KR100821651B1 - 외부 공동을 포함하는 레이저, 외부 공동 레이저, 외부공동 레이저 장치, 레이저 장치 및 외부 공동 레이저 튜닝방법 - Google Patents

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Abstract

외부 공동 광학 경로 길이의 조정으로부터 독립적으로 파장 또는 채널 선택이 수행되는 외부 공동 레이저 장치 및 방법이 개시된다. 본 장치는 파장 또는 채널 선택기 튜너 및 외부 공동 튜너를 포함하고, 파장 튜너는 외부 공동 튜너로부터 접속되지 않는다. 파장 선택 및 공동 광학 경로 길이에 대한 튜닝 수단들은 서로에 대해 독립적으로 또는 직교적으로 동작하도록 구성된다. 파장 튜너는 제 1의, 채널 선택 신호에 따라 동작할 수 있으며, 외부 공통 튜너는 제 2의, 외부 공동 조정 신호에 따라 동작한다. 파장 튜너 및 외부 공동 튜너는 동일하거나 또는 분리된 제어기의 제어하에 동작할 수 있다. 채널 선택 신호는 제어기에 의해 액세스된 조정 파라미터 데이터의 룩업 테이블로부터 도출될 수 있으며, 외부 공동 조정 신호는 외부 공동 손실을 측정하도록 구성된 검출기로부터의 에러 신호로부터 도출될 수 있다.

Description

외부 공동을 포함하는 레이저, 외부 공동 레이저, 외부 공동 레이저 장치, 레이저 장치 및 외부 공동 레이저 튜닝 방법{EXTERNAL CAVITY LASER APPARATUS WITH ORTHOGONAL TUNING OF LASER WAVELENGTH AND CAVITY OPTICAL PATH LENGTH}
광섬유 원격 통신은 대역폭 증가 요구에 대한 계속적인 대상이 되고 있다. 대역폭 확장을 수행하는 한 가지 방법은 DWDM(dense wavelength division multiplexing)을 통해 수행되어 왔으며, DWDM에서는 단일의 광섬유에 다수의 분리된 데이터 스트림이 동시에 존재하고, 각 데이터 스트림의 변조는 상이한 채널상에서 발생된다. 각 데이터 스트림은 특정 채널 파장에서 동작하는 대응하는 반도체 송신기 레이저의 출력 빔상으로 변조되고, 반도체 레이저로부터의 변조된 출력은 그들 각각의 채널에서의 송신을 위해 단일 섬유로 조합된다. 현재, ITU(International Telecommunications Union)는 대략 0.4 나노미터, 또는 약 50GHz의 채널 분리를 요구한다. 이러한 채널 분리는 현재 이용가능한 섬유 및 섬유 증폭기의 대역폭 범위내의 단일 섬유에 의해 128 채널까지 수행될 수 있도록 한다. 보다 큰 대역폭에 대한 끊임없는 증가 요구와 함께 섬유 기술에서의 향상으로 인해 미래에는 보다 작은 채널 분리가 초래될 것이다.
보다 큰 대역폭으로의 드라이브는 좁은 송신 채널 간격에 따라 주의깊은 조 정 및 교정을 필요로 하는 정밀 파장 특정 DWDM 장치의 이용을 이끌어 내었다. 계속적으로 튜닝가능한 레이저가 개발되어 이들 정교한 장치의 테스트 및 측정시에 도움을 준다. 이러한 종류의 튜닝가능 레이저는 외부 공동내의 회전축 조정가능 격자(pivotally adjustable grating)와 같은 튜닝 소자를 전형적으로 이용하여, 정밀 WDM 구성 요소의 특성화에 이용될 수 있는 레이저 출력에서의 조정가능 파장 스위핑(adjustable wavelength sweep)을 생성한다.
그러한 튜닝가능 레이저에서 발생할 수 있는 한 가지 문제점은 "모드 호핑(mode-hopping)"이며, 모드 호핑에서 레이저는 주파수를 상이한 길이 방향 모드로 불연속적으로 변경한다. 원격 통신 송신기로서 사용될 때, 이들 모드 호핑은 변조된 데이터 스트림에 송신 에러가 발생하도록 할 것이다. 튜닝가능 레이저를 설계하기 위해 취해진 한 가지 방안은 미세하게 이격된 모드를 갖는 비교적 긴 공동을 이용하여, "준 연속적(quasi-continuous)" 방법으로 레이저를 튜닝하고, 미세하게 이격된 모드들 사이를 모드 호핑하는 것이다. 이러한 설계에 있어서는, 동작 파장이 변경될 때 모드 호핑이 발생된다고 하는 고유의 사실이 적용된다. 모드들 자신은 제어되지 않으므로, 동작 파장은 모드 호핑의 간격내에 정밀하게 튜닝될 수 없다.
튜닝가능 레이저에 대한 다른 방안은 "모드 호핑 프리(mode hop free)" 튜닝이며, 모드 호핑 프리에서 공동 길이는 파장 튜닝 수단과 동시에 변경되어, 튜닝 동안 동일한 길이 방향 모드에서 동작하는 레이저를 유지한다. 이 방안은 모드 호핑 문제를 잠재적으로 회피하며, 모든 파장으로 튜닝할 수 있지만, 동시 조정의 제약은 이 설계의 구현을 어렵게 한다.
재구성가능 광학 네트워크 아키텍처의 이용이 증가함으로써, 최근 광학 통신 송신기로서 튜닝가능 외부 공동 레이저가 이용되게 되었다. 원격 통신용으로 사용된 튜닝가능 외부 공동 레이저는 테스트 및 측정용으로 사용된 튜닝가능 레이저와 동일한 방법으로 일반적으로 구성되며, 외부 공동의 튜닝에 접속되는 격자의 튜닝은 레이저 파장 출력에 모드 호핑 프리 튜닝을 제공한다.
그러나, 이러한 유형의 모드 호핑 프리 튜닝은, 고 대역폭 DWDM 시스템에 대해 요구되는 것으로서, 좁게 이격된 송신 대역들을 적절하게 튜닝하기에는 최적의 것이 아닌 것으로 판명되었다. 때로는, 모드 호핑 프리 튜닝은 구현이 어렵고, 많은 경우에 있어서, 격자 및 광학 공동 길이를 튜닝하기 위한 특정의 회전/이동(translation) 관계를 제공하기 위해 특정의 또는 "매직(magic)" 피봇(pivot) 포인트의 시간 소모적 위치를 포함한다.
특히, 모드 호핑 프리 튜닝의 설계 목표는 레이저의 여러 가지 가능한 길이 방향 모드들 중 하나를 선택하는 파장 선택 필터를, 길이 방향 모드의 파장, 따라서 정확한 동작 파장을 결정하는 공동의 유효 공동 길이의 변경과 접속하기 위한 것이다. 공동 길이와 파장 필터링간의 접속이 정밀하지 않은 경우, 모드 호핑은, 접속이 없는 경우보다 적은 포인트에서 이기는 하지만, 튜닝 곡선을 따라 여전히 발생될 수 있다. 특히, 파장 필터를 공동 모드에 접속하는 것은 이러한 변경을 공동 길이 및 동작 파장에 직접 접속하지 않고서 파장 필터를 조정하는 것을 배제한다. 비록 모드 호핑 프리 튜닝 아키텍처는 테스트 및 측정 레이저를 위한 좋은 설계 선택일 수 있지만, 튜닝가능 DWDM 송신기 소스에 대한 최적의 설계 선택일 필요는 없다.
튜닝될 때, DWDM 송신기는 원래(original) 동작 파장에서의 방사(emission)를 중지하고, 제 2의, 정밀하게 정의된 파장에서 방사를 재개해야 한다. 일반적으로, 이것은 튜닝되는 채널과 다른 송신 채널 사이에 누화(crosstalk)를 발생시킬 수 있기 때문에, 소정의 다른 파장에서의 방사는 시스템으로 전송될 수 없다. 튜닝하는 한 가지 방법은 레이저를 타겟 파장으로 직접 모드 호핑하는 것이다. 파워 다운되고(powered down), 닫히고(shuttered), 필터링되거나, 또는 튜닝 동안 다른 파장을 회피하도록 보장되는 레이저로 튜닝하는 것이 보다 실용적이며, 여기서 이들 사전 대책은 시스템 레벨 또는 소스에서 취해질 수 있다. 이들 사전 대책에 의해, 채널들 사이의 튜닝 동안 레이저의 정밀한 모드 호핑 동작은 중요하지 않다. 중요한 것은 타겟 파장이 정밀하게 달성되는 것이다. 정확한 동작 파장을 결정하는 유효 공동 길이는 정밀하게 제어되어야 한다. 시스템 개시로의 튜닝 및 송신 이후에만, 소스에서 진폭 및 주파수 변경을 초래하는 모드 호핑이 회피되어야 한다.
몇몇 DWDM 시스템에서, 동작 동안 채널 주파수가 조정되어, 시스템 성능을 수용가능한 비트 에러율에서 최대화한다. 원격 통신 소스는 큰 온도 범위, 전형적으로는 -5oC 내지 70oC의 범위에서 동작해야 하며, 이러한 온도가 유효 공동 길이, 필터 특성 및 레이저의 일반적 상태에 대해 갖는 효과가 계수되어야 한다. 열 보상 및 정교한 주파수 제어의 동작 특성은 유사하며, 원격 통신 송신기가 공동 길이 및 파장 필터링 소자를 정밀하게 제어해야 한다는 요건에 이르게 한다. 이들 설계 고려 사항의 관점에서, 모드 호핑 프리 튜닝 방안은 테스트 및 측정 응용에서와 같이, DWDM 소스 응용에서의 동일한 이점을 부여하지 않는다. 파장 필터링 소자 및 공동 길이의 독립적인 정교한 제어를 갖지만, 대략적으로 튜닝할 때 모드 호핑 동작을 회피하는 것으로 한정되지 않는 DWDM 응용을 위한 튜닝가능 레이저 소스에 대한 필요성이 있다.
