JP5638389B2 - チューナブルモードロックレーザ - Google Patents

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Description

本発明は光学分野全般に関連し、特にモードロックレーザに関連する。
例えば、モードロックファイバレーザなどのモードロックレーザは比較的短パルスのレーザ光を生成する。このようなパルスの生成を得るために、多くの方法が従来技術で用いられる。例えば、パルスはレーザ空洞中に可飽和吸収体を挿入することによって生成できる。可飽和吸収体は高強度の光を優先的に送信する物質である。従って、これらの実施形態においては、強度が不規則に変動する、レーザ空洞内で伝播する光が優先的に選択される。これらのレーザはその両端に高反射性のミラーを含むため、光がレーザ空洞中を往復する間に、比較的有効性のない強度選択であってもパルスの形態を生じさせる。これらのモードロックレーザの弱点は一般的に波長を調整できないことである。
別の型のモードロックレーザにおいては、可飽和吸収体はレーザ周波数で吸収係数を周期的に変化させる光学的構成によって置換される。例えば、これは音響光学変調器、又は電気光学変調器を用いることによって得られうる。吸収係数が変調される周波数を選択することによって、吸収係数が変調される複数の周波数、つまり、空洞周りの往復時間を有するパルスで、光がレーザ空洞内で伝わるよう選択することが可能となる。従って、わずかな、あるいは1のパルスが空洞内で選択され、パルス出力を生成する。この技術を用いた従来のモードロックレーザも、波長を一般的には調整できない。
チューナブルモードロックレーザを生成するために、2000年7月18日発行の米国特許第6,091,744号においてSorinらは、1の端部が、互いに長手方向に隔たれた複数のファイバブラッググレーティングを含み、各ファイバブラッググレーティングがそれぞれの波長で反射するレーザを用いることを提唱した。チューナブルフィルタはレーザ空洞中に挿入される。チューナブルフィルタを用いて特定の波長を選択することによって、反射は1の特定のファイバブラッググレーティングで生じ、別個の段階での波長の選択を提供する。このようなレーザは、特定の波長が異なるチャネル上で情報を伝えるべく用いられる電気通信のアプリケーションで都合が良いことが示されてきた。しかしながら、これらの機構はチューナブルフィルタの使用を要求し、従って比較的高価になる。更に、チューナブルフィルタは一般的に比較的脆弱な構成であり、従って得られたレーザはあまり堅固ではない。更には、このレーザは波長を連続調整できず、多くのアプリケーションにおいて弱点となりうる。
Duguayらによる、2003年5月22日に公表されたPCT公開公報第WO03/043149号は、波長選択型の反射器を用いた電子チューナブルレーザについて述べている。ゲインファイバは、このチューナブルレーザにおいて、内部にファイバブラッググレーティングの組のセットが形成される光ファイバと、その両端部で結合され、ファイバブラッググレーティングは異なる波長で反射し、各組のファイバブラッググレーティングの各々が光ファイバの各1つに配置される。各組のファイバブラッググレーティングは総て、実質的に同様の距離で間隔を置かれ、互いに長手方向に埋込まれる。従って、空洞内部の往復時間は、各波長を反射する特定のファイバブラッググレーティングに依存しない。光変調器は、パルスがレーザ内部を伝わるのを許容する時間を選択するよう、ファイバブラッググレーティングを含む光ファイバのうちの1つと、ゲイン媒体との間に挿入される。パルスが変調器を通過できる、2の連続した時点の間の遅延を適切に選択することによって、ファイバブラッググレーティングの特定の組によって反射されるパルスは、チューナブルレーザ中で優先的に選択される。従って、レーザによって生成されるレーザ光の波長は、光を反射するのに用いられるファイバブラッググレーティングの組を選択することによって、光変調器を用いて選択される。しかしながら、この装置は比較的複雑であり、適切に操作するのに変調器の比較的正確なタイミングを要求する。
この背景技術に対し、モードロックレーザの改良を提供する工業上のニーズが存在する。従って、本発明の目的はこのような装置を提供することである。
広範な態様においては、本発明は、ポンプ光源によって放射されるポンプ光を用いて、第1の波長と第2の波長とを有するレーザ光を選択的に放射するためのチューナブルレーザの空洞部を提供する。前記チューナブルレーザの空洞部は、光共振器であって、当該光共振器中で前記第1の波長を有する前記レーザ光の第1の往復時間が、前記光共振器中で前記第2の波長を有する前記レーザ光の第2の往復時間と異なるような構成、光学特性及び寸法を有する光共振器と、当該光共振器中に挿入され、前記ポンプ光を前記レーザ光に変換すべく前記ポンプ光に応答するゲイン媒体と、前記ポンプ光を受け取り、前記ポンプ光を前記ゲイン媒体に伝えるべく前記ゲイン媒体に光学接続されるポンプ光入力ポートと、前記レーザ光が前記光共振器中で往復して伝播する際に、前記レーザ光の一部を吸収すべく前記光共振器に挿入され、変調期間に変調される光吸収係数を有し、前記変調期間が第1の変調期間の値と第2の変調期間の値との間で選択的に調整でき、前記第1及び第2の往復時間が、各々の前記第1及び第2の変調期間の値の整数倍と、それぞれが実質的に等しい光強度変調器と、前記レーザ光を前記光共振器から放出するための出力ポートとを含む。前記ゲイン媒体が前記ポンプ光によりポンピングされる場合、前記第1の変調期間の値で前記光強度変調器を変調することにより、前記第1の波長を有するレーザ光が生成され、前記第2の変調期間の値で前記光強度変調器を変調することにより、前記第2の波長を有するレーザ光が生成される。
