JP3933199B2 - デュアル波長ポンプ低ノイズファイバレーザ - Google Patents

Description

技術分野
本発明は、ファイバレーザに関し、より詳細には低ノイズファイバレーザに関するものである。
背景技術
ファイバレーザ分野では、ファイバレーザは、光学的に活性なネオジム又はエルビウムと言った希土類イオン（即ち利得媒質）がドープされた所定長さの光ファイバ（又はレーザキャビティ）と、上記利得媒質を含む上記ファイバに沿って所定間隔で離間された光学的リフレクタと、から構成されている。上記ファイバは、所定のポンプ波長を有し、上記利得媒質を励起するポンプ光線で光学的にポンプされ、レーザ発振させる遷移において、励起原子の分布が励起されていない（即ち、より励起されていない）原子よりも多くなるようにされる（これは、反転分布として知られている）。上記利得媒質内の原子のエネルギーが、その元の非励起状態（すなわち、よりエネルギーの低いレベル）へと遷移して戻るにつれ、所定のレーザ発振波長の光子が放出される。この様にして放出された（即ち刺激により）光子は、利得媒質中の別の励起原子に対して同様な光子放出を生じさせて良く知られたレーザ効果が発生する。上記光学的リフレクタは、上記レーザ発振波長における所定量の光線を反射させるように設計されており、また、上記キャビティ利得の量は、上記キャビティ内で連続的にレーザ発振波長の光線を発生させ、レーザ発振が維持されるように設定される。また、リフレクタの少なくとも一つは、ポンプ波長における光を反射するようにされておらず、リフレクタのうちの一つの端部を通して上記キャビティに上記ポンプ光線が入るようにされている。
さらにまた、上記リフレクタを、上記光ファイバ内に直接埋設したブラッググレーティングとすることが知られており、これについてはグレン等（Ｇｌｅｎｎ）の米国特許第４，８０７，９５０号，及び米国特許第４，７２５，１１０号、題名“ファイバ光学装置内にグレーティングを埋設する方法”に開示されている。
このようなレーザは、狭い波長幅の単一縦モードレーザ発振特性を得、所定の波長範囲内で連続的に波長可変となるように設計及び製造することが可能である。これらについてはボール（Ｂａｌｌ）等による米国特許第５，３０５，３３５号、題名“単一縦モードポンプ光導波路レーザ配置”、及びボール等による米国特許第５，３１７，５７６号、題名“連続的に波長可変の単一モード希土類ドープポンプレーザ配置”に開示されている。
この様なファイバレーザ源は、ファイバ光学システムにおいて通常用いられている半導体レーザやダイオードレーザ励起の固体レーザと比較して高出力、かつ、より狭い波長幅と言う改善された特性を与えることができる可能性がある。
しかしながら、ファイバレーザからの出力光線の強度は、また、時間とともに変動する（すなわち、ノイズ）ことが知られている。
上記ノイズは、相対強度ノイズ（ＲＩＮ：relative intensity noise）と呼ばれており、典型的には、連続レーザ発振する（ｃｗ）水準に対して、ｄＢ／Ｈｚを単位として測定され、良く知られているように、周波数の変動とともに大きさが変化する。例えば、従来のガエルビウムドープのファイバレーザでは、上記ＲＩＮは、低周波数では−１１０ｄＢとなる場合もあり（例えば１００ＫＨｚ未満）、高周波数（１００ＭＨｚよりも高周波数）では、−１４０ｄＢとなる場合がある。
これらのノイズレベルは、ディジタルシステムでは許容されるが、ケーブルテレビ等のアナログ用途では許容されず、高周波においては、約−１６０ｄＢ／Ｈｚのノイズレベルが必要とされる。
また、低周波数側（レーザパワーにも依存するが、例えば、約２５０ＫＨｚ）で、上記ＲＩＮプロファイルにおける局在化した共鳴ピーク（すなわち、スパイクノイズ）が生じ、これは、上記レーザキャビティ内での緩和発振に関連している。このピークは、従来のシステムのうちのあるものでは、約−８０ｄＢ／Ｈｚの大きさを有する。ディジタル及びアナログ通信システムにおいては、上記ＲＩＮノイズスパイクを可能な限り、例えば−１２０ｄＢ／Ｈｚよりも小さくすることが望ましい。
