JPH10502215A

JPH10502215A - ファイバ回折格子安定化ダイオードレーザ

Info

Publication number: JPH10502215A
Application number: JP8502682A
Authority: JP
Inventors: ブライアンエフ．ベントルーゾ; グラントロジャーズ
Original assignee: エスディーエルインク．
Priority date: 1994-06-28
Filing date: 1995-06-28
Publication date: 1998-02-24
Anticipated expiration: 2017-07-02
Also published as: DE69523922T2; EP1107404B1; EP0767979A1; CA2191190C; US5659559A; WO1996000997A1; CA2191190A1; DE69523922D1; DE69535675D1; DE69535675T2; AU2782795A; JP3296562B2; EP1107404A1; EP0767979B1

Abstract

(57)【要約】ブラッグ式ファイバ回折格子を用いてダイオードレーザの光度及び周波数の揺れの安定化を図る。ダイオードレーザは光学機械装置を用いて、回折格子を内部に有するファイバに接続される。回折格子は光ファイバの誘導モード領域に形成される。回折格子の最大反射率の波長はダイオードレーザの利得帯域の最大値の近傍になるように選択される。回折格子の反射率の大きさ及び帯域幅が、ファイバ先端からの光学出力パワーをそれほど低下させることなく、ダイオードレーザの出力を安定させる。ダイオードレーザの光スペクトルの帯域幅の選択は回折格子のダイオードレーザからの距離によって決まる。

Description

【発明の詳細な説明】ファイバ回折格子安定化ダイオードレーザ発明の属する技術分野本願発明は、例えば、固体ファイバ増幅器またはファイバレーザなどのレーザを光学的に励起するのに適した安定した光度と波長とを有する狭帯域幅で強力な光を放出する安定化レーザ源に関する。発明の背景光ファイバ増幅器やレーザが急速に光通信システムの重要な構成要素になってきている。光ファイバ増幅器はファイバ・オプティック通信経路に沿って減衰した光信号を強めるのに用いられる。ファイバ・オプティック通信システムにおいてはこれらが取り扱いの容易でない電気中継器に取って代わり、本当の全ファイバの光通信システムの実現が可能になっている。同様に、ファイバ・オプティック通信システム用の光キャリア生成のために光ファイバのレーザが提案されている。これらのレーザは外部的に変調可能であったりモード固定可能であったりするが、場合によってはファイバ・オプティック通信システムの強力な光源としてダイオードレーザの代わりに用いられることもある。ファイバ増幅器及びレーザはいずれも似たような原理に基づいて動作する。光ファイバの導波部分の石英ガラスには、例えば、エルビウムなど希土類元素のイオンがドープされている。エルビウムイオンの励起状態の分布は誘導放出率が自然放出と吸収を超えた場合、エルビウムイオンのエネルギー構造ではおよそ1530 〜1565nmの波長を有する信号の光がファイバ内で増幅されるといった具合である。そうした状況において、光ファイバに入射する利得帯域幅内の光は純利得を得て、増大したパワーをもってファイバから出射することになる。例えば、ファイバの両端に適当な反射器を設置することによってファイバでこの増幅された信号を再循環させるような機構になっていれば、純利得が光学帯域幅内の光の損失と等しい場合にファイバでレーザ作用が発生する。いずれにおいても、エルビウムイオンを励起して利得が発生するのに適した励起状態にもっていくことが極めて重要である。これは波長が980nm近傍の光でエルビウムイオンを励起（ポンピング）することによって達成できるが、この光は光ファイバの導波部分に結合された強力ダイオードレーザから供給されるのが最も都合がよい。この部分の断面積が比較的小さければ確実に高光度にすることができ、そのため信号波長のかなりの利得を見込める。しかしながら、当業者は、そうした増幅器やレーザによって生成される信号の特性は、ファイバ自体を励起するのに用いられるダイオードレーザの性質によって大きく左右されることを認識するであろう。実際のシステムにおいては、ダイオードレーザは光学機械装置を用いて恒久的且つ強固にドープ処理されていない光ファイバに接続され、続いて光増幅器またはレーザのドープ処理されたファイバに接続される。ダイオードレーザ、光学機械装置及び光ファイバで構成される組立品をピグテール式ダイオードレーザと呼んでいる。現在、ピグテール式ダイオードレーザの多くは、ポンプ型システムでノイズを発生する波長や光度の不安定といった望ましくない特性を有している。