JPH0646664B2 - 光導波管装置及びそれを用いたレーザ - Google Patents

光導波管装置及びそれを用いたレーザ

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JPH0646664B2 JP60502913A JP50291385A JPH0646664B2 JP H0646664 B2 JPH0646664 B2 JP H0646664B2 JP 60502913 A JP60502913 A JP 60502913A JP 50291385 A JP50291385 A JP 50291385A JP H0646664 B2 JPH0646664 B2 JP H0646664B2
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Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 本発明は、光導波管装置及びそれを用いたレーザに関
し、特に光導波管に導入される光エネルギの波長を選択
して選択された波長の光エネルギのみを増幅する光導波
管装置及びそれを利用したレーザに関する。
１９８２年８月３日にジヨン・ダブリユー・ヒツクス、
ジユニア（John W．Hicks，Jr.）に公布され本願出願人
と同一人に譲渡された米国特許第４，３４２，４９９号
は中心波長の1/1000の狭さの波長の選択的なフイルタリ
ングを可能にする２信号モード フアイバ導波管の同調
された分散的側部結合の利用を開示している。従つて中
心波長が約１ミクロンであれば波長フイルタリングに対
する分散的側部結合の方法を用いて約１０オングストロ
ームの線幅を一方のフアイバから他方のフアイバに対し
てフイルタリングすることができる。
本願と同一出願人に譲渡され、ここに参照して組み入れ
られている１９８４年６月２８日提出のジヨン・ダブリ
ユー・ヒツクス、ジユニア（John W．Hicks，Jr.）によ
る係属中の出願第６２５，５４３号によれば、光フアイ
バ通信装置において用いるための共振空洞フイルタ装置
が開示されており、それにより電磁スペクトルのここで
も１ミクロンの領域のベース波長から５０．１オングス
トロームないし０．０１オングストロームの領域の線幅
をフイルタリングすることができる。この後者の装置で
は直線形状またはループ形状の光学導波管が共振空洞と
して用いられ特定の狭いスペクトル線に同調させられ
て、ベース波長の光エネルギーが望むらくは単一モード
で伝搬される幹線とフイルタリングされた線幅が情報ま
たは信号搬送チヤネルとして送られる分岐線との間で側
部結合される。
これらの一般的な類型の狭い線幅のフイルタリング装置
の主要な目的は単一の光学導波管もしくは幹線により搬
送され得る情報担持チヤネルの数を拡大することであ
る。例えば、０．０１オングストロームの狭さの線幅を
フイルタリングする能力は、時間領域でのマルチプレク
シングの必要なしに１００万個のチヤネルを単一の伝送
フアイバ上に獲得することを、少なくとも数学的もしく
は物理的論拠によれば、可能にする。明らかに、現在の
通信技術の状態では理論的に獲得可能なチヤネル数より
数オーダー低い大きさのチヤネル数を担持し得る実際の
光学導波管装置は相変らず非常に有効なものとされてい
る。
上述の光フアイバ導波管のフイルタリング装置を追及す
る際、共通幹線からの線幅が狭いチヤネルの連続するタ
ツプにおける光エネルギー損失の結果としての限界に出
会う。かくて線幅フイルタリングに対する共振空洞の方
法は、単一幹線通信装置のいくつかの分岐線の１つに対
して極めて狭い線幅に関する大きな可能性を与えるけれ
ども、幹線からの連続するタツプにおける光エネルギー
損失の蓄積により制限される。このことについては第１
に各々のタツプが所望の波長を移すのみならずそのわき
に並ぶものをも除去することに注目すべきである。従っ
て連続する各々のタツプが単にそれ自体に所望される波
長の伝送エネルギーを低減するのみならず複数の波長の
伝送エネルギーをも低減させる。各々のタツプにおいて
抽出されるエネルギー量を制限することによつてそのよ
うな損失を低減させることは、今度は、所望の波長にお
けるエネルギーの最小量（例えば伝送エネルギーの５％
以上）が最終的に分岐線に対しその中で適切に伝搬する
ために伝えられねばならないという要請によつて制限さ
れる。
光学導波管の潜在的な情報搬送能力を追及する際のもう
１つの問題は、溶融シリカから成り、何らかのしんと被
覆内でしんより低い屈折率を獲得するための物質でドー
ピングされた被覆の伴なう現在の光学導波管フアイバが
単一モードの光エネルギーを非常に低い損失で伝搬する
大きな可能性を表しているけれども、特定領域の光学ス
ペクトルに限定されることである。例えば、溶融シリカ
は特に１ミクロンより少し大きい、より詳しくは約１．
３４ミクロンの波長に対して特に透過性がある。比較的
雑音が無い信号搬送波を発する能力があり、またこのス
ペクトル領域の波長を光学導波管フアイバに導入する能
力があるレーザ光源は少なくとも現在のところでは高価
である。比較的安いレーザダイオードが入手可能である
が、低コストで雑音が無い動作と最適スペクサル領域で
の動作との結合はレーザダイオード技術の現状では達成
するのに費用がかかる。
それ故、光学通信分野においては、光学導波管内での効
率の良い伝播能力がある雑音の無い信号搬送波の開発
と、光学導波管内で伝搬する光エネルギー、特に例えば
光学導波管幹線内で伝搬される帯域からタツピングされ
るかまたはフイルタリングされる波長の光エネルギーの
増幅との両方に対する有効な方法に対する緊急な必要が
存する。
発明の要約 本発明によれば、光学導波管内で伝搬される選択された
波長の光エネルギーが共振空洞フイルタ装置の一部にお
いて増幅される。１つの実施例ではネオジミウム、エル
ビウム、もしくは他の能動利得物質を含む光学導波管に
よつて定められる能動空洞内で選択された波長を共振さ
せることにより、また利得物質のエネルギーが選択され
た波長に渡されるのに十分な励起状態にまで空洞をポン
ピングすることにより光エネルギーが増幅される。能動
物質の選択された放出帯域における妨げられない利得を
与えるために、能動物質の選択された放出帯域を抑止す
る手段、例えば分散的結合を空洞内またはその出力に含
めることができる。
能動共振空洞はしんとしんよりも低い屈折率を持つ被覆
を有し、対象とする波長のための連続的な空洞を与える
ための分散的結合によつて相互結合された部分を伴う光
フアイバであることが望ましい。そのような光フアイバ
内でのモード伝搬がしんと被覆の内側領域のすみずみま
で拡がるので、利得物質をしん、被覆またはその両方内
に組み入れるることができる。かように、利得物質は光
フアイバ内でモード伝搬が存在する部分にのみ存在する
必要がある。空洞の利得物質を含む部分は望ましくは波
長が０．８２ミクロンないし０．８８ミクロンの範囲の
レーザダイオードによつて空洞の一端におけるフアイバ
延長部分を通じてポンピングされる。利得物質が例えば
ネオジウムでドーピングされたガラスであつて１．０６
ミクロンと１．３４ミクロンとの両方の波長で動作する
場合、現在の光学導波管伝送にあわせてアツセンブリの
出力を所望される１．３４ミクロンの波長領域に閉じ込
めるため分散的側面結合が用いられる。
主導波管もしくは幹線に沿つた連続的な分岐線タツプを