この様なＲＩＮを減少させるための一つの方法として、上記レーザ出力を増加させることを挙げることができる。レーザパワーを向上させるため、当業界で知られている一つの技術としては、キャビティ中のドーピング濃度を増加させるものである。しかしながらこの様に濃度を増加させると、しばしばＥｒのクラスタリングが発生し、レーザ効率が低下して、自己スパイクが生じてしまうことになる。
パワーを増加させるための別の方法としては、より効率の良い利得媒質、例えば、J.クリングレボトン（Kringlebotn）等による論文“効率的ダイオードポンプ単一周波数エルビウム：イットリウムファイバレーザ”，ＩＥＥＥフォトニクステクノロジーレター（IEEE Photonics Techn. Lett.），第５巻，第１０号，１１６２−１１６４頁、及びクリングレボトンによる論文“高効率低ノイズグレーティング−フィードバックＥｒ３＋：Ｙｂ３＋コドープファイバレーザ”，エレクトロニクスレター（Electr. Lettr.），第３０巻，第１２号，第９７２−９７３頁（１９９４年６月）に開示のエルビウム−イットリウムコドープファイバを用いるものである。上述のようにパワーを増加させると全体のＲＩＮは、全周波数において低減できるものの、上述の技術では、低周波数ＲＩＮピークを排除することはできなかった。また、レーザパワーが増加すると、上記ＲＩＮノイズスパイクが発生する上記周波数も同様に増加する。
従って、低周波数及び高周波数双方においてＲＩＮプロファイルが低減されたファイバレーザを提供することが望まれていた。
発明の開示
本発明の目的は、低周波数及び高周波数において、ＲＩＮの大きさを低減させたファイバレーザを提供することにある。
本発明に従えば、偏光制御された導波路レーザは、レーザ光線を伝搬させる固体の光導波路と、上記導波路に沿って所定の距離で離間配置され、それぞれが上記レーザ光線を反射させるようになった対となった反射要素と、上記反射要素間において、第１の希土類ドーパントと第２の希土類ドーパントとがドープされた上記導波路の利得部分と、を有していて、上記反射要素のうちの一方は、レーザ出力光線として上記レーザ光線の所定量を通過させるようになっており、さらに上記導波路の利得部分に入射させる第１のポンプ波長の第１のポンプ信号を与えるための第１のポンプ手段と、ポンプ制御信号に応答して上記導波路の利得部分に入射される第２の波長の第２のポンプ信号を与えるための第２のポンプ手段と、上記ポンプ制御信号を、上記第２のポンプ手段に与えるとともに、上記出力光線に応じて上記ポンプ制御信号を制御して、上記出力光線の相対強度ノイズを低減させるための制御手段と、を有していて、上記第１のドーパントは、上記第１のポンプ波長と、上記第１のドーパントから上記第２のドーパントへと移動する上記第１のドーパントからのエネルギーとを吸収し、上記第２のドーパントが、上記レーザ光線を放出するようにされていて、上記第２のドーパントは、上記第２のポンプ波長を吸収し、かつ、上記第１のドーパントのポンプ−レーザ発振遷移時間よりもポンプ−レーザ発振遷移時間が短くされており、上記第１のドーパントの上記遷移時間は、上記制御手段が所定の周波数領域にわたって上記出力光線のノイズの相対強度を充分に制御できるように、十分に短くされている。
本発明は、高周波数、例えば−１６０ｄＢと言った低いＲＩＮであり、同時に低周波数における上記緩和発振ＲＩＮピークを例えば、−１２０ｄＢ／Ｈｚまで低減させたファイバレーザを提供するものであり、本発明によって従来技術は、著しい改善が図られることとなる。本発明は、コドープされたファイバレーザキャビティ、例えばＥｒ⁺³：Ｙｂ⁺³（エルビウム：イッテルビウム）及びデュアル波長ポンプを用いるものである。第１のポンプ波長λ_P1は、効率よくＹｂを励起状態へとポンプし、このＹｂのエネルギーは、Ｅｒ原子（エルビウム原子）へと移動して、所望するレーザ周波数において最終的なレーザ発振を行う。Ｙｂは、効率的にポンプされるので、高ポンプ光吸収が達成されて、高いレーザ出力パワーが得られ、結果としてＲＩＮが低減できることになる。同時に、第２のポンプ波長λ_P2（λ_P1とは異なる）は、上記レーザ遷移に極近い波長で直接エルビウム（Ｅｒ）をポンプし、迅速にレーザ遷移が生じるような分布を達成する。このことによって、レーザ発振波長でのレーザ発振強度を閉ループ制御することを可能とする十分に広いバンド幅を与え、上記第２ポンプ信号により上記レーザ内部の緩和発振によって引き起こされる低周波ＲＩＮスパイクを制御させることができる。これとは別に、制御ループは、上記λ_P1ポンプを閉ループとし、極めて低周波数（ＤＣ〜１ｋＨｚ）での制御を行うことができる。
