファセットに反射防止被膜
を備えている増幅器チップＡの高利得偏向に戻す。コリ
メーティングレンズ、L1およびL2、はＡに出入りする光
を集束するのに使用され、高反射率ミラー、M1、M2、お
よびM3、は光をリングフィードバック経路の周りに反射
させるのに使用される。リングレーザの出力は次に部分
透過ミラーM1を通して取出される。不変換出力ビーム、
b1およびb2、はこの構成では使用されない。
レーザの代替実施例を示す。基本リング構成を図４に示
してある。AOTF基準リング構成を図４に示してある。図
４のAOTF基準ECL はこのような向きにある２個のフィル
タを備えているので、空胴の１往復には正味のチャープ
が無い。ECLの動作中出力光が方向を変える程度をあら
わすビーム操縦性に関連して述べれば、２個のフィルタ
双方が同じ入力偏光を使用しているので、AOTFの入力／
出力面が楔状であるときでも、単一入力偏光によりECL
動作中において第２のAOTFの出力光のビーム操縦性を減
少できることを活用している。このようにしてAOTFの結
晶形状を同一にして平面状リングにおけるビーム操縦性
を可能な限り少なくすることができる。この構成は、一
方向進行波動作を押し進めるアイソレータＩ、および二
つの半波遅延板を使用している。板R1はＩにより生ずる
偏光回転（１段に対して45°、２段に対して90°）を補
償して第２のAOTF、F2、が第１のAOTF、F1、と同じ入力
偏光を受取るようにするものである。波長板R2はF2のろ
波出力の偏光を回転して、両ファセットに反射防止被膜
を備えている増幅器チップＡの高利得偏向に戻す。コリ
メーティングレンズ、L1およびL2、はＡに出入りする光
を集束するのに使用され、高反射率ミラー、M1、M2、お
よびM3、は光をリングフィードバック経路の周りに反射
させるのに使用される。リングレーザの出力は次に部分
透過ミラーM1を通して取出される。不変換出力ビーム、
b1およびb2、はこの構成では使用されない。
【００４８】ツインAOTFリングECL の変形を図５に示
す。この構成は付加レーザ出力として不変換フィルタ出
力（図４にb1およびb2として示してある）を利用してお
り、これら出力を偏光立方体ビームスプリッタ、C1およ
びC2、を用いて取出している。この変形はAOTF、F1およ
びF2、の効率が低いとき有利である。他のリングECL 構
成を図６に示す。この構成はチャープ補償を単一AOTF、
Ｆ、で行うという点で独特である。これは逆反射直線形
構成では不可能である。この構成は、フィルタＦを２回
通過し、各通過時にチャープ補正を行う単一AOTFリング
を使用している。プリズム、P1およびP2、は光をＦにま
たはＦから導く。
す。この構成は付加レーザ出力として不変換フィルタ出
力（図４にb1およびb2として示してある）を利用してお
り、これら出力を偏光立方体ビームスプリッタ、C1およ
びC2、を用いて取出している。この変形はAOTF、F1およ
びF2、の効率が低いとき有利である。他のリングECL 構
成を図６に示す。この構成はチャープ補償を単一AOTF、
Ｆ、で行うという点で独特である。これは逆反射直線形
構成では不可能である。この構成は、フィルタＦを２回
通過し、各通過時にチャープ補正を行う単一AOTFリング
を使用している。プリズム、P1およびP2、は光をＦにま
たはＦから導く。
【００４９】図示のように、リング構成は直線形構成よ
り強く単一チップ空胴モードを判別する。内部光学アイ
ソレータを使用してリングを一方向に発振させる能力
は、利得媒質内で燃焼する空間正孔の排出に帰因する単
一縦モードの安定性を改善することができる。更に、リ
ング形構成では単一フィルタを二重通過構成に使用する
ことができ、これにより各往復でのチャープを自己補償
する。これは逆反射直線形構成では二つのフィルタ装置
を使用しない限り不可能である。
り強く単一チップ空胴モードを判別する。内部光学アイ
ソレータを使用してリングを一方向に発振させる能力
は、利得媒質内で燃焼する空間正孔の排出に帰因する単
一縦モードの安定性を改善することができる。更に、リ
ング形構成では単一フィルタを二重通過構成に使用する
ことができ、これにより各往復でのチャープを自己補償
する。これは逆反射直線形構成では二つのフィルタ装置
を使用しない限り不可能である。
【００５０】図７は本発明の好適実施例を示す光学発振
掃引器の概要図である。図７に示すように、掃引器200
は、その両端に反射防止被膜を有するレーザ202 、レン
ズ204 、偏光維持（フィードバック）ファイバ206 、二
つのAOTF210a、210bを備えている組込み光学フィルタ21
0 、偏光子212 、および二つの電子ドライバ222 、224
を備えている。ドライバ224 は同調制御器226 により制