含む高密度通信装置では、非常に小さな率のエネルギー
のみを移し、次いでそれをさらに１つの空洞のようなさ
らに１つのフイルタ段階の部分で増幅し、最終的に分岐
線内に伝搬されるべく、幹線に側部結合された受動空洞
である入力段階を伴う１つまたはそれ以上の共振空洞フ
イルタ段階を用いることによつて特定の波長を各々のタ
ツプにおいて選択できることが望ましい。そのような増
幅を果たすために、少なくとも１つのフイルタ段階が能
動物質のレーザ作用しきい値より低いレベルまでポンピ
ングされる利得物質を有する能動導波管部分を含む。低
密度装置のためには単一のフイルタ／増幅器を用いるこ
とができる。
しかしながらソースまたは信号ジエネレータが所望され
る場合には、空洞の共振波長における誘導放出を成し遂
げ、かくて共振空洞を発振に導くために、光学導波管し
んの利得物質のレーザ作用しきい値より上で、ポンピン
グレーザダイオードを伴う共振空洞の組織的構成を代替
的に用い得ることも考えられる。
従って本発明の目的は、広い波長範囲の光信号の中か
ら、少なくとも１つの選択された光信号を含む狭い波長
範囲の光信号を取り出し、それを増幅する光導波管装
置、及びそれを利用したレーザを提供することである。
本発明の上記目的は、選択された光信号を含む広い波長
範囲の光信号と共振する光導波空洞と、選択された波長
範囲を含む波長帯と共振し、増幅機能をもった光共振利
得空洞とを備え、前記光導波空洞と前記共振利得空洞と
が前記選択された光信号の波長に関しては共通的に共振
する、所謂コレゾナントすることにより達成される。
図面の簡単な説明 第１図は光フアイバ通信装置の一部分を示す概略図であ
つて、選択された帯域内の多数の情報担持波長を送るた
めの幹線と、幹線内で送られる波長から情報担持波長の
うち選択されたものをフイルタリングしまた増幅する装
置を示している； 第２図は第１図に例示されたフイルタ／増幅器の１つで
あつて、選択された波長を幹線内で送られるものから環
状空洞手段によつて移すための装置の概略図である； 第２Ａ図は第２図に例示されるフイルタ／増幅器の代替
的実施例に関する概略図である； 第２Ｂ図は第２Ａ図の実施例の一部分に関する断片的拡
大側立面図である； 第３図は本発明の好ましい実施例における共振ループを
閉じる分散的側部結合に関する断片的拡大断面図であ
る； 第３Ａ図は第３図の線３Ａ−３Ａ上の拡大断面図であ
る； 第４図は直線形空洞を用いた本発明の代替的実施例に従
つて構成された空洞フイルタ／増幅器を例示している； 第５図は第４図において用いられている直線形利得空洞
の代替的実施を例示している； 第６図は単一のフイルタ／増幅器段階を用いた本発明の
さらに１つの実施例を例示している。
第７図は第２図の実施例に機能的に類似しているフイル
タ／増幅器の一実施例を集積化した光学的形状で例示し
ている； 第８図は本発明に従うフイルタ／増幅器のもう１つの実
施例を例示している； 第９図は本発明に従う１つの信号ジエネレータの概略図
である； 第１０図は本発明に従う１つの信号ジエネレータの概略
図である； 第１１図は代替的な信号ジエネレータ実施例の概略図で
ある； 第１２図はさらに１つの信号ジエネレータ実施例の概略
図である； 第１３図は第１２図の実施例に適用し得る共振空洞波形
の比較を表わす曲線図である。
好ましい実施例の説明 本発明によれば、光学的な信号または波長をフイルタリ
ングしまた増幅すべく機能する光学装置を第１図に例示
されそこで全体として参照番号１０で指示される型式の
光学通信装置と共に利用することができる。第１図に示
されるように、通信装置１０はあらかじめ定められた帯
域上に分布する複数の情報担持波長を送る幹線Ｔと、本
発明により以下により詳しく述べるところの光学フイル
タ／増幅器装置１２によつて幹線Ｔに結合される複数の
分岐数Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３・・・Ｂｎとを含む。第１図の
通信装置１０は電気通信によく適合する開ループ装置を
表わしている。高密度装置および低密度装置の両方が受
け入れ可能であり、また理解されるように、通信装置１
０全体は制御装置やデータ処理回路網において普通にみ
られる閉ループ装置を定めるためにそれ自身において閉
じることもできる。
好ましい動作環境では、幹線Ｔが選択された帯域に渡つ
て互いに間隔をおいている複数の情報担持波長を送る。
例えば通信装置が１．３４ミクロン領域のスペクトルの
光エネルギーを用いる高密度装置では、幹線Ｔが各々１
００ＭＨｚである１０，０００個のチヤネル、即ち１．
０オングストロームの間隔をおいた１０，０００個の情
報担持波長を支持することができ、ここでは１．３４ミ
クロンを中心とする広さ１，０００オングストロームの
帯域が用いられている。当業者には理解されるように、
幹線Ｔ内で送られる情報担持波長の数の大きさのオーダ
−を１またはそれ以上増大させるためにこの例証的な帯
域を広げることまたは波長間隔を減少させることができ
る。
選択された波長を分岐線Ｂｎに沿つて伝搬させるために
幹線Ｔから転送する際、必要とする最小の光エネルギー
のみを幹線から移すことが重要である。なぜなら各々の
分岐線は幹線内のスペクトルエネルギーにおいて選択さ
れた波長のみならず関連する共振オーダーについても次
々に累積する減少を意味するからであつて、これは以下
に第２図に関して詳しく説明する如くであり、そこでは
エネルギーの流れが矢印で示されている。
高密度通信装置に関しては、第２図に示される本発明の
好ましい実施例において、フイルタ／増幅器１２が幹線
Ｔから所望される波長を選択的に移し、移された波長を
増幅し、そして増幅された波長を分岐線Ｂｎに与えるた
めの多段階装置を含む。かくて、この実施例におけるフ
イルタ／増幅器１２は受動的な入力共振環境状空洞即ち
ループ１４、能動的な、即ち利得を与える出力共振環状
空洞即ち利得ループ１６、それに入力および出力共振ル
ープの中間に位置する能動的利得提供共振環状空洞、即
ち中間ループ１８を含む。それらのループは各々の入力
および出力結合線即ちリンク２０および２２、それにポ
ンピング光を利得ループ１６と１８内に与える一対のポ
ンピング光源によつて互いに結合される。ループとそれ
らの結合線が単一モードフアイバから成ることが望まし
い。
高いチヤネル密度を受け入れるためにはこの実施例のフ
イルタ／増幅器１２が３段階フイルタリング技術を広く
用いており、それは前述の別途出願第６２５，５４３号
に記述されかつ特許請求されているごとくであつてそれ
によれば（本実施例ではループ１４、１６および１８の
ような）フイルタ段階が空洞の実効光学長の半波長に対
する整数倍である波長と共振すべくわずかに異なる長さ
から成るが全ての段階においてただ１つの波長に関しコ
レゾナント（co-resonant）である。それ故、各々の空
洞が複数の波長、即ち空洞の正確な長さにより決定され
る対象とする波長およびその関連共振オーダーと共振す
る。しかしながら１つまたはそれ以上の空洞は、選択さ
れた波長のみがそれらの段階を通じて分岐線に送られる
ように他の空洞と共通はするが関連オーダーが異なる選
択された波長と共振するように、光学長がわずかに異な
つている。空洞は熱的に制御されるかまたは圧電気的な
プレート等の上に各々取り付けることにより同調させら
れまたは安定化される。さらに、安定基準を用いたフイ