本発明の上述した目的及び他の目的、特徴及び効果については、添付の図面をもってする本発明の代表的な実施例の詳細な説明により、より明確とすることができる。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明によるデュアル波長ポンプ低ノイズファイバレーザの概略的なブロックダイアグラムである。
図２は、本発明による上記デュアル波長ポンプファイバレーザのＥｒ⁺³：Ｙｂ⁺³キャビティのエネルギーダイアグラムである。
図３は、本発明と従来技術の相対強度ノイズ（ＲＩＮ）を示したグラフである。
図４は、本発明によるデュアル波長ポンプ低ノイズファイバレーザの概略的ブロックダイアグラムであり、上記レーザの一端から双方のポンプ波長が入射されているのが示されている。
発明の最良の実施態様
図１には、デュアル波長ポンプ低ノイズファイバレーザ１０は、上記ファイバのコア内に所定の距離で離間して埋設されているブラッググレーティング１４，１６を有したファイバレーザ１２を有しているのが示されている。上記グレーティング１４，１６の間のファイバ１８領域には、全ての部分が所定の２種類の希土類ドーパント（又は利得、すなわち活性媒質）、例えばエルビウム（Ｅｒ⁺³）及びイッテルビウム（Ｙｂ⁺³）がドープされていて、レーザキャビティ１８として機能する。上記Ｅｒ：Ｙｂドーピングは、クリングレボトン等の論文“効率的なダイオードポンプ単一周波数エルビウム：イッテルビウムファイバレーザ”，ＩＥＥＥ フォトニクステクノロジーレター（IEEE Photonics Techn. Lett.），第５巻，第１０号，第１１６２−１１６４頁（１９９３年１０月）に論じられているのと同様である。
ブラッググレーティングは、良く知られているように上記ファイバコアの屈折率が周期的に変化したものであり、光線の所定の狭い波長幅を反射し、それ以外の波長を通過させるものである。上記グレーティング１４，１６は、グレーティング間隔を有していて、レーザ発振波長λ_L（例えば、エルビウムドープのキャビティの場合には１５５０ｎｍ）のファイバレーザピーク反射を生じさせるようになっている。上記グレーティング１４，１６は、当業界で知られているいかなる適切な方法で形成されたものでも良く、例えば、双方ともグレン等による米国特許第４，８０７，９５０号及び米国特許第４，７２５，１１０号、題名“ファイバ光学機器内部にグレーティングを埋設する方法”に開示の方法で埋設することができる。上記ファイバ内に上記グレーティング１４，１６を埋設するためのどのような別の技術であっても所望により用いることができる。上記グレーティング１４，１６は、所望により、上記レーザキャビティ１８の互いに反対側の端部にスプライスされていても良く、又は上記各グレーティング１４，１６が位置決めされる上記ファイバ領域にもドープしておくこともできる。
上記グレーティング１４，１６及び上記ドープされたファイバキャビティ１８（すなわち、利得媒質を内部に有するファイバキャビティ）は、典型的なファイバレーザの３つの基本的な要素を構成するが、これについては、ボール等の米国特許第５，３０５，３３５号、題名“単一縦モードポンプ光導波路レーザ配置”及び米国特許第５，３１７，５７６号、題名“連続的に波長可変のシングルモード希土類ドープポンプレーザ配置”、及びジジオバーニ（DiGiovanni）による米国特許第５，２３７，５７６号、題名“光ファイバレーザを含んだ物体”に開示されており、これらは、本願においても参照することができる。
より具体的には、上記ファイバレーザ１２は、例えばレーザダイオード等の第１のポンプ光源２２からの第１の入力ポンプ光線２０によってポンプされる。上記ポンプ光線２０は、ポンプ波長λ_P1、例えば９８０ｎｍを有している。上記ポンプ光線２０は、ファイバ２４に沿って波長分割マルチプレクサ（ＷＤＭ）２８のポート２６まで伝搬して行く。このＷＤＭ２８は、波長に応じた光カップリングを行うようになっている。上記光線２０は、上記ＷＤＭ２８のポート３０へとカップリングされ、光ファイバ３２に沿って上記ファイバレーザ１２にまで伝搬して行く。