本発明のいくつかの実施形態においては、前記光強度変調器は2の異なる別個の吸収係数を有する光を吸収する。例えば、前記光強度変調器が第1の状態である場合に、実質的に総ての前記光強度変調器に入射する光が前記光強度変調器を通過し、前記光強度変調器が第2の状態である場合に、所定の割合の前記光強度変調器に入射する光が吸収される。本発明の他の実施形態においては、前記光強度変調器は所定の吸収係数の間隔内で連続的に可変である吸収係数を有する。
当該技術分野の当業者であれば、本明細書中で用いられる専門用語「吸収係数(absorption coefficient)」は、光が前記光強度変調器に必然的に物理的に吸収されることを示していないことは容易に分かるであろう。むしろ、この専門用語は単に、前記チューナブルレーザの残部に伝えられない、前記光強度変調器に入射する光の一部のことである。いくつかの実施形態においては、前記光は干渉を通した強度に単に変調される。
いくつかの実施形態においては、前記光共振器は2の反射器を含む。しかしながら、本発明の他の実施形態においては、1の反射器のみが用いられ、光サーキュレータが前記光共振器中の前記レーザ光を限定するループを形成するために設けられる。
本発明の特定の実施形態においては、前記光共振器は実質的に互いに対向し、前記ゲイン媒体がその間に挿入される2のファイバブラッググレーティングを含む。前記ファイバブラッググレーティングは、前記変調期間を連続的に変化させることにより、前記レーザ光の波長を連続的に調整することが可能なチャープファイバブラッググレーティングであってもよい。
都合の良いことに、提唱された前記チューナブルレーザの空洞部及び提唱された前記チューナブルレーザは、共通に利用可能な構成及び技術を用いて作成可能である。従って、比較的広範な調整範囲を有するチューナブルレーザは、比較的廉価で作成できる。本発明のいくつかの実施形態においては、前記チューナブルレーザの空洞部及び前記チューナブルレーザは光ファイバを用いて作成され、比較的廉価で比較的堅固なレーザを生成する。
別の広範な態様においては、本発明は前記チューナブルレーザの空洞部と、ポンプ光源とを含むチューナブルレーザを提供する。
本発明の他の目的、利点及び特徴は、本明細書の好ましい実施形態の以下の限定されない記載の解釈で更に明らかとなり、それは添付の図面を参照した実施例のみによって示される。
図1は、本発明の実施形態によるチューナブルレーザを例示する概略図である。 図2は、本発明の代替的な実施形態によるチューナブルレーザを例示する概略図である。 図3は、本発明の別の代替的な実施形態によるチューナブルレーザを例示する概略図である。 図4は、本発明の更に別の代替的な実施形態によるチューナブルレーザを例示する概略図である。 図5は、本発明の更に別の代替的な実施形態によるチューナブルレーザを例示する概略図である。 図6は、本発明の更に別の代替的な実施形態によるチューナブルレーザを例示する概略図である。 図7は、本発明の更に別の代替的な実施形態によるチューナブルレーザを例示する概略図である。
図1によると、第1の波長と第2の波長とを有するレーザ光12を選択的に放射するためのチューナブルレーザ10が示される。本発明のいくつかの実施形態においては、チューナブルレーザ10は、2の異なる間隔の空いた別個の波長を有するレーザ光12を放射できるが、2以上の異なる波長を有するレーザ光12と、所定の波長間隔に含まれ、実質的に連続スペクトルの波長内に含まれる波長を有するレーザ光とを放射することができるチューナブルレーザ10を有することは、更に本発明の範囲内のことである。
チューナブルレーザ10はポンプ光を放射するためのポンプ光源14を含む(図示せず)。チューナブルレーザ10は更に光共振器16を含む。光共振器16は、光共振器16中で第1の波長を有するレーザ光12の第1の往復時間が、光共振器16中で前記第2の波長を有する前記レーザ光12の第2の往復時間と異なるような構成、光学特性及び寸法を有する。ゲイン媒体18は光共振器16中に挿入され、ポンプ光源14に光学接続される。ゲイン媒体18はゲイン媒体の第1の端部26と、実質的に対向するゲイン媒体の第2の端部28とを規定する。専門用語「ゲイン媒体の第1及び第2の端部26及び28(gain medium first and second ends 26 and 28)」はゲイン媒体18が必然的に直線状となることを示さないことは、当該技術分野の当業者であれば理解するであろう。例えば、ゲイン媒体は巻かれた光ファイバであってもよい。ゲイン媒体18はポンプ光をレーザ光12に変換すべくポンプ光に応答する。例えば、チューナブルレーザ10は、ポンプ結合器とも称され、ポンプ光を受け取り、ポンプ光をゲイン媒体18に伝えるべくゲイン媒体18に光学接続されるポンプ光入力ポート20を含む。