ードバツク装置を用いることができる。
本実施例では、入力共振ループ１４が結合２６を通じて
それ自身に側部結合され、特定の分岐線のための対象と
する選択波長を含む特定の波長のみ支持する、即ち共振
する物理的特性、例えば選択された長さを有する短い閉
ループにより定められる。かくて、入力共振ループ１４
は空洞の実効光学長の波長の整数倍である複数の波長
（特定の分岐線Ｂｎに送り出すべき選択波長を含む）を
選択的に支持する。幹線Ｔにおける抽出損を最小化する
ために、入力共振ループ１４が幹線内を伝播する波長の
エネルギーのうち非常に小さな部分のみを抽出する弱い
側部結合２８によつて幹線に接続され、そのような入力
結合２８については例えば２％の結合効率が適当であ
る。
入力結合リンク２０は入力共振ループ１４と中間ループ
１８の両方に各々の側部結合３０と３２を通じて側部結
合されるが、一方出力結合リンク２２はループ１８と出
力ループ１６の両方に各々の側部結合３６と３８を通じ
て側部結合される。最後に、出力結合１６が側部結合４
２によつて幹線Ｂｎに結合される。側部結合は１９８２
年２月１６日にジヨン・ダブリユー・ヒツクス、ジユニ
ア（John W．Hicks，Jr.）に公布された“結合通信フア
イバ（Coupled Communication Fibers）”と題し、その
開示が参考として本文に組み入れているところの米国特
許第４，３１５，６６６号に開示されている回転非対称
光フアイバを用いて作成できる。側部結合には他の装置
を用いることもでき、また能動ループに関して後述する
ような分散的結合もしくは端部ポンピングを必要としな
い（受動ループ１４のような）ループは突合せ結合によ
つて閉じ得ることにも注目すべきである。
２つの利得提供ループ１６と１８はある長さの光フアイ
バによつて定められ、各々１つの端部がレーザダイオー
ドのようなポンピング光源２４に結合され、またもう１
つの端部はこれも少なくとも対象とする波長を支持する
共振特性を有する閉ループを定めるべく、後述する波長
選択側部結合３４を通じてそれ自身の上に結合される。
利得ループ１６と１８がそれから作成される光フアイバ
Ｆは第３Ａ図に最も明確に示されており、しんＣＯを含
みそれがしんより低い屈折率を有する被覆ＣＬによつて
囲まれている。導波管は単一モード導波管であつてその
しんは１．３４（または１．０６）ミクロン領域の伝送
信号を支持すべく寸法づけられ、従つて側部結合は例え
ばネオジウムの場合に０．８ミクロン領域にあるポンプ
出力のより短い波長の転送を本質的に冷遇する傾向があ
る。
当該技術においては、フアイバＦ内で１つまたはそれ以
上の電磁モードとして伝搬される光エネルギーの主要な
率がしんＣＯ内に閉じこめられるけれどもエネルギーの
３０％位は第３Ａ図でしんＣＯの外周と破線の円Ｃとの
間の環によつて表わされる、被覆ＣＬの内側領域内で伝
搬されることが知られている。フアイバＦ内のモード伝
搬のエネルギー分布の故に、伝搬される光エネルギーの
増幅がしんＣＯ、被覆ＣＬ、または被覆としん、ＣＬお
よびＣＯの両方における利得媒体の包含により果たされ
る。利得媒体とポンピングエネルギーの最も有効な利用
は、特に単一モードフアイバにおいて、利得媒体がしん
に閉じ込められ、またポンピングエネルギーがしんＣＯ
の端部の端に軸的にもしくは端部結合によつて導入され
る場合に生じる。他方、利得物質を被覆ＣＬ内に、ある
いは少なくとも第３Ａ図の破線による円Ｃにより表わさ
れる、被覆内のエネルギー伝播領域内に与えることは、
フアイバＦとの側部結合を通じて利得媒体に導入される
ポンピング光エネルギーの有効な利用を可能にする。利
得物質を被覆内に置くことによる付加的な利点は励起さ
れた利得物質の動作により熱消散がより良くなることで
ある。
フアイバＦの能動部は能動的な利得媒体、または１つも
しくはそれ以上の吸収波長において光エネルギーを吸収
して他の１つもしくは複数の放出波長において光を放出
するレーザ作用媒体でドーピングされたホストガラス
（host glass）から作成される。利得物質はネオジウム
であることが好ましいが、テルビウムおよびエルビウム
を含む他の希土類物質も同様に適する。ホストガラス内
のドーパント濃度は特定の適用に関して必要な最小利得
により定められる下限から利得ループ１６と１８内の濃
度クウエンチング（quenching）によって定められる上
限まで変化する。一般に、０．１％ないし３０％（重量
比）の範囲の濃度が適当である。ホストガラスはアルカ
リ土類珪酸塩を含むのが好ましいけれども、ゲルマニウ
ム酸塩、リン酸塩およびホウ酸塩ガラスも同様に適す
る。ポンピング光源２４のレーザダイオードは特定の能
動物質の吸収帯域の１つの中の波長、即ち能動物質がネ
オジウムである場合には０．７８−０．８８ミクロンの
波長の光出力を有すべく選択される。
例証的な実施例では、第３図に示される如く、利得物質
がしん内に含まれ、０．８１ミクロンないし０．８８ミ
クロンの出力を有するひ化ガリウムダイオードのような
経済的なレーザダイオード２５が顕微鏡対物レンズのよ
うな適当なレンズ２７によつてループ１６と１８を形成
する各々のフアイバの一端３５に焦点正合される。ダイ
オードは電力源２９によつて駆動され、それは以下の記
述から明らかになる理由により調整可能または可変的で
あることが望ましい。光源２４は光源２４の出力がフア
イバのしん内にループに沿う信号流の方向に送られるよ
うに、そのループを定める光フアイバに端部結合され
る。ポンピング光エネルギーが利得ループ１６と１８の
各各に入つて循環する際、利得物質が光子を吸収し、そ
れに伴つて電子のエネルギー状態が高くなる。用いられ
る能動利得物質によつて、物質特有の放出スペクトル間
での自発放出が生じ得る。ネオジミウムが利得媒体とし
て用いられる場合、自発放出が１．０６ミクロンを中心
とする帯域内で生じ、またそれと共にスペクトルの１．
３４ミクロン領域でも放出が生じる。幹線Ｔ内に伝播す
る対象とする信号の帯域が現在スペクトルの１．３４ミ
クロン領域に存するので、利得ループ１６と１８の特性
は後者のスペクトル領域の波長が選択的に支持されるよ
う、以下に第３図に関して記述すように、好ましく定め
られる。
第３図に示されるように、利得ループ１６と１８の各各
を閉じる側部結合３４は共振ループを所望の１．３４ミ
クロン領域内に存する波長のみに共振するようにその結
合が調整され、それによつて１．０６ミクロンの共振に
対しては、それを阻止するように分散型になつている。
波長選択分散的側部結合３４は、例えばループの重なり
合う部分を共に溶かして重なり合うフアイバ部分を逓変
させるべくそれらをわずかに引張るかまたは引くかする
ことにより逓変させられ、次いで波長選択的結合を達成
するようにループ１６と１８の境界部分の間で波長に依
存する分散の違いを生じさせる。波長選択分散的側部結
合に関する十分な開示は１９８２年８月３日にジヨン・
ダブリユー・ヒツクス、ジユニア（John W．Hicks，J
r.）に分布された“通信同調構成（Communications Tun
ing Construction）”と題する米国特許第４，３４２，
４９９号に見出すことができ、その開示はここに参照し
て組み入れられている。
従つて、ループを構成する光フアイバの選択された長さ
により定められる利得ループ１６と１８、および波長選
択側部結合３４は、所望される１．３４ミクロンの放出