上記ポンプ光線２０は、上記グレーティング１６を通過し（上記ポンプ波長λ_P1は、上記グレーティング１６の反射波長ではない）、上記レーザキャビティ１２に導入される。上記ポンプ波長λ_P1は、初めに上記キャビティ１８の利得媒質のうちのイッテルビウム（Ｙｂ）を所定のエネルギーレベルへと励起する。上記励起Ｙｂ原子のエネルギーは、上記エルビウム原子（Ｅｒ）へと移動し、そのＥｒ原子は、レーザ発振波長λ_Lで光子を放出させるが、これがライン３６（後述する）で示されている。
ファイバレーザのための上記グレーティング１４，１６は、上述したように、レーザ発振波長λ_Lにおいて狭い反射波長を有するように設計することができる。典型的には、レーザ発振波長λ_Lにおける光線の９９．５％がフロントグレーティング１４で反射され、上記レーザ出力光線４０が放出されるバックグレーティング１６は、典型的にはレーザ発振波長λ_Lにおいてキャビティ光線３６の７０％を反射する。これとは別の反射率も所望に応じて用いることができる。光線３６のうち、レーザ発振波長λ_Lで上記バックグレーティング１６を通過するものは、出力レーザ光線としてレーザ出力となり、これが上記ファイバ３２に沿ったライン４０によって示されている。
同様に、上記キャビティ光線３６は、所定量が上記バックグレーティング１６で反射され、これがライン４４によって示されている。上記光線４４は、上記グレーティング１４へと入射し、このグレーティング１４は、レーザ発振波長の光線を所定の量で上記キャビティの外へと反射させ、レーザ発振波長において、上記レーザキャビティ１８からの上記光線４６の一部をファイバ４８に沿って通過させている。
知られているように、レーザを維持させるためには、レーザ発振条件（又はレーザー発振しきい値）がマッチングしなければならない（すなわち、反射される微小信号利得と、反射される損失との積が１以上となること）。これは、上記キャビティ利得量を上記キャビティ長と、上記グレーティングの反射率と、を設定して上記条件に適合させるようにして達成される。上記キャビティの長さは、本発明においては重要ではないこと、すなわち、本発明はいかなるキャビティ長でも機能することに留意する必要がある。しかしながら、単一縦モード動作においては、上記レーザキャビティは、可能な限り短くすることが必要とされる。
上記レーザ１２は、また、光学的ポンプ光源５４、例えばレーザダイオード等の第２の光学信号５２によって励起され、この第２の光学的信号５２は、第２のポンプ波長λ_P2例えば、１４８０ｎｍを有する。上記光源５４は、上記ファイバ５６に沿って第２のポンプ信号５２を、ＷＤＭ２８と同様のＷＤＭ６０のポート５８へと送る。このＷＤＭ６０は、上記光線５２を上記ファイバ４８にカップリングされたＷＤＭのポート６２へとカップリングさせる。上記ポンプ光線５２は、上記グレーティング１４を通過し、上記キャビティ１８に導入される。上記ポンプ光線５２は、上記Ｅｒ：Ｙｂ利得媒質のうちのＥｒ部分を励起し、このＥｒが、レーザ波長λ_L（例えば１５５０ｎｍ）でのレーザ光線を放出する。上述したように、リフレクタ１４，１６の間の上記キャビティ内でλ_Lの光線は共鳴しており、そのうちの一部分は、出力光線４６，４０としてそれぞれレーザを通過する。
上記光線４６は、上記ＷＤＭ６０のポート６２に導入され、このＷＤＭ６０は、レーザ発振波長λ_Lの上記光線４６を、上記ＷＤＭ６０のポート６４へとカップリングさせる。上記光線４６は、光ファイバ６６に沿って伝搬し、光学的検出器６８へと送られる。この光学的検出器６８は、上記信号４６を検出し、それに対応する電気信号をライン７０に送る。上記ライン７０には、制御回路７２が設けられていて、この制御回路７２は、上記ポンプ光源５４へとライン７４に電気信号を与えるようになっている。上記制御回路７２は、良く知られた電気制御構成（例えば、オペアンプ等）を有しており、上記レーザからの上記出力光線の強度をＰＩＤ閉ループ制御するように設計されていて、上記レーザの低周波数（約２５０ＫＨｚ）のＲＩＮを低減させている。これは、ボール等の論文、“低ノイズ単一周波数リニアレーザファイバレーザ”，エレクトロニクスレターズ(Elect. Lett.)，第２９巻，第１８号，１６２３−１６２５頁（１９９３年９月）に開示されているのと同様である。これとは別に、上記制御回路７２は、周知の制御ソフトウエアと同様のソフトウエアを備えた既知のコンピュータを有していても良い。