발명의 개요
본 발명은 외부 공동 광학 경로 길이의 조정으로부터 독립적으로 파장 또는 채널 선택이 수행되는 외부 공동 레이저 시스템 및 방법을 제공한다. 일반적으로, 본 발명은 파장 또는 채널 선택기 튜너 및 외부 공동 튜너를 포함하는 외부 공동 레이저 장치이며, 파장 튜너는 외부 공동 튜너로부터 접속되지 않거나 접속 해제되며, 또는 그러한 접속이 최소화된다. 즉, 파장 선택 및 공동 광학 경로 길이에 대한 튜닝 수단들은 서로에 대해 독립적으로 또는 직교적으로 동작하도록 구성되어, 튜닝 필터의 파장 통과 대역 튜닝이 유효 공동 길이에 최소의 영향을 미치고, 유효 공동 길이 조정이 튜닝 필터의 통과 대역에 최소의 영향을 미치도록 한다.
몇몇 실시예에서, 튜닝 필터 및 공동 경로 길이는 독립적으로 및 직교적으로 튜닝되어, 제 1 튜너가 공동 경로 길이에 최소의 영향을 미치면서 튜닝 필터의 통과 대역에 영향을 미치고, 제 2 튜너가 튜닝 필터의 통과 대역에 최소의 영향을 미치면서 공동 경로 길이에 영향을 미치도록 한다. 다른 실시예에서, 이들 튜닝 수단들은 통과 대역 및 공동 경로 길이 모두에 영향을 미칠 수 있지만, 이들 튜닝 수단들은 조정되어, 순(net) 효과가 기본적으로 통과 대역의 조정, 또는 기본적으로 공동 경로 길이의 조정이 되도록 한다.
보다 구체적으로, 제 1 튜너는 튜닝 필터의 통과 대역 및 공동 경로 길이 모두에 영향을 미칠 수 있으며, 제 2 튜너는 상이하거나 동일하지 않는 방법에서는 통과 대역 및 공동 경로 길이 중 하나 또는 둘다에 영향을 미칠 수 있다. 공동 길이에 최소의 영향을 미치면서 튜닝 필터의 통과 대역을 조정하는 두 튜너의 동등한 튜닝과, 통과 대역에 최소의 영향을 미치면서 공동 길이를 조정하는 제 2의 동등한 튜닝이 존재한다. 이들 두 개의 동등한 튜닝은 "직교(orthogonal)"한다.
통과 대역 위치는 제 1의, 채널 선택 신호에 따라 동작할 수 있으며, 공동 길이 튜너는 제 2의, 공동 모드 조정 신호에 따라 동작한다. 채널 선택 신호는 제어기에 의해 액세스된 조정 파라미터 데이터의 룩업 테이블로부터 도출되거나, 검출기로부터 도출된 에러 신호일 수 있다. 공동 모드 조정 신호는 룩업 테이블에 저장된 조정 파라미터로부터 도출되거나, 검출기로부터의 에러 신호일 수 있다. 검출기는 외부 공동과 관련된 이득 영역 양단의 전압을 측정하도록 위치되고 구성된 전압 검출기를 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 검출기는 외부 공동으로부터의 출력을 수신하도록 위치된 광학 검출기를 포함할 수 있다.
소정의 실시예에서, 본 발명의 외부 공동 레이저는 제 1 및 제 2 출력 면(facet)을 갖고 제 1 출력 면으로부터 광학 경로를 따라 코히어런트 빔을 방사하는 이득 매체를 포함한다. 단부 미러(end mirror)가 광학 경로에 위치되며, 단부 미러 및 제 2 출력 면은 레이저에 대한 외부 공동을 정의한다. 제 2 출력 면으로부터의 출력은 광섬유에 접속될 수 있다. 채널 선택기는 제 2 출력 면과 단부 미러 사이의 광학 경로에 위치된다. 채널 선택기는 공동내(intracavity) 필터링의 통과 대역에 영향을 미치고, 채널 선택기는 튜닝 수단에 동작가능하게 접속된다.
채널 선택기는 스페이서층에 의해 분리된 평행 반사 표면을 갖는 에탈론(etalon)을 포함할 수 있다. 튜닝 수단은 스페이서층의 광학 경로 길이를 변경함으로써 에탈론에 대해 작동한다. 공기 또는 액체 이격된 에탈론의 경우, 튜닝 수단은 압전(piezoelectric), 열, 압력 및 마이크로기계(micromechanical) 수단을 포함할 수 있다. 리튬 니오베이트(Lithium Niobate) 또는 액정(liquid crystal)과 같은 전기 광학(electrooptic) 물질로 충진된 에탈론의 경우, 튜닝 수단은 인가된 전계를 포함할 수 있다. 고체 에탈론의 경우, 튜닝 수단은 열 또는 기계적일 수 있다. 채널 선택기는 쐐기형(wedge) 에탈론을 포함할 수 있으며, 공동내 빔이 필터를 통과하는 위치를 스페이서층이 미세하게 더 두껍거나 얇고, 그에 따라 피크 송신 파장이 각각 더 길거나 짧은 새로운 위치로 변경하는 쐐기형 에탈론의 거시적 위치 조정에 의해 튜닝가능하다.
다른 실시예에서, 채널 선택기는 이득 영역으로부터 오는 파장들 중 어느 것 이 이득 영역으로 다시 효율적으로 회절되는지를 결정하는 표면 격자를 포함할 수 있다. 일반적으로 필터의 형상은 높은 접속 효율성을 갖는 파장의 통과 대역에 의해 둘러싸인 최대 접속 효율성을 갖는 파장으로 이루어진다. 통과 대역은 빔이 격자에 부딪치는 각도를 조정함으로써 파장에서 튜닝될 수 있다. 빔 중심이 격자와 교차하는 위치에 회전 중심이 있다면, 통과 대역은 레이저 공동의 유효 경로 길이에 있어서의 최소 변경으로 조정될 것이다. 격자를 이동시키는 것은 레이저 공동의 유효 경로 길이를, 빔 경로를 따르는 이동 성분에 비례하는 양만큼 변경한다. 이동은 이동에 의해 최소의 회전이 발생하는 한, 통과 대역에 대해 최소의 영향을 미칠 것이다.
격자는, 격자상의 두 포인트에 부착된, 마이크로기계 액츄에이터 또는 압전 액츄에이터와 같은 두 개의 기계적 액츄에이터에 의해 작동될 수 있다. 이러한 액츄에이터의 구성에 있어서, 각각의 액츄에이터는 격자의 이동 및 회전 상태 모두에 영향을 미칠 것이다. 액츄에이터의 영향은 그들 작동의 대등 관계에 의해 직교화될 수 있다. 격자의 순수 회전에 영향을 미치는 두 액츄에이터의 제 1 비례 작동과, 격자의 순수 이동에 영향을 미치는 두 액츄에이터의 제 2 비례 작동이 존재한다. 제 1의, 순수 회전 작동은 공동의 광학 경로 길이에 최소의 영향을 미치면서 필터링의 통과 대역을 변경하고, 제 2의, 순수 회전 작동은 통과 대역에 최소의 영향을 미치면서 공동 길이를 변경한다. 이러한 방법에서, 격자에 접속된 두 개의 액츄에이터에 의해, 격자는 통과 대역 및 유효 공동 길이의 소정의 직교 또는 독립적 조정이다. 액츄에이터의 유형 및 배치는 본 발명의 특정한 이용에 따라 변할 수 있다.
소정의 실시예에서, 두 개의 이동 액츄에이터 대신에, 하나의 회전 액츄에이터 및 하나의 이동 액츄에이터가 이용될 수 있다. 회전 액츄에이터는 격자가 아닌, 공동내 빔에 대해 동작하는 미러 또는 역반사 어셈블리에 대해 동작하여, 빔과 격자 사이의 각 변경을 달성할 수 있다. 마찬가지로, 회전 미러 대신에, 액정 또는 다른 전기 광학 빔 조향 장치가 이용될 수 있다. 회전은 빔에 렌즈를 배치하고, 렌즈의 초점 평면에 공간 광 변조기를 배치함으로써 더 달성될 수 있으며, 렌즈에서 각각의 각도는 고유의 공간 위치로 맵핑된다. 액정 공간 광 변조기, 마이크로기계 "디지털 마이크로미러(digital micromirror) 장치" 및 마이크로기계 격자 광 밸브가 레이저 공동에 이용될 수 있다.
소정의 실시예에서, 외부 공동 튜너는 단부 미러가 부착되는 열 활성화 확장 부재(thermally activated expansion member)에 열을 드라이브하도록 구성된 열전 장치를 포함하는 공동 길이 액츄에이터를 포함할 수 있다. 외부 공동 튜너는 단부 미러의 위치를 작동하도록 구성된 기계 또는 마이크로기계 어셈블리, 또는 외부 공동과 관련된 전기 광학 소자를 대안적으로 포함할 수 있으며, 전기 광학 소자에 전압을 인가함으로써 외부 공동의 유효 광학 경로 길이를 변경하도록 동작한다.
본 발명에 따른 외부 공동 레이저의 동작 동안, 채널 선택기를 튜닝하는 것은 외부 공동 광학 경로 길이의 튜닝으로부터 독립적이거나 또는 실질적으로 접속되지 않는 파장 세기 필터링을 제공한다. 광학 경로 길이는 정확한 동작 파장을 결정하며, 높은 파장 정밀도 및 안정도를 요구하는 레이저 동작시에 주의깊게 제어 되어야 한다. 채널 선택기는 튜닝가능 세기 필터로서 작용하며, 어떤 레이저 모드가 높은 세기로 레이징(lasing)하는지를 선택함으로써 파장을 대략적으로 결정한다. 광학 경로 길이로부터의 파장 세기 필터링의 비접속 또는 직교화는 진동, 열 변동, 구성 요소 마모 및 채널 선택기에 영향을 미치는 다른 요소들로 인해 발생될 수 있는 파장 변경을 방지한다.
도 1은 독립적인 파장 튜닝 및 외부 공동 튜닝을 이용하는 쐐기형 에탈론 채널 선택기를 갖는 외부 공동 레이저 장치의 개략도이다.
도 2(a)-2(c)는 파장 격자에서의 선택된 채널에 대한 쐐기형 에탈론, 격자 에탈론 및 외부 공동에 대한 도 1의 외부 공동 레이저의 통과 대역 특성을 도시하는 그래프이다.