帯域または領域の波長を選択的に支持し、またその伝送
波長より長いかまたは短い信号および雑音の両方の波長
を差別する特性を有し、ネオジミウムが利得物質として
用いられる場合には主要な１．０６ミクロンの放出帯域
も差別される。抽出された波長を後に第７図に関して述
べるように発振させるのではなくてその増幅を与えるた
めに、ループに対する最大入力パワーがレーザ作用しき
い値以下に制御もしくは維持され、それによつてループ
内の回転移動損より小さい利得を与えるようにする。
この好ましい実施例では（ネオジミウム利得物質では通
例主要な）１．０６ミクロン領域を制動し、かくて１．
３４ミクロン領域の信号を増幅すべく分散的結合３４を
用いており、それらの信号はシリカフアイバでは分散が
最小であるために現在好都合であるけれども、例えば単
にループ結合を非分散的にしたりあるいはそれを１．３
４ミクロンの帯域を制動すべく分散的にすることによ
り、１．０６ミクロンの領域も用いることができる。同
様に、さらに他の領域の波長の増幅が望まれるならば
１．０６ミクロンおよび１．３４ミクロンのネオジミウ
ムの応答領域を両方共差別すべく利得ループを閉じる結
合３４を設計することができる。１．０６ミクロン帯域
の制動も、抑制すべき帯域内で選択的な強い吸収性を持
つクロミウムまたはタングステンその他の物質で空洞の
しんをドーピングすることにより達成できる。
フイルタ／増幅器１２の総体的な記述を続けると、出力
結合リンク２２は先述のごとく側部結合３６と３８を通
じて中間ループ１８と出力ループ１６の両方に側部結合
される。出力ループ１６は側部結合４０を通じて自分自
身の上に、また側部結合４２を通じて分岐線フアイバＢ
ｎに結合される。入力共振ループ１４や共振利得ループ
１８の場合のように、出力ループ１６は空洞の実効光学
長の半波長の整数倍である波長を支持する。しかしなが
ら、出力共振ループの共振特性は入力共振ループ１４と
中間ループ１８の両方のそれとは異なる波長の組を選択
的に支持するけれども１つの共通な波長、即ちその特定
の分岐線のために要求される波長があるように選択され
る。この波長選択機能は、３つのループの共振線の故意
に異なる組が唯一の共通な共振線を有するものであつ
て、「コレゾナンス」（“coresonance”）と呼ばれ
る。かくて、この実施例では３つのループ１４、１６お
よび１８が全てわずかに異なる長さから成り、各々がわ
ずかに異なつた波長の組を支持するが３つのループ全て
に共通する、即ちコレゾナントな１つの波長（対象とす
る波長）がある。例えば、第１のループ１４が細密度５
０を有するように構成し、ループ１６と１８の長さをル
ープ１４と比較してプラスおよびマイナス２％の長さに
して各々細密度４９と５１を有するようにし、３つの段
階のタツプがバーニヤ同調、即ち５０の立法（５０３）
つまり１２５，０００個の中の１つのチヤネルを選択す
る能力を有するようにする。かくて出力ループ１６と中
間ループ１８の長さは相互に、また入力ループ１４に対
しても、それらの長さが所望されるタツプ波長の波長の
整数倍であるけれども入力ループ内で支持される他の波
長の波長の整数倍にはならないようにわずかに異なる長
さから成つている。それらのループは異なる長さまたは
同じ長さで構成し得るが、例えば各々を別々の加熱室や
圧電板によつて加熱したり引き伸ばすなどして調整され
る。
先に指摘したように、ループ１４に対する入力結合、即
ち結合２８は弱い結合を成し、幹線Ｔに対するループ１
４の影響を最小化すべく例えば２％の結合効率を有す
る。他方、このループ空洞の出力結合３０は１０％の結
合効率を有するより強くまたは密な結合である。このよ
うな結合効率の差異は各々の結合の結合の長さを変えた
り、あるいは側部的に隣接するしんの間隔に差異を与え
ること等により与えられる。すると平均結合効率は６％
であり、それが今度は多重結合に関する公知の方程式に
基づいて１０％のオーダーの伝送効率をもたらす。平均
が６％である他の結合値、例えば結合２８と３０につい
て各々１％と１１％、も適用可能である。
第２と第３の段階、ループ１８と１６は第１の段階の平
均結合効率、即ち６％の近く結合をもつてそれらの各自
の線にクリテイカルに結合されるのが好ましい。かく
て、ループ１８の入力および出力は（ループ１６と同様
に）ループ空洞へのエネルギー入力が全て（利得は全て
無視して）その出力結合において外に転ずるようなクリ
テイカルな結合を与えるべく整合される（実際には両方
が６％の結合効率を有する）。
従つて、上述の好ましい装置では幹線エネルギーの１０
％が（選択された波長で）第１のループ１４により入力
結合リンク２０に転送される。次に、選択された波長の
このエネルギーが全て利得ループ１８に送られ、それが
１０の利得を与えるべく好都合に付勢される。次に、増
幅されたエネルギーが出力結合リンク３８に送られ、ま
たそれを通じてループ１６（これも１０の利得を与える
べく好都合に付勢される）に送られ、次いでそれが１つ
のコレゾナンス波長内のさらに増幅されたエネルギーを
全て分岐線Ｂｎに送る。
３段階装置に関しては、もし第１の段階のために細密度
５０が選択され（共振ピークが５０チヤネルに分割され
る）、また第１の段階の伝送エネルギーが１０％にされ
るなら、この段階は先述の１０，０００チヤネル装置に
おける２００チヤネルのエネルギーの１０％を抽出す
る。抽出された波長は少なくともコレゾナント波長にお
いて中間ループ１８に送られまた１０の利得で増幅さ
れ、そして次に出力ループ１６に送られて１０の利得で
増幅され、そこからタツプ線Ｂｎに送られる。
細密度５０を持つ１００ＭＨｚの帯域に関しては４cmの
ループ長（ループ半径は０．６６cm）が所望される。所
望される１．３ミクロンのまわりの動作波長帯域におけ
る損失を低減するためには０．２のオーダの開口数が好
都合である。後者はネオジミウム ガラス フアイバを
用いてより容易に達成できるので、たとえ第１の段階が
受動段階であるとしても全ての段階は後者から好都合に
作成される。かくて、段階的プロフイール フアイバに
関しては各ループの開口数を０．２に近いかまたはより
大きくすることが好都合である。
第２図の継続された３段階共振器は２つの空洞、例えば
ループ１４と１８のみを用いても構成可能であり、その
場合には細密度５０についてタツプが２５００（５
０２）のうちの１つの線を選択する。より高い細密度
（例えば１００）も例示実施例において用いることがで
き、２段階共振器では選択能力が１０，０００チヤネル
からの１つになる。
あるいはまた第２Ａ図に示されるように、フイルタ段階
のうち１つの段階を他に連結する部分、すなわち第２図
と第４図を参照して記述した実施例のリンク２０と２２
内によつて増幅を与えることもできる。かくて第２Ａ図
で、入力空洞ループ１４′から中間空洞１８′に送られ
る波長を増幅すべくリンク２０′と２２′が能動物質で
作られて結合された波の方向にポンピングされる（結合
リンク２０′に関しては右から左にポンピングされ
る）。同様に、リンク２２′はレーザダイオード２４に
よつてその中での伝送方向に、即ち第２Ａ図に例示され
るごとく左から右へポンピングされる。
第２Ａ図の実施例で、接続リンク２０′または２２′の
いずれかの内で信号エネルギー（と共にポンプエネルギ
ー）の反射を防止するために、リンクの全長に沿つて送
られて端部で反射されるエネルギーがその縦軸に沿つて
戻るよりむしろ軸に対して鋭い角度に向けられてリンク