波長980nmのダイオードレーザにおける最も厄介なダイオードレーザのノイズ源は、ダイオードレーザへの好ましくない可変性の光学的帰還や温度または投入電流の変化によって発生するモード変動ノイズ及び波長の揺らぎである。このノイズは、光通信増幅信号のエラーを増大させ装置の実用性を落とすから、ファイバ増幅器においては特に好ましくない。そうしたダイオードレーザのノイズの影響を少なくする技術はいろいろある。例えば、ダイオードレーザ特性の揺れによって起きるファイバ増幅器の出力の変動を検出して正しい位相で信号をダイオードレーザに帰還し、レーザの揺れを減らす能動的な電気システムである。あいにく、この技術は増幅器のコストを上げると共にさらにそれを複雑なものにしてしまう。ダイオードレーザの揺れを減らす受動的な方法を用いるのが好ましい。一つの魅力的な解決法はポンプダイオードレーザにそれ自身の光の一部を帰還させることである。これらのレーザは光学的帰還に対して非常に反応しやすく、そうした帰還を正しく制御すればレーザ動作を向上させることができる。帰還は通常の場合、鏡や回折格子など外部反射器によってなされ、光を操作・誘導してダイオードレーザ共振器から出したりそこに戻したりするにはレンズなどの外部光学素子が必要である。外部光学素子や外部反射器はかなりコンパクトなものが多いが、そうしたシステムを調整するのは困難であると同時に費用もかかり、また機械的温度的安定性についてもファイバ増幅器やレーザに用いるには適当でないことが多い。ダイオードレーザの特性を制御するもっと堅固な技術が必要である。発明の概要本願発明は、ピグテール式ダイオードレーザにブラッグ式ファイバ回折格子を用いてダイオードレーザ共振器への光学的帰還を行ない、そうすることによってダイオードレーザの周波数をファイバ回折格子の周波数に固定することによりレーザのモード変動による縦方向のノイズを減らすものである。ブラッグ式ファイバ回折格子は、ファイバに沿って伝播する或る特定の波長の光を反射する光ファイバの誘導モード部内か又はその近傍における屈折率変化の周期的構造である。反射光はファイバ内を入射光の方向とは反対の方向に伝播する。ダイオードレーザはブラッグ式ファイバ回折格子を備えるファイバにピグテールで接続され、しかも回折格子の帯域幅の中心がレーザの利得帯域幅以内であれば、ダイオードレーザの光のスペクトルに影響する。その影響の程は、回折格子の反射性の大きさや帯域幅、レーザに対する回折格子の中心波長、レーザと回折格子との間の間隔、ダイオードレーザへの投入電流の大きさなどのパラメータによって左右される。多くの場合、レーザの特性は、所定の応用装置によって改善させることができる。本願発明による装置は、ダイオードレーザ、光ファイバにレーザ光放出の焦点を合わせる手段、及び光ファイバの導波部内かまたはその近傍に形成される回折格子とで構成される。これらの態様の一つにおいて、本願発明は、非常に狭い帯域幅で複数の縦モードを有する安定したレーザ源を生成する装置からなり、その装置は実質的に単一の空間モードで光を放出するダイオードレーザからなる。光ファイバを設置し、そのファイバの一部分においてダイオードレーザの少なくとも一つのモードで誘導が可能である。ダイオードレーザから放出された光を光ファイバへと方向指示する手段を備える。ブラッグ式ファイバ回折格子は光ファイバの誘導モード部分の領域に形成されている。図面の簡単な説明第１図は、先行技術でのファイバ増幅器に接続されたピグテール式ダイオードレーザの概略図である。第２図は、本願発明のピグテール式ダイオードレーザの概略図である。第３図は、先行技術のピグテール式ダイオードレーザと本願発明のピグテール式ダイオードレーザとの出力スペクトルの比較を表すグラフである。発明を実施する為の最良の形態第１図は、先行技術によるピグテール式ダイオードレーザを含むファイバ増幅器10を表す。光ファイバ14は、増幅効果を得るためにエルビウム（数字16で示す）でドープ処理され、そしてドープ処理されていないファイバ13に連結されている。増幅効果はエルビウム原子をおよそ980nmの光で励起することによって得られる。これは、オプトエレクトロニクス・カプラ18を用いて980nmの光源を透過ファイバ15からの透過光(1550nm)に結合することによって達成される。 980nmの光源は先行技術においてはレンズ23によってドープ処理されていないファイバ24に結合されたレーザダイオード22で構成されるピグテール式レーザダイオード20によって提供される。先行技術におけるピグテール式レーザダイオードの限界については先に説明した。第２図は、本願発明によるピグテール式ダイオードレーザの概略図である。第３図は、先行技術のピグテール式ダイオードレーザと本願発明のピグテール式ダイオードレーザとの出力のスペクトルを比較するグラフである。第１図は、先行技術によるピグテール式ダイオードレーザを含むファイバ増幅器10を表す。光ファイバ14は、増幅効果を出すためにエルビウム（数字16で示す）でドープ処理され、そしてドープ処理されていないファイバ13に連結されている。