도 3(a)-3(c)는 파장 격자에서의 복수의 채널에 대한 도 1의 외부 공동 레이저의 튜닝에 대한 이득 응답을 도시하는 그래프이다.
도 4는 격자 발생기에 의해 정의된 파장 격자와 함께 도시된 본 발명의 외부 공동 레이저 장치의 파장 튜닝 프로파일의 그래프이다.
도 5는 독립적인 파장 튜닝 및 외부 공동 튜닝을 이용하는 격자 채널 선택기를 갖는 외부 공동 레이저 장치이다.
도 6은 전기 광학 파장 튜너 및 전기 광학 외부 공동 튜너를 갖는 외부 공동 레이저 장치이다.
보다 구체적으로 도면을 참조하면, 예시적인 목적으로, 본 발명은 도 1 내지 도 6에 도시된 장치 및 방법으로 구현된다. 본 명세서에 개시된 기본적인 개념으로부터 벗어나지 않고서도, 본 장치는 구성 및 세부 부품이 변경될 수 있으며, 본 방법은 사건의 세부 내용 및 순서가 변경될 수 있음을 이해할 것이다. 본 발명은 외부 공동 레이저를 이용하는 관점에서 주로 개시된다. 그러나, 당업자라면, 본 발명은 다른 유형의 레이저 및 광학 시스템과 함께 이용될 수 있음을 쉽게 이해할 것이다. 또한, 본 명세서에서 사용된 용어는 단지 특정 실시예를 설명하기 위한 것이며, 제한적인 것이 아님을 이해해야 한다.
안정 상태 레이저 동작의 중요한 물리적 기본 원리는, 공동내의 광학파의 전계가, 공동에서의 라운드 트립(round trip)을 수행한 이후에 그 자신을 재생한다는 것이다. 광이 공동의 라운드 트립을 완료하는데 걸리는 시간보다 천천히 레이저가 변조되는 경우, 이러한 조건이 또한 적용된다. 전계는 크기(amplitude) 및 위상과 같은 2 개의 실제 양으로 특정될 수 있는 복합량이다. 크기 및 위상의 실제 양을 이용하여 표현되는 경우, 라운드 트립 일치 조건은 2개의 조건으로 된다. 광학파의 크기는, 공동내의 라운드 트립을 수행한 후에 그 자신을 재생하고, 광학파의 위상도 마찬가지로 그 자신을 재생한다.
본 발명은 라운드 트립 위상에 최소로 영향을 미치면서 광학파의 라운드 트립 크기 필터링에 영향을 미칠 수 있고, 라운드 트립 크기 필터링에 최소로 영향을 미치면서 라운드 트립 위상에 개별적으로 영향을 미칠 수 있는 레이저 장치를 제공 한다. 라운드 트립 위상은, 위상 모듈로(modulo) 2π가 0인 경우에만, 그 자신을 복제할 수 있다. 순 제로 라운드 트립 위상을 갖는 파장은 레이저 모드라고 불리며, 그것은 레이저가 동작할 유일한 파장이다.
라운드 트립 위상은 기본적으로 광학 빔의 파장에 의해 나누어진 라운드 트립 광학 경로 길이에 의해 결정되지만, 단부 미러가 아닌 광학 표면으로부터의 산란된 광 뿐만 아니라 크기 필터링과 불변적으로 관련된 작은 위상 시프트에 의해서도 약간 영향을 받는다. 공동의 광학 경로 길이는 레이징의 파장에서의 전체 라운드 트립 위상을 일반적으로 의미한다. 원래 경로 길이에 의해 나누어진 광학 경로 길이의 변화가 원래 파장에 의해 나누어진 통과 대역의 파장 변경의 절반보다 작은 경우, 공동내 크기 필터링을 변경함으로써 초래된 광학 경로 길이에 대한 영향이 최소이다. 다른 광학 표면으로부터의 산란의 영향은, 산란의 크기가 라운드 트립 광학파의 전체 크기에 비해 작은 경우, 최소일 것이다.
라운드 트립 크기는 가능한 레이저 모드의 상대적 세기에 강한 영향을 미친다. 일반적으로, 레이저는 가장 높은 라운드 트립 송신을 갖는 모드에 대해 동작하며, 다른 모드가 레이징 모드의 라운드 트립 송신의 절반보다 작은 라운드 트립 송신을 갖는다면, 정상 동작 동안의 이들 다른 모드의 세기는 레이징 모드의 세기의 1/1000보다 일반적으로 작을 것이다. 이러한 라운드 트립 크기 필터링은 이득 영역에서의 이득 뿐만 아니라 모든 광학 표면의 스펙트럼 속성도 포함한다. 따라서, 예를 들어, 공동에 배치된 광학 필터가 그러한 파장들 중 하나에서 송신 최대값을 갖지만, 파장의 송신은 이득 영역의 이득 스펙트럼 범위 밖에서 무시될 것이 다. 이러한 고려 사항은 에탈론 필터와 특히 관련이 있으며, 에탈론 필터는 다수의 송신 피크 및 다수의 회절 오더를 갖는 격자를 갖는다. 대상이 되는 튜닝 범위를 커버하는 높은 송신 통과 대역 및 튜닝 범위 밖의 낮은 송신을 갖는 정적 필터를 이용하여, 레이저의 튜닝 범위 밖에 송신 최대값들을 갖지 않는 라운드 트립 크기 필터링을 달성할 수 있다. 주기적 송신 최대값들을 갖는 격자 발생기 필터는 가능한 레이징을, 최대값들 근처의 실질적인 송신의 위치들로 제한할 것이다.
또한, 라운드 트립 크기 필터링은 대상이 되는 튜닝 범위내에 단일 송신 피크 및 그러한 피크를 둘러싸는 높은 송신의 통과 대역을 갖는 튜닝가능 필터로 구성된다. 그러한 필터의 예로는, 자유 스펙트럼 범위가 관심이 되는 튜닝 범위를 벗어나는 에탈론과, 표면 격자와, 브래그(Bragg) 또는 반사 격자가 있다. 또한, 튜닝가능 필터는 유사한 효과를 달성하는 다수의 소자, 예를 들면, 다수의 송신 피크를 갖는 소자 및 처음의 것으로부터 상이하게 이격된 다수의 피크를 갖는 튜닝가능 소자로 구성될 수 있으며, 그것의 순 효과는 두 소자로부터의 피크가 중첩되고, 그러한 피크의 버니어(vernier) 스타일 튜닝이 중첩되도록 만들어지는 곳에서 발생하는 단일의 송신 피크이다.
크기 필터링이 전체 공동내 라운드 트립 크기 송신으로서 고려될 수 있으며, 세기 필터링은 크기 필터링의 제곱, 즉 전체 공동내 라운드 트립 세기 송신이다. 튜닝가능 크기 필터링은, 이러한 송신이 하나 이상의 튜닝가능 소자에 의해 영향을 받을 수 있는 상황에서 전체 공동내 라운드 트립 크기 송신에 제공된다. 원래 파장에 의해 나누어진 크기 필터의 통과 대역의 중심 파장이 원래 경로 길이에 의해 나누어진 광학 경로 길이 변경의 절반보다 작은 경우, 공동 경로 길이 변경이 튜닝가능 크기 필터링에 미치는 영향이 최소이다. "모드 호핑 프리 튜닝"의 경우, 원래 경로 길이에 의해 나누어진 광학 경로 길이의 변경은 원래 파장에 의해 나누어진 크기 필터의 통과 대역의 중심 파장의 변경과 동일함을 알 수 있다.
상기 내용을 고려하면서, 직교 파장 튜닝 및 공동 광학 경로 길이 튜닝을 갖는 외부 공동 레이저 장치(10)를 도시하는 도 1을 참조한다. 장치(10)는 이득 매체(12)와, 단부 또는 외부 반사 소자 또는 단부 미러(14)를 포함한다. 이득 매체(12)는 종래의 패브리-페롯(Febry-Perot) 다이오드 에미터 칩을 포함할 수 있으며, 반사 방지(anti-reflection; AR) 코팅된 전면(16) 및 부분 반사 후면(18)을 갖는다. 외부 레이저 공동은 후면(18) 및 단부 미러(14)에 의해 표시 또는 정의된다. 이득 매체(12)는 전면(16)으로부터 코히어런트 빔을 방사하고, 이것은 렌즈(20)에 의해 시준되어 외부 공동의 광학축과 공동 선상의 광학 경로(22)를 정의하며, 단부 미러는 광학 경로(22)에 위치된다. 이득 매체(12)의 전면 및 후면(16, 18)은 외부 공동의 광학축과 마찬가지로 정렬된다. 종래의 출력 커플러 광학(output coupler optics)(도시되지 않음)은 후면(18)과 관련되어, 외부 공동 레이저(10)의 출력을 광섬유로 접속한다.
외부 공동 레이저(10)는 격자 발생기 소자 및 튜닝가능 소자 또는 채널 선택기를 포함하고, 이들은 도 1에서 이득 매체(12)와 단부 미러(14) 사이의 광학 경로(22)에 위치된 격자 에탈론(24) 및 쐐기형 에탈론(26)으로서 각각 도시된다. 격자 에탈론(24)은 튜닝가능 소자(26) 이전의 광학 경로(22)에 위치되며, 평행 반사면(28, 30)을 갖는다. 격자 에탈론(24)은 간섭 필터로서 동작하며, 면(28, 30)의 간격에 의해 정의되는 격자 에탈론(24)의 굴절률 및 격자 에탈론(24)의 광학적 두께는, 예를 들면, ITU(International Telecommunication Union) 격자를 포함할 수 있는 선택된 파장 격자의 중심 파장과 일치하는 파장에서의 통신 대역내의 다수의 송신 최대값을 발생시킨다. 다른 파장 격자가 대안적으로 선택될 수 있다. 격자 에탈론(24)은 ITU 격자의 격자 라인들 사이의 간격에 대응하는 자유 스펙트럼 범위(free spectral range; FSR)를 가지며, 따라서 격자 에탈론(24)은 파장 격자의 각각의 격자 라인에 중심을 둔 복수의 통과 대역을 제공하도록 동작한다. 이하에서 상세히 기술되는 바와 같이, 격자 에탈론(24)은 파장 격자의 각 채널 사이의 외부 공동 레이저의 인접하는 모드를 억제하는 피네스(finesse)(자유 스펙트럼 범위를 전체 폭 절반 최대값 또는 FWHM(full width half maximum)으로 나눔)를 갖는다.