上記レーザ１２から出力される上記光線４０は、上記ファイバレーザ１２内の利得媒質によって吸収されなかった波長λ_P2のポンプ光線の他にも、レーザ発振波長λ_Lの光線を有している。上記光線４０は、上記ファイバ３２に沿って、上記ＷＤＭ２８のポート３０に供給される。上記ＷＤＭ２８は、上記光線４０を上記ＷＤＭ２８のポート７６へとカップルさせてファイバ７８へと上記ＷＤＭ２８から放出させていて、上記デュアル波長ポンプファイバレーザ１０の出力光線を形成させている。
上記ＷＤＭ２８からの上記光線４０は、一方向にしか光線を通過させない光学的アイソレータ８２を通されて、ファイバ光学増幅器８４に導入される。上記増幅器８４は、例えばエルビウムといった希土類ドーパント（すなわち利得媒質）がドープされた光ファイバから構成され、入力された信号４０の出力から、上記レーザ発振波長λ_Lが増幅された出力光線８６を与えている。上記光線８６は、一方向にしか光線を通過させない出力アイソレータ８８を通され、その後ファイバ９０に沿って伝搬してライン９２で示されるように上記ファイバ９０から最終的に出力される。上記増幅器８４は、第２のポンプ波長λ_P2として残っているポンプエネルギー（上記ファイバレーザ１２の上記利得媒質によって吸収されなかったものである）を用いて、上記増幅器利得媒質を、上記増幅器がレーザ発振長λ_Lで光子の誘導放出を生じさせるような準位へと励起する。
上記アイソレータ８２は、上記増幅器８４によって放出された光線９４が上記ＷＤＭ２８へと導入され、上記ファイバレーザ１２の動作を阻害するのを防止している。上記アイソレータ８８は、外部光信号が導入されることで、上記増幅器８４の動作が阻害されないようにしている。
概ねのファイバレーザ及び増幅器配置は、ボール等の米国特許出願第０８／０１３，４９０、題名“埋設ブラッググレーティングポンプ光学的導波路レーザ源／パワー増幅器配置”にも記載されているマスタ発振パワー増幅器（ＭＯＰＡ）の構成と同様である。しかしながら、本発明では、上記ファイバ増幅器８４及び／又は上記アイソレータ８２，８８を使用する必要はない。
図２を参照すると、上記第１のポンプ波長λ_P1は、まず、ライン１００で示したポンピング遷移において、Ｙｂ原子をエネルギーレベルＥ₂へとポンプする。上記ＹｂのエネルギーＥ₂は、近似したＥｒ原子のエネルギーレベルへと光遷移によってＥｒ原子へと移動する。このＥｒ原子のエネルギーは、上記Ｅ₂レベルからＥ₁エネルギーレベルへとレーザ発振せずに（すなわち、無放射遷移によって）遷移し、これがライン１０２によって示されている。上記Ｅ₁準位から、基底状態Ｅ₀へのレーザ遷移が、ライン１０４に示すようにして発生し、レーザ発振波長λ_Lにおいて光子が放出される。上記利得媒質の上記Ｙｂ部分は、９８０ｎｍポンプ光線を高効率でエネルギー吸収する。従って、第１のポンプ波長λ_P1のポンプエネルギーのほとんどは、上記Ｙｂレーザ利得媒質によって吸収され、例えば２０ｍＷという高レーザ出力が達成できる。上記第１のポンプ波長λ_P1（９８０ｎｍ）は、Ｅｒの吸収波長バンド内にあるので、上記Ｅｒは、上記ポンプ出力λ_P1の僅かなある程度の量を吸収し、これが破線１０６で示されている。しかしながら、９８０ｎｍにおける上記Ｙｂ吸収は、Ｅｒの９８０ｎｍの吸収よりも遥かに大きいので、上記ポンプ出力のほとんどすべては、上記Ｙｂによって吸収され、その後上記Ｅｒへと移動することになる。
上記第１のポンプ波長λ_P1によるレーザ１２の励起に続いて、上記レーザは、また、上記第２のポンプ波長λ_P2（例えば１４８０ｎｍ）で励起される。上記第２のポンプ波長λ_P2は、ＥｒをエネルギーＥ₃へとポンプし、これがライン１０８で示されている。しかしながら、これは、Ｙｂの吸収波長外であるので、Ｙｂがλ_P2で励起されることはない。上記Ｅｒ原子は、上記Ｅ₁エネルギーレベルまで無放射遷移１１０によって僅かに減衰して行く。その後、遷移１０４がＥ₁から基底状態Ｅ₀へと発生して、レーザ発振波長λ_Lにおいて光子が放出される。
