JPH04297081A - 光学掃引発振器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、一般に、光学発振器に
関するものであり、その周波数を同調させて、所定の帯
域幅にわたって掃引することができる光学発振器に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術及びその課題】光ファイバ通信の利用は、
近年において急速に発展を遂げ、多くの用途においてマ
イクロ波通信に取って代った。このため、光通信、とり
わけ、光学ヘテロダイン受信器を用いた通信システムに
おいて多大の研究及び開発がなされてきた。光学ヘテロ
ダイン受信器を同調すると、実際には、フィルタの代り
に、局部発振器が同調される。従って、光学ヘテロダイ
ン受信器において用いることが可能な、連続掃引式の光
学発振器を開発するのが望ましい。

【０００３】マイクロ波通信の場合、マイクロ波テスト
及び測定用計器は、通信装置の重要な部分をなすもので
ある。これらのテスト及び測定用計器には、例えば、ネ
ットワークアナライザ及びスペクトルアナライザが含ま
れている。これらの計器の中心をなすものは、連続掃引
式発振器である。光通信の出現とともに、マイクロ波ネ
ットワークアナライザ及びスペクトルアナライザの光学
類似体の開発が重要である。従って、連続掃引式光学発
振器を提供することが望ましい。同調可能な発振器を含
む他の重要なマイクロ波計器には、マイクロ波シンセサ
イザ（正確に同調可能な発振器）及びマイクロ波掃引器
（急速掃引式発振器）がある。やはり、これらの計器の
光学類似体として用いることができる連続掃引式光学発
振器を開発することも望ましい。

【０００４】以上から明らかなように、ヘテロダイン受
信器、ネットワークアナライザ、スペクトルアナライザ
、シンセサイザ、及び、掃引器を含む上述の光学計器に
用い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。

【０００５】各種光ファイバ通信案に関する短評につい
ては、「ジャーナル・オブ・ライトウェーブ・テクノロ
ジー（Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ　Ｔ
ｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）第ＬＴ−４巻、第１０号、１５５
６〜１５６２頁（１９８６年１０月）」のティ・オーコ
シ（Ｔ．Ｏｋｏｓｈｉ）による論文「ヘテロダイン・コ
ヒーレント光ファイバ通信の極限性能（Ｕｌｔｉｍａｔ
ｅ　Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆ　Ｈｅｔｅｒｏｄｙｎ
ｅ／Ｃｏｈｅｒｅｎｔ　Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｆｉｂｅｒ　
Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ）」を参照のこと。

【０００６】光学ヘテロダイン受信器に関して、ステッ
プサイズが、チャネル間隔に正確に同期される限り、局
部光学発振器を離散ステップで同調させることが可能で
ある。ただし、これは、極めてやりにくい。従って、連
続同調式光学発振器が、提案された。こうした発振器の
１つは、１９８６年７月１７日の「エレクトロニクス・
レターズ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ　Ｌｅｔｔｅｒｓ）
」第２２巻第１５号　７９５〜７９６　頁に掲載された
フェイブル（Ｆａｖｒｅ）他による「１５ｎｍ連続同調
範囲を備えた外部キャビティ半導体レーザー（Ｅｘｔｅ
ｒｎａｌ−Ｃａｖｉｔｙ　Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｉｏ
ｎ　Ｌａｓｅｒ　ｗｉｔｈ　１５　ｎｍ　Ｃｏｎｓｔｉ
ｎｕｏｕｓ　Ｔｕｎｉｎｇ　Ｒａｎｇｅ）」に提案され
ている。Ｆａｖｒｅ　が提案するレーザには、レーザの
周波数を連続的に同調させるため、回折格子を連続して
回転させ、増幅チップから離したり、増幅チップに近づ
けたりする必要がある。後述のように、機械的同調装置
を利用して、必要とされる機械的精度を達成するのは困
難である。従って、特性を改善された、改良形連続掃引
式光学発振器を提供することが望ましい

【０００７】。

【課題を解決するための手段】フェーブル（Ｆａｖｒｅ
）他が解説した上述の連続同調式回折格子の外部キャビ
ティレーザの場合、回折格子を連続的に移動させて、光
を発生する増幅チップから離したり、それに近づけたり
し、同時に、回折格子も連続的に回転させる。詳細に後
述するように、発光増幅チップと回折格子の間における
相対的並進移動によって、レーザの周波数にドップラシ
フトが生じることになる。ドップラシフトがキャビティ
のラウンドトリップ毎に生じるので、回折の移動方向に
基づいて、レーザ周波数は、連続的に増減する。回折格
子の回転運動によって、回折格子が増幅チップと共に形
成するフィルタの通過帯域が、ドップラシフトによって
生じるレーザの偏移周波数に従うことになる。