光強度変調器22は、レーザ光12が光共振器16中で往復して伝播する際にレーザ光12の一部を選択的に吸収すべく光共振器16中に挿入される。光強度変調器22は変調期間に変調される光吸収係数を有する。変調期間は、第1の変調期間の値と第2の変調期間の値との間で選択的に調整可能である。第1及び第2の往復時間は、各々の第1及び第2の変調期間の値の整数倍と、それぞれが実質的に等しい。
チューナブルレーザ10は、レーザ光12を光共振器16から放出するための出力ポート24を更に具える。本発明のいくつかの実施形態においては、チューナブルレーザの空洞部はチューナブルレーザ10の代わりに設けられる。チューナブルレーザの空洞部は単に、ポンプ光源14が除去されたチューナブルレーザ10である。チューナブルレーザの空洞部はポンプ光源14とともに用いて、チューナブルレーザ10を構築してもよい。
ゲイン媒体18がポンプ光によりポンピングされる場合、第1の変調期間の値で光強度変調器22を変調することにより、第1の波長を有するレーザ光が生成される。更に、第2の変調期間の値で光強度変調器22を変調することにより、第2の波長を有するレーザ光が生成される。
実際に、光強度変調器22が変調される場合、光強度変調器22が次又は前の時点よりも多くの光を吸収する周期的な時間間隔がある。レーザ光12は所定の周期的な時間間隔で光強度変調器22を通して優先的に伝えられるため、レーザ光のパルスが光強度変調器が変調される変調期間、又は複数のこの変調期間と等しい往復時間を有するような方法で、これらのレーザ光のパルスが光共振器16内で循環して、チューナブルレーザ10が動作する優先性がある。従って、光共振器16の構成は光強度変調器22が第1及び第2の変調期間の値でそれぞれ変調される場合に、それぞれ第1及び第2の波長に対応する往復時間を有する、光共振器16内のレーザ光のパルスに有利に働く。パルスのパルス持続時間は、ポンプ光源14により提供される出力、チューナブルレーザ10全体における分散、及び光強度変調器22によって提供される正確な変調波形といった多くのファクタによって支配される。
本発明のいくつかの実施形態においては、連続的にではなく、段階的に変調期間を変えることが、特に有利であると知られている。実際に、レーザは動作の際に、所定の波長でロックされる傾向を有する。実質的に連続的な方法で、第1の変調期間の値から第2の変調期間の値に変調期間を変化させることにより不安定性を引き起こされ、更には、第2の波長をロックする面倒なモードを助長する。別個の段階で変調期間を変化させることによって、調整が、共通に利用可能な構成を用いて迅速に引き起される。
本発明のいくつかの実施形態においては、多くの単一周波数の信号の和である信号を用いて、光強度変調器22の吸収係数を変調することにより、出力レーザ光12が変調されるのに役立つ。例えば、相互に近接する周波数を有する2の正弦波信号の和である信号を用いて吸収係数を変調することによって、レーザ光12は2の正弦波信号のうなり周波数に等しい周波数を伴って正弦波的に変化する出力を有する。
図1に示した本発明の実施形態においては、光共振器16は第1の反射器30と第2の反射器32とを含む。第1及び第2の反射器30及び32はそれぞれ、ほぼ第1及び第2の波長で反射する。第1及び第2の反射器30及び32は、それぞれゲイン媒体の第1及び第2の端部26及び28を通ってゲイン媒体18に光学接続される。本発明のいくつかの実施形態においては、他の光学的構成が反射器30及び32のいずれかと、ゲイン媒体18との間に存在することに留意すべきである。従って、第1及び第2の反射器30及び32は直接的にゲイン媒体18に物理的に接続される必要はない。
第1の反射器30は、第1及び第2の波長を有するレーザ光12をそれぞれ反射するための、第1の反射器の第1の部分34と第1の反射器の第2の部分36とを含む。第1の反射器の第1及び第2の部分34及び36はそれぞれ、第1の反射器の第1の部分ないしゲイン媒体の距離だけ、及び、第1の反射器の第2の部分ないしゲイン媒体の距離だけ、ゲイン媒体の第1の端部26から隔てられている。第1の反射器の第1の部分ないしゲイン媒体の距離は、第1の反射器の第2の部分ないしゲイン媒体の距離より短い。従って、第1の反射器の第1の部分34は、第2の波長を有するレーザ光が第1の反射器の第2の部分36に到達できるよう第2の波長を伝えなければならない。
同様に、第2の反射器32は、第1及び第2の波長を有するレーザ光12をそれぞれ反射するための、第2の反射器の第1の部分38と第2の反射器の第2の部分40とを含む。第2の反射器の第1及び第2の部分38及び40はそれぞれ、第2の反射器の第1の部分ないしゲイン媒体の距離だけ、及び、第2の反射器の第2の部分ないしゲイン媒体の距離だけ、ゲイン媒体の第2の端部28から隔てられている。第2の反射器の第1の部分ないしゲイン媒体の距離は、第2の反射器の第2の部分ないしゲイン媒体の距離より短い。従って、第2の反射器の第1の部分38は、第2の波長を有するレーザ光が第2の反射器の第2の部分40に到達できるよう第2の波長を伝えなければならない。
