JP4425411B2 - 波長調節可能なレーザ源 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、その調節を連続的とすることができ、最適化した状態で且つ損失エネルギが最小にて、出力光ビームを抽出する、波長調節可能なレーザ源に関する。
【０００２】
１つの特別な実施の形態において、ＡＳＥ（増幅した瞬間的放出）に起因する背景ノイズがスペクトル的にフィルタリングされ、このため、レーザの放出波長にてより優れた効率を示す。
【０００３】
【従来の技術】
レーザは、通常、増幅器媒体がその内部に配置されたキャビティを備えている。有用なビームすなわち源ビームを出力する色々な手段が公知である。
【０００４】
最も一般的なものは、キャビティの一端に半反射器を提供することである。この半反射器により伝送されたビームが源ビームである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、かかる装置は、特に、ＡＳＥ無しの光ビームが必要とされるとき、常に満足し得るものとは限らない。かかるＡＳＥ無しのビームを得るためには、ＡＳＥをフィルタリングするための回折格子をキャビティ内に設けなければならない。格子により回折した後で且つ増幅器媒体により２回目の増幅をされる前に、出力光ビームを抽出しなければならない。
【０００６】
その後に、その面の１つを反射させることにより、ＡＳＥ無しのビームを得るためキャビティ内に半反射性の薄い板を配置することが可能である。しかしながら、このことは、板の他の面における反射によりエネルギを顕著に損失することになる。
【０００７】
外部キャビティを有する調節可能な源に対する制約は、更により重要である。出力ビーム波長の調節は、全体として、回折格子を回転させることを必要とする。ＡＳＥ無しのビームを出力する色々な手段が提案されているが、波長を調節したとき、出力ビームの方向を回転することを必要とする。
【０００８】
本発明の目的は、ビームの出力が最適化され、上述したような従来の解決策の欠点を回避する、外部キャビティを有する調節可能なレーザ源を提案することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、増幅器媒体と、キャビティと、波長を調節し得るようにその一方が回転可能である２つの反射器を備える、キャビティ内に配置された回折格子と、源ビーム抽出手段とを備える波長調節可能なレーザ源に関するものである。
【００１０】
本発明によれば、源ビーム抽出手段は、互いに平行である第一の二次的ビーム及び第二の二次的ビームを発生させるビームスプリッタと、二次的ビームの各々をビームスプリッタに向けて方向変更し且つ相反的（ｒｅｃｉｐｒｏｃａｌ）出力及び非相反的（ｎｏｎ−ｒｅｃｉｐｒｏｃａｌ）出力を有するサニャック干渉計を形成する後方反射手段とを備えており、源ビームは、サニャック干渉計にて非相反的な出力ビームとして得られる。
【００１１】
好ましくは、本発明の色々な実施の形態の各々は、そのそれぞれの有利な点を有するようにする。
【００１２】
すなわち、
増幅器媒体と格子との間に抽出手段が配置されること；
増幅器媒体が導波管であり且つコリメーション光学素子により発生されたビームをコリメートさせるコリメート光学素子と関係していること；
導波管の外面が全反射型であり、非相反的ビームが源により伝送（ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｄ）される単一ビームであること；
キャビティ反射器の１つが自動整合した反射器であること；
ビームスプリッタが自動整合されること；
回折格子が全反射器と共に、リットマン・メトカフ系（Ｌｉｔｔｍａｎ−Ｍｅｔｃａｌｆ ｓｙｓｔｅｍ）を形成すること；
回転可能に可動である反射器は、また並進可能に可動でもあり、波長を連続的に変化させることを可能にすること；
後方反射型の拡散装置に対してある角度にてずらして配置され且つ幾つかの波長に亙って源を放出することを可能にする幾つかの増幅器導波管を備えることである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
添付図面を参照しつつ、本発明を以下により詳細に説明する。
【００１４】
外部キャビティを有する波長調節可能なレーザ源は、増幅器媒体３０と、共鳴キャビティと、該共鳴キャビティ内に配置された回折格子２９とを備えている。該キャビティは、その一方が波長を調節し得るように回転可能である２つの反射器２１、３０´´を備えている。
【００１５】
源ビームの出力手段は、互いに平行な第一の二次的ビーム２３及び第二の二次的ビーム２４を提供するビームスプリッタ２０と、二次的ビームの各々をビームスプリッタに向けて方向変更する後方反射手段（２１、２５、２６）とを備えている。
【００１６】
このビームスプリッタ２０は、後方反射手段（２１、２５、２６）と共に、相反的出力（ｒｅｃｉｐｒｏｃａｌ ｏｕｔｐｕｔ）２８及び非相反的出力（ｎｏｎ−ｒｅｃｉｐｒｏｃａｌ ｏｕｔｐｕｔ）２７を有するサニャック干渉計を形成する。サニャック干渉計にて得られた源ビームは、非相反的なビームを出力する。このサニャック干渉計は、位相適合前面にて設定される。