【０００８】本発明は、機械的回折格子を用いて、ドッ
プラシフトを生じさせる代わりに、複数の音響光学的に
同調可能なフィルタ（ＡＯＴＦ）を用いることによって
、周波数偏移、従って、レーザの同調を行うことができ
るという観測結果に基づくものである。詳細に後述する
ように、ＡＯＴＦは、外部キャビティレーザの同調素子
として組み込むことができる。

【０００９】ＡＯＴＦは、光ビーム及び正弦進行音響波
が、光弾性効果を介して相互作用する結晶から構成され
る。音波によって、該結晶の屈折率が変わり、音波の波
長に等しい同期によって、結晶内の回折格子が形成され
る。回折格による光の回折を利用して、入射光にフィル
タリングが施される。音波は音速で移動するので、回折
光は、ドップラシフトする。従って、光学周波数でドッ
プラシフトを制御することによって、発振器を同調させ
ることが可能である。

【００１０】現在市販されている形態の単一のＡＯＴＦ
によって生じるドップラシフトは、大きすぎて、有効に
はなり得ないので、それぞれがドップラシフトを生じる
複数のＡＯＴＦが用いられるが、この場合、複数のＡＯ
ＴＦで生じるドップラシフトは、ほとんど、互いに相殺
されて、発振器の同調に用いられる残留ドップラシフト
が残ることになる。

【００１１】本発明の光学発振器は、通過帯域内におけ
る１つ以上の縦モードを備えた光を提供する発振手段か
ら構成される。通過帯域の帯域幅は、発振手段の所定の
利得帯域幅内にある。発振手段には、光を送り出す光学
増幅器と、増幅器からの光をフィードバック経路内にあ
る該増幅器に送り返して、縦モードの光を生じさせるフ
ィードバック手段が含まれている。光学発振器には、そ
れぞれ、縦モード周波数のドップラシフトを生じさせる
、複数のＡＯＴＦも含まれている。光学発振器には、異
なる周波数でフィルタを駆動し、前記複数のフィルタに
よって生じるドップラシフトが完全には相殺されないよ
うにする手段が含まれている。さらに、前記複数のフィ
ルタによって生じる正味ドップラシフトを利用して、レ
ーザの周波数が連続的に同調される。該フィルタによっ
て、正味ドップラシフトが連続的に同調され、縦モード
で所定の利得帯域幅が掃引され、モードホッピングを防
止するため、通過帯域の帯域幅が掃引モードに従うこと
になる。

【００１２】望ましい実施例の場合、発振器は、さらに
、異なる周波数でフィルタを駆動し、フィルタによって
生じるドップラシフトが相殺されないようにする駆動手
段を備えている。この駆動手段によって、フィルタの駆
動周波数が連続調整され、縦モードで所定の利得帯域幅
が掃引され、モードホッピングを防止するため、通過帯
域の帯域幅が掃引モードに従うことになる。

【００１３】

【実施例】まず、単純な光学発振器の一般的な背景につ
いて説明する。これに続いて、回折格子によって同調さ
れる半導体レーザについて述べ、さらに、ＡＯＴＦを用
いる連続同調を実現した本発明について解説する。

【００１４】（単純光発振器モード）レーザは、光学発
振器である。全ての発振器には、増幅器とフィードバッ
クが必要である。レーザの場合、フィードバックは、そ
の最も単純な形態が、２つのミラー間において光が反射
し、行ったり来たりするように配置された前記２つのミ
ラーから構成される光共振器によって得られる。共振光
周波数が離散的組をなすのは、１回のラウンドトリップ
の後、光の場の位相が連続していなければならないとい
う要件によって課せられるこうした共振器の基本特性で
ある。その共振周波数は、間隔ｃ／２（ｎＬ）ずつ等間
隔をなしているが、ここで、ｃは、光の速度、ｎはミラ
ー間にある媒体の屈折率、及び、Ｌは、キャビティの長
さである。２つのミラーを用いた光共振器の場合、キャ
ビティの長さＬは、ミラー間の距離である。これらの共
振周波数は、それぞれ、共振器の縦モードと呼ばれる。 このモードは、整数ｑで特定することができ、ｑ次モー
ドの周波数は