増幅効果はエルビウム原子をおよそ980nmの光で励起することによって得られる。これは、オプトエレクトロニクス・カプラ18を用いて980nmの光源を透過ファイバ15からの透過光（1550nm）に結合することによって達成される。 980nmの光源は先行技術においてはレンズ23によってドープ処理されていないファイバ24に結合されたレーザダイオード22で構成されるピグテール式レーザダイオード20によって提供される。先行技術におけるピグテール式レーザダイオードの限界については先に説明した。第２図は、本願発明の好適な実施例によるピグテール式レーザダイオードを示したものである。ダイオードレーザ26は単一空間モードで放射し、典型的にはIn GaAs半導体材から量子ウェルエピタキシャル型構造もしくは指数ガイド型構造によって製造される。ダイオードレーザは電流の投入によって励起するのが最も都合がよい。必要な特性を有するダイオードレーザが市販されている。ダイオードレーザ26は前面27から主として放射する構成になっている。拡散されたレーザ発散光28は焦点調整システム30によって光ファイバ32の誘導モード部分に向けられるが、この光ファイバ32は心線内にブラッグ式ファイバ回折格子を有する。好適な実施例の焦点調整システムでは、レーザダイオード出力をファイバ32に焦点を合わせるために数字36で表示したレンズ・システムからなっている。代替として、放射された光の実質的な一部分をファイバで集めるようにダイオードレーザの近傍にファイバを設置することもできる。光ファイバ32は典型的にはファイバの光導特性の向上を図るため極微量の添加物を含有する石英ガラスから作られている。ファイバ回折格子34はダイオードレーザに対して光学的帰還を行なう。このファイバ回折格子34はリソグラフィ技術を用いてファイバ34の誘導モード部分近傍をエッチングするか、もっと一般的には、高フルエンスの紫外線の周期的光度変動パターンにファイバを露光して作成できる。後者の技術を用いて回折格子を製造する場合、心線が回折格子を形成する紫外線に反応しやすくなるようにファイバの心線はゲルマニウム濃度を有しているのがよい。ファイバ34はダイオードレーザの発光波長で単一またな複数の空間モードを保持するものでもよい。ファイバ回折格子34は最大反射率がダイオードレーザの発光波長の 10nm以内になるように選択されるが、その反射率はダイオードレーザの出射面の反射率と類似している。回折格子の反射率の帯域幅は典型的には0.05nmから１nm である。レーザへの光学的帰還の量が或る特定の大きさ以上である場合、回折格子34とレーザダイオード26とが数百ミクロメートルから数キロメートル離して配置されていればシステムはうまく機能する。そのような構成を用いると、ダイオードレーザは固体増幅器やレーザを励起するのに適した向上した改善特性を有するようになる。ファイバ34が捕える光は、ファイバの損失特性によって限定される以外、通常の場合ファイバを限りなく伝播していく。ブラッグ式ファイバ回折格子34はこのファイバの誘導モード部もしくは心線の中に作られる。この回折格子は最大反射の波長がダイオードレーザの利得帯域幅以内になるように作られる。この回折格子はダイオードレーザの放射光の一部がファイバ及び焦点調整システムを通ってダイオードレーザに戻るように反射する。残りの光学出力はファイバ回折格子を通ってファイバをずっと伝わっていく。ダイオードレーザの光学出力の特性に対するファイバ回折格子の影響はファイバ回折格子から形成される結合された共振器の波長依存型損失を考慮することによって説明がつく。当業者であれば、ファイバ回折格子からの光学的帰還はファイバ回折格子の帯域幅内でレーザ共振器からの光の損失を低減するのに有効であることを認識するであろう。レーザは最低損失波長の近傍で優先的に動作することはよく知られている。従って、ダイオードレーザの波長をレーザのフリーランの値からファイバ回折格子の波長にシフトすることが可能である。このシフトは、回折格子からの反射率の大きさが十分である場合、ファイバ回折格子の波長がダイオードレーザの利得帯域幅内であれば、発生し得る。光学的帰還の条件下でのダイオードレーザの動作はレーザ共振器自体の影響によって複雑になることがあるが、それはレーザ共振器自体が半導体チップの端面で形成されている場合である。本願発明の好適な実施例においては、回折格子の反射率並びに波長は、ダイオードレーザ共振器からの広帯域幅帰還がファイバ回折格子からの帰還より大きくなるように、選択される。この状況において、ファイバ回折格子からの帰還はダイオードレーザ共振器内で形成されるコヒーレントな電界の摂動としての働きをする。この摂動はダイオードレーザ発光のコヒーレンスを破る働きをし、それによって発光帯域幅が数桁分広がり、その結果第３図の曲線Ａで示すような分光分布になる。ブラッグ式ファイバ回折格子はダイオード共振器の出力を回折格子の固定波長に固定すると共に外部共振器の複数の縦モードをその波長を中心として設定するのに有効である。