【００１７】
好ましくは、増幅器導波管３０であり、その内側端部３０´がコリメーションレンズ３１の中心の焦点３１´に配置された増幅器媒体がコリメートした入力ビーム２２を発生させる。この増幅器導波管３０の外面３０´´は全反射型であり、スプリッタ２０は不釣合い型である。このため、全反射面３０´´と自動整合した全反射器２１との間には相反的出力を通じてレーザキャビティが形成され、このレーザキャビティにてビーム２８が入力ビーム２２に重ね合わされる。ずらした非相反的な出力２７は、レーザ出力を構成し、このため、伝送された（Ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｄ）ビームを形成する。
【００１８】
自動整合した全反射器２１を備えるリットマン・メトカフ（Ｌｉｔｔｍａｎ−Ｍｅｔｃａｌｆ）形態の格子２９がこのレーザ源内に存在することは、非相反的な出力２７がＡＳＥ光線により連続的な不要な背景をスペクトル的にフィルタリングし、これによりレーザの伝送線即ちトランスミッションライン（ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｌｉｎｅ）を隔離することを可能にする。
【００１９】
格子を回転させ又は全反射器２１を回転させ、或いは格子２９及び全反射器２１により形成された組立体を回転させることにより、伝送波長の調節が可能となる一方、フィルタリングした非相反的ビーム２７は、入力ビームに対して平行であるため、安定した状態を保つ。このビームは、単モード光ファイバ内にてオプション的に結合させることができる。
【００２０】
格子２９の動きにより反射二面体２１を回転させ且つ／又は調和した並進動作をさせることにより、連続的に調節可能なレーザ源を提供することが可能となる。かかる調和した動作は、例えば、フランス国特許第２，７２４，４９６号に開示されている。
【００２１】
かかるレーザ源は幾つかの増幅器媒体又は導波管３０がレンズ３１の焦点面内に配置された状態で形成することもできる。このことは、各々が１つの導波管に対応し、その波長が反射型の拡散装置から上記導波管を見ることのできる角度に依存する幾つかのレーザ束を重ね合わせることで形成された多重波長面を提供することを可能にする。
【００２２】
自動整合したスプリッタ２０は、入力ビーム２２を平行な２つのビーム、すなわち、自由空間を通って伝播する第一の分割ビーム２３と、第二の分割ビーム２４とに分割する。第一の分割ビーム２３は、自動整合した反射器２１により反射され且つ反射分割ビーム２３´を形成し、この分割ビームはビームスプリッタ２０に向けられ、該ビームスプリッタがその分割ビームの一部を反射し且つその一部を透過（ｔｒａｎｓｍｉｔ）する。透過されたビーム２３´´は、入力ビーム２２と平行で且つ逆方向に戻るように送られる。
【００２３】
スプリッタ２０により反射されたビームは、入力ビーム２２に重ね合わされ且つ入力ビーム２２の逆方向のビーム２３´´である。同様に、スプリッタ２０に反射することにより入力ビーム２２から発生されたビーム２４は、それ自体、全反射器２１により反射され且つビーム２４´を形成し、このビームはスプリッタ２０に送られて戻り、該スプリッタはそのビームをそれぞれ参照番号２４´´、２４´´´で示す２つのビームに分割する。これら２つのビームは、ビーム２３´´、２３´´´と干渉し、これにより、それぞれ参照番号２７、２８で示す互いに対して平行な２つの出力ビームを発生させる。ビーム２８は、スプリッタ２０の上で１回反射されたビーム２３´´´´、２４´´´´の干渉により発生される。このいわゆる相反的ビーム２８は、入力ビーム２２に重ね合わされ且つその入力ビーム２２の逆方向である。
【００２４】
これとは逆に、ビーム２７は、スプリッタ２０の上で何ら反射されなかったビーム２３´´と、同一のスプリッタの上で２回反射されたビーム２４´´との干渉により発生される。ビームの各々を反射させる回数のこの相違は、π−ラジアン位相変位を提供し、その出力２７は、非相反的出力と称される。
【００２５】
自動整合した全反射器２１を具体化するならば、装置の調節が容易となり且つこのためその収率が向上することになる。
【００２６】
スプリッタ２０は５０／５０スプリッタである場合、分割したビーム２３、２４の強さは等しく、それらを再度、組み合わせる間、全体のエネルギが相反的出力にて１つのビーム２８に集められてビーム２８となり、これにより、ビーム２４´´、２３´´の波の間にて更に位相変位されたビーム２７は、零エネルギを有する、すなわち、位相変位は存在しないことになる。
【００２７】
エネルギ不釣合い型スプリッタ２０を使用し、入射エネルギを出力ビーム２７、２８の双方の間にて分配することが可能である。参照符号Ｒ、Ｔは、それぞれ、スプリッタ２０のエネルギ反射率及び透過率であり、入力エネルギは、非相反的出力（１−４ＲＴ）にて見ることができる。例えば、Ｒ＝９０％、Ｔ＝１０％の場合、非相反的出力にて（１−４ＲＴ）＝６４％とすることができる。
【００２８】