【００１５】

【数１】

【００１６】物理的には、モード数ｑは、２つのミラー
間における定在波の数である（二分の一波長だけ離れて
いる）。

【００１７】レーザ増幅器は、多くの全く異なる形態を
とることができる。本発明は多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、特に重要で
ある。従って、後述の増幅器は、半導体増幅器と呼ぶこ
とにするが、もちろん、他のタイプの光増幅器を用いる
ことも可能であり、本発明の範囲内である。

【００１８】半導体増幅器の場合、光学増幅は、ｐｎ接
合において正孔と電子を光学的に誘発再結合することに
よって生じる。放出される光は、禁止帯幅のエネルギー
に近い光子エネルギを有しているが、光子エネルギの幅
、従って、光子周波数は、有限である。例えば、用いら
れるレーザの光子波長が、１．３マイクロメートル〜１
．５マイクロメートルの範囲内であれば、レーザが放出
する光子の周波数は、２３０ＴＨｚ〜２００ＴＨｚの範
囲になる。 利得の帯域幅は、一般に、２０，０００ＧＨｚに等しい
、２０ＴＨｚである。

【００１９】さらに、ｐｎ接合に近い小増幅領域に光ビ
ームを閉じ込めるため、材料内に光導波管も形成される
。半導体チップの任意の端部に、へき開ミラー面によっ
て２つのミラー光学キャビティが形成されている。これ
らのミラーは、一般に０．２５ｍｍ離れており、モード
周波数間隔が約１７５ＧＨｚになる。モード間隔は、利
得帯域幅よりはるかに小さいので、いくつかのモードで
同時に発振する可能性があり、一般に、これが生じるこ
とになる。 これは、例えば、図２に示されており、モードが、エン
ベロープ５０の下に垂直線５２、５４、５６、５８、６
０、６２、６４として示されている。へき開ミラーの反
射率は、周波数と無関係であり、従って、最も利得の高
いモードで発振する。

【００２０】（回折格子で同調する半導体レーザ）半導
体レーザの波長を同調させ、制御を加えるため、フィー
ドバック波長に制御を加える必要がある。これを行う方
法の一つは、図１におけるような波長選択フィルタを含
む外部キャビティを形成することである。この構成の場
合、レーザチップ１０の１つの面には、その面の反射性
を損う反射防止（ＡＲ）のコーティングが施されている
。 この面からの光は、レンズ１４によって平行化され、リ
トロー構成における平面回折格子１６を照射する。回折
格子は、波長によって決まる角度で入射光ビームを回折
させる。

【００２１】図１の構成の場合、レーザ１０によって放
出される光の一部が、レンズ１４によって回折格子１６
に焦点を合わせられる。回折格子１６によって、光が回
折し、回折光の一部は、レンズ１４によって再入導波管
２０に焦点が合わせられる。レーザに送り返されるこう
した光の一部によって、図２のエンベロープ５０内に誘
発発光が生じ、発光は所定の縦モード５２〜６４に制限
される。回折格子１６及びレーザ１０は、従って、外部
キャビティレーザを形成しており、許容し得る縦モード
は、図２に示すモード５２〜６４に制限される。

【００２２】リトロー構成の場合、逆反射する波長また
は周波数は：

【００２３】

【数２】

【００２４】ここでｄ＝回折格子の刻線間における距離
θ＝図１に示す回折格子の角度 他の波長の場合、入射ビームを超えるか（より短い波長
）、または、それ未満で（より長い波長）回折する。 戻りビームのイメージがレーザ導波管２０に形成される
際、式２のリトロー波長だけが、精確に導波管にイメー
ジ形成され、結合される。他の波長のイメージは、変位
する。変位がビームの直径を超えると、増幅器にはそれ
以上のフィードバックは生じない。この回折格子フィル
タの帯域幅は、初心者用の物理の教科書の多くにおいて
、下記のように計算され、求められている：

【００２５
】

【数３】

【００２６】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＝入射光ビームによって照射される回折格子の線数多
くの同調可能な外部キャビティレーザ（ＥＣＬ）におい
て、フィルタのバンドパスは約２０ＧＨｚとなり、レー
ザのモード間隔は、約２ＧＨｚとなり、増幅器の利得の
帯域幅は、約２０，０００ＧＨｚとなる可能性がある。 これらの特性は、図２に概要が示されている。図２を参
照すると、ライン４０は、図１の半導体レーザ１０の総
利得に関する図である。図２に示すように、総利得曲線
４０の帯域幅は約２０，０００ＧＨｚである。すなわち
、独立した半導体レーザ１０は、図２に示す帯域幅４０
を備えた光を放出する。レーザ１０による発光は、電子
とホールの再結合によって生じ、レーザ材料の活性領域
における禁止帯の幅のエネルギまたはそれに近いエネル
ギで、発光が生じることになる。 従って、レーザ１０が、フィードバックのない独立した
装置として用いられる場合、図２に示す帯域幅４０の光
を放出する。