の外に向けられるように、接続リンクの端部がリンクの
軸に対して１０゜ないし３０゜の鋭角ａ（第２Ｂ図）で
へき開される。
この装置での増幅はかようにしてリンク部で与えられ、
つまり両方の段階の空洞共振器における増幅よりむし
ろ、あるいはそれに加えて２つのフイルタ段階を連結す
る増幅器段階のセグメントにて与えられる。
第４図に示されるごとく直線形空洞共振器も有益であつ
て、図では３つの直線形空洞４２、４４および４６がそ
れらを第１図に関して記述したのと同様の方法で連結す
る結合リンク２０および２２と共に示されている。ルー
プになつてもとに戻り、それら自身に結合されるのでは
なくて、直線形空洞４２、４４および４６は向かい合う
端部に反射装置を有するフアイバセグメントであつて、
空洞４２のためにミラ５０、５２があり、また利得空洞
４４と４６のためには各々ミラ５４、５６とミラ５８、
６０がある。第２図の実施例のように、選択された波長
においてのみコレゾナンスを与えるように各々の空洞が
わずかに異なる長さから成る（あるいは異なる長さに調
整される）。帯域抑圧を与えるために、利得空洞の各々
の出力結合が所望されざる波長の伝送を抑圧する一方選
択された波長を通過させるべく形作られた（第３図に関
して記述したような）分散的結合器であることが好都合
である。例えば、能動空洞４４と４６にネオジミウムフ
アイバが用いられ、また装置の伝送帯域が１．３４帯域
内にある場合、空洞４４と出力リンク２２の間にある結
合もまた空洞４６とタツプ線Ｂｎとの間のそれも１．０
６帯域を抑圧して１．３４帯域を通過させるように構成
される。
第２図のループ実施例と同様の方法で、２つの段階、即
ち空洞４４と４６が利得を与えるべくポンピングされ
る。適当なエネルギーをこれらの空洞に送るために、各
各のポンプ端部にあるミラ、即ちミラ５４と６０がポン
プ周波数（ネオジミウムに関しては０．８ミクロンのオ
ーダー内）を伝送する一方１．３４ミクロンの伝送帯域
内の周波数を反射するべくダイクロイツクに作成され
る。
先述のように、利得空洞４４と４６の出力は特定の帯域
を所望されるところで制動すべくそれらの出力フアイバ
に分散的に結合される。そのような分散的結合に代わる
のは第５図に示されるような内部的分散的結合を有する
空洞を用いることである。この構造では、一対のフアイ
バセグメント６４と６６が第３図に関して前述したよう
な方法で互いに分散的に結合される。
従つて分散的直線形空洞６２からの入力結合と出力結合
は第２図に関して記述したものと同様であるが、空洞そ
れ自体が６８で支持される分散結合を含み、そこでは２
つのフアイバセグメント６４と６６が互いにかぶさる。
２つのフアイバセグメント６４と６６は調整された分散
的結合および共振空洞を共に定める。フアイバ素子セグ
メント６４がその左端部に反射装置即ちミラ７０を有
し、一方セグメント６６がその右端部に同様の装置７２
を所持する。反射装置７０と７２の間の結合長は対象と
する帯域に共振するように選ばれるが、一方この結合は
１．０６ミクロン帯域のような他の選択された波長また
は帯域を制動し、また１．３ミクロン帯域の増幅にはネ
オジミウムが用いられる。直線形分散的空洞およびその
適用に関するより詳しい説明は上述の米国特許出願第６
２５，５４３号に記述されている。
分散的空洞６２の選択性を高めるために、セグメント６
４と６６の非反射性端部もまた損失性（lossy）にする
こともできる。利得空洞として用いるために、ポンプパ
ワが第５図に示されるように非反射性端部の１つに送ら
れる。
またループ空洞および直線形空洞を多段階フイルタの別
個の代替的実施例にて示しかつ記述したけれども両方の
類型の空洞を用いた実施例も考えられることに注目され
たい。
第１の段階が受動的である２段階および３段階の装置に
おいて新しい本利得空洞を用いることに加えて、第６図
に示されるような単一の段階に本発明の概念を用いるこ
とができる；低いチヤネル密度、例えば５チヤネルを有
する幹線装置に用いるのが好都合である。
第６図の単一段階装置はフアイバ７８から形成された共
振ループ７６を含み、フアイバ７８は能動物質から成る
しんを有し、入力部および出力部８２と８４の各々を設
けるべく８０においてそれ自身に結合される。ループ７
６への入力のためにそれは第２図に関し入力結合２８に
ついて記述したのと同様の方法で点８６において弱い結
合により幹線Ｔに結合される。
ポンプパワが光源２４によつてループ内での波の移動方
向に向けて入力され、またループを閉じる役を果す結合
８０はループやタツプが単一のフアイバなので、所望さ
れざる波長、例えば利得物質の広い帯域やまたポンプ帯
域をも制動すべく好都合に分散的に作成される。また第
４図と第５図に示される直線形分散的空洞の１つもまた
低チヤネル密度幹線用の単一段階装置に用い得ることを
理解されたい。
理解されるように、本フイルタ／増幅器は多数の波長の
異なる情報担持信号が用いられる通信網における波長マ
ルチプレクシングを有効に実現し得る装置を提供すべ
く、幹線Ｔ内で得られる多くの波長の１つを選択するよ
うに作製できる。
本フイルタ／増幅器は第１図ないし第６図にて引き抜き
フアイバから構成されるように概略的に例示されている
が、第７図と第８図の実施例を含めて集積化された光学
的形態内のループまたは直線形空洞を用いて作製するこ
ともできる。第７図では集積化利得提供光学装置１００
がホストガラスでドーピングされた利得物質から形成さ
れた基板１０２を含む。基板１０２は幹線または入力チ
ヤネル１０４と分岐線または出力チヤネル１０６を備
え、２つのチヤネルの間に位置する閉ループ共振空洞１
０８を伴う。結合においてチヤネル１０４、１０６と空
洞１０８の間の間隔を制御することにより、例えば入力
チヤネル１０４が弱い側部結合１１０によつて共振空洞
１０８に結合され、また出力チヤネル１０６が強い結合
１１２によつて共振空洞１０８に結合される。またある
一定の波長もしくは帯域に対して選択的に差別を行なう
ためにはチヤネル１０６とループ１０８とがこの結合点
において逓変させることにより出力結合１１２が分散的
にされることに注目されたい。入力および出力のチヤネ
ル１０４と１０６および共振空洞１０８は基板１０２内
に従来の処理技術によつて形成され、それによつて表面
または表面下における誘導された光伝送を支持すべくチ
ヤネルの屈折率が基板に対して変化させられる。ポンピ
ング光は利得物質の吸引スペクトル内の光エネルギーを
含む、図には示されていない適当な光源から基板１０２
に側部から向けられる。側部結合１１０は入力チヤネル
１０４内の波長のエネルギーから選択された部分（例え
ば１％−２％）を共振空洞１０８内に結合する。共振空
洞１０８は入力チヤネル１０４内で送られる帯域内での
共振特性を有するように形成される。基板１０２は入力
チヤネル５２から移された波長を用いて能動物質を励起
し、その波長の利得を増大させる位相放出を刺戟すべく
ポンピングされる。利得が増大した波長は次に例えば上
述のコレゾナント波長選択を果たすもう１つの共振装置
のような波長利用装置に伝搬させるために、側部結合１
１２を通じて出力チヤネル１０６に結合される。
第７図の増幅装置は置換イオン、イオン交換または注入
等のような様々な公知のプレーナ光学技術によつて構成
できる。基板１０２チヤネルとループの（屈折）率を上
げるために用いられる受動イオンを伴う能動（利得）物