上記エネルギーレベルＥ₃とＥ₁の差は小さく、レベルＥ₃とレベルＥ₁は、共通のエネルギー帯に属しているので、上記エネルギーＥ₃から上記エネルギーＥ₁への遷移は、迅速に起こり、上記Ｅ₃励起状態の時定数（すなわち、ライフタイム）は短い。従って、上記１４８０ｎｍのＥｒポンプ−レーザ発振エネルギーサイクル遷移１０８，１１０は、比較的広いバンド幅を有している。対照的に、９８０ｎｍのＹｂについては、上記ポンプ−レーザ発振遷移１００，１０２は、上記したと同様の理由でより遅くなっている。この結果、上記１４８０ｎｍポンプは、上記エネルギーＥ₁の励起原子分布を調節する閉ループ構成で用いることができ（すなわち、レーザ発振遷移１０４における反転分布を調節する）、従って、上記Ｙｂ９８０ｎｍポンプ波長λ_P1で閉ループを構成させる場合よりも、より高い周波数において上記レーザのＲＩＮを低減できる。
図３は、種々のファイバレーザ構成についてのＲＩＮ周波数特性を示している。曲線３００は、約２５０ＫＨｚにおけるノイズスパイク（緩和発振による）を有し、かつ、３０２でピーク高さ、約−８０ｄＢ／ＨｚのＲＩＮを示す従来のエルビウムドープファイバレーザのＲＩＮを示している。この場合の、高周波数（１０００ＭＨｚよりも大きい場合）ＲＩＮは、約−１４０ｄＢである。上記ポンプ光源に、ＲＩＮ低減閉ループフィードバック制御を用いる場合には、上記ノイズスパイクは、曲線３０３に示されるように抑制される。Ｅｒ：Ｙｂドープファイバレーザでは、上記出力パワーは、著しく増大され、この結果、全ＲＩＮ曲線が低減し、これが短い破線で示した曲線３０４に赤されている。ノイズスパイク３０６は、上記Ｅｒ：Ｙｂでも依然として存在するが、より高周波数側、例えば約１ＭＨｚにまでシフトしている。しかしながら、上記ループを、本発明のより短寿命のポンプ１４８０ｎｍ波長で制御することによって閉ループを形成させた場合には、上記ノイズスパイク３０６は、実質的に消滅し、同時に高周波数側における低ＲＩＮ値（−１６０ｄＢ／Ｈｚ）が維持できており、これが曲線３０８に示されている。
特に、上記制御回路７２（図１）は、上記１４８０ｎｍポンプの閉ループＲＩＮ低減制御を与えている。上記１４８０ｎｍポンプ−レーザサイクルの上記時定数は、上述したようにＹｂの上記９８０ｎｍポンプ−レーザ発振サイクルの時定数よりも短いため、上記制御回路７２は、十分に広い閉ループバンド幅を与え、実質的に上記ＲＩＮピーク３０６を約１ＭＨｚにおいて実質的に排除できることとなる。１ＭＨｚよりも高いＲＩＮピークであっても、上記制御装置７２の所望するバンド幅及び上記ポンプ−レーザ発振時間が、上記制御を行えるほどに十分広く、短ければ抑制することが可能である。
上記１４８０ｎｍポンプは、充分に上記ＲＩＮを少なくとも２０ｄＢ／Ｈｚだけ低減させることができる。１４８０ｎｍ波長は、上記Ｙｂには吸収されないので、上記１４８０ｎｍポンプパワーは、上記Ｅｒによって直接吸収され、上記１４８０ｎｍポンプによる制御を最大限行うことが可能となる。
これとは別の実施例では、上記ライン７０はまた、別の制御回路９６に供給されて、この制御回路９６が、ライン９８に制御信号を与えて、上記９８０ｎｍＹｂポンプ光源２２を制御しており、上記出力レーザ光線４０の低周波ＲＩＮ制御を行うようになっている。上記制御回路９６は、上記制御回路７２と同様の標準的なＰＩＤ制御装置であり、狭いバンド幅を有し、例えばＤＣから１ＫＨｚまでの極めて低周波数側での出力強度を安定させるために用いられる。別の制御周波数範囲でも所望により上記制御回路９６に用いることができ、かつ、上記ポンプ−レーザ発振遷移は、充分早いので、上記閉ループ制御を行うことが可能である。これとは別に、上記制御回路９６，７２は、単一の制御回路（図示せず）に組み込むことが可能であり、又は、ライン７０を一つの入力信号とし、上記７４，９８のラインを２つの出力制御信号とする制御ソフトウエアを備えたコンピュータと組み合わせることができる。