この複数の縦モードがあることによってダイオードレーザのモード変動ノイズが低減する。これは、ダイオードレーザのコヒーレンス崩壊と呼ばれる。さらに、発光の中心波長は依然としてフイバ回折格子からの最大反射の波長の近傍値のままである。ダイオードレーザはこのように回折格子の帯域幅内で動作すべく制約されるので、温度や電流の変化が原因でダイオードレーザの波長が大きく揺れることがない。さらに、レーザはファイバ回折格子を越えて配置される反射型構成要素からの外来的な光学的帰還によって摂動を起こされることはないが、それはその外来的な光学的帰還がファイバ回折格子による光学的帰還より小さいことを前提とした場合である。本願発明のよるダイオードレーザには、フリーラン型のダイオードレーザに見られるようなレーザ共振器の単一縦モードの遷移がない。そうした遷移は遷移期間中２つのモード間の競合によって引き起こされるダイオードレーザ出力の光度が大きく揺れる原因となる。そうしたモードの遷移は、例えば、レーザの投入電流や温度の変化が原因で起こり、光学増幅器やファイバレーザの動作を害する。本願発明の光学的出力は外部共振器の２０以上の縦モードからなる。これらのモード間の光学的出力の振り分けが変化することがあるが、単一モード、フリーラン型のダイオードレーザに比べるとレーザ光度の揺れは遥かに小さい。ダイオードレーザ・システムのファイバの先端からの出力パワーはファイバ内の回折格子の存在によってほんのわずかな影響しか受けない。反射の弱い回折格子では、ファイバからの出力パワーはおよそ（1‐Rg）だけ低下する。ここで、R gは回折格子の最大反射率である。レーザのしきい値での投入電流は回折格子があることによってわずかに低下する。この影響によってファイバからの出力パワーが上がるので前述のパワーの低下が取り消される。本願発明の範囲は,ファイバ回折格子がダイオードレーザからの任意の長さであるようなシステムからなる。但し、この長さはダイオードレーザの動作に影響する。レーザ発光のコヒーレンス崩壊を確実に保持するため、ファイバ回折格子はダイオードレーザの前面から十分に光学距離を置いたところに配置されている。この距離は、前述した光学的帰還の条件下でダイオードレーザのコヒーレント長よりはるかに長くなければならない。そうすることでファイバ回折格子からの光学的帰還がインコヒーレンスを維持し、それ故にコヒーレンス崩壊の状態を維持するレーザが保証される。回折格子がダイオードレーザの数センチメートル以内に配置されると、ファイバ回折格子からの帰還はレーザ共振器内部の電界とコヒーレントになることがあり、その結果ダイオードレーザが非常に狭い線幅で動作することになる。応用分野によってはそうした放射が非常に有効であるが、ファイバ増幅器やレーザを励起するのに用いるには安定性に欠ける。それはレーザの動作特性が変化するとレーザ共振器のモード遷移ノイズが発生するためである。さらに、ダイオードレーザのコヒーレンスからインコヒーレンスの動作への遷移を避けられないので光度の揺れを生じることになり、ファイバ光学増幅器及びレーザの動作を害する。本願発明は、低複屈折の光ファイバを用いており、これは応力が与えられると誘導領域の電磁界の極性を維持することができない。従って、例えば、ファイバが曲がって応力を受けると、ファイバ内を伝播しかつ反射されてダイオードレーザに戻る光の偏りは、レーザから放出される光のそれとは異なる偏光状態にある。ダイオードレーザは異なる偏光の光学的帰還に対しては有効に反応しないから、ダイオードレーザ・システムの特性は最適ではないかもしれない。しかしながら、共振器の長さが数メートル以下で湾曲の半径が10cm以上の長さであれば、一般的にレーザシステムの特性は先に述べた改善を達成するのに依然として十分である。従って、本願発明では光学的帰還の偏光を制御する対策を講ずる必要がない。本願発明の好適な実施例においては、応力変形層InGaAs多量子ウェルダイオードレーザを効率60％の非球面レンズシステムを有する光ファイバに結合させている。効率は60％である。レーザは一般的に965〜1025nmで光を放出する。ファイバ回折格子は反射の帯域幅が0.2〜0.3nmで最高反射率はおよそ3％である。従って、ファイバ回折格子からみた有効反射率Reffは一般的に以下のようになる。 Reff=η²Rg ここで、ηは単一のダイオードレーザから光ファイバへの光の結合効率で、Rgはファイバ回折格子の最大反射率である。例えば、この特定値に対して、(0.6)²(3 ％)＝1.08％が成り立つ。これに対してダイオードレーザの前面は、公称反射率4 ％である。この程度の光学的帰還は、十分な光がファイバ回折格子を通過できると共にダイオードレーザのコヒーレンス崩壊を保持するのに十分であるから、使用可能なパワーを最大限活用する。回折格子の反射率の波長は名目上ではダイオードレーザの波長の10nm以内である。回折格子はダイオードレーザの波長にして 1〜2mmである。