【００２７】キャビティのラウンドトリップ毎の正味利
得は、図２に示すように、増幅器の利得とフィルタの損
失との積である。利得が最も高いフィルタのバンドパス
内にあるキャビティモードに限って、発振する。例えば
、発振モードは、フィルタの同調によって選択可能であ
り、これは、式２に従って回折格子を回転させることに
よって行われる。これが回折格子で同調されるＥＣＬの
基本原理である。

【００２８】（回折格子キャビティの連続同調）前のセ
クションで指摘したように、ＥＣＬ周波数は、キャビテ
ィモード周波数とフィルタのバンドパス周波数という２
つの要素によって決まり、発振モードは、フィルタ周波
数によって選択される（式２における回折格子の角度）
。

【００２９】発振モードの周波数が、ピークフィルタ透
過周波数から除去されるので、その正味利得が減少する
。同時に、隣接モードの周波数が、フィルタピーク周波
数に向かい、正味利得が増大する。利得のクロスオーバ
周波数において、モードのホッピングが生じる。

【００３０】キャビティの長さを変えるだけで、ＥＣＬ
周波数がモード間で周期的にホッピングを生じることに
なる。これは、くし状に等間隔をあけたキャビティモー
ドがフィルタのバンドパスにわたって走査されるために
生じる。回折格子１６がレーザ１０から離れると、これ
によって、式１におけるキャビティの長さＬの大きさが
増し、これに対応して、図２に示す縦モード周波数の減
少が生じることになる。すなわち、許容可能な縦モード
５２〜６４は、全て、図２の原点に向かって周波数が偏
移する。回折格子１６が、回転せずに移動する場合、エ
ンベロープ５０は、停留したままである。縦モード６０
が、回折格子の移動前において、モード間で最も振幅の
大きい主モードである場合、回折格子１６がレーザ１０
から離れる際には、モード６０による発光によって振幅
が小さくなり、一方、モード６２による発光によって振
幅が大きくなる。ある時点で、縦モード６０及び６２の
振幅が等しくなり、従って、モード６２が最も振幅の大
きい主モードになる。これは、モードホッピングとして
知られており、最大の振幅を備えたある周波数の縦モー
ドが、モード間でホッピングを生じる。従って、レーザ
周波数は、キャビティ長の変化によって周期的にホッピ
ングを生じるが、フィルタの周波数の縦モードによる１
つの間隔内にとどまる。ヘテロダイン受信器に図１にお
けるような発振器が用いられる場合、モードホッピング
によってヘテロダイン受信器の受信周波数も、周波数間
でホッピングを生じることになるが、これは望ましいこ
とではない。

【００３１】同様に、回折格子の回転によってフィルタ
周波数を同調させると、やはり、周期的にレーザのモー
ドホッピングが生じることになる。この場合、縦方向の
キャビティモードは、周波数が一定のままであり、フィ
ルタエンベロープ５０が、図２のくし状モードを走査す
る。フィルタのピーク通過がモード間で移動するので、
レーザの周波数がジャンプする。

【００３２】回折格子を回転させると、フィルタ周波数
が移行し、キャビティ長を変えると、ｑ次縦モードの周
波数が変化するので、キャビティ長と回折格子の角度の
両方が、協調のとれるように同調される場合、モードホ
ッピングを伴わないレーザの同調が可能である。すなわ
ち、モードホッピングのない同調の原理は、キャビティ
モードとフィルタ周波数の同時同調という理念に基づく
ものであり、１つのモードが必ずピークフィルタ透過周
波数にとどまることになる。これは、「エレクトニクス
・レターズ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ　Ｌｅｔｔｅｒｓ
）第２２巻（１９８６年）」のフェイブル（Ｆａｖｒｅ
）他による「１５ｎｍ連続同調範囲を備えた外部キャビ
ティ半導体レーザー（Ｅｘｔｅｒｎａｌ　Ｃａｖｉｔｙ
　Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ　Ｌａｓｅｒ　ｗｉｔｈ
　１５　ｎｍ　Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ　Ｔｕｎｉｎｇ）
」と題する参考文献に概要が示された考え方である。