御される。方向性結合器232 はファイバ206 を出力234
に結合させる。他の方向性結合器242 はファイバ206
を、偏光子252 、フォトダイオード254 、およびドライ
バ222 を制御する制御回路256 を備えているフィードバ
ック制御経路に結合する。レーザ202 は特定の直線偏光
をファイバ206 に伝えるが、ファイバ206 でこのような
光は第１のAOTF210aにより直交偏光に変換される。この
ような変換光は偏光子212 によりろ波され、第２のAOTF
210bにより直交偏光に逆変換されて光学アイソレータ26
2 を通過してから、レーザ202 にフィードバックされて
フィルタ帯域幅内に更に発光を誘起する。ファイバ206
にある光の一部はまたフィードバック制御経路を通して
結合器242 により結合される。偏光子252 は、レーザ20
2 により放出された元の偏光の光の振幅か、または代わ
りに、直交偏光の光の振幅を検出するのに使用すること
ができる。このような光の振幅はフォトダイオード254
により検出され、そこではこのような振幅を制御回路25
6 がドライバ222 の周波数fa2 を制御するのに使用す
る。
掃引器の概要図である。図７に示すように、掃引器200
は、その両端に反射防止被膜を有するレーザ202 、レン
ズ204 、偏光維持（フィードバック）ファイバ206 、二
つのAOTF210a、210bを備えている組込み光学フィルタ21
0 、偏光子212 、および二つの電子ドライバ222 、224
を備えている。ドライバ224 は同調制御器226 により制
御される。方向性結合器232 はファイバ206 を出力234
に結合させる。他の方向性結合器242 はファイバ206
を、偏光子252 、フォトダイオード254 、およびドライ
バ222 を制御する制御回路256 を備えているフィードバ
ック制御経路に結合する。レーザ202 は特定の直線偏光
をファイバ206 に伝えるが、ファイバ206 でこのような
光は第１のAOTF210aにより直交偏光に変換される。この
ような変換光は偏光子212 によりろ波され、第２のAOTF
210bにより直交偏光に逆変換されて光学アイソレータ26
2 を通過してから、レーザ202 にフィードバックされて
フィルタ帯域幅内に更に発光を誘起する。ファイバ206
にある光の一部はまたフィードバック制御経路を通して
結合器242 により結合される。偏光子252 は、レーザ20
2 により放出された元の偏光の光の振幅か、または代わ
りに、直交偏光の光の振幅を検出するのに使用すること
ができる。このような光の振幅はフォトダイオード254
により検出され、そこではこのような振幅を制御回路25
6 がドライバ222 の周波数fa2 を制御するのに使用す
る。
【００５１】図７の掃引器はそれ故、図3Cのようなミラ
ーの代わりに光ファイバを使用してリング形構成で実現
されている。光学アイソレータ262 はリングの一方向発
振を推進し、これにより二つの方向性結合器の出力ポー
トの一つ234 だけから光出力が生ずる。二つのAOTFを同
じ基板上に直列に図示してあるが、これらをファイバで
接続した別々の基板上に置くことができる。
ーの代わりに光ファイバを使用してリング形構成で実現
されている。光学アイソレータ262 はリングの一方向発
振を推進し、これにより二つの方向性結合器の出力ポー
トの一つ234 だけから光出力が生ずる。二つのAOTFを同
じ基板上に直列に図示してあるが、これらをファイバで
接続した別々の基板上に置くことができる。
【００５２】レーザを特定の波長に同調させるために、
コンピュータまたは手動制御器を使用し、方程式４の関
係を用いてfa2 を同調させる。これは音響光学フィルタ
の中心周波数を所定レーザ波長に設定するのである。次
にドライバ222 を使用してレーザ空胴モードを音響光学
フィルタの中心周波数に同調させる。光の周波数が高す
ぎれば、fa1 をfa2 未満になるように調節し、これによ
り光の周波数を方程式７で示す割合で低い周波数に同調
させる。実用的には、図７に示すような自動フィードバ
ック制御ループによりドライバ222 を制御するのが望ま
しい。光信号がAOTFフィルタの帯域通過内の中心にくれ
ば、ろ波偏光の光が最大になり、直交偏光の光が最小に
なる。ダイオード254 からの光信号は電気信号に変換さ
れる。偏光子252 は偏光の一方または双方を選択するの
に使用することができる。制御の一つの方法は、ろ波偏
光信号が最大になるまでfa1 を調節することである。標
準のディザ制御回路を使用する。
コンピュータまたは手動制御器を使用し、方程式４の関
係を用いてfa2 を同調させる。これは音響光学フィルタ
の中心周波数を所定レーザ波長に設定するのである。次