回折格子は長さ1〜2mmである。レーザ放射のコヒーレンス崩壊の保持を確実にするために、ファイバ回折格子はダイオードレーザの前面から少なくとも50cm距離を置いて配置される。レーザシステムのコヒーレンスを保持するのが望ましければ、ファイバ回折格子はダイオードレーザの出射面に極力近づけて配置すべきで、数センチメートル以上の距離を置くべきではない。好適な実施例における光ファイバからの出力パワーは最高で数パーセント低下する。最高反射率が3％のファイバ回折格子を備えるファイバでピグテールにした150Ｍｗのダイオードレーザは、実験上の不確実さの範囲ではファイバからの出力パワーが90Ｍｗを越えることがあり、それは回折格子を有しないファイバからの出力パワーとほぼ同じである。第３図に本願発明の光学的出力のスペクトルを示す。この図から解かるように、曲線Ｂはファイバ回折格子を有しない980nmのInGaAsピグテール型ダイオードレーザの出力スペクトルである。広帯域幅の外部反射器からダイオードレーザへおよそ0.5％の帰還があり、それが原因でレーザの波長が不安定になる。曲線Ａにおいて、ダイオードレーザは同じ条件下で動作しているが、最高反射率3％、帯域幅0.3nmのファイバ回折格子がある。出力スペクトルの向上は明らかである。本願発明の出力はレーザダイオードの投入電流や温度が大きく変化した場合でも安定している。従って、場合によってはレーザダイオードの温度制御が不要になり、引いてはレーザの冷却器や関連制御電子装置が不要になる。レーザの温度の制御に要するパワーもその分低下する。産業上の利用可能性以上のように本願発明は非常に安定した強力な光の放出源を提供するものであり、そうした放出源を用いて励起しなければならない光学増幅器やレーザの特性及び安定性を向上させることが今や明らかである。好適な実施例については第１図で参照したファイバ増幅器との使用において説明したが、これは当業者であれば、ファイバレーザとの組み合わせでも使用できることを認識するであろう。

【手続補正書】特許法第１８４条の８【提出日】１９９６年６月５日【補正内容】請求の範囲１．複数の縦モードを有する安定したレーザ源を発生する装置において、実質的に単一の空間モードで光を放出し、ダイオードレーザ型共振器及び当該ダイオードレーザ共振器の一方の先端を定める出力面を有し、外部的光学帰還がない場合にレーザ型共振器内で縦モードでレーザ光を放出するダイオードレーザと、ダイオードレーザの波長で少なくとも一つのモードを保持可能なファイバの導波部分を有する光ファイバと、ダイオードレーザからの放射光を光ファイバの方向へと導く手段と、ファイバの導波部分にあり反射帯域幅を有するブラッグ式ファイバ回折格子とを有し、前記出力面は、ブラッグ式ファイバ回折格子とほぼ同等かそれ以上の反射率を有し、ブラッグ式ファイバ回折格子からダイオードレーザ型共振器への反射光は、レーザ光放出の帯域幅を回折格子の反射帯域幅と等しいか又はそれ以下の値に限定し、かつブラッグ式回折格子とダイオードレーザの出力面とで形成される外部共振器での複数の縦モードでのレーザ光放出を誘発し、それによってダイードレーザ(26)に関わるダイオードレーザの光のスペクトル及び強度の安定性を向上させることにより前記回折格子からの光学帰還がない場合に前記レーザの動作に関わるダイードレーザ(26)の光のスペクトル及び強度を向上させることを特徴とする装置。２．請求項１において、安定したレーザ源を生成する前記装置はピグテール式ダイオードレーザからなることを特徴とする装置。３．請求項１又は２において、前記導出指示手段が焦点調整手段(30)からなることを特徴とする装置。４．請求項３において前記焦点調整手段(30)がレンズ手段(36)からなることを特徴とする装置。５．請求項１又は２において、前記導出手段は、ダイオードレーザ(26)から放出される光の実質的な部分がファイバによって集められるように、ダイオードレーザの出射面(27)に近接して光ファイバ(32)を配置して構成されることを特徴とする装置。６．請求項２において、ブラッグ式ファイバ回折格子(34)は光ファイバ(32)の誘導モード部分の領域においてエッチング処理されていることを特徴とする装置。７．請求項１又は２において、ブラッグ式ファイバ回折格子(34)の反射率及び反射波長は、ダイオードレーザ共振器の広帯域幅帰還がブラッグ式ファイバ回折格子(34)からの帰還より大きくなるように、選択されることを特徴とする装置。８．請求項１又は２において、ブラッグ式ファイバ回折格子(34)はダイオードレーザの放射波長の10nm以内の最大反射率を有し、かつ当該回折格子反射率の帯域幅は0.05nmと２nmとの間であることを特徴とする装置。９．請求項１又は２において、ブラッグ式ファイバ回折格子(34)の最大反射率の波長がダイオードレーザ(26)の利得帯域幅以内であることを特徴とする装置。 10．