上記ファイバレーザ１２の互いに対向する端部からポンプ信号２０，５２を入射させる代わりに、上記各信号２０，５２を上記ファイバレーザの一方から入射させることが可能である。この実施例を、図４に示す。
図４を参照すると、上記ポンプ源２２からの上記第１のポンプ信号２０が、光カップラ２００のポート２０２へと供給されている。また、上記ポンプ源５４からの上記ファイバ５６の上記第２のポンプ信号５２は、上記カップラ２００のポート２０４に供給されている。上記カップラ２００は、上記入射信号２０，５２を出力ポート２０６へとカップリングさせ、双方の波長λ_P1とλ_P2を有する混合された光学信号２０８とされる。上記光線２０８は、ファイバ２１０に沿って伝搬され、図１で説明したＷＤＭ６０と同様の波長分割マルチプレクサ２１４のポート２１２へと供給される。上記ＷＤＭは、上記光線２０８を上記ＷＤＭ２１４のポート２１６へとカップリングさせる。上記光線２０８は、上記ファイバ４８に沿って伝搬して行き、グレーティング１４を上記レーザキャビティ１８内へと通過して、双方の波長λ_P1とλ_P2は、Ｅｒ：Ｙｂレーザ利得媒質を、図１で説明したと同様な方法でポンプする。また、上述したように、上記ファイバレーザ１２は、上記レーザ１２の反対側から、ファイバ３２，４８それぞれに沿ってレーザ発振波長λ_Lでのレーザ出力信号４０，４６を与える。上記出力光線４０は、その後上記増幅器８４へとカップリングされ、図１に示した又はこれとは別のアイソレータ８２，８８により、増幅器なしで出力光線とすることができる。
上記出力レーザ光線４６は、上記ファイバ４８に沿って伝搬し、上記ポート２１６において上記ＷＤＭ２１４に再度導入される。上記ＷＤＭ２１４は、上記光線４６をポート２１８へとカップリングさせ、上記光線４６は、上記ファイバ６６に沿って上記光学的検出器６８まで伝搬して行く（これについてはすでに説明した）。上記検出器６８は、上記光線４６に対応した電気信号をライン７０へと送り、上述したように制御回路７２へと送っている。上記制御回路７２は、上記ライン７４においてポンプ光源５２へと制御信号を送っており、これは、上述したように図１に説明したものである。随意に、上記ライン７０には、また、別の制御回路９６が与えられていても良く、この別の制御回路は、上記９８０ｎｍＹｂポンプ光源２２を制御する上記ライン９８の制御信号を与えるようになっており、図１において説明したように、出力レーザ光線４０の例えば１ＫＨｚ未満における低周波数ＲＩＮを制御するようにされていても良い。
２つ（あるいはそれ以上）の波長でファイバレーザを光学的に励起するいかなる別の技術であっても所望に応じて用いることができる。例えば、ポンプ光線を、上記レーザキャビティの上記各端部ではなく、側部へとカップルさせても良い。
本発明は、ブラッググレーティングを上記レーザキャビティ１８の両端部に用いるとして説明してきたが、本発明の上記ＲＩＮ低減方法は、より従来から用いられている誘電体やその他の反射面を有するミラーを用いるファイバレーザであっても、等しく適用できる。また、本発明は、光ファイバではなく、平面導波路、リブ導波路、チャンネル導波路でも等しく効果を奏することは理解されよう。
また、本発明は、エルビウム及びイッテルビウムを上記レーザキャビティ１８のコドーパントとして用いるとして説明を行ってきたが、いかなる２つ（又はそれ以上）のドーパントでも、所定の第１のドーパントが効率的に一つの波長を吸収し、そのエネルギーを第２のドーパントヘと移動させ、上記第２のドーパントが効率的に第２のポンプ波長を吸収して、上記第１のドーパントよりも早いポンプ−レーザ発振遷移時定数を有するものであり、上記第２のポンプのレーザ強度の閉ループ制御により、ＲＩＮスパイクを低減させるものであれば用いることができる。