質から最初に形成し得る。さらに、基板１０２を受動物
質から成してループ１０８を能動的でありまた（屈折）
率を上げる注入物から形成する一方チヤネルは単に受動
的に（屈折）率を上げる注入物のみから形成する等のこ
ともできる。適当な公知の技術により、チヤネルとルー
プの両方を表面に、または表面下に埋めて設けることが
できる。
第８図では光学利得提供装置１１４が幹線もしくは入力
フアイバ１１６、出力フアイバ１１８、および円筒形基
板１２２の外周のまわりに形成された共振ループチヤネ
ル１２０を含む。ループチヤネル１２０または基板１２
２は先述の方法により利得物質でドーピングされたホス
トガラスから形成される。入力フアイバ１１６は弱い結
合１２４を通じて共振ループに側部結合され、一方出力
フアイバ１１８は同様の方法で結合されるけれども、側
部結合１２４の反対側（図には示されていない）により
密に結合される。側部結合１２４は入力フアイバ１１６
内の波長からエネルギーの一部（例えば１％−２％）を
移してその波長を共振ループ１２０内に結合する効力が
ある。円筒形基板１２２はループ１２０内の能動利得物
質を励起するポンピング光源（図には示されていない）
から端部よりポンピングされる。共振ループ１２０内の
波長は出力フアイバ１１８に結合される増幅された波長
を次の段階または他の信号利用装置（図には示されてい
ない）への伝搬のためにその利得を増大させるべく位相
放出を刺戟する。
先述の各々の実施例では、ポンピング光源２４が分岐線
Ｂｎに伝搬される増幅された光エネルギーを与えるべく
能動的なまたはポンピングされる共振空洞内に利得を生
ずるために適当なエネルギーレベルまで電源２９により
駆動されることに注目されたい。しかしながらすべての
場合において、生じさせられるエネルギー利得は例えば
フアイバ空洞内の伝送損、ループ形空洞の曲率半径によ
る損失、直線形空洞のミラにおける損失、結合損その他
を含む、能動的なまたはポンピングされる空洞の損失を
合わせたものより小さい。換言すれば、能動空洞のレー
ザ作用しきい値、即ち利得が空洞の損失を超え始める点
には決して達することがない。それ故あらかじめ導波管
内に導入されるかもしくは伝搬されている光エネルギー
の増幅に本発明の装置を用いる場合、電源２９はポンピ
ング光エネルギーのレベルをポンピングされる空洞のレ
ーザ作用しきい値より下に保つのに必要なだけ調整もし
くは変化せられる。
他方、ポンピング機能のために選択されたレーザダイオ
ードがポンピングされるべき能動空洞の損失特性に関し
て適当な設計から成る場合、電源２９によつて与えられ
る電流はポンピングされる空洞内に空洞の損失を超える
利得を自発放出から生じさせるべくポンピング光エネル
ギーを増大させるよう調整できる。レーザ作用しきい値
を超えているこの運転条件のもとでは、能動空洞の共振
帯域内での刺戟放出の発振が起きるであろう。従つて第
２図の増幅ループ装置もまた第４図と第５図の直線形実
施例も波長選択的レーザまたは信号ジエネレータとして
適用可能である。
それ故図面の第９図では０．８２ミクロンまたは０．８
６ミクロンで動作するひ化ガリウムダイオードのような
経済的なレーザダイオード１２５が電源１２９を有する
ポンピング装置１２８内に焦点正合レンズ１２７と共に
再び組み込まれている。レーザダイオード１２５の出力
はレンズ１２７により利得ループ１８″の１つの端部に
焦点正合され、利得ループ１８″は上述のごとくに能動
媒体でドーピングされた光フアイバから形成され、結合
１３０を通じてそれ自身の上に分散的に側部結合され、
またさらに側部結合１３２を通じて出力フアイバ１３４
に結合される。利得ループ１８″の物理的特性もまた波
長選択分散的側部結合１３０のそれも利得ループが選択
された波長、光学通信装置の場合には通例１．３４ミク
ロン、に対して共振可能となるように選択される。ポン
ピング光源１２５は能動物質の吸収スペクトル内の、例
えばネオジミウムの場合には０．７８ミクロンないし
０．８８ミクロンの光エネルギーを与え、ポンピング光
はこの実施例ではその物質をレーザ作用しきい値より上
のレベルに保つのに十分な放出の強さを伴う。従つて、
入力の強さは回転移動損を超える利得を与えるのに十分
であり、また利得ループ１８″は分散的側部結合１３０
によつて許容される共振波長、この場合には１．３４ミ
クロンにおいて発振に向かわされ、利得ループ１８″内
で発振している波エネルギーの一部が出力フアイバ１３
４に側部的に結合される。他の全ての波長放出は、利得
媒体としてネオジミウムが用いられている場合、１．０
６ミクロンの放出を含めて分散的側部結合１３２を通じ
て結合しないので、利得ループ１８″内では増幅された
りまたは発振したりしない。
第９図に例示されている上述の装置はかくて現在好都合
な１．３４ミクロン領域におけるフアイバ光学伝送用の
信号ジエネレータとして役立つ比較的パワの高い単純に
して効率の良いＣＷレーザを提供する。当然ながらそれ
はネオジミウムを利得物質として、１．０６ミクロンの
領域がこの物質の主要な放出スペクトルなのでループ１
８″を閉じるのに非分散的結合を用いることによつて
１．０６ミクロン領域で有力に動作するように作成する
こともできる。これに関しては他の物質も用いることが
でき、またこの構造が、所望されるスペクトル領域の外
側であるが空洞の利得物質の吸収領域内にある周波数を
有する、パワの低い経済的なレーザによつてポンピング
される選択された利得物質の共振光学空洞によつて比較
的高いレーザ出力を所望のスペクトル領域にて経済的に
生成する装置を提供することを理解されたい。
２段階空洞装置のコレゾナンスは能動物質の放出帯域内
に単一の線を生じるレーザを提供すべく利用することも
できる。かくて、第１０図では第９図に例示されたレー
ザが付加的な突き合わせ結合された閉ループ空洞１３６
を含み、それが端部を削られまた第１と第２のループ１
８″と１３６に側部結合１４１と１４２によつて各々接
続されるフアイバリンク１４０によつて、ポンピングさ
れるループ１８″と出力フアイバ１３８の間に結合され
るように修正される。多重フイルタ装置におけるよう
に、その付加的な空洞はコレゾナンスによつて第１のル
ープの放出領域から１つの線を選択すべくわずかに異な
る長さから成る。さらに、第２のまたは両方の空洞１
８″と１３６はレーザの選択出力波長を変化させるべく
加熱または伸張によつて変えることができる。
上述のレーザ動作にはループ空洞および直線形空洞の両
方を用いることができる。例えば第１１図に示される、
吸収帯域内のポンプエネルギーは通すけれども放出帯域
のエネルギーは反射する波長差別ダイクロイツクミラ１
４６を通じて１つの端部においてポンピングされる光フ
アイバセグメント１４４により定められる直線形空洞の
ごとくである。第１の空洞を定めるセグメント１４４の
反対側の端部にあるミラ１４８も同様に反射的である。
その直線形空洞が側部結合１５０を通じて第２の空洞、
例えばコレゾナント線を有し、従つてレーザ装置の狭い
出力線を定める、突き合わせ結合または側部結合された
ループ空洞１５２に結合される。第２の空洞１５２は次
に側部結合１５４を通じて出力導波管１５６に結合され
る。第２の空洞に対する側部結合１５０かまたは出力１
５６に対する側部結合１５４のいずれかが先に説明した
ようにして１つまたはそれ以上の放出帯域における出力
を制動すべく分散的結合であつてもよい。