請求項４において、光ファイバ(32)は低複屈折光ファイバであり、ダイオードレーザ(26)は応力変形In-Ga-As多量子ウェルダイオードレーザであり、レンズ手段(36)は非球面レンズであり、ブラッグ式ファイバ回折格子(34)は0.05〜1nmの反射帯域幅を有することを特徴とする装置。 11．請求項１又は２において、ダイオードレーザ(26)は960〜1160nmの波長で実質的にコヒーレントな光を放出することを特徴とする装置。 12．請求項１又は２において、ファイバ回折格子の有効反射率Reffは Reff=O²Rg であり、ここでＯは光ファイバへのダイオードレーザ光学出力の結合効率で、Rg はブラッグ式ファイバ回折格子(34)のピーク反射率であり、かつ有効反射率はダイオードレーザ(26)の出射面(27)の反射率より3〜4倍小さいことを特徴とする装置。 13．請求項１又は２において、ダイオードレーザ(26)の出射面(27)とブラッグ式回折格子(34)との間の光学距離はダイオードレーザ(26)の光学出力のコヒーレント長より大きいことを特徴とする装置。 14．単一縦モード線幅動作を有する安定したレーザ源を発生する装置において、実質的に単一の空間モードで光を放出し、ダイオードレーザ型共振器及び当該ダイオードレーザ共振器の一方の先端を定める出力面(27)を有し、かつ外部的光学帰還がない場合にレーザ型共振器内で縦モードでレーザ光を放出するダイオードレーザ(26)と、ダイオードレーザ(26)の波長で少なくとも一つのモードを保持可能なファイバの導波部分を有する光ファイバ(32)と、ダイオードレーザ(26)からの放射光を光ファイバ(32)の方向へと導く手段と、ファイバの導波部分にあり反射帯域幅を有し、前記ダイオードレーザの複数の縦モード動作を普通に誘発するのに十分な反射率を有するブラッグ式ファイバ回折格子(34)とを有し、前記出射面（２７）はブラッグ式ファイバ回折格子(34)とほぼ同等かまたはそれより大きい反射率を有し、かつダイオードレーザ(26)の出射面(27)とブラッグ式ファイバ回折格子との間の光学距離はダイオードレーザ(26)の光学出力のコヒーレント長より小さく、当該コヒーレント長はダイオードレーザのコヒーレント崩壊モードでの動作時ではダイオードレーザの光学出力のコヒーレント長であり、ブラッグ式ファイバ回折格子(34)からダイオードレーザ共振器への反射光はレーザ光放出の帯域幅を単一縦モード線幅動作に限定することを特徴とする装置。 15．請求項14において、ダイオードレーザ(26)が960〜1160nmの波長で実質的にコヒーレントな光を放出することを特徴とする装置。 16．請求項14において、ファイバ回折格子の有効反射率Reffは Reff=η²Rg であり、ここでηは光ファイバへのダイオードレーザ光学出力の結合効率で、Rg はブラッグ式ファイバ回折格子(34)のピーク反射率であり、かつダイオードレーザ(26)の出射面(27)の反射率より3〜4倍小さいことを特徴とする装置。 17．請求項２において、ブラッグ式ファイバ回折格子(34)は紫外線に露光することにより光ファイバ(32)の誘導モード部分の領域に形成されることを特徴とする装置。 18．請求項２において、光ファイバ(32)が偏光維持型光ファイバであることを特徴とする装置。 19．第１の光共振器及び出力を有する利得媒体と、前記第１の光共振器内にあり第１の反射レベルを有する少なくとも一つの反射素子と、前記第１の光共振器に光学的に結合される光ファイバと、前記光ファイバに伴う反射素子であって、前記出力の一部が、波長の狭帯域を越えて反射されて、前記第１の共振器に戻るための補足的な反射レベルを有する当該反射素子と、前記補足的な反射レベルは前記第１の反射レベルとほぼ同等かそれより小さいことを特徴とする光学的帰還システム。 20．請求項19において、前記利得媒体が少なくとも部分的に前記反射率帯域とオーバラップする利得帯域を有する半導体レーザであることを特徴とする光学帰還システム。 21．請求項20において、前記ファイバが単一モードファイバであることを特徴とする光学帰還システム。 22．請求項20において、前記反射素子が前記レーザのコヒーレント長以内に配置されることを特徴とする光学帰還システム。 23．請求項20において、前記反射素子が前記レーザのコヒーレント長を越えて配置されることを特徴とする光学帰還システム。 24．請求項20において、利得帯域と反射率帯域との前記オーバラップが動作条件の範囲を越えて前記レーザの動作波長を安定化させることを特徴とする光学帰還システム。 25．請求項24において、前記動作条件の少なくとも一つが周囲温度の変化であることを特徴とする光学帰還システム。 26．請求項20において、前記半導体レーザはInGaAsの応力変形層量子ウェル利得媒体を有することを特徴とする光学帰還システム。 27．請求項26において、前記反射素子の反射率ピークは前記利得媒体のピーク利得の10nm以内であることを特徴とする光学帰還システム。 28．