【００３３】（ＡＯＴＦを用いた連続同調）回転移動と
並進移動を機械的に同時かつ正確に制御して、モードホ
ッピングを伴わない連続同調を可能にするのは困難であ
る。従って、制御がもっと容易に行なえる、他の改良さ
れた方法を提供することが望ましい。

【００３４】ここで説明を加える本発明は、可動部をな
くして、電子的に連続同調を行うという新規の概念であ
る。電子同調式レーザの場合、回折格子フィルタの代わ
りに、複数の音響光学的に同調し得るフィルタ（ＡＯＴ
Ｆ）が用いられている。ＡＯＴＦに基づくキャビティは
、確実に同調速度が高められ、上述の機械的同調による
実施案に比べると、より小形で、安く、さらに丈夫なレ
ーザが得られることになる。

【００３５】一般に、ＡＯＴＦは、ＬｉＮｂＯ３といっ
た複屈折結晶を利用して製造される。ＡＯＴＦは、光ビ
ームと共線をなすように放射される正弦進行音波によっ
て生じる回折格子を頼みにして、光学フィルタを形成す
る。刻線回折格子のように、光を異なる角度に回折させ
るのではなく、ＡＯＴＦは、１つの直線偏光から直交偏
光に、フィルタリングを施した波長の回折を行う。次に
、偏光子を用いて、フィルタリングを施した光を選択す
る。ＡＯＴＦが従来の回折格子と共有する特徴の１つは
、その分解能が、やはり、照射される回折格子の線の数
だけによって決まるということである（式３）。

【００３６】ＡＯＴＦの特定の実施例の場合、複屈折結
晶表面のあるポイントに表面弾性波が生じ、この表面弾
性波が、表面に沿って伝搬し、複屈折結晶表面の第２の
ポイントに達すると、該表面弾性波が消散または吸収さ
れることになる。進行音波は、複屈折結晶の屈折率を変
化させる。従って、光が、やはり同じ結晶を通って伝搬
する場合、該結晶内における屈折率の周期的変化によっ
て、光の回折が生じる。進行音波によって、屈折率の変
動に関する周期的パターンが決まるので、光の伝搬に対
する音波の影響は、図１の回折格子の場合と同様である
。移動回折格子の場合、増幅器と回折格子との相対運動
によって、レーザのレーザ光を発する光学周波数にドッ
プラシフトが生じる。ＡＯＴＦの場合、光学増幅器に対
して移動する回折格子の屈折率を変動させるパターンに
よって、レーザ周波数に同様のドップラシフトが生じる
。進行音波が伝搬する距離は、音響相互作用長として知
られている。音響相互作用長が長くなれば、それだけ、
伝搬光が遭遇する屈折率の変動パターン数も多くなり、
フィルタのバンドパスは狭くなる。従って、この意味に
おいて、音響相互作用長は、式３における照射を受ける
回折格子の線の数と同じ効果がある。

【００３７】この場合、線間隔は、音波の波長に等しく
、従って、フィルタのバンドパスは、音波の相互作用長
に反比例する。さらに、フィルタの光学ピーク波長また
は周波数は：

【００３８】

【数４】

【００３９】ここで、νａ　＝音速 Δβ＝結晶の異常屈折率と通常屈折率の差ｆａ　＝音波
の周波数 ｃ　　＝真空中における光速 ＡＯＴＦは、電子装置によって駆動されるのが普通であ
り、伝搬する表面弾性波の周波数は、電子駆動周波数を
変えることによって変更することができる。従って、フ
ィルタ同調は、電子駆動周波数を変更することによって
行われる。

【００４０】上述のように、同調可能な回折格子の外部
キャビティレーザに対する類推によれば、ＡＯＴＦのも
う１つの重要な特徴は、フィルタリングを施された光は
、音速で移動する“回折格子”による回折（屈折率の変
動パターンによって形成される）の結果として、ドップ
ラシフトする。音波がレーザと同じ方向または逆方向に
進行する場合、ドップラシフトの大きさは、音波の周波
数に等しくなる。ドップラシフトの符号は、入力ビーム
の偏向及び音波の方向によって決まる。