コレゾナント空洞またはデユアル空洞のもう１つの実施
例が図面の第１２図に例示されている。第１２図に示さ
れるごとく、前述したような能動しんを有する第１の直
線形フアイバ空洞１６０は能動物質の放出帯域内での誘
導放出を与えるべくダイクロイツクミラ１６２を通じて
その吸収周波数にてポンピングされる。第２のフアイバ
１６４は側部結合１６５を通じて第１の空洞１６０の１
つの端部の近くに接続され、またミラになつた端部１６
８を有してそれが第１の空洞１６０の第２のミラになつ
ている端部１６８と関連して結合１６５を横切つて伸び
る第２の空洞１７０を与える。第１の空洞は第２の空洞
とコレゾナントにされるが、第２の空洞に対して例えば
１０：１の長さの比を与えるように長くなつており、こ
こで第１の空洞１６０が１０cmであるに対して第２の空
洞１７０が１cmの実効長を有する。その結果、第２の空
洞が第１の空洞に比較して大きなフリースペクトル領域
（第１３図に示すような、隣接する２つの共振波長の間
の間隔）を与える。このスペクトル特性の関係が第１３
図に表わされており、ここで第１の空洞１６０内の波長
共振の数と間隔が曲線Ｌによつて描かれている。比較す
ると、曲線Ｓで例示されているように短い第２の空洞１
７０ではただ１つだけの波長（サイドオーダーも含め
て）のみが共振している。
短い空洞１７０は温度可変室１７２内でのその位置によ
つて温度制御され、また短い空洞を成す第２のフアイバ
１６４の一部に取り付けられた部材１７４のような圧電
装置によつて機械的に制御される。部材１７６のような
もう１つの圧電装置が第１の空洞１６０の一部にそのセ
グメントの外側に取り付けられ、第２の空洞１７０の形
成に協力する。
このレーザ装置は能動物質の放出帯域から単一の線出力
を選択するためにコレゾナンスを用いる。コレゾナント
動作を与えるために、結合１６５は５０％ないし８０％
の転送を与える。なぜなら８０％より上では第１の空洞
が短い空洞からの影響をあまり受けずにフアイバ１７０
を通じて出力するからである。
同調および総対的安定のために室１７２の温度が変化さ
せられる。微同調のために、空洞の路長を変化させるべ
く圧電部材１７４と１７６が用いられる。微同調操作は
圧電部材１７４を交流信号ジエネレータ１８０により震
わせて、短い空洞１７０の共振線が対応して震えるよう
に短い空洞の光学路長をわずかにかつ急速に変化させる
ことによりもたらされる。震える信号とレーザ出力のサ
ンプルは位相検出器１８２にも送られる。第１の長い空
洞のコレゾナント線が短い空洞のそれの内でうまく中心
にあれば、位相検出器はレーザ出力における差異を何ら
見出さない。しかしながら長い空洞の共振が他方の内で
うまく中心になければ、レーザ出力にわずかな変動が見
られ、位相検出器が圧電部材１７６に対し変化するよ
う、即ち長い空洞１６０の光路長を変化させることによ
つて、選択された線を短い空洞１７０内の共振線の中心
に戻すべく正しい方向に伸長するかまたは収縮するよう
信号を送る。例えば、位相の差異に従つて長い空洞を同
調させるべく位相信号が検出器内で増幅させて部材１７
６に与えられる。
従つて、空洞１６０と１７０が共振長の異なる一対のコ
レゾナント空洞を与えること；空洞１６０の能動しんが
ポンプ１２５と関連して空洞内にレーザ作用光エネルギ
ーを与える手段を提供すること；また部材１７４と１７
６が交流信号ジエネレータ１８０および位相検出器１８
２と関連して、１つの空洞の交番同調と光エネルギー出
力との間の差異を測定しまた狭帯域で高度に安定したレ
ーザ出力を与えるべく位相の差異に従つてもう１つの空
洞を同調させるための手段を与えることを理解された
い。
従つて、本発明は多数の波長を送る幹線からエネルギー
の一部分を有効に移動させることを可能にする。移動さ
れた波長は共振空洞内で増幅され、波長の１つが信号利
用装置に与えるために出力に結合される。所望されれ
ば、本発明の利得空洞構造はレーザ作用出力を与えるべ
く共振空洞を発振に向かわせることによつて信号源とし
ても動作し得る。
従つて上述のことから、本発明の結果として非常に有効
なフイルタ／増幅器および信号ジエネレータが提供さ
れ、それらによつてなかんずく主要な目的が完全に満足
されることが理解されよう。例示した実施例において本
発明から逸脱することなく修正または（および）変更が
できることは等しく明らかであろう。従つて上記の記述
および添付図面は好ましい実施例を例示するのみであつ
て限定するものではないことが明確に意図されており、
また本発明の真の精神および範囲は添付の請求の範囲を
参照することによつて決定されよう。

Claims (29)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】１組の光信号を伝達する第１の幹線から少
    なくとも一つの選択された光信号を取り出してそれを増
    幅し、増幅された光信号を第２の幹線に伝達する光導波
    管装置にして、 (イ)前記第１の幹線と結合して前記選択された光信号を
    含む波長範囲の複数の光信号群のエネルギの少なくとも
    一部を該幹線から取り出すため、前記光信号群と共振す
    る第１の光導波空洞と、 (ロ)前記光信号群の前記少なくとも一部のエネルギを受
    け取るように前記第１の光導波空洞と結合され、前記選
    択された光信号の波長に関し前記第１の光共振空洞とコ
    レゾナントであり、かつ所定のスペクトルの光エネルギ
    を吸収して選択されたスペクトル範囲を含む波長帯の光
    エネルギを自発放出する能動的な利得物質を含んだ光共
    振利得空洞にして、前記選択された光信号に相当する波
    長以外の波長の光信号の増幅を阻止する手段を備えた前
    記光共振利得空洞と、 (ハ)前記光共振利得空洞に前記吸収波長帯内のポンピン
    グエネルギを、そのレーザしきい値より小さい量だけ導
    入して前記選択された光信号のみを増幅する手段と、 を備えた前記光導波管装置。
  2. 【請求項２】請求項１において、前記光導波空洞及び光
    共振利得空洞がループ状である光導波管装置。
  3. 【請求項３】請求項１において、前記光共振利得空洞と
    結合して、前記選択された光信号を前記第２の幹線に伝
    達する少なくとも１つの別の光利得空洞をさらに備えた
    光導波管装置。
  4. 【請求項４】請求項３において、前記別の光利得空洞
    が、前記光共振利得空洞とコレゾナントであり、分散的
    側部カプラにより結合された利得空洞である光導波管装
    置。
  5. 【請求項５】請求項１において、前記光導波空洞と、光
    利得共振空洞が線状の共振空洞である光導波管装置。
  6. 【請求項６】１組の光信号を伝達する幹線から１つまた
    は複数の選択された光信号のみを取り出してそれを増幅
    し、残りの光信号は下流で利用できるようにした光導波
    管装置にして、 (イ)前記選択された光信号の波長に相当する波長と共振
    する少なくとも１つの導波共振器にして、該導波共振器
    は、前記選択された光信号を含む波長範囲の複数の光信
    号群のエネルギの少なくとも一部を該幹線から取り出す
    ため、その一部が前記幹線の対応する部分と光結合し、
    かつ前記増幅された光信号を分岐線に取り出すため他の
    一部が該分岐線の対応部分と光結合しており、また前記