請求項26において、前記反射素子は前記レーザのコヒーレント長を越えて配置されることを特徴とする光学帰還システム。 29．請求項20において、前記反射素子と前記レーザ源との間の空間距離はコヒーレント崩壊を起こす距離より長いことを特徴とする装置。 30．請求項20において、前記反射素子と前記レーザ源との間の空間距離は前記レーザ源のコヒーレント長より小さいことを特徴とする装置。 31．請求項19において、前記反射素子の反射率ピークが前記利得媒体のピーク利得の10nm以内であることを特徴とする光学帰還システム。 32．請求項19において、前記反射素子は約0.05 nmと２nmとの間の反射帯域幅を有することを特徴とする光学帰還システム。 33．請求項19において、前記反射素子は前記光ファイバに形成されたブラッグ式回折格子であることを特徴とする光学帰還システム。 34．安定したレーザ源を発生する装置において、レーザ型共振器を有しかつレーザ面から光線を出力し、当該レーザ面は前記光線の一部が前記レーザ共振器に光学帰還されるように部分反射率レベルを有し、前記光線出力は前記レーザ源の瞬時動作特性に依存する光の波長帯域であるレーザ源と、前記光線を光ファイバに受光するために前記レーザ源と接合された入力先端を有してなる当該光ファイバと、前記光ファイバ内に形成された回折格子であって、反射率帯域を有し当該反射率帯域によって定められる選択波長を部分的に前記レーザ型共振器に反射して戻す当該回折格子とからなり、前記光ファイバ回折格子の反射率レベルは前記レーザ源の面の反射率レベルとほぼ同じかまたはそれより小さくしてなることを特徴とする装置。 35．請求項34において、光のスペクトルの安定性及び強度の向上させるため前記ファイバ回折格子は前記レーザ源の複数の縦モード動作を引き起こすように前記レーザ源から十分に間隔をおいて配置されていることを特徴とする装置。 36．請求項35において、前記レーザ源が応力変形層InGaAs量子ウェルを含むことを特徴とする装置。 37．請求項34において、前記ファイバ入力先端の結合がレンズからなることを特徴とする装置。 38．請求項34において、前記ファイバ入力先端の結合は前記レーザ源の面に対して当該入力先端の閉じた位置で構成されてなることを特徴とする装置。 39．請求項34において、前記回折格子は、当該回折格子を備えていない場合の前記レーザ源の放射波長の10nm以内の最大反射率を有してなることを特徴とする装置。 40．請求項34において、前記回折格子の反射帯域幅がおよそ0.05nmと２nmの間であることを特徴とする装置。 41．請求項34において、前記回折格子の波長帯域幅の最大反射率の波長が前記レーザ源の利得帯域幅内であることを特徴とする装置。 42．請求項34において、前記回折格子の有効反射率Reffは Reff=η²Rg であり、ここでηは光ファイバへのダイオードレーザ光学出力の結合効率で、Rg はブラッグ式ファイバ回折格子(34)のピーク反射率であり、前記回折格子の有効反射率は前記レーザ源の面の有効反射率レベルと同じかまたは３倍以上低いことを特徴とする装置。 43．請求項34において、前記回折格子の前記ファイバ入力先端からの間隔は前記光線出力のコヒーレント長より大きいことを特徴とする装置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ)，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＺ，ＶＮ

Claims

【特許請求の範囲】１．複数の縦モードを有する安定したレーザ源を生成する装置において、実質的に単一の空間モードで光を放出し、ダイオードレーザ型共振器及び当該ダイオードレーザ型共振器の一方の先端を定める出力面を備え、さらに外部からの光学的帰還がない場合に当該レーザ型共振器内部において複数の縦モードでレーザ光を放出するダイオードレーザと、ダイオードレーザの波長で少なくとも一つのモードを維持することができるファイバの導波部分を含む光ファイバと、ダイオードレーザからの放射光を光ファイバの方向に導く手段と、ファイバの導波部分にあり反射帯域幅を有するブラッグ式ファイバ回折格子とからなり、前記出力面は、当該ブラッグ式ファイバ回折格子の反射率とほぼ等しいか又はより大きい反射率を有し、ブラッグ式ファイバ回折格子からダイオードレーザ型共振器への反射光は、レーザ光放出の帯域幅を回折格子の反射帯域幅ないしそれ以下の値に限定し、かつブラッグ式ファイバ回折格子及びダイオードレーザの出力面で構成される外部共振器の複数の縦モードでのレーザ光放出を誘導し、これらにより前記回折格子からの光学的帰還がない場合レーザの動作に関してダイオードレーザの光のスペクトル及び強度の安定化を向上させることを特徴とする安定したレーザ源生成装置。２．