このように、第1及び第2の反射器の第1の部分34及び38は、第1及び第2の反射器の第2の部分36及び40より小さい距離で、相互に離れている。このことによって、第1の波長を有するレーザ光12は、第2の波長を有するレーザ光12の、第1及び第2の反射器の第2の部分36及び40の間での往復時間よりも短い、第1及び第2の反射器の第1の部分34及び38の間での第1の往復時間を有するようになる。本発明の特定の実施形態においては、第1及び第2の反射器30及び32はそれぞれ、各々のファイバブラッググレーティングを含む。例えば、第1の反射器の第1及び第2の部分34及び36はそれぞれ、第1のファイバブラッググレーティング部分及び第2のファイバブラッググレーティング部分を含む。本発明の特定の実施形態においては、第1の反射器の第1及び第2の部分34及び36はそれぞれ、各々のチャープファイバブラッググレーティング部分を含み、第1の反射器の第1及び第2の部分34及び36の双方を規定する単一のチャープファイバブラッググレーティングを有することによって形成されてもよい。後者の構成のいくつかの特定の実施形態においては、連続的な波長選択を有するチューナブルレーザ10が提供される。
本発明のいくつかの実施形態においては、第1の波長は第2の波長よりも長く、第1及び第2の反射器30及び32中に含まれるチャープファイバブラッググレーティングは分散補償を更に提供する。しかしながら、本発明の代替的な実施形態においては、第1の波長は第2の波長より短く、他の提唱されるチューナブルレーザ10の構成が変則的な分散特性を有する実施形態において有用になりうる。
本発明のいくつかの実施形態においては、第1の反射器30は比較的高反射性のチャープファイバブラッググレーティングを含む。これらの実施形態においては、第1の反射器30に入射する光は実質的に総てゲイン媒体18の方に反射する。第2の反射器32は出力のチャープファイバブラッググレーティングであり、レーザ光12のいくつかは第2の反射器32を通って伝わるべく完全には反射せず、これによって出力ポート24を提供する。チューナブルレーザ10からレーザ光12を出力する他の方法は、本発明の範囲内にあり、そのうちのいくつかは以降に更に詳細に述べられている。
本発明のいくつかの実施形態においては、ゲイン媒体18は第1の波長で第1のゲイン、及び第2の波長で第2のゲインを有する。第1及び第2のゲインは相互に異なる。これらの実施形態においては、2の波長で実質的に同一の出力を有するレーザ光12の生成を促進するために、第1の反射器の第1及び第2の部分34及び36中に含まれる第1及び第2のファイバブラッググレーティング部分はそれぞれ、第1の部分反射性と第2の部分反射性とを有する。第1及び第2の部分反射性はチューナブルレーザ10が第1及び第2の波長で実質的に一定のゲインを有する程度である。従って、これらの第1の反射器の第1及び第2の部分34及び36でのレーザ光12の反射が、平らではない、ゲイン媒体18のゲイン曲線を補償するように、第1の反射器の第1及び第2の部分34及び36の反射性を選択することが可能である。
本発明のいくつかの実施形態においては、第1及び第2の反射器30及び32の一方及び双方がそれぞれ、それに沿った可変性の群遅延を規定するチャープファイバブラッググレーティングから生成される。従って、第1及び第2の反射器30及び32に沿った、異なる部分に含まれるファイバブラッググレーティング部分は、異なる群遅延特性を有し、チューナブルレーザ10を用いて生成されたレーザ光のパルスの持続時間に影響を与える。更に、レーザ光のパルスの持続時間以外のパルス特性は、第1の反射器の第1及び第2の部分34及び36に含まれるファイバブラッググレーティング部分に好適な群遅延を選択することによって変調できる。
本発明の更なる他の実施形態においては、第2の反射器の第1及び第2の部分38及び40の位置はゲイン媒体18に対して逆側にあるが、第1の反射器の第1及び第2の部分34及び36は同一位置に保持される。これらの実施形態においては、レーザ光12の波長選択は、第1の反射器の第1及び第2の部分34及び36が相互に隔てられるより長い距離で、第2の反射器の第1及び第2の部分38及び40を相互に隔てられたことによって許容される。チャープファイバブラッググレーティングが第1及び第2の反射器30及び32で用いられる場合、異なる群遅延の勾配が生成され、レーザが2の群遅延の勾配間の差である群速度分散で操作される。Kellyの湾曲部(Kelly’s side bends)を低減又は除去する、ソリトンレーザと標準的な分散レーザとの間の混合はこのように形成される。