격자 에탈론(24)은 평행판 고체, 액체 또는 기체 이격된 에탈론일 수 있으며, 온도 제어를 통한 열 확장 및 수축에 의해 면(28, 30) 사이의 광학적 두께를 정밀 치수화(dimensioning)함으로써 튜닝될 수 있다. 이와 달리, 격자 에탈론(24)은, 면(28, 30) 사이의 광학적 두께를 변화시키도록 기울임으로써, 전기 광학 에탈론 물질에 전계를 인가함으로써, 기체 이격된 에탈론의 압력을 변경함으로써, 제 2 광학 빔으로 비선형 광학 물질에 인덱스 변경을 유도함으로써, 또는 열, 압전, 또는 마이크로기계 수단에 의해 기체 또는 액체 충진 에탈론에서의 이격을 결정하는 스페이서의 크기를 변경함으로써, 튜닝될 수 있다. 이와 달리, 격자 에탈론(24)은, 발명자 Andrew Daiber에 의한 "External Cavity Laser with Continuous Tuning of Grid Generator"라는 명칭의 미국 특허 출원 제 09/900,474 호(공동 출원된 것으로서, 본 명세서에서 참조로 인용됨)에 기술된 바와 같이 레이저 동작 동안 액티브하게 튜닝될 수 있다.
쐐기형 에탈론 채널 선택기(26)는 실질적으로 평행한 반사 표면(32, 34)을 갖는 간섭 필터로서 작용한다. 표면들(32, 34) 사이의 간격은, 빔이 이들 표면들에 부딪치는 영역을 벗어나 표면(32, 34)을 연장하고, 이들 표면 사이의 스페이서를 테이퍼링(tapering)함으로써, 동작 파장보다 작거나 동일한 양 만큼, 레이저 축을 따라 정교하게 변경될 수 있다. 테이퍼는 레이저 빔을 가로질러 표면(32, 34) 사이의 두께 변경이 무시하거나 허용하기에 충분히 작으며, 빔을 가로지르는 필터의 거시적인 이동은 빔을 따라 표면(32, 34) 사이의 거리의 미세한 변경을 도입하기에 충분히 크다. 표면(32, 34) 사이의 공간은 가스 충진, 액체 충진, 또는 고체 충진될 수 있다. 표면(32, 34) 사이의 공간은, 고체 에탈론을 열 확장함으로써, 기체 또는 액체 에탈론에서의 이격 수단을 열, 압전, 또는 마이크로기계적으로 확장함으로써, 기체, 고체 또는 액체 에탈론을 기울임으로써, 기체 이격된 에탈론의 압력을 변경함으로써, 전기 광학 물질을 스페이서로서 이용하고, 인가된 전계로 인덱스를 변경함으로써, 스페이서층에서 비선형 광학 물질을 이용하고, 제 2 광학 빔으로 경로 길이 변경을 유도함으로써, 또는 다른 튜닝 수단에 의해, 변경될 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같은 쐐기형 에탈론(26)은 본 발명에 따라 외부 공동 레이저에서 이용될 수 있는 단지 하나의 튜닝가능 소자 또는 채널 선택기이며, 격자, 전기 광학, 박막 및 버니어 튜닝 장치를 포함하는 다양한 다른 유형의 채널 선택기가 대신 이용될 수 있다. 채널 선택을 위해 에어 갭 쐐기형 에탈론을 이용하는 것에 대해서는 미국 특허 제 6,108,355 호에 기술되어 있으며, 여기서 "쐐기형"은 인접 기판에 의해 정의된 테이퍼형 에어 갭이다. 격자 각도 조정에 의해 튜닝된 채널 선택기로서 회전축 조정가능 격자를 이용하는 것 및 외부 공동 레이저에서 전압의 선택적 인가에 의해 튜닝된 전기 광학 튜닝가능 채널 선택기를 이용하는 것에 대해서는, 2001년 3월 21일 출원된, 발명자 Andrew Daiber에 의한 미국 특허 출원 제 09/814,646 호에 기술되어 있다. 채널 선택기로서 이동적으로 튜닝된 계층화된 박막 간섭 필터를 이용하는 것에 대해서는 미국 특허 출원 제 09/814,646 호 및 함께 출원된, 발명자 Hopkins 등에 의한 "Graded Thin Film Wedge Interference Filter and Method of Use for Laser Tuning"이란 명칭의 미국 특허 출원 제 09/900,412 호에 기술되어 있다. 전술한 개시물은 본 명세서에서 참조로 인용된다.
몇몇 예에서, 외부 공동 레이저(10)의 다양한 광학적 구성 요소 사이의 상대적 크기, 형상 및 거리는 명료성을 위해 확대되며, 실제 축적으로 도시될 필요는 없다. 외부 공동 레이저(10)는 집속 및 시준 구성 요소, 외부 공동 레이저(10)의 다양한 구성 요소와 관련된 의사 피드백(spurious feedback)을 제거하도록 구성된 편광 광학(polarizing optics), 관심이 되는 튜닝 범위 밖이지만 이득 매체의 이득 프로파일 이내의 파장을 차단하는 (논튜닝가능(nontunable)) 필터와 같은 추가적인 구성 요소들(도시되지 않음)을 포함할 수 있다.
쐐기형 에탈론(26)은 격자 에탈론(24)의 통과 대역보다 실질적으로 넓은 복수의 통과 대역을 정의하며, 쐐기형 에탈론(26)의 보다 넓은 통과 대역은 격자 에탈론(34)에 의해 정의된 가장 짧은 파장 채널과 가장 긴 파장 채널 사이의 분리에 실질적으로 대응하거나 그보다 큰 주기성을 갖는다. 즉, 쐐기형 에탈론(26)의 자유 스펙트럼 범위는 격자 에탈론(24)에 의해 정의된 파장 격자의 전체 파장 범위를 초과한다. 쐐기형 에탈론(26)은 특정 선택 채널에 인접한 채널을 억제하는 피네스를 갖는다.
쐐기형 에탈론(26)은 쐐기형 에탈론(26)의 면들(32, 34) 사이의 광학적 두께를 변경함으로써 다수의 통신 채널들 사이에서 선택하는데 이용된다. 이것은 축 x를 따라 쐐기형 에탈론(26)을 이동 또는 드라이브함으로써 달성되며, 축 x는 쐐기형 에탈론(26)의 테이퍼의 방향에 평행하고, 외부 공동 레이저(10)의 광학 경로(22) 및 광학 축에 수직이다. 쐐기형 에탈론(26)에 의해 정의된 각각의 통과 대역은 선택가능한 채널을 지원하고, 쐐기는 광학 경로(22)로 전진 또는 이동되므로, 광학 경로(22)를 따라 이동하는 빔은 쐐기형 에탈론(26)의 증가적으로 두꺼운 부분을 통과하며, 쐐기형 에탈론(26)은 보다 긴 파장 채널에서 반대쪽의 면(32, 34) 사이의 건설적인 간섭(constructive interference)을 지원한다. 쐐기형 에탈론(26)이 광학 경로(22)로부터 제거됨에 따라, 빔은 쐐기형 에탈론(26)의 증가적으로 얇은 부분을 겪게 되고, 대응적으로 보다 짧은 파장 채널을 지원하는 광학 경로(22)에 통과 대역을 노출시킨다. 쐐기형 에탈론(26)의 프리 스펙트럼 범위는 전술한 바와 같이 격자 에탈론(24)의 완전한 파장 범위에 대응하여, 통신 대역내의 단일의 손실 최소값이 파장 격자를 가로질어 튜닝될 수 있도록 한다. 격자 에탈론(24) 및 쐐기형 에탈론(26)으로부터 이득 매체(12)로의 조합된 피드백은 선택된 채널의 중심 파장에서의 레이징을 지원한다. 튜닝 범위에 걸쳐, 쐐기형 에탈론(26)의 자유 스펙트럼 범위는 격자 에탈론(24)의 자유 스펙트럼 범위보다 넓다.
쐐기형 에탈론(26)은 선택된 채널에 따라 쐐기형 에탈론(26)을 조정가능하게 위치시키도록 구조 및 구성된 파장 튜너 드라이브 소자(36)를 포함하는 파장 튜닝 어셈블리 또는 수단을 통해 위치적으로 튜닝된다. 파장 튜너 드라이브 소자(36)는 쐐기형 에탈론(26)의 정밀 이동을 위해 적절한 하드웨어와 함께 스텝퍼 모터(stepper motor)를 포함할 수 있다. 이와 달리, 파장 튜너 드라이브(36)는 DC 서보모터, 솔레노이드, 음성 코일 액츄에이터, 압전 액츄에이터, 초음파 드라이버, 형상 메모리 장치 및 유사한 선형 및/또는 회전 액츄에이터를 포함하는, 그러나 이것에 제한되지는 않는, 다양한 유형의 액츄에이터 또는 조정 수단을 포함할 수 있다. 본 발명에서, 쐐기형 에탈론(26)이 아닌 다른 유형의 채널 선택기를 이용하는 경우, 파장 튜너 드라이브(36)는 채널 선택기를 튜닝하도록 그에 따라 구성될 것이다. 선형 인코더(40)는 쐐기형 에탈론(26) 및 파장 튜너 드라이브(36)와 관련하여 이용되어, 드라이브(36)에 의한 쐐기형 에탈론(26)의 정확한 위치 결정을 보장한다. 동작 파장을 모니터링하는 대략적인 분광계(도시되지 않음)가 대안적으로 또는 추가적으로 이용되어, 드라이브(36)에 의한 쐐기형 에탈론(26)의 정확한 위치 결정을 보장하거나, 또는 드라이브(36)에 의한 다른 유형의 채널 선택기의 정확한 위치 결정을 보장한다.