    選択された光信号を伝達する光路にそって、所定のスペ
    クトルの光エネルギを吸収して選択されたスペクトル範
    囲を含む波長帯の光エネルギを自発放出する能動的な利
    得物質を含有し、かつ前記選択された光信号以外の光信
    号の増幅を阻止する波長選択手段を備えている前記導波
    共振器と、 (ロ)前記導波共振器に前記利得物質の吸収スペクトルの
    ポンピングエネルギを、そのレーザしきい値より小さい
    が、前記選択された光信号のみを増幅するに充分なゲイ
    ンを与える程度の導入する手段と、 を備えた前記光導波管装置。
  7. 【請求項７】請求項６において、前記導波共振器は複数
    の共振導波空洞を含み、該複数の共振導波空洞が互いに
    分散的側部結合されている光導波管装置。
  8. 【請求項８】請求項７において、前記共振導波空洞は閉
    じたループ状である光導波管装置。
  9. 【請求項９】請求項８において、前記閉じた共振ループ
    が、前記幹線から選択された波長範囲の信号の一部を取
    り出すため該幹線に直接結合された第１の受動ループ
    と、前記第１の受動ループと結合された第２の能動ルー
    プを含む、光導波管装置。
  10. 【請求項１０】請求項９において、前記第１の受動ルー
    プと前記第２の能動ループが分散的側部結合手段により
    結合されている光導波管装置。
  11. 【請求項１１】請求項１０において、前記第１の受動ル
    ープと前記第２の能動ループとが互いにコレゾナントで
    ある光導波管装置。
  12. 【請求項１２】請求項７において、前記複数の共振導波
    空洞は、線状共振空洞である光導波管装置。
  13. 【請求項１３】請求項６において、前記波長選択手段
    が、前記選択された信号に対応する波長以外の波長にお
    いて、前記利得材料の自発放出を抑制する手段を含む光
    導波管装置。
  14. 【請求項１４】請求項６において、前記波長選択手段
    が、前記選択された信号に対応する波長においてのみ共
    振し、他の波長は減衰する分散フィルタを含む光導波管
    装置。
  15. 【請求項１５】請求項６において、前記導波共振器が、
    閉じたループの形の共振器を含む光導波管装置。
  16. 【請求項１６】請求項６において、前記導波共振器が、
    選択された信号に対応する波長においてのみ共振するよ
    うに波長選択フィードバックを与えるため、各端部にダ
    イクロイックのミラーを設けた単一モードの光ファイバ
    の形につくられた、線状光空洞を含む、光導波管装置。
  17. 【請求項１７】請求項１５において、前記閉じたループ
    状の共振器が、両端が分散的側部結合するように互いに
    オーバラップした曲線状の導波管よりなる光導波管装
    置。
  18. 【請求項１８】請求項６において、前記導波共振器が、
    所定の屈折率をもったコアーと、該コアーの屈折率より
    高い屈折率をもった被覆とをもち、前記コアーと被覆の
    少なくとも１方に前記利得材料を含有せしめた単一モー
    ド導波管を含む光導波管装置。
  19. 【請求項１９】請求項６において、前記能動的な利得材
    料が、酸化ネオジミウムの形のネオジミウムイオンであ
    る光導波管装置。
  20. 【請求項２０】請求項６において、前記構成要素が集積
    光ファイバの形に形成されている、光導波管装置。
  21. 【請求項２１】(イ)所定のスペクトルの光エネルギを吸
    収して、選択されたスペクトル範囲を含む波長帯の光エ
    ネルギを自発放出する能動的な利得物質を含んだコアー
    と被覆をもち、所定位置で自己側部結合してループ状に
    形成された単一モードの光導波管を備えた利得空洞にし
    て、前記光導波管は前記所定位置から延長した一端をも
    ち、前記結合位置により画定される空洞長が、選択され
    た広いスペクトル範囲の所定の共振波長帯を与えるよう
    に調整されている前記利得空洞と、 (ロ)前記延長した一端から、前記所定の吸収スペクトル
    のポンピング光を、少なくとも前記所定の共振波長帯に
    おいてレーザ作用を起こすに充分な量、前記コアの中に
    導入する手段と、 (ハ)前記ループから前記所定の共振波長帯の光エネルギ
    を取り出す手段と、 を備えたレーザ。
  22. 【請求項２２】請求項２１において、前記共振波長帯の
    波長以外の波長成分の放出を抑制する手段をさらに備え
    たレーザ。
  23. 【請求項２３】請求項２２において、前記抑制手段が前
    記ループの両端部を結合する分散的側部結合であるレー
    ザ。
  24. 【請求項２４】請求項２１において、前記能動的な利得
    材料がネオジミウムであるレーザ。
  25. 【請求項２５】(イ)所定の広いスペクトル範囲内の選択
    された波長において互いにコレゾナントである、互いに
    光結合された一対の光導波空洞にして、一方の光導波空
    洞が、導波空洞を構成するコアーと被覆の少なくとも一
    方が所定のスペクトルの光エネルギを吸収して、選択さ
    れたスペクトル範囲を含む波長帯の光エネルギを自発放
    出する能動的な利得物質を含んだ単一モードの光導波管
    の形の利得空洞として機能するようにした前記一対の光
    導波空洞と、 (ロ)前記光導波空洞内に前記選択された波長における発
    振を起こしてレーザ作用を誘起するように、前記所定の
    吸収スペクトルのポンピング光を前記光導波空洞に導入
    する手段と、 (ハ)前記選択された波長の光エネルギをレーザ出力とし
    て取り出す手段と、 を備えた、前記選択された波長の光のみを出力するレー
    ザ。
  26. 【請求項２６】請求項２５において、前記光導波空洞の
    一方を他方より短くして、短い方の空洞が長い方の空洞
    よりも、大きなフリースペクトル範囲を与えるようにし
    たレーザ。
  27. 【請求項２７】ポンピング光に応答して光エネルギを増
    幅する集積光導波管装置にして、 (イ)ポンピング光の波長を伝達する基板と、 (ロ)被覆より高い屈折率をもち、所定のスペクトルの光
    エネルギを吸収して選択されたスペクトル範囲を含む波
    長帯の光エネルギを自発放出する能動的な利得物質を含
    むコアーをもった光ファイバによって、前記基板内に形
    成された光共振導波空洞にして、所定の広いスペクトル
    範囲内のある波長帯の選択された少なくとも１つの波長
    に共振する前記光共振導波空洞と、 (ハ)前記空洞に前記選択された波長のエネルギを導入す
    る入力結合手段と、 (ニ)前記空洞から前記選択された波長の増幅された光エ
    ネルギを取り出す手段と、 を備えた、前記集積光導波管装置。
  28. 【請求項２８】請求項２７において、前記基板が平らな
    表面をもち、前記空洞が閉じたループ状に前記平らな表
    面内に形成されている集積光導波管装置。
  29. 【請求項２９】請求項２７において、前記基板が円筒状
    に形成されている集積光導波管装置。
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