本発明のいくつかの実施形態においては、ゲイン媒体18はドープ型のゲインファイバを含む。このようなドープ型のゲインファイバは当該技術分野で公知であり、よって更なる詳細について述べない。更にその他の好適なゲイン媒体18を用いてチューナブルレーザ10を作ることは本発明の範囲内のことである。更にポンプ光源14は、ゲイン媒体18が第1及び第2の波長の双方を有するレーザ光12を生成するのを可能にするポンプ光を放射できる、任意の好適なポンプ光源14である。例えば、ポンプ光源14は発光ダイオードを含む。
ポンプ光入力ポート20は更に、任意の好適なポンプ光入力ポート20である。例えばポンプ光入力ポート20は、第1及び第2の波長を有する光を自由に送る、あるいはそこを通って実質的に自由に送るのを可能にするが、光アイソレータ又はその他の好適な手段を通じて、光、特にレーザ光12がポンプ光源14方向に戻るのを防止する波長分割マルチプレクサ(WDM)を含む。WDMは更に、ポンプ光源14によって放射されるポンプ光を受け取り、光共振器16内、特にゲイン媒体18内にこのポンプ光を送ることを可能にする。
光強度変調器22はそこを通る第1及び第2の波長を有するレーザ光12の伝送の変化を可能にする任意の好適な構成である。一般的には、光強度変調器22は第1の反射器30を形成するWDMマルチプレクサと、ポンプ光入力ポート20を構成するチャープファイバブラッググレーティングとの間に接続及び挿入される構成の形態を取る。しかしながら、光強度変調器22のその他の物理的構成は本発明の範囲内にある。本発明のいくつかの実施形態においては、光強度変調器22は電気光学変調器を含む。
本発明のいくつかの実施形態においては、光強度変調器22はそこをレーザ光12が2の異なる吸収レベルで通過可能となる構成である。例えば、あるレベルでは光強度変調器22に入射する実質的に総ての光が、そこを通過するのを可能にする。第2のレベルでは、光強度変調器22に入射する光の所定の部分が伝わらない。これらの実施形態においては、第1のレベル及び第2のレベルの間の光強度変調器22の吸収係数を周期的に変えることにより、上述のような光共振器16を通って伝わるレーザ光のパルスが優先的に選択される。
当該技術分野の当業者は、光強度変調器22によって提供されるモードロック効果を提供すべくチューナブルレーザ10内を循環して、光強度変調器22が総て、あるいは大部分の光を吸収するには及ばないことが容易に分かるであろう。実際に本発明のいくつかの実施形態においては、吸収係数の比較的小さな変化のみで、所望の効果を生成するのに十分である。
本発明のいくつかの実施形態においては、光強度変調器22は可変型の減衰変調器を含む。既述の光強度変調器に反し、可変型の減衰変調器は、所定の吸収範囲にわたる光強度変調器22の吸収係数の実質的に連続な変化を可能にする。この実施形態においては、レーザ光12の出力は従って、ポンプ光源14の出力を用いて調整されるのに加えて、光強度変調器22を用いて調整できる。
図1に示したように、本発明のいくつかの実施形態においては、チューナブルレーザ10は光強度変調器22の変調期間を制御するためのコントローラ42を含む。一般的に、第1及び第2の反射器30及び32で使用可能なファイバブラッググレーティング等のファイバブラッググレーティングは作成上の欠陥のために、それに沿った異なる位置で、理想的で理論的に予測可能な反射スペクトルを有しない。しかしながら、ファイバブラッググレーティングが一度特徴づけられた場合、ファイバブラッググレーティングの一端からそれに沿った各位置までの距離をマッピングすること、及び、反射される特定の波長を、これらの位置の各々と関連づけることが可能である。従って、この方法において第1及び第2の反射器30及び32を特徴づけることによって、コントローラ42をプログラムして、変調期間を選択してこの波長が得られるように、レーザ光12が特定のチューナブルレーザ10のために放射される波長を正確に選択できる。
更に、チャープファイバブラッググレーティングの群遅延特性は完全ではない。不完全度によって、パルス化されたレーザ光12における所望されない効果を生じさせうる群遅延波形が生成される。周波数の関数としての群遅延波形と群遅延との間の比率は本明細書中では、比スペクトルと称される。チューナブルレーザ10によって生成されたレーザ光12のパルスは、パルスのスペクトルを有する。比スペクトルがパルスのスペクトルから実質的に独立であるように、十分な精度でチャープブラッググレーティングを作ることが好ましい。言い換えると、顕著な出力がある比スペクトルの領域は、顕著な出力があるパルスのスペクトルの領域から分離すべきである。
図2は代替的なチューナブルレーザ10Aを示す。チューナブルレーザ10Aはチューナブルレーザ10と実質的に同一の多くの構成を有する。従って、こられの構成は更に詳細には述べない。