【００４１】ＡＯＴＦドップラシフトのため、ＥＣＬに
おける回折格子フィルタの代りにＡＯＴＦを用いるだけ
で、レーザの作用が大幅に変化する。アプライド・フィ
ジックス・レターズ（Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｐｈｙｓｉｃｓ
　Ｌｅｔｔｅｒｓ）第１７巻の　３３５〜３３７　頁（
１９７０年）には、ダブリュ・ストライファ（Ｗ．Ｓｔ
ｒｅｉｆｆｅｒ）及び、ジェー・ホワイネリー（Ｊ．Ｗ
ｈｉｎｎｅｒｙ）によって、ドップラシフトは、レーザ
の望ましくないスペクトルの広がりを生じることが示さ
れている。この問題の解決法の１つは、レーザ共振器の
内部に第２のＡＯＴＦを設けて、第１のＡＯＴＦが加え
るドップラシフトを相殺することである。この場合、Ａ
ＯＴＦキャビティの縦モードは、従来の２つのミラーキ
ャビティと同じである。数人の著者がこのタイプのキャ
ビティ設計について報告している。

【００４２】一方、本発明によれば、ドップラシフトを
利用して、レーザの縦モードを同調させることができる
。これは、上述の連続同調式回折格子キャビティにおい
て行われたキャビティ長の調整に取って代ることになる
。

【００４３】この働きについてより理解を深めるため、
もう１度、図１の回折格子同調式キャビティについて考
察する。レーザ長が、キャビティ長Ｌに比べて小さい増
分ｄＬだけ増大するものと仮定する。さらに、定速ｖで
移動するものと仮定する。式１を利用すると、ｑ次縦モ
ードの同調速度は、

【００４４】

【数５】

【００４５】従って、レーザ周波数は、回折格子の速度
に比例する定速で変化する。

【００４６】モード同調速度は、代替観点に立って計算
することも可能である。回折格子が移動するので、それ
から反射する光は、ドップラシフトする。周波数ｆｑ　
が、速度ｖで離れていく回折格子に入射するビームの周
波数であれば、反射ビームの周波数は：

【００４７】

【数６】

【００４８】反射による周波数の変化は：

【００４９】

【数７】

【００５０】さらに、キャビティにおける光のラウンド
トリップに要する時間間隔は：Ｔ＝２ｎＬ／Ｃ周波数は
、各ラウンドトリップ毎にシフトするので、レーザ周波
数の変化速度は、

【００５１】

【数８】

【００５２】これは、式１から直接計算したのと同じ答
である。問題は、従来のキャビティ内において回折格子
またはミラーを並進させると、ミラーまたは回折格子の
移動によるドップラシフトによって、レーザの縦モード
が同調されるということである。キャビティ内において
ドップラシフトを生じさせる他の手段も、同じことにな
る。ＡＯＴＦは、こうした手段の１つである。

【００５３】図３に示すように、連続して同調されるＡ
ＯＴＦレーザを連続利用することが可能な、いくつかの
可能性のある実施例が存在する。どの場合にも、直列を
なす２つのＡＯＴＦが設けられている。２つのＡＯＴＦ
は、また、レーザ周波数にドップラシフトを生じさせる
が、現在利用可能なＡＯＴＦの場合、１つのＡＯＴＦし
か利用しない周波数の偏移量は、大きすぎて、役に立た
ない。このため、２つ以上のＡＯＴＦが用いられる。正
確に同じ周波数で装置を駆動することによって、ドップ
ラシフトを正確に相殺する代りに、本発明によれば、わ
ずかに異なる音響周波数ｆａ１及びｆａ２で駆動する。 式４に上述のように、フィルタの光学バンドパスもわず
かにオフセットすることになるが、ｆａ１及びｆａ２の
間隔が密である限り、バンドパスの離調は、重要ではな
い。

【００５４】２つの一般的なクラスのＡＯＴＦキャビテ
ィ、すなわち、線形キャビティと環状キャビティがある
。線形キャビティの場合、キャビティのラウンドトリッ
プ１回について２回、光ビームがＡＯＴＦを通過するこ
とになる。この場合、ドップラシフトによるラウンドト
リップ毎に生じる光の周波数の正味変化は、２（ｆａ１
〜ｆａ２）である。キャビティのラウンドトリップ時間
がＴの場合、モデルのチャープ速度は： ｄｖ／ｄｔ＝２（ｆａ１−ｆａ２）／Ｔ環状キャビティ
の場合、ラウンドトリップ毎に１回だけ、ビームがＡＯ
ＴＦを通過する。従って、上述の式に生じる“２”分の
１に低下するのが望ましい。