にドライバ222 を使用してレーザ空胴モードを音響光学
フィルタの中心周波数に同調させる。光の周波数が高す
ぎれば、fa1 をfa2 未満になるように調節し、これによ
り光の周波数を方程式７で示す割合で低い周波数に同調
させる。実用的には、図７に示すような自動フィードバ
ック制御ループによりドライバ222 を制御するのが望ま
しい。光信号がAOTFフィルタの帯域通過内の中心にくれ
ば、ろ波偏光の光が最大になり、直交偏光の光が最小に
なる。ダイオード254 からの光信号は電気信号に変換さ
れる。偏光子252 は偏光の一方または双方を選択するの
に使用することができる。制御の一つの方法は、ろ波偏
光信号が最大になるまでfa1 を調節することである。標
準のディザ制御回路を使用する。
【００５３】図８は本発明の好適実施例を示す図７のシ
ステムの一部の部分概要部分断面図である。簡単のた
め、同一構成要素を同じ図では同じ数字で区別してい
る。したがって、システム200 の構造を簡単にするに
は、レンズ204 を単にファイバ206の端の丸い部分で形
成すればよい。
ステムの一部の部分概要部分断面図である。簡単のた
め、同一構成要素を同じ図では同じ数字で区別してい
る。したがって、システム200 の構造を簡単にするに
は、レンズ204 を単にファイバ206の端の丸い部分で形
成すればよい。
【００５４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明を用いるこ
とにより、周波数を所定の帯域幅にわたって連続掃引す
ることができる。
とにより、周波数を所定の帯域幅にわたって連続掃引す
ることができる。
【図１】従来の光学発振掃引器を示すための連続同調可
能格子外部空胴レーザの概略回路図である。
能格子外部空胴レーザの概略回路図である。
【図２】本発明の特徴を説明するための、同調可能レー
ザのスペクトルを示す図である。
ザのスペクトルを示す図である。
【図３Ａ】本発明の特徴を説明するための、ＡＯＴＦを
使用した３つの光学発振掃引器の概略図である。
使用した３つの光学発振掃引器の概略図である。
【図３Ｂ】本発明の特徴を説明するための、ＡＯＴＦを
使用した３つの光学発振掃引器の概略図である。
使用した３つの光学発振掃引器の概略図である。
【図３Ｃ】本発明の特徴を説明するための、ＡＯＴＦを
使用した３つの光学発振掃引器の概略図である。
使用した３つの光学発振掃引器の概略図である。
【図４】本発明の特徴を説明するための、相似ＡＯＴ
Ｆ、光アイソレータを用いたリングＥＣＬ、および２つ
の半波遅延板の概略図である。
Ｆ、光アイソレータを用いたリングＥＣＬ、および２つ
の半波遅延板の概略図である。
【図５】本発明の特徴を説明するための、相似ＡＯＴ
Ｆ、光アイソレータを用いたリングＥＣＬ、２つの半波
遅延板、および２つのビームスプリッタの概略図であ
る。
Ｆ、光アイソレータを用いたリングＥＣＬ、２つの半波
遅延板、および２つのビームスプリッタの概略図であ
る。
【図６】本発明の特徴を説明するための、単一ＡＯＴ
Ｆ、光アイソレータを用いた二重通過リングＥＣＬ、お
よび２つの半波遅延板の概略図である。
Ｆ、光アイソレータを用いた二重通過リングＥＣＬ、お
よび２つの半波遅延板の概略図である。
【図７】本発明の一実施例を示す光学発振掃引器の概略
図である。
図である。
【図８】本発明の一実施例を説明するための、図７の装
置の一部分の部分概略、部分断面図である。
置の一部分の部分概略、部分断面図である。
２０２：レーザ
２１０：光学フィルタ
２１０ａ、２１０ｂ：ＡＯＴＦ
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 ポール・ゾラベディアン
アメリカ合衆国カリフォルニア州マウン
テン・ビュー・ベンジャミン・ドライブ
2441
(56)参考文献 特開 昭62−172777（ＪＰ，Ａ)
特開 昭63−92917（ＪＰ，Ａ)
Ｃｏｑｕｉｎ， Ｇ． ｅｔ ａ
ｌ．，”Ｓｉｎｇｌｅ− ａｎｄ ｍｕ
ｌｔｉｐｌｅ−ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ
ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ａｃｏｕｓ
ｔｏｏｐｔｉｃａｌｌｙ ｔｕｎｅｄ
ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｌａｓｅ
ｒｓ ａｔ １．３μｍ”，ＩＥＥＥ
Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｑｕａｎｔｕ
ｍ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，Ｖｏｌ.