図2で見られるように、チューナブルレーザ10Aは、2のポンプ光源14を含み、各々が各ポンプ光入力ポート20を通してゲイン媒体18に接続されるという点で、チューナブルレーザ10と異なる。更に、2以上のポンプ光源14を有することは本発明の範囲内にある。更に、タップ44は、例えばゲイン媒体18と反対側の第1の反射器30の末端に提供されて、これにより、フォトダイオード46、あるいはその他の好適な光強度測定デバイスを用いて、タップされた光を測定し、この光強度をコントローラ42に入力できる。従って、コントローラ42は、フォトダイオード46によって光強度の測定値をコントローラ42に伝送できるように、フォトダイオード46に接続される。コントローラ42は更に、ポンプ光の強度を制御すべくポンプ光源14に動作可能に接続される。コントローラ42をフィードバックループで用いて、レーザ光12に対する所定の出力を得るために、光強度測定値に応じてポンプ光源14により提供された出力を制御する。
図3は更なる別のチューナブルレーザ10Bを示す。チューナブルレーザ10Bは更に、チューナブルレーザ10と同一である。チューナブルレーザ10Bで生じる差異は、代替的な第1の反射器30Bが用いられることである。代替的な第1の反射器30Bによって、第1の反射器30Bが、実質的に同一の第1の反射器ないしゲイン媒体の距離で第1及び第2の波長の双方を有するレーザ光12をゲイン媒体の第1の端部26から反射するようになる。例えば、これは第1の反射器30B中のファイバブラッググレーティングの代わりにミラーを用いることによって得られる。
図4は、この構成の破線表示によって示されるように、光共振器16、ゲイン媒体18、及び光強度変調器22が総て偏光維持するものである、更なる別のチューナブルレーザ10Cを示す。従って、チューナブルレーザ10Cは偏光されたレーザ光12を生成することができる。偏光を選択するために、偏光子47はレーザ光12を偏光すべく光共振器16C中に挿入される。
図5は更に別のチューナブルレーザ10Dを示す。チューナブルレーザ10Dは第1及び第2の反射器30及び32の代わりに単一の反射器30のみを用いる。光共振器16D中の共振は光サーキュレータ48を用いることによって提供される。光サーキュレータ48は、サーキュレータの第1のポート50と、サーキュレータの第2のポート52と、サーキュレータの第3のポート54とを含む。光サーキュレータ48は、サーキュレータの第1のポート50に入射するレーザ光がサーキュレータの第2のポート52で放射し、サーキュレータの第2のポート52に入射するレーザ光がサーキュレータの第3のポート54で放射し、サーキュレータの第3のポート54に入射するレーザ光がサーキュレータの第1のポート50で放射するような方法で構成される。サーキュレータの第1のポート50は、ゲイン媒体の第1の端部26とサーキュレータの第1のポート50との間に挿入される光強度変調器22とともに、ゲイン媒体の第1の端部26を通ってゲイン媒体18に光学接続される。サーキュレータの第2のポート52は反射器30に光学接続され、サーキュレータの第3のポート54は、ゲイン媒体の第2の端部28とサーキュレータの第3のポート54との間に挿入されるポンプ光入力ポート20とともに、ゲイン媒体の第2の端部28を通ってゲイン媒体18に光学接続される。反射器30は第1及び第2の反射器30及び32と同一の反射器であり、第1及び第2の反射器30及び32と実質的に同一の構成及び機能を有する。この実施形態においては、レーザ光12の一部が反射器30を通して伝えられることによって、レーザ10Dによるレーザ光12の放射を可能にする。本発明のこの実施形態においては単方向性のループが生成され、光強度変調器22によって生じたチューナブルレーザ10Dの損失を低減する。
本発明の更に別の実施形態においては、図6に示したチューナブルレーザ10Eが提供される。チューナブルレーザ10Eは、光強度変調器22とサーキュレータの第1のポート50との間に挿入される代替的な出力ポート24Eを含む。チューナブルレーザ10Eは反射器30が高反射性であり、ひいては、レーザ光12はそこを通って伝送できないことを除いては、チューナブルレーザ10Dの構成と実質的に同一の構成を有する。代わりに、ファイバ結合器、言い換えると、タップの形態の出力ポート24Eは、チューナブルレーザ10E内にタップし、ひいてはチューナブルレーザ光12を放出するように提供される。
図7は第2の反射器32Fがゲイン媒体18からレーザ光12を受け取り、ゲイン媒体18にレーザ光12を戻すための、光サーキュレータ48を含むチューナブルレーザ10Fの更に別の形状を示す。この実施形態においては、サーキュレータの第1のポート50はその間に挿入される光スイッチ51及び光強度変調器22とともに、サーキュレータの第3のポート54に光学接続される。サーキュレータの第2のポート52は、その間に挿入されるゲイン媒体18及びポンプ光入力ポート20とともに、第1の反射器30に光学接続される。都合の良いことに、多様な光学的構成はサーキュレータの第1及び第3の部分50及び54の間に形成されるループ中に挿入し、レーザ光12の放射と、レーザ光12の強度の変調と、レーザ光12のその他の状態及び特性とを与えることができる。
光スイッチ51は出力ポート24Fを規定し、光共振器16Fからレーザ光12を選択的に放出し、光共振器16F中のレーザ光12を限定するために使用可能である。特に、一方の状態の光スイッチ51で、スイッチ51に入射する光は総て、光共振器16Fにフィードバックされる。このことは光共振器16F内部のレーザ光出力の増加を可能にする。パルスが光共振器16Fから放出しなければならない場合、スイッチ51は他方の状態に切り替えられ、スイッチ51に入射する光の一部又は総てが出力ポート24Fを形成する別のポートで出力される。