파장 튜너 드라이브 소자(36)는 파장 제어기(38)에 동작가능하게 접속되며, 파장 제어기(38)는 드라이브 소자(36)에 의한 쐐기형 에탈론(26)의 위치 결정을 제어하는 신호를 제공한다. 파장 제어기(38)는 (도시되지 않은) 데이터 프로세서 및 메모리를 포함할 수 있으며, 메모리에는 선택가능 채널 파장에 대응하는 위치를 제공하는, 쐐기형 에탈론(26)에 대한 파장 튜닝 정보의 룩업 테이블이 저장된다. 파장 제어기(38)는 파장 드라이브(36)에 통신되는 적절한 채널 또는 파장 선택 신호를 드라이브 또는 생성하며, 파장 드라이브(36)는 쐐기형 에탈론(26)을 드라이브 또는 조정한다. 파장 제어기(38)는 파장 튜너 드라이브(36)의 내부에 존재하거나, 또는 외부에 존재하여 외부 공동 레이저(10)의 다른 구성 요소 위치 결정 및 서보 기능에 공유될 수 있다.
외부 공동 레이저(10)가 다른 통신 채널 파장으로 튜닝될 때, 파장 제어기(38)는 룩업 테이블내의 위치 데이터에 따라 파장 드라이브 소자(36)에 신호를 보내고, 드라이브 소자(36)는 쐐기형 에탈론(26)을 정확한 위치로 이동 또는 조정하며, 여기서 광학 경로(22)에 위치된 쐐기형 에탈론(26) 부분의 광학적 두께는 선택 채널을 지원하는 건설적인 간섭을 제공한다. 선형 인코더(40)는 쐐기형 에탈론(26) 및 파장 튜너 드라이브(36)와 관련하여 이용되어, 파장 튜너 드라이브(36)에 의한 쐐기형 에탈론(26)의 정확한 위치 결정을 보장한다.
쐐기형 에탈론(26)은, 추가적인 인코더 특성으로서, 자신의 단부에, 광학적으로 검출가능하고, 자신의 가장 긴 또는 가장 짧은 채널 파장으로 위치적으로 튜닝된 경우에 쐐기형 에탈론(26)의 위치를 입증하는 기능을 하는 불투명 영역(42, 44)을 포함할 수 있다. 불투명 영역(42, 44)은 쐐기형 에탈론의 위치 튜닝에 이용가능한 추가적인 인코더 수단을 제공한다. 불투명 영역(42, 44) 중 하나가 광학 경로(22)로 들어가도록 쐐기형 에탈론(26)이 소정의 위치로 이동될 때, 불투명 영역(42, 44)은 광학 경로를 따르는 빔을 차단 또는 감쇠시킬 것이다. 이하에 더 기술되는 바와 같이, 이러한 광의 감쇠는 검출가능하다. 이들 불투명 영역은 "홈(home)" 및 "투-파(too-far)" 신호로서 이용될 수 있다. 홈 신호는 모터 위치가 참조될 수 있는 좌표 시스템을 초기화하는데 이용될 수 있다. 그 다음, 홈으로부터 떨어져 있는 드라이브 트레인의 위치는 스텝퍼 모터가 취한 스텝 또는 마이크로스텝의 수를 계수한 후, 이러한 정보를 스텝에서 취해진 각도 및 리드 스크류(lead screw)의 피치와 조합함으로써 결정된다. 이와 달리, 인코더는 드라이브 트레인에 부착될 수 있다. 홈 신호는 광학 소자 부근에 기준을 제공하고, 이러한 기준을 주기적으로 탐색함으로써, 리드 스크류의 열 확장 또는 드라이브 너트(nut)의 기계적 마모를 보상하도록 더 이용될 수 있다.
단부 미러(14) 및 출력 면(18)에 의해 정의된 외부 공동은 외부 공동 튜너 또는 드라이브 수단(46)에 의해 튜닝가능하다. 도시된 실시예에서, 외부 공동 드라이브(46)는 단부 미러(14)에 동작가능하게 접속되며, 단부 미러(14)를 위치적으로 조정함으로써 외부 공동의 광학 경로 길이 l을 조정하도록 구성된다. 다른 실시예에서, 외부 공동 드라이브(46)는 이득 매체(12)에 동작가능하게 접속되며, 외부 공동을 튜닝하기 위해 이득 매체(12)를 위치적으로 조정하거나, 또는 외부 공동을 튜닝하기 위해 이득 매체(12)의 광학 경로 길이를 열적으로 조정하도록 구성될 수 있다. 또다른 실시예에서, 외부 공동 드라이브(46)는 본질상 전기 광학적일 수 있으며, 이하에 더 기술되는 바와 같이, 외부 공동에서의 전기 광학 튜너(도시되지 않음)의 유효 광학 두께를 변경함으로써 광학 경로 길이 l의 조정을 수행할 수 있다. 외부 공동의 전기 광학 튜닝에 대해서는 발명자 Daiber 등에 의한, "Evaluation and Adjustment of Laser Losses According to Voltage Across Gain Medium"이란 명칭의 미국 특허 출원 제 09/900,426 호에 개시되어 있으며, 그 개시 내용은 본 명세서에서 참조로 인용된다. 광학 경로 길이 l을 튜닝하는 다양한 수단을 본 발명과 함께 이용할 수 있으며, 파장 튜닝은 광학 경로 길이 l의 조정을 제공하도록 그에 따라 구성될 것이다.
소정의 실시예에서, 외부 공동 드라이브(46)는 외부 공동 제어기(48)로부터 열적 튜닝가능 보상기 소자에 접속된 열전 제어기(도시되지 않음)로의 광학 공동 조정 신호에 따라 열 보상기 소자를 가열 또는 냉각함으로써 단부 미러(14)를 위치시키도록 구성되는 열적 튜닝가능 보상기 소자(도시되지 않음)를 포함할 수 있다. 열적으로 제어된 튜닝 소자를 이용하여 외부 공동 레이저내의 단부 미러 및 다른 광학 구성 요소를 위치적으로 조정하는 것에 대해서는, 2001년 3월 21일에 출원된, 발명자 Andrew Daiber의 미국 특허 출원 제 09/814,646 호와, 동시에 출원된, 발명자 Mark Rice 등에 의한, "Laser Apparatus with Active Thermal Tuning of External Cavity"라는 명칭의 미국 특허 출원 제 09/900,443 호에 기술되어 있다.
외부 공동 드라이브(46)는 외부 공동 드라이브(46)에 의한 단부 미러(14)의 위치 결정을 제어하는 신호를 제공하는 외부 공동 제어기(48)에 동작가능하게 접속된다. 외부 공동 제어기(46)는 전압 감지기(50)에 동작가능하게 접속될 수 있으며, 전압 감지기(50)는 이득 매체(12)와 관련된 한 쌍의 전극(52, 54) 중 하나에 동작가능하게 접속된다. 전극(52, 54)은 드라이브 전류 소스(56)로부터 이득 매체(12)로 드라이브 전류를 제공한다. 단부 미러(14)로부터의 광학적 피드백은 반사 방지 코팅된 전면(16)을 통해 이득 매체(12)로 들어가기 때문에, 감지기(50)에 의해 모니터링된 바와 같은 이득 매체(12) 양단의 전압은 외부 공동과 관련된 손실을 정확하게 나타낸다. 외부 공동 제어기(48)는 전압 감지기(50)의 출력으로부터 공동 모드 신호를 생성하여, 외부 공동 드라이브(46)에 대해 보상 신호를 제공하도록 구성된다. 외부 공동 손실을 평가하고 그로부터 에러 신호를 생성하기 위해 외부 공동 레이저내의 이득 매체를 통한 전압 변조의 모니터링을 이용하는 것에 대해서는, 발명자 Daiber 등에 의한, "Evaluation and Adjustment of Laser Losses According to Voltage Across Gain Medium"이란 명칭의 미국 특허 출원 제 09/900,426 호에 또한 기술되어 있으며, 그 개시 내용은 본 명세서에서 참조로 인용된다.
외부 공동 제어기(48)는 선택가능 광학 경로 길이 l에 대응하는 위치를 제공하는 광학 공동 튜닝 정보의 저장된 룩업 테이블을 대안적으로 또는 추가적으로 포함할 수 있다. 외부 공동 제어기(48)는 외부 공동 드라이브(46)의 내부에 존재하거나, 또는 외부에 존재하여 외부 공동 레이저(10)의 다른 구성 요소 위치 결정 및 서보 기능에 공유될 수 있다. 소정의 예에서, 외부 공동 제어기(46)는 전술한 파 장 제어기(36)와 동일한 제어기 장치로 구현될 수 있다. 인코더(50)가 외부 공동 드라이브(46)와 관련하여 포함되어, 외부 공동 제어기(48)에 의한 정확한 위치 결정 또는 그것의 조정을 보장할 수 있다.
외부 공동 레이저(10), 또는 그것의 다양한 구성 요소는 마이크로 전기 기계 시스템 또는 MEMS 장치로 구현될 수 있으며, MEMS에서 조정가능 단부 미러가 외부 공동 레이저의 다른 부분들에 통합될 수 있는 단일 실리콘 기판으로부터 기계화된다. MEMS 장치에서의 외부 공동 레이저의 실시예에 대해서는, 2001년 3월 21에 출원된 전술한 미국 특허 출원 제 09/814,646 호에 기술되어 있다.
격자 에탈론(24), 쐐기형 에탈론(26) 및 후면(18)과 단부 미러(14)에 의해 정의된 외부 공동의 통과 대역 관계가 도 2(a) 내지 도 2(c)에 도시되며, 이들 도면은 외부 공동 길이 방향 모드 통과 대역 PB1, 격자 에탈론 통과 대역 PB2 및 쐐기형 에탈론 통과 대역 PB3을 도시한다. 수직축상에는 상대적 이득이, 수평축상에는 파장이 도시된다. 도면에서 볼 수 있듯이, 쐐기형 에탈론(26)의 프리 스펙트럼 범위(FSRChannel Sel)는 격자 에탈론(24)의 프리 스펙트럼 범위(FSRGrid Gen)보다 크고, 프리 스펙트럼 범위(FSRGrid Gen)는 외부 공동의 프리 스펙트럼 범위(FSRCavity)보다 크다. 외부 공동의 통과 대역 피크 PB1(레이저 모드)은 격자 에탈론(24)의 파장 격자에 의해 정의된 통과 대역 PB2의 중심 파장과 주기적으로 정렬된다. 파장 격자의 모든 통과 대역 PB2에 걸쳐 연장되는 쐐기형 에탈론(26)으로부터의 하나의 통과 대역 피크 PB3이 존재한다. 도 2(a) - 2(c)에 도시된 특정 예에서, 파장 격자 는 1/2 nm 또는 62GHz 만큼 이격된 64 채널에 걸쳐 연장되고, 가장 짧은 파장 채널은 1532nm에 있고, 가장 긴 파장 채널은 1563.5nm에 있다.