自動整合したスプリッタ２０は、分割型境界面２０´と該分割型境界面に対して平行な２つのミラー２５、２６とから成る凹凸スプリッタとすることが好都合である。
【００２９】
図面及び上記の説明は、自動整合した反射器、キューブコーナ又は二面体を使用する場合のものであるが、猫の眼を使用することにより同様の結果を得ることができる。キューブコーナ及び二面体は、平面ミラーにより形成することができるが、全内反射の状態で作動する、完全な三面体及び矩形の二等辺プリズムにて形成することもできる。
【００３０】
自動整合したスプリッタ２０は、凹凸スプリッタとすることができるとして上記に説明した。該スプリッタ型平行な面を有するブレードとすることもできる。該ブレード４０は、図３に示してある。
【００３１】
その入力面４１は、部分的に、反射防止コーティング４２及び全反射コーティング４３にて被覆されている。
【００３２】
その出力面４４は、部分的に、部分反射コーティング４５で被覆され、別の領域にて反射防止コーティング４６で被覆されている。
【００３３】
このように、入射ビーム４７は部分的に透過し４８、残留光束は２回反射した後４９、透過する。これにより、必要な機能が実現される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるレーザの側面図である。
【図２】本発明によるレーザの平面図である。
【図３】自動整合したビームスプリッタとして使用可能な平行面を有するブレードの図である。
【符号の説明】
２０ ビームスプリッタ ２０´ 分割型境界面
２１ 後方反射手段／全反射器 ２２ 入力ビーム
２３ 第一の分割ビーム
２３´、２３´´、２３´´´、２４´、２４´´、２４´´´ ビーム
２３´´´´、２４´´´´ １回反射されたビーム
２５、２６ ミラー ２７ 非相反的出力
２８ 相反的出力 ２９ 格子
３０ 増幅器媒体／導波管 ３０´ 増幅器導波管の内側端部
３０´´ 増幅器導波管の外面 ３１ コリメーションレンズ
４０ ブレード ４１ 入力面
４２ 反射防止コーティング ４３ 全反射コーティング
４４ 出力面 ４５ 部分反射コーティング
４６ 反射防止コーティング ４７ 入射ビーム
４８、４９ ビーム

Claims (9)

1. 増幅器媒体と、
   キャビティと、
   波長を調節し得るようにその一方が回転可能である２つの反射器を備える、前記キャビティ内に配置された回折格子と、
   レーザ源から出力されるレーザビームから源ビームを抽出する源ビーム抽出手段と
   を備える波長調節可能なレーザ源において、
   前記源ビーム抽出手段が、
   互いに平行である第一の二次的ビーム及び第二の二次的ビームを発生させるビームスプリッタと、
   二次的ビームの各々を前記ビームスプリッタに向けて方向変更し、且つ、相反的出力及び非相反的出力を有するサニャック干渉計を形成する後方反射手段と
   を備え、
   前記源ビーム抽出手段は、前記サニャック干渉計にて非相反的出力として得られるレーザビームを源ビームとして抽出する、波長調節可能なレーザ源。
2. 請求項１による波長調節可能なレーザ源において、
   前記増幅器媒体と前記回折格子との間に前記源ビーム抽出手段が配置される、波長調節可能なレーザ源。
3. 請求項１又は２の波長調節可能なレーザ源において、
   前記増幅器媒体が導波路であり、且つ、
   前記増幅器媒体は、発生されたビームをコリメートさせるコリメート光学素子の焦点に配置された、波長調節可能なレーザ源。
4. 請求項３による波長調節可能なレーザ源において、
   前記導波路の反射面が全反射型であり、
   非相反的ビームが、ビームの発生源により伝送される単一ビームである、波長調節可能なレーザ源。
5. 請求項１乃至４の何れか１つによる波長調節可能なレーザ源において、
   前記キャビティ内に配置された前記２つの反射器の１つが、前記ビームスプリッタからの二次的ビームの入射角度及び入射点の位置を問わずに二次的ビームと平行で伝播方向が逆向きの出力ビームを発生させる反射器である、波長調節可能なレーザ源。
6. 請求項５による波長調節可能なレーザ源において、
   前記ビームスプリッタが入力ビームと平行で伝播方向が逆向きの出力ビームを発生する、波長調節可能なレーザ源。
7. 請求項１乃至６の何れか１つによる波長調節可能なレーザ源において、
   前記回折格子が前記反射器と共に、リットマン・メトカフ系を形成する、波長調節可能なレーザ源。
8. 請求項１乃至７の何れか１つによる波長調節可能なレーザ源において、
   回転可能に可動である前記反射器が、並進可能に可動でもあり、波長を連続的に変化させることを可能にする、波長調節可能なレーザ源。
9. 請求項１乃至８の何れか１つによる波長調節可能なレーザ源において、
   後方反射型の拡散装置に対してある角度にてずらして配置され、且つ、幾つかの波長に亙ってレーザを重ね合わせた多重波長源を提供することを可能にする幾つかの増幅器導波路を備える、波長調節可能なレーザ源。

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