上述のチューナブルレーザ10ないし10Fにおいては、好適な構成を用いることで、レーザ光のパルスの強度を変化させることによるこれらのレーザ光のパルスの持続期間の変化を可能にする。更に、この強度は、光強度変調器22によって提供される光強度変調、及びポンプ光源14によって提供される出力の持続時間及び時間放出特性のような、多くの制御可能な変数を変えることによって調整可能である。いくつかの実施形態においては、第1の反射器30、第2の反射器32、又は第1及び第2の反射器30及び32の双方は調整可能な分散を有し、更に、レーザ光のパルスの形状及び持続時間を変えるのに使用可能である。パルス持続時間の変化はパルス繰返し周波数を変えることなく得られうることは留意すべきである。
チューナブルレーザのいくつかの実施形態が上述されてきたが、多くの他の変形物を有することは本発明の範囲内である。更に、異なる動作範囲で提唱するチューナブルレーザを動作させるように、レーザに関する多くの概念を用いることは本発明の範囲内である。例えば、提唱されるレーザはQスイッチであってもよく、特定の実施形態で上述されるように、キャビティダンピングを用いてもよい。
本発明はその好ましい実施形態によって上述されてきたが、添付の請求項に規定されるような本発明の精神及び性質から離れることなく、変更可能である。

Claims (18)

  1. ポンプ光源によって放射されるポンプ光を用いて、第1の波長と第2の波長とを有するレーザ光を選択的に放射するためのチューナブルレーザの空洞部であって、当該チューナブルレーザの空洞部が、
    光共振器であって、当該光共振器中で前記第1の波長を有する前記レーザ光の第1の往復時間が、前記光共振器中で前記第2の波長を有する前記レーザ光の第2の往復時間と異なるような構成、光学特性及び寸法を有する光共振器と、
    当該光共振器中に挿入され、前記ポンプ光を前記レーザ光に変換すべく前記ポンプ光に応答するゲイン媒体と、
    前記ポンプ光を受け取り、前記ポンプ光を前記ゲイン媒体に伝えるべく前記ゲイン媒体に光学接続されるポンプ光入力ポートと、
    前記レーザ光が前記光共振器中で往復して伝播する際に、前記レーザ光の一部を吸収すべく前記光共振器に挿入され、変調期間に変調される光吸収係数を有し、前記変調期間が第1の変調期間の値と第2の変調期間の値との間で選択的に調整でき、前記第1及び第2の往復時間が、各々の前記第1及び第2の変調期間の値の整数倍と、それぞれが実質的に等しい光強度変調器と、
    前記レーザ光を前記光共振器から放出するための出力ポートと、
    を具え、これによって、前記ゲイン媒体が前記ポンプ光によりポンピングされる場合に、前記第1の変調期間の値で前記光強度変調器を変調することにより、前記第1の波長を有するレーザ光が生成され、前記第2の変調期間の値で前記光強度変調器を変調することにより、前記第2の波長を有するレーザ光が生成され、
    前記ゲイン媒体は、ゲイン媒体の第1の端部と、実質的に対向するゲイン媒体の第2の端部とを規定し、前記光共振器が第1の反射器と第2の反射器とを含み、前記第1及び第2の反射器がそれぞれ、第1及び第2の波長の双方で反射し、前記第1及び第2の反射器が、それぞれ前記ゲイン媒体の第1及び第2の端部を通って、前記ゲイン媒体に光学接続され、
    前記第1の反射器が前記第1及び第2の波長を有する前記レーザ光をそれぞれ反射するための、第1の反射器の第1の部分と第1の反射器の第2の部分とを含み、当該第1の反射器の第1及び第2の部分がそれぞれ、第1の反射器の第1の部分ないしゲイン媒体の距離だけ、及び、第1の反射器の第2の部分ないしゲイン媒体の距離だけ前記ゲイン媒体の第1の端部から隔てられ、前記第1の反射器の第1の部分ないしゲイン媒体の距離が、前記第1の反射器の第2の部分ないしゲイン媒体の距離より短く、前記第1の反射器の第1の部分が前記第2の波長を伝えており、
    前記第2の反射器が、前記ゲイン媒体の第2の端部から第2の反射器ないしゲイン媒体の距離において、前記第1及び第2の波長の双方を有するレーザ光を反射し、
    前記第2の反射器が前記第1及び第2の波長を有する前記レーザ光をそれぞれ反射するための、第2の反射器の第1の部分と第2の反射器の第2の部分とを含み、前記第2の反射器の第1及び第2の部分がそれぞれ、第2の反射器の第1の部分ないしゲイン媒体の距離だけ、及び第2の反射器の第2の部分ないしゲイン媒体の距離だけ前記ゲイン媒体の第2の端部から隔てられ、前記第2の反射器の第1の部分ないしゲイン媒体の距離が前記第2の反射器の第2の部分ないしゲイン媒体の距離より小さく、前記第2の反射器の第1の部分が前記第2の波長を伝えることを特徴とするチューナブルレーザの空洞部。
  2. 請求項1に記載のチューナブルレーザの空洞部において、前記第1の反射器がファイバブラッググレーティングを含むことを特徴とするチューナブルレーザの空洞部。