複数の縦モードを発生させるピグテール式ダイオードレーザにおいて、実質的に単一の空間モードで光を放出し、ダイオードレーザ型共振器及び当該ダイオードレーザ型共振器の一方の先端を定める出力面を備え、さらに外部からの光学的帰還がない場合に当該レーザ型共振器内部において複数の縦モードでレーザ光を放出するダイオードレーザと、少なくとも一つのモードをダイオードレーザの波長に維持することができるファイバの導波部分を含む光ファイバと、ダイオードレーザからの放射光を光ファイバの方向に導く手段と、当該ファイバの導波部分にあり反射帯域幅を有するブラッグ式ファイバ回折格子とからなり、前記出力面は当該ブラッグ式ファイバ回折格子の反射率とほぼ等しいか又はより大きい反射率を有し、ブラッグ式ファイバ回折格子からダイオードレーザ型共振器に入る反射光は、レーザ光放出の帯域幅を回折格子の反射帯域幅以下の値に限定し、かつブラッグ式ファイバ回折格子及びダイオードレーザの出力面から形成される外部共振器の複数の縦モードでのレーザ光放出を誘導し、これらにより前記回折格子からの光学的帰還がない場合のレーザ動作に関してダイオードレーザの光のスペクトル及び強度の安定化を向上させることを特徴とするピグテール式ダイオードレーザ。３．請求項１又は２において、前記方向導出手段が焦点調整手段であることを特徴とする装置。４．請求項３において、前記焦点調整手段がレンズ手段からなることを特徴とする装置。５．請求項１又は２において、前記方向導出手段は、ダイオードレーザの出射面に近接して光ファイバを配置しダイオードレーザから放出される光の実質的な部分が当該ファイバによって集められるようにしてなることを特徴とする装置。６．請求項２において、前記ブラッグ式ファイバ回折格子は光ファイバの誘導モード部分の領域がエッチングされていることを特徴とする装置。７．請求項１又は２において、ブラッグ式ファイバ回折格子の反射率及び反射波長は、ダイオードレーザ共振器の広帯域帰還がブラッグ式ファイバ回折格子からの帰還より大きくなるように、選択されることを特徴とする装置。８．請求項１又は２において、ブラッグ式ファイバ回折格子は最大反射率がダイオードレーザ放射波長の10nm以内で回折格子の帯域幅が0.05nmと２nmの間であることを特徴とする装置。９．請求項１又は２において、ブラッグ式ファイバ回折格子の最大反射率の波長がダイオードレーザの利得帯域幅以内であることを特徴とする装置。 10．請求項４において、光ファイバは低複屈折の光ファイバであり、ダイオードレーザは応力変形層InGaAs多量子ウェルダイオードレーザであり、レンズ手段は非球面レンズであって、ブラッグ式ファイバ回折格子は0.05nmから１nmの反射帯域幅を有することを特徴とする装置。 11．請求項１又は２において、ダイオードレーザが960〜1025nmの波長で実質的にコヒーレンスの光を放出することを特徴とする装置。 12．請求項１又は２において、ファイバ回折格子の有効反射率は Reff=η²Rg であり、ηは光ファイバへのダイオードレーザ光学出力の結合効率、Rgはブラッグ式ファイバ回折格子の最高反射率であり、当該ファイバ回折格子の有効反射率はダイオードレーザの出射面の反射率より3〜4倍小さいことを特徴とする装置。 13．請求項１又は２において、ダイオードレーザの出射面とブラッグ式ファイバ回折格子との間の光学距離はダイオードレーザの光学出力のコヒーレント長より大きいことを特徴とする装置。 14．単一の縦モード線幅動作を有する安定したレーザ源を生成する装置において、実質的に単一の空間モードで光を放出し、ダイオードレーザ型共振器及び当該ダイオードレーザ型共振器の一方の先端を定める出力面を備え、さらに外部からの光学的帰還がない場合当該レーザ型共振器内部において複数の縦モードでレーザ光を放出するダイオードレーザと、少なくとも一つのモードをダイオードレーザの波長に維持することができるファイバの導波部分を含む光ファイバと、ダイオードレーザからの放射光を光ファイバの方向に導く手段と、当該ファイバの導波部分にあり反射帯域幅を有するブラッグ式ファイバ回折格子とからなり、前記出力面は当該ブラッグ式ファイバ回折格子の反射率にほぼ等しいか又はより大きい反射率を有し、ダイオードレーザの出射面とブラッグ式ファイバ回折格子との間の光学距離はダイオードレーザの光学出力のコヒーレント長より小さく、ブラッグ式ファイバ回折格子からダイオードレーザ型共振器への反射光がレーザ光放出の帯域幅を単一の縦モード線幅動作に限定することを特徴とする装置。 15．請求項14において、ダイオードレーザが実質的に960〜1025nmの波長でコヒーレントな光を放出することを特徴とする装置。 16．請求項14において、ファイバ回折格子の有効反射率は Reff=η²Rg であり、ηは光ファイバへのダイオードレーザ光学出力の結合効率、Rgはブラッグ式ファイバ回折格子の最高反射率であり、当該ファイバ回折格子の有効反射率はダイオードレーザの出射面の反射率より3〜4倍小さいことを特徴とする装置。 17．請求項２において、ブラッグ式ファイバ回折格子は紫外線に露光することにより光ファイバの誘導モード部分の領域に形成されることを特徴とする装置。