【００５５】周波数ｆａ１及びｆａ２が、一定に保たれ
るが、異なる場合、該モードは、フィルタの帯域幅外に
おいて、すぐに同調する。これは、回折格子の角度が固
定され、回折格子が、回折格子で同調されるＥＣＬにお
いて並進する場合に生じるものと同じである。どちらの
場合にも、モードホッピングが生じる。ＡＯＴＦを連続
して同調させるため、ＡＯＴＦのバンドパスを同調させ
て、チャーピングモードを追跡しなければならない。や
はり、これは、連続的に同調される回折格子キャビティ
に類似している。回折格子同調式レーザの場合、回折格
子の角度及び回折格子の位置は、連続同調のため同時に
調整しなければならない。ＡＯＴＦ同調式キャビティの
場合、２つのＡＯＴＦに関する絶対駆動周波数は、連続
同調のため、同時に調整しなければならない。

【００５６】例えば、実験用に構成されたいくつかのＡ
ＯＴＦ装置について考察する。これらの装置は、１３０
０ｎｍのレーザ波長領域に関して設計されている。約１
００ｎｍのレーザの掃引が望まれる。約２０００ＭＨｚ
で駆動される場合、ＡＯＴＦフィルタのバンドパスは、
１３００ｎｍに中心がくる。光のラウンドトリップ時間
が１ナノ秒で、２（ｆａ１−ｆａ２）が１０ＫＨｚ　の
場合、チャープ速度は、１０，０００ＧＨｚ／秒、すな
わち、約５６ｎｍ／秒である。従って、２秒たたないう
ちに、１００ｎｍ　の全同調範囲を走査することができ
る。

【００５７】図３〜図５は、本発明を例示する、ＡＯＴ
Ｆを用いた３つの光学掃引発掃器の概略図である。上述
のように、図３及び図４の掃引器の場合、フィードバッ
ク経路において、光は、ＡＯＴＦ１、ＡＯＴＦ２を通っ
て２回伝搬するが、図３の環状構成の場合、光は、２つ
のＡＯＴＦを通って１回しか伝搬しない。さらに、もう
１つの差は、注目に値する。図３の場合、レーザ１０２
は、片側だけしか、反射防止コーティング１１２を施す
必要がない。周知のように、反射防止コーティングは完
全ではなく、若干の残留屈折が必ずこうしたコーティン
グに生じ、レーザ１０２にスプリアス発振または不連続
同調が生じる。このため、図４、図５の掃引器における
コーティング１５２、１５４のような、レーザの両側に
おける反射防止コーティングを利用することが望ましい
。これは、実際には、別様であれば、高品質の反射防止
コーティングに関する厳格な要件を緩和する効果がある
。図６は本発明の望ましい実施例を表した光学掃引発振
器の概略図である。図６に示すように、掃引器２００に
は、レーザ２０２が含まれており、その両端には、反射
防止コーティング、レンズ２０４、偏光を維持する（フ
ィードバック）ファイバ２０６、２つのＡＯＴＦ２１０
ａ、２１０ｂを含む一体光学フィルタ２１０、偏光子２
１２、及び、２つの電子装置２２２、２２４が設けられ
ている。駆動装置２２４は、同調制御装置２２６によっ
て制御される。方向性結合器２３２によって、ファイバ
２０６が出力２３４に結合される。もう１つの方向性結
合器２４２によって、ファイバ２０６が、偏光子２５２
、フォトダイオード２５４、及び駆動装置２２２に制御
を加える制御回路２５６を含むフィードバック制御経路
に結合される。レーザ２０２は、特定の線形偏光をファ
イバ２０６に送り出し、前記光は、第１のＡＯＴＦ２１
０ａによって直交偏光に変換される。こうして変換され
た光は、偏光子２１２によってフィルタリングを施され
、第２のＡＯＴＦ２１０ｂによってもとの偏光に変換さ
れて、光学アイソレータ２６２に通され、その後、レー
ザ２０２に送り返されて、さらに、フィルタ帯域幅の範
囲内における発光が誘発される。ファイバ２０６におけ
る光の一部も、方向性結合器２４２によって、フィード
バック制御経路に結合される。偏光子２５２を利用して
、レーザ２０２から放出されるもとの偏光の振幅、ある
いは、代替案として、直交偏光の振幅を検出することが
できる。こうした光の振幅は、フォトダイオード２５４
によって検出され、前記振幅は、制御回路２５６によっ
て、駆動装置２２２の周波数ｆａ２の制御に用いられる
。

【００５８】図６の掃引器は、従って、図５のミラーの
代わりに、光ファイバを利用する環状構成として実現さ
れる。光学アイソレータ２６２は、環状構成に強制的に
単方向性発振を生じさせ、この結果、２３４において２
つの方向性結合器の出力ポートの一方だけから光が出力
されることになる。両方のＡＯＴＦは、図示のように、
同じ基板上で直列をなしているが、もちろん、ファイバ
に接続された別個の基板に設けることも可能である。