  3. 請求項1に記載のチューナブルレーザの空洞部において、前記第1の反射器の第1及び第2の部分がそれぞれ、第1のファイバブラッググレーティング部分と第2のファイバブラッググレーティング部分とを含むことを特徴とするチューナブルレーザの空洞部。
  4. 請求項に記載のチューナブルレーザの空洞部において、
    前記ゲイン媒体が前記第1の波長で第1のゲイン、及び前記第2の波長で第2のゲインを有し、前記第1及び第2のゲインが相互に異なり、
    前記第1及び第2のファイバブラッググレーティング部分がそれぞれ、第1の部分反射性と第2の部分反射性とを有し、前記第1及び第2の部分反射性は前記チューナブルレーザの空洞部が前記第1及び第2の波長の双方で実質的に一定ゲインを有する程度であることを特徴とするチューナブルレーザの空洞部。
  5. 請求項に記載のチューナブルレーザの空洞部において、前記第1の反射器の第1及び第2の部分がぞれぞれ、各々のチャープファイバブラッググレーティング部分を含むことを特徴とするチューナブルレーザの空洞部。
  6. 請求項に記載のチューナブルレーザの空洞部において、前記第1の反射器の第1及び第2の部分がそれぞれ、チャープファイバブラッググレーティングの一部であることを特徴とするチューナブルレーザの空洞部。
  7. 請求項に記載のチューナブルレーザの空洞部において、前記第1の波長が前記第2の波長より短いことを特徴とするチューナブルレーザの空洞部。
  8. 請求項に記載のチューナブルレーザの空洞部において、前記第1の波長が前記第2の波長より長いことを特徴とするチューナブルレーザの空洞部。
  9. 請求項1に記載のチューナブルレーザの空洞部において、前記第1の反射器がチャープファイバブラッググレーティングを含み、当該チャープファイバブラッググレーティングが、2の実質的に長手方向に隔てられた第1及び第2の部分で前記第1及び第2の波長を反射し、前記チャープファイバブラッググレーティングに沿った長手方向の位置の関数として前記チャープファイバブラッググレーティングによって反射された波長を特徴づける所定の同調曲線の関数として、前記変調期間を選択的に制御するためのコントローラを、前記チューナブルレーザの空洞部が更に具えることを特徴とするチューナブルレーザの空洞部。
  10. 請求項1に記載のチューナブルレーザの空洞部において、前記第1の反射器がチャープファイバブラッググレーティングを含み、当該チャープファイバブラッググレーティングが、2の実質的に長手方向に隔てられた第1及び第2の部分で前記第1及び第2の波長を反射し、前記チャープファイバブラッググレーティングがそれに沿って可変性の群遅延を規定し、これによって、前記レーザ光の波長を変更することにより異なるパルス波形特性を有するレーザ光のパルスが生成されることを特徴とするチューナブルレーザの空洞部。
  11. 請求項10に記載のチューナブルレーザの空洞部において、前記パルス波形特性が前記レーザ光のパルスの持続時間を含むことを特徴とするチューナブルレーザの空洞部。
  12. 請求項1に記載のチューナブルレーザの空洞部において、前記光強度変調器が電気光学変調器を含むことを特徴とするチューナブルレーザの空洞部。
  13. 請求項1に記載のチューナブルレーザの空洞部において、前記光強度変調器が可変型の減衰変調器を含むことを特徴とするチューナブルレーザの空洞部。
  14. 請求項1に記載のチューナブルレーザの空洞部において、前記ゲイン媒体がドープ型のゲインファイバを含むことを特徴とするチューナブルレーザの空洞部。
  15. 請求項1に記載のチューナブルレーザの空洞部において、前記光共振器、前記ゲイン媒体及び前記光強度変調器が総て偏光維持するものであることを特徴とするチューナブルレーザの空洞部。
  16. 請求項15に記載のチューナブルレーザの空洞部が、前記レーザ光を偏光すべく前記光共振器中に挿入された偏光子を更に具えることを特徴とするチューナブルレーザの空洞部。
  17. 請求項1に記載のチューナブルレーザの空洞部において、
    前記レーザ光がレーザ光のパルスを含み、当該レーザ光のパルスがパルスのスペクトルを規定し、
    前記第1の反射器がチャープファイバブラッググレーティングを含み、当該チャープファイバブラッググレーティングが、2の長手方向に隔てられた第1及び第2の部分で前記第1及び第2の波長を反射し、前記チャープファイバブラッググレーティングが群遅延の比率に対する群遅延波形を規定し、当該群遅延の比率に対する群遅延波形が比スペクトルを規定し、
    前記パルスのスペクトル及び前記比スペクトルが相互に実質的に独立であることを特徴とするチューナブルレーザの空洞部。
  18. 請求項1に記載のチューナブルレーザの空洞部において、前記出力ポートが前記光共振器から前記レーザ光を選択的に放出し、前記光共振器中の前記レーザ光を限定するための光スイッチを含むことを特徴とするチューナブルレーザの空洞部。
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