격자 에탈론(24) 및 쐐기형 에탈론(26)의 피네스는 인접하는 모드 또는 채널의 감쇠를 결정한다. 전술한 바와 같이, 피네스는 전체 폭 절반 최대값에 걸친 자유 스펙트럼 범위와 동일한데, 즉 피네스 = FSR/FWHM이다. 도 2(b)에서는 절반 최대값에서의 격자 에탈론 통과 대역(56)에 대한 폭이, 도 2(c)에서는 절반 최대값에서의 쐐기형 에탈론 통과 대역(58)에 대한 폭이 도시된다. 외부 공동내의 격자 에탈론(24) 및 쐐기형 에탈론(26)의 위치 결정은 측 모드 억제(side mode suppression)를 향상시킨다.
1549.5nm에 중심을 둔 채널과 1550nm에서의 인접 채널 사이의 쐐기형 에탈론(26)의 통과 대역 PB3의 튜닝이 도 3(a) - 3(c)에 그래프로서 도시되어 있으며, 격자 에탈론(24)에 의해 생성된 채널의 선택 및 인접 채널 또는 모드의 감쇠가 도시된다. 도 2(a) - 2(c)에 도시된 외부 공동 통과 대역 PB1은, 명료성을 위해 도 3(a) - 3(c)로부터 생략된다. 격자 에탈론(24)은 인접 모드를 거절하면서, 격자 채널 간격에 대응하는 외부 공동의 주기적인 길이 방향 모드를 선택한다. 쐐기형 에탈론(26)은 파장 격자에서의 특정 채널을 선택하고, 다른 모든 채널은 거절한다. 선택된 채널 또는 레이징 모드는 대략 플러스 또는 마이너스 1/2 채널 간격의 범위내의 필터 오프셋에 대해 하나의 특정 채널에서 고정된다. 보다 큰 채널 오프셋의 경우 레이징 모드는 다음의 인접 채널로 점프한다.
도 3(a)에서, 쐐기형 에탈론 통과 대역 PB3은 1549.5nm에서 격자 채널에 대 하여 중심을 갖는다. 1549.5nm에서의 통과 대역 PB2와 관련된 상대적 이득은 높고, 1549.0nm 및 1550.0nm에서의 인접 통과 대역 PB2와 관련된 상대적 이득 레벨은 선택된 1549.5nm 채널에 대하여 억제된다. 1550.5nm 및 1548.5nm에서의 통과 대역 PB2와 관련된 이득은 더 억제된다. 대시 라인은 쐐기형 에탈론(26)에 의한 억제가 없는, 통과 대역 PB2에 대한 상대적 이득을 나타낸다.
도 3(b)는 채널 스위칭 동안에 발생되는 것으로서, 1549.5nm 및 1550.0nm의 채널들 사이의 위치에서의 쐐기형 에탈론 통과 대역 PB를 도시한다. 1549.5nm 및 1550.0nm에서의 통과 대역 PB2와 관련된 상대적 이득은 둘다 높으며, 어떠한 채널도 억제되지 않는다. 1549.0nm 및 1550.5nm에서의 통과 대역 PB2와 관련된 상대적 이득 레벨은 1549.5nm 및 1550.0nm 채널에 대하여 억제된다. 대시 라인은 쐐기형 에탈론(26)에 의한 억제가 없는, 통과 대역 PB2에 대한 상대적 이득을 나타낸다.
도 3(c)는 1550.0nm에서 격자 채널에 대하여 중심을 갖는 쐐기형 에탈론 통과 대역 PB3을 도시하는 것으로서, 1550.0nm에서의 통과 대역 PB2와 관련된 상대적 이득은 높고, 1549.5nm 및 1550.5nm에서의 인접 통과 대역 PB2와 관련된 상대적 이득 레벨은 선택된 1550.0nm 채널에 대하여 억제되고, 1551.0nm 및 1549.0nm에서의 통과 대역 PB2와 관련된 이득은 더 억제된다. 다시, 대시 라인은 쐐기형 에탈론(26)에 의한 억제가 없는, 통과 대역 PB2에 대한 상대적 이득을 나타낸다.
외부 공동 길이 방향 모드에 의해 정의된 통과 대역 PB1은 명료성을 위해 도 3(a) - 3(c)로부터 생략된다. 전술한 바와 같이, 레이저는 공동을 통해 가장 높 은 라운드 트립 송신을 갖는 공동 모드를 레이징할 것이다. 도 3(a)에서, 통과 대역 PB2는 가장 큰 송신을 가지며, PB2의 피크 근처의 레이저 모드는 외부 공동을 통해 가장 큰 전체 송신을 가질 것이다. 공동의 광학 경로 길이상에 작은 디더(dither) 또는 주파수 변조를 위치시킴으로써, 레이저 모드가 통과 대역 PB3을 통해 가장 큰 송신을 갖는 통과 대역 PB2의 피크에 록킹(locking)되도록 공동의 (평균) 광학 경로 길이를 조정하는데 이용가능한 에러 신호가 생성될 수 있다. 또한, 통과 대역 PB3의 위치상에 작은 디더 또는 주파수 변조를 위치시켜 통과 대역 PB3의 피크를 레이징 모드에 록킹하는 것이 유용하며, 레이징 모드 그 자신은 통과 대역 PB2의 피크에 록킹된다. 주파수 변조를 레이저 구성 요소에 도입하기 위해 디더 또는 변조 소자를 이용하는 것에 대해서는, 위에서 기술한, 발명자 Daiber 등에 의한, "Evaluation and Adjustment of Laser Losses According to Voltage Across Gain Medium"이란 명칭의 미국 특허 출원 제 09/900,426 호에 개시되어 있으며, 그 개시 내용은 본 명세서에서 참조로 인용된다.
통과 대역 PB3이 도 3(a)에 도시된 위치로부터 벗어나서 도 3(b)에 나타낸 위치 쪽으로 조정될 때, 레이저는 가장 큰 송신을 갖는 통과 대역 PB2의 피크에 록킹된 채로 유지된다. 통과 대역 PB3의 조정은 광학 경로 길이에 최소의 영향을 미치며, 그것으로부터 접속되지 않는다. 전술한 바와 같이, 이전에 이용된 외부 공동 레이저는, 사전결정된 관계에 따라, 광학 경로 길이에 있어서의 변경을 통과 대역 PB3의 튜닝과 접속하여 "모드 호핑"을 극복함으로써, 레이징 모드의 파장이 통과 대역 PB3을 트랙킹하도록 보장한다. 비접속 튜닝 구성은, 튜닝 필터 통과 대역 PB3의 록킹시에 유사한 정확성을 요구하지 않으면서, 광학 경로 길이 및 레이징 파장의 정확한 록킹을 허용한다. 레이저 파장은, 통과 대역이 도 3(c)에 도시된 바와 같은 통과 대역 PB2의 다른 피크에 접근할 때까지, 통과 대역 PB3의 이동에 대하여 일정하게 유지된다. 격자 발생기 PB2가 레이저 공동내에 제공되지 않는 본 발명의 대안적인 실시예(도시되지 않음)에서, 격자 통과 대역 PB2가 레이저 모드 통과 대역 PB1에 의해 교체되는 것을 제외하고는 도 3(a) - 3(c)에 도시된 튜닝과 유사하게 튜닝이 발생된다.
본 발명은 본 발명에 따른 외부 공동 광학 경로 길이의 튜닝과는 독립적이거나 또는 그것으로부터 접속 해제되는 파장 튜닝을 이용한다. 그 결과, 외부 공동 레이저(10)는 "스태어 스텝(stair-step)" 또는 모드 호핑 튜닝 프로파일을 제공한다. 도 4는 수평축상의 상대적 채널 선택기 위치 대 수직축상의 레이징의 파장으로서, "스태어 스텝" 레이저 출력 프로파일을 그래프로 도시한다. 채널 선택기 통과 대역 피크 파장은 수직축을 따라 증가하는 것으로서 도시되며, 통과 대역 피크에 대한 대응하는 채널 선택기 위치는 수평축을 따라 증가하는 것으로서 도시된다. 모드 호핑 튜닝에 의해 정의된 각각의 "플래토(plateau)"상에서, 채널 선택기의 피크 송신 파장의 변경에도 불구하고 레이징의 파장은 안정되게 유지된다. 바람직한 실시예는 채널 선택기의 피크 송신 파장을 레이징 파장으로 록킹하여 출력 전력을 최대화하고, 측 모드 억제 비율을 최대화하고, 새로운 채널에 대한 모드 호핑을 생성할 만큼 충분히 채널 선택기 위치가 벗어날 가능성을 최소화하는 것이다. 각각의 플래토 P상의 레이징은 모든 다른 플래토 P의 길이 방향 모드와는 별 개인 레이저의 길이 방향 모드에서 발생된다.
이제 도 5를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예인 외부 공동 레이저 장치(58)가 도시되며, 유사한 참조 번호를 이용하여 유사한 부분들을 나타낸다. 도 1의 실시예에서와 같이, 구성 요소들의 상대적 크기 및 구성 요소들 사이의 거리는 명료성을 위해 확대되었다. 외부 공동 레이저 장치(58)는 파장 튜너로서의 격자(60)로 도시되며, 리트로(Littrow) 구성으로 배열된다. 격자(60)는 일반적으로 광학 경로(22)의 중심에 위치되는 격자(60) 표면상의 포인트(66)에 대하여, 격자(60)상에서 대칭적으로 위치되는 액츄에이터(62, 64)에 동작가능하게 접속된다. 액츄에이터(62, 64)는 압전, 마이크로기계, 또는 다른 유형의 액츄에이터일 수 있다. 튜너(68)는 액츄에이터(62, 64)의 길이 변경을 명령한다.