さらに、本発明は、J.クリングレボトン等の論文“Ｅｒ＋３：Ｙｂ＋３−コドープされたファイバ分散フィードバックレーザ”、オプティックスレターズ(Optics Letters,)，第１９巻，第２４号，２１０１−２１０３頁（１９９４年１２月）；Ｈ．コゲルニック（H.Kogelnik)等の論文“分散フィードバックレーザのカップルド−ウエーブ理論”、ジャーナルオブアプライドフィジックス(J.APPl.Phys.)，第４３巻，第５号，第２３２７−２３３５頁（１９７２年５月）に開示されていると同様の、コドープされた分散フィードバックレーザ配置においても使用することができる。この場合には、上記ファイバレーザ１２の上記グレーティング１４，１６は、例えばレーザ発振波長の１／４の所定距離だけ離れた位置で終わるように、上記ファイバの互いに反対側からその中央部に向かって延ばされて、単一縦モードレーザ発振を支持するようになっている。これとは別に、上記グレーティング１４，１６は、上記１／４波長ギャップなく、連続的な一つのグレーティングで置き換えることもできる。この場合には、典型的には、多縦モードレーザ発が生じる。

Claims (10)

1. 導波路レーザであって、該レーザは、
   レーザ光線を伝搬させる固体の光導波路と、
   前記光導波路に沿って所定の距離で離間配置され、それぞれが前記レーザ光線を反射させるようになった対となった反射要素と、
   前記反射要素間にあり、第１の希土類ドーパントと、第２の希土類ドーパントとがドープされた前記光導波路のうちの利得部分と、
   を有していて、
   前記反射要素のうちの一方は、レーザ出力光線として前記レーザ光線の所定量を通過させるようになっており、
   さらに、
   前記光導波路の利得部分に入射される、第１のポンプ波長の第１のポンプ信号を与えるための第１のポンプ手段と、
   ポンプ制御信号に応答して、前記導波路の利得部分に入射される、第２のポンプ波長の第２のポンプ信号を与えるための第２のポンプ手段と、
   前記ポンプ制御信号を、前記第２のポンプ手段に与えるとともに、前記レーザ出力光線に応じて前記ポンプ制御信号を調節し、それによって第２のポンプ信号により第２のドーパントのレーザ発振遷移における反転分布を調節して、前記レーザ出力光線の相対強度ノイズを低減するための制御手段と、
   を有していて、
   前記第１のドーパントは、第２のポンプ信号を吸収せず、
   第１のポンプ信号は、第２のドーパントに比較して高い率で第１のドーパントに吸収され、
   第１のポンプ波長は、第２のポンプ波長より短波長であり、
   前記第１のドーパントは、前記第１のポンプ信号を吸収し、前記第１のドーパントが吸収したエネルギーが、前記第１のドーパントから前記第２のドーパントへと移動し、前記第２のドーパントが、前記レーザ光線を放出するようにされており、
   前記第２のドーパントは、前記第２のポンプ信号を吸収し、かつ、前記第１のドーパントのポンプ−レーザ発振遷移時間よりもポンプ−レーザ発振遷移時間が短くされており、
   前記第２のドーパントの前記遷移時間は、前記制御手段が相対強度ノイズの所定の周波数範囲にわたって前記レーザ出力光線の相対強度ノイズを低減できるように十分に短くされていることを特徴とする導波路レーザ。
2. 前記反射要素のうちの少なくとも一方は、ブラッググレーティングであることを特徴とする請求項１に記載のレーザ。
3. 前記第１の希土類ドーパントは、イッテルビウムであることを特徴とする請求項１に記載のレーザ。
4. 前記第２の希土類ドーパントは、エルビウムであることを特徴とする請求項１に記載のレーザ。
5. 前記レーザにおいては単一縦モードのみがレーザ発振するようにされている請求項１に記載のレーザ。
6. 前記相対強度ノイズの周波数範囲は、略１ＭＨｚ未満とされていることを特徴とする請求項１に記載のレーザ。
7. 前記反射要素は、分布フィードバック配置とされていることを特徴とする請求項１に記載のレーザ。
8. 前記レーザは、光学的増幅器に光学的にカップリングされていることを特徴とする請求項１に記載のレーザ。
9. 前記制御手段は、前記第１のポンプ手段に対し、第２のポンプ制御信号を与え、前記第２のポンプ制御信号を、前記レーザ出力光線に応じて調節して、相対強度ノイズの低周波数における前記レーザ出力光線の相対強度ノイズを低減するようになっていることを特徴とする請求項１に記載のレーザ。
10. 前記制御手段は、相対強度ノイズのＤＣから１ＫＨｚの間の周波数範囲で前記レーザ出力光線の相対強度ノイズを低減することを特徴とする請求項９に記載のレーザ。

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