【００５９】レーザを特定の波長に同調するため、コン
ピュータまたは手動による制御を利用し、式４の関係を
用いてｆａ２の同調が行われる。この結果、音響光学フ
ィルタの中心周波数が所望のレーザ波長に設定される。 次に、駆動装置２２２を利用して、レーザ光発生キャビ
ティモードが音響光学フィルタの中心周波数に同調され
る。 光学周波数が高すぎる場合には、ｆａ１を同調させて、
ｆａ２未満になるようにし、これによって、光学周波数
が、式７で得られる速度で低周波数に同調される。光学
周波数が低すぎる場合には、ｆａ１は、ｆａ２を超える
ように同調される。実際には、図４に示すように、自動
フィードバック制御ループによって駆動装置２２２を制
御するのが望ましい。光信号の中心がＡＯＴＦフィルタ
のバンドパス内にある場合、フィルタリングを施される
偏光は、最大になり、直交偏光は、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を利用して、偏光の一方または両方を選択す
ることができる。制御方法の１つは、フィルタリングを
施される偏光信号が最大になるまで、ｆａ１を同調する
ことである。標準的なデイザ制御回路が用いられること
になる。

【００６０】図７は、図６のシステムの一部に関する部
分概略図及び部分断面図であり、本発明の望ましい実施
例が示されている。単純化のため、同じ図において、同
一のコンポーネントは、同じ番号で識別される。例えば
、システム２００の構成を単純化するため、レンズ２０
４は、ファイバ２０６の両端の円形部分によって形成さ
れているだけである。

【００６１】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、機械的回
折格子を用いて、ドップラシフトを生じさせる代わりに
、複数の音響光学的に同調可能なフィルタ（ＡＯＴＦ）
を用いることによって、周波数偏移、従って、レーザの
同調を行うことが可能な、ヘテロダイン受信器、ネット
ワークアナライザ、スペクトルアナライザ、シンセサイ
ザ、及び、掃引器を含む上述の光学計器に用いることが
できる光学掃引発振器が提供される。

【００６２】本発明は、望ましい実施例及び他の特定の
例に関連して説明を行った。もちろん、付属のクレーム
によってしか制限されない、本発明の範囲から逸脱する
ことなく、さまざまな修正を加えることが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の光学掃引式発振器を説明するための連続
同調型回析外部キャビティレーザーの回路図である。

【図２】本発明を説明するための同調レーザのスペクト
ル特性を示している。

【図３】本発明を説明するためのＡＯＴＦを用いた光学
掃引発信器の概略図である。

【図４】本発明を説明するためのＡＯＴＦを用いた光学
掃引発信器の概略図である。

【図５】本発明を説明するためのＡＯＴＦを用いた光学
掃引発信器の概略図である。

【図６】本発明の好適実施例を説明する光学掃引式発振
器の概略図である。

【図７】本発明の好適実施例を説明するための図６のシ
ステムの部分の部分断面図である。

【符号の説明】

２００　　掃引器 ２０２　　レーザ ２０４　　レンズ ２０６　　フィードバックファイバ ２１０　　一体型フィルタ ２１２　　偏光子 ２２２　　駆動装置 ２２４　　駆動装置 ２２６　　同調制御装置 ２３２　　方向性結合器 ２５２　　偏光子 ２５４　　フォトダイオード ２５６　　制御回路 ２６２　　光学アイソレータ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】第１の通過帯域内の１又はそれ以上の縦モ
   ードの光を供給する発信器手段であって、前記帯域通過
   の帯域幅は前記発信器手段の第２の所定の利得帯域内に
   あり、前記発信器手段は光を発生するためのレーザーと
   前記モードで発光させるべくフィードバック経路内でレ
   ーザーからの光をレーザに戻すためのフィードバック手
   段とを含む、前記発信器手段と；前記フィードバック経
   路内の複数の音響同調可能フィルタであって、各フィル
   タは縦モード周波数のドップラシフトを引き起こし、そ
   の場合に、前記フィルタは前記複数のフィルタにより引
   き起こされたドップラシフトが完全に相殺されずに縦モ
   ード周波数の正味ドップラシフトが生じるようなもので
   あり、前記生じドップラシフトは連続的に調整されて縦
   モードが第２の所定帯域幅を掃引し帯域通過帯域幅がモ
   ードホッピングを防止するために掃引モードに追従する
   、前記複数の音響同調可能フィルタと；とから成ること
   を特徴とする光学発信器。