외부 공동 레이저(58)는 파장 선택 제어 소자(70) 및 외부 공동 제어 소자(72)를 포함하고, 이들은 튜너(68)에 동작가능하게 접속된다. 튜너(68)는 합산 및 차분 신호 발생기(74, 76)를 포함하고, 이들은 파장 제어 소자(70) 및 외부 공동 제어 소자(72)에 동작가능하게 접속되어, 액츄에이터(62, 64)에 대한 드라이브 신호를 생성한다. 파장 제어 소자(70)는 파장 록커(wavelength locker)(78) 및 파장 검출기(80)에 동작가능하게 접속된다. 빔 분할기(82)가 출력 면(18)의 전면에 위치되어, 레이저 출력의 일부를 반사 소자(84, 86)(반사기(84)는 부분적으로 투과적임)를 통해 파장 록커(78) 및 파장 검출기(80)로 유도한다. 파장 튜닝을 위한 제어 신호는 파장 제어 소자(70)에 의해 파장 록커(78) 및 파장 검출기(80)의 출력으로부터 도출되어, 튜너(68)에 전달되고, 그에 따라 튜너(68)는 액츄에이터(62, 64)를 드라이브한다.
이득 매체(12)는 전극(88, 90)에 접속되며, 드라이브 전류 소스(92)는 전극(88)에 동작가능하게 접속되고, 전극(90)은 안정적으로 접지된다. 전압 감지기(94)는 전극(90) 및 외부 공동 제어 소자(72)에 에 동작가능하게 접속된다(이와 달리, 전압 감지기(94)는 전극(88)에 접속될 수도 있음). 감지기(94)에 의해 이득 매체(12) 양단의 모니터링된 전압으로부터 도출된 에러 신호는 외부 공동 제어 소자(72)에 의해 이용되어, 공동 광학 경로 길이 튜닝을 위한 제어 신호를 도출하게 된다. 이들 제어 신호는 튜너(68)로 전달되고, 튜너(68)는 그에 따라 액츄에이터(62, 64)를 드라이브한다.
액츄에이터(62, 64)의 길이에 있어서의 동일한 변경은 빔(22)을 따라 격자(60)를 이동시켜, 파장에 영향을 미치는 격자(60) 튜닝없이 (격자(60) 및 이득 매체 면(18)에 의해 정의된) 광학 경로 길이 l을 변경한다. 액츄에이터(62, 64)의 길이를 동일 크기 만큼 반대 방향으로 변경하면, 포인트(62)에 대하여 격자(60)를 회전시켜, 외부 공동의 광학 경로 길이 l에 대한 변경없이 격자(60)의 튜닝을 변경하게 된다. 격자(60)의 통과 대역 튜닝은 광학 경로 길이의 튜닝과는 독립적이거나 또는 비접속되며, 광학 경로 길이 l의 튜닝은 마찬가지로 격자(60)의 통과 대역의 튜닝으로부터 독립적이거나 또는 비접속된다. 격자 통과 대역 및 공동 광학 경로 길이의 이러한 직교 튜닝은 동일한 액츄에이터(62, 64)를 함께 이용하여 달성되지만, 다른 방법에서는 상이한 튜닝이 달성된다. 격자 발생기는 외부 공동 레이저(58)와 함께 도시되지 않았지만, 그것에 포함될 수 있다.
이제 도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 다른 실시예인 외부 공동 레이저(98)가 도시되며, 유사한 참조 번호를 이용하여 유사한 부분들을 나타낸다. 외부 공동 레이저는 제 1 전기 광학 튜닝가능 소자(100)를 이용한다. 전기 광학 튜닝가능 소자(100)는 그 사이에 전기 광학 액정(LC) 물질(106)을 갖는 한 쌍의 투명 기판(102, 104)을 포함한다. 투명 전극(108, 110)은 각각 기판(102, 104)에 인접하여 위치되며, LC 기판이 에탈론으로서 작용하도록 반사 또는 부분 반사 표면을 정의한다. 투명 전극(108, 110)은, 예를 들면, ITO(indium-tin oxide) 도체를 포함할 수 있다. 지향되거나 또는 홈이 형성된 폴리머층을 포함할 수 있는 정렬층(도시되지 않음)이 LC 물질(86)과 투명 전극(108, 110) 사이에 위치된다. 이러한 종류의 액정 전기 광학 장치의 제조 및 이용은 본 기술 분야에 잘 알려져 있다.
제 1 전기 광학 튜닝 소자(100)는 파장 제어기(112)에 동작가능하게 접속되며, 파장 제어기(112)는 투명 전극(108, 110) 중 하나에 조정가능 전압을 제공하며, 다른 하나의 전극은 적절하게 접지된다. LC 물질(106)은 전극(108, 110)에 의해 LC 물질(106) 양단에 인가된 전압에 응답하여 방향성을 겪을 수 있는 복수의 개별적인 복굴절 액정 분자(도시되지 않음)를 포함한다. 이러한 종류의 액정 물질은 본 기술 분야에 잘 알려져 있으므로, 본 명세서에서는 기술되지 않는다. 액정 분자의 방향성의 변경은 LC 물질(106)의 굴절율을 변경하며, 따라서 LC 물질(106)의 유효 광학 두께가 변경된다. 따라서, 파장 제어기에 의해 투명 전극(108, 110)의 양단에 인가된 전압은, 코히어런트 빔이 광학 경로(22)를 따라 LC 기판(106)을 통과함에 따라 코히어런트 빔에 의해 겪게 되는 부분 반사 표면(108, 110) 사이의 유효 광학 경로 길이를 변화시킬 것이다. 유효 광학 경로 길이의 변경은 전기 광학 튜닝 소자(100)의 최대 송신 파장을 튜닝한다. 전기 광학 채널 선택기의 이용에 대해서는, 2001년 3월 21일에 출원된 미국 특허 출원 제 09/814,646 호에 또한 개시되며, 그 개시 내용은 본 명세서에서 참조로 인용된다.
또한, 외부 공동 레이저 장치(98)는 단부 미러(14)의 이전이면서 제 1 전기 광학 튜닝 소자(100) 이후에, 광학 경로(22)에 위치된 제 2 전기 광학적 활성화 튜닝 소자(114)를 포함한다. 전기 광학 튜닝 소자(114)는 외부 공동 제어기(116)에 동작가능하게 접속되며, 외부 공동 제어기(116)는 단부 미러(14) 이후에 광학 경로(22)에 위치된 광검출기(photodetector)(118)에 동작가능하게 접속된다. 이러한 점에 있어서, 단부 미러(14)는 외부 공동 레이저(98)로부터의 출력의 일부가 광검출기(118)에 도달할 수 있도록, 예를 들면, 95% 반사성을 가질 수 있다. 이와 달리, 광다이오드(118)는 전술한 방법으로 이득 매체(12) 양단의 전압을 모니터링하도록 구성된 전압 감지기에 의해 교체될 수 있다.
제 2 전기 광학 튜닝 소자(114)는 투명 전극(122, 124) 사이에 위치된 리튬 니오베이트 또는 다른 전기 광학 물질의 층(120)을 포함한다. 외부 공동 제어기(116)는 조정가능 전압을 전극(122, 124) 중 하나에 인가하도록 구성되며, 전극 중 다른 하나는 적절하게 접지된다. 제 2 전기 광학 튜닝 소자(114)는 튜닝 소자(114)의 전기 광학 물질 양단의 전압의 조정이, 튜닝 소자(114)의 유효 광학 두께를 변경하면서, (다이오드 면(18)과 단부 미러(14) 사이의) 외부 공동을 가로지르는 전체 광학 경로 길이 l을 또한 조정하도록 구성된다. 외부 공동 튜닝을 위해 전기 광학 소자를 이용하는 것에 대해서는, 위에서 기술한, 발명자 Daiber 등에 의한, "Evaluation and Adjustment of Laser Losses According to Voltage Across Gain Medium"이란 명칭의 미국 특허 출원 제 09/900,426 호에 개시되어 있으며, 그 개시 내용은 본 명세서에서 참조로 인용된다.
외부 공동 레이저(98)의 동작시에, 파장 튜닝 또는 채널 선택은 저장된 룩업 테이블 데이터로부터의 선택된 송신 채널 파장에 대한 전압 정보를 얻을 수 있는 파장 제어기(112)로부터의 인스트럭션에 따라 전극(108, 110)에 의해 LC 기판(86) 양단에 인가된 전압을 조정함으로써 수행된다. 외부 공동 광학 경로 길이 l의 조정은 광검출기(118)로부터 도출된 에러 신호에 따라 외부 공동 제어기(116)에 의해서, 전극(122, 124)에 의해 전기 광학 물질층(120) 양단에 인가된 전압을 조정함으로써 달성된다. 전술한 실시예에서와 같이, 제 1 전기 광학 튜너(100) 및 파장 제어기(112)에 의한 파장 튜닝은 제 2 전기 광학 튜너(114) 및 외부 공동 제어기(116)에 의해 외부 공동 광학 경로 길이 l의 튜닝으로부터 독립적으로 수행된다. 즉, 파장 제어기(112)에 의한 제 1 전기 광학 튜너(100)의 튜닝은 외부 공동 제어기에 의한 제 2 전기 광학 튜너(114)의 튜닝으로부터 비접속된다. 외부 공동 레이저(98)는, 그것이 소정의 소자의 물리적인 작동없이, 즉 부품들을 이동하지 않고서, 파장 튜닝 및 외부 공동 튜닝을 달성한다는 점에서 중요한 것이다.