25， Ｎｏ．６，ｐｐ．1575 −1579
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01S 3/00 - 3/30
Claims (3)
- 【請求項１】第１と第２の対向する無反射性端面を有す
る光学半導体増幅器と、 前記端面間の外部リングフィードバック経路を画定する
フィードバック手段であって、前記増幅器と前記フィー
ドバック手段とで所定の周波数帯域にわたって動作可能
な外部空洞レーザを形成する、光信号のフィードバック
手段と、 前記リングフィードバック経路内に配置され、同調信号
に応答して前記外部空洞レーザを前記周波数帯域におけ
る所望の周波数に同調させる第１の音響光学同調可能フ
ィルタと、 前記第１の音響光学同調可能フィルタから前記増幅器に
至る前記リングフィードバック経路中に配置された第１
の半波遅延板と、前記リングフィードバック経路内に配置され、同調信号
に応答して前記外部空洞レーザを前記周波数帯域におけ
る所望の周波数に同調させる第２の音響光学同調可能フ
ィルタと、 前記第２の音響光学同調可能フィルタから前記第１の音
響光学同調可能フィルタに至る前記リングフィードバッ
ク経路中に配置された第２の半波遅延板と を備えて成
る、電気的に同調可能な外部空洞レーザ。 - 【請求項２】前記リングフィードバック経路に配置さ
れ、前記第２の端面から前記第１の端面に向けて伝搬す
る光を減衰させるよう働く光学アイソレータとをさらに
備えて成る請求項１に記載のレーザ。 - 【請求項３】第１と第２の対向する無反射性端面を有す
る光学半導体増幅器と、 前記端面間の外部リングフィードバック経路を画定する
フィードバック手段であって、前記増幅器と前記フィー
ドバック手段とで所定の周波数帯域にわたって動作可能
な外部空洞レーザを形成する、光信号のフィードバック
手段と、 前記リングフィードバック経路内に配置され、同調信号
に応答して前記外部空洞レーザを前記周波数帯域におけ
る所望の周波数に同調させる音響光学同調可能フィルタ
と、 前記第音響光学同調可能フィルタから前記増幅器に至る
前記リングフィードバック経路中に配置された半波遅延
板とを備え、 前記光信号が、前記第１の端面から前記第２の端面への
単一の通過において、前記音響光学同調可能フィルタを
２度通過するように前記フィードバック手段が構成さ
れ、前記光信号は該２度の通過の第１の通過においては
前記音響光学同調可能フィルタの一方の側に入り、該２
度の通過の第２の通過においては該一方の側の反対側に
入ることを特徴とする電気的に同調可能な外部空洞レー
ザ。
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| US733,552 | 1991-07-22 |
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| US8670129B2 (en) | 2009-09-03 | 2014-03-11 | Axsun Technologies, Inc. | Filtered ASE swept source for OCT medical imaging |
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-
1992
- 1992-04-30 EP EP92107422A patent/EP0524382B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1992-04-30 DE DE1992612927 patent/DE69212927T2/de not_active Expired - Fee Related
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Non-Patent Citations (1)
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|---|
| Ｃｏｑｕｉｎ， Ｇ． ｅｔ ａｌ．，"Ｓｉｎｇｌｅ− ａｎｄ ｍｕｌｔｉｐｌｅ−ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ａｃｏｕｓｔｏｏｐｔｉｃａｌｌｙ ｔｕｎｅｄ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｌａｓｅｒｓ ａｔ １．３μｍ"，ＩＥＥＥ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，Ｖｏｌ．２５， Ｎｏ．６，ｐｐ．１５７５ −１５７９ |
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| DE69212927D1 (de) | 1996-09-26 |
| JPH05249526A (ja) | 1993-09-28 |
| DE69212927T2 (de) | 1997-02-27 |
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