또한, 제 2 전기 광학 튜닝 소자(116)는 주파수 디더 형태의 신호 변조를 외부 공동 레이저의 광학 경로 길이 l로 도입하는데 이용될 수 있다. 신호 변조는, 예를 들면, 약 20kHz의 주파수 변조를 포함할 수 있다. 소자(116)에 의해 도입된 주파수 디더를 통한 광학 경로 길이 l의 변조는 외부 공동 레이저(98)의 출력 전력에 세기 변화를 발생시키며, 그것은 광검출기(118)에 의해 (또는 외부 공동으로부터 그것으로의 광학 피드백으로 인한 이득 매체(12) 양단의 전압을 모니터링함으로써) 검출가능하다. 이들 세기 변화는 전기 광학 튜닝 소자(100) 및 격자 발생기(24)에 의해 정의된 통과 대역의 중심 파장으로 외부 공동 모드를 정렬하는 것에 따라 크기 및 위상 에러에서 변할 것이다. 즉, 변조 신호에서의 세기 변화 및 위상 시프트는 외부 공동 손실을 평가하고, 외부 공동 광학 경로 길이의 조정을 위한 대응하는 에러 신호 개발에 효율적인 방법을 제공한다. 따라서, 외부 공동 제어기(116)는 주파수 디더에 의해 도입된 변조로부터 에러 신호를 도출하고, 보상 신호를 외부 공동 제어기(116)에 전달하며, 외부 공동 제어기(116)는 전기 광학 기판(120) 양단에 인가된 전압을 그에 따라 조정하고, 기판(120)의 굴절율을 변경함으로써 광학 경로 길이 l을 튜닝 또는 조정한다. 주파수 변조 또는 디더를 레이저 구성 요소에 도입하기 위해 변조 소자를 이용하는 것에 대해서는, 위에서 기술한, 발명자 Daiber 등에 의한, "Evaluation and Adjustment of Laser Losses According to Voltage Across Gain Medium"이란 명칭의 미국 특허 출원 제 09/900,426 호에 개시되어 있으며, 그 개시 내용은 본 명세서에서 참조로 인용된다.
본 발명은 특정 실시예를 참조하여 기술되었지만, 당업자라면 본 발명의 정신 및 영역으로부터 벗어나지 않고서도 다양한 변경이 수행되고, 등가물로 대체될 수 있음을 알아야 한다. 또한, 특정의 상황, 물질, 재료의 혼합, 프로세스, 프로 세스 단계 또는 단계들을 본 발명의 목적, 정신 및 영역에 적응하기 위해, 여러 가지 수정이 행해질 수 있다. 그러한 모든 수정은 첨부된 특허 청구 범위의 영역에 속하는 것으로서 의도된다.

Claims (30)

  1. 외부 공동(external cavity)을 포함하는 레이저에 있어서,
    상기 레이저를 선택된 채널로 튜닝하도록 구성된 채널 선택기 튜너와,
    상기 외부 공동을 선택된 광학 경로 길이로 튜닝하도록 구성된 외부 공동 튜너를 포함하고,
    상기 채널 선택기 튜너는 상기 외부 공동 튜너에 대하여 독립적으로 동작가능한
    레이저.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 채널 선택기 튜너는 채널 선택 신호에 따라 동작가능하고,
    상기 외부 공동 튜너는 공동 모드 신호에 따라 동작가능한,
    레이저.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 채널 선택 신호는 상기 공동 모드 신호와는 독립적으로 도출되는,
    레이저.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 채널 선택 신호는 룩업 테이블 내의 채널 선택기 튜닝 데이터로부터 도출되고,
    상기 공동 모드 신호는 공동 광학 경로 길이와 관련된 외부 공동 손실을 측정하도록 구성된 검출기로부터 도출되는,
    레이저.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 채널 선택 튜너는 제 1 제어기에 동작가능하게 접속되고, 룩업 테이블 내의 채널 선택기 튜닝 데이터에 따라 동작가능하며,
    상기 외부 공동 튜너는 제 2 제어기에 동작가능하게 접속되고, 공동 광학 경로 길이와 관련된 외부 공동 손실을 측정하도록 구성된 검출기로부터 도출된 에러 신호에 따라 동작가능한,
    레이저.
  6. 외부 공동 레이저에 있어서,
    파장 선택 신호에 따라 송신 파장을 선택하도록 구성된 파장 튜닝 수단과,
    공동 모드 신호에 따라 공동 광학 경로 길이를 선택하도록 구성된 외부 공동 모드 튜닝 수단을 포함하고,
    상기 파장 튜닝 수단은 상기 공동 모드 튜닝 수단과는 독립적으로 동작하도록 구성되는
    외부 공동 레이저.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 파장 선택 신호는 상기 공동 모드 신호와는 독립적으로 도출되는 외부 공동 레이저.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 파장 선택 신호는 룩업 테이블에 저장된 파장 선택 데이터로부터 획득되고,
    상기 공동 모드 신호는 공동 광학 경로 길이와 관련된 외부 공동 손실을 측정하도록 구성된 검출기로부터 도출되는,
    외부 공동 레이저.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 파장 튜닝 수단은 제 1 제어기에 동작가능하게 접속되고, 그리고 룩업 테이블내의 파장 튜닝 데이터에 따라 동작가능하며,
    상기 외부 공동 튜닝 수단은 제 2 제어기에 동작가능하게 접속되고, 그리고 공동 광학 경로 길이와 관련된 외부 공동 손실을 측정하도록 구성된 검출기로부터 도출된 에러 신호에 따라 동작가능한,
    외부 공동 레이저.
  10. 외부 공동 레이저 장치에 있어서,
    파장 튜닝 소자와,
    외부 공동 모드 튜닝 소자를 포함하고,
    상기 파장 튜닝 소자는 상기 외부 공동 모드 튜닝 소자에 대하여 직교적으로 튜닝하도록 구성되는
    외부 공동 레이저 장치.
  11. 외부 공동 레이저 장치에 있어서,
    파장 튜닝 수단과,
    외부 공동 광학 경로 길이 튜닝 수단을 포함하고,
    상기 파장 튜닝 수단은 상기 외부 공동 광학 경로 길이 튜닝 수단으로부터는 분리된 채 동작가능한,
    외부 공동 레이저 장치.
  12. 외부 공동 레이저 장치에 있어서,
    제 1 및 제 2 출력 면을 갖는 이득 매체―상기 이득 매체는 상기 제 1 출력 면으로부터 광학 경로를 따라 코히어런트 빔(coherent beam)을 방사함―와,
    상기 광학 경로에 위치된 단부 미러(end mirror)―상기 단부 미러 및 상기 제 2 출력 면은 외부 공동을 규정함―와,
    상기 단부 미러 앞의, 상기 광학 경로 내에 위치된 파장 튜닝 소자와,
    상기 파장 튜닝 소자에 동작가능하게 접속되고, 상기 파장 튜닝 소자를 조정하도록 구성된 파장 튜닝 수단과,
    상기 외부 공동에 동작가능하게 접속되고, 상기 외부 공동 광학 경로 길이를 조정하도록 구성된 공동 광학 경로 길이 튜닝 수단을 포함하고,
    상기 파장 튜닝 수단은 상기 공동 광학 경로 길이 튜닝 수단과는 독립적으로 동작하도록 구성되는
    외부 공동 레이저 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 파장 튜닝 수단은 파장 선택 신호에 따라 동작하고,
    상기 공동 광학 경로 길이 튜닝 수단은 공동 모드 신호에 따라 동작하며,
    상기 파장 선택 신호는 상기 공동 모드 신호와는 독립적으로 도출되는,
    외부 공동 레이저 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 파장 선택 신호는 룩업 테이블 내의 파장 튜닝 데이터로부터 도출되는,
    외부 공동 레이저 장치.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 공동 모드 신호는 공동 광학 경로 길이와 관련된 외부 공동 손실을 측정하도록 구성된 검출기로부터 도출된 에러 신호인,
    외부 공동 레이저 장치.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 검출기는 상기 이득 매체를 가로지르는 전압 변조를 측정하도록 구성된 전압 감지기를 포함하는,
    외부 공동 레이저 장치.
  17. 제 13 항에 있어서,
    상기 외부 공동에 동작가능하게 접속되고, 상기 공동 광학 경로 길이에 대한 변조 신호를 도입하도록 구성된 변조 소자를 더 포함하되, 상기 변조 신호는 상기 공동 모드 신호를 도출하는 데 사용되는,
    외부 공동 레이저 장치.
  18. 제 13 항에 있어서,
    상기 공동 광학 경로 길이 튜닝 수단은 상기 단부 미러에 접속된 열적 튜닝가능 보상 부재를 포함하는,
    외부 공동 레이저 장치.
  19. 제 13 항에 있어서,
    상기 광학 경로 내에 위치된 격자 발생기(grid generator)를 더 포함하는,
    외부 공동 레이저 장치.
  20. 외부 공동 레이저를 튜닝하는 방법에 있어서,
    제 1의, 파장 선택 신호에 따라 제 1 튜닝 소자로 채널 선택기를 튜닝하는 단계와,
    제 2의, 공동 모드 에러 신호에 따라 제 2 튜닝 소자로 외부 공동 광학 경로 길이를 튜닝하는 단계를 포함하고,
    상기 채널 선택기를 튜닝하는 단계는 상기 외부 공동 광학 경로 길이를 튜닝하는 단계와는 독립적으로 수행되는,
    외부 공동 레이저 튜닝 방법.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 제 1의, 파장 선택 신호는 상기 제 2의, 공동 모드 신호와는 독립적으로 도출되는,
    외부 공동 레이저 튜닝 방법.
  22. 제 20 항에 있어서,
    상기 제 1 튜닝 소자에 의한 상기 튜닝은 상기 제 2 튜닝 소자에 의한 상기 튜닝에 대하여 직교적으로 수행되는,
    외부 공동 레이저 튜닝 방법.
  23. 제 20 항에 있어서,
    제 1 제어기로 상기 제 1 튜닝 소자를 제어하는 단계와,
    제 2 제어기로 상기 제 2 튜닝 소자를 제어하는 단계를 더 포함하는,
    외부 공동 레이저 튜닝 방법.
  24. 제 20 항에 있어서,
    조정 파라미터 데이터의 저장된 룩업 테이블로부터 상기 제 1의, 파장 선택 신호를 도출하는 단계와,
    상기 외부 공동 광학 경로 길이와 관련된 외부 공동 손실을 모니터링하도록 구성된 감지기로부터의 출력으로부터 상기 제 2의, 공동 모드 에러 신호를 도출하는 단계를 더 포함하는,
    외부 공동 레이저 튜닝 방법.
  25. 제 24 항에 있어서,
    상기 제 2의, 공동 모드 에러 신호를 도출하는 단계는 상기 외부 공동과 관련된 이득 매체를 가로질러서 전압 변조 신호를 모니터링하는 것을 포함하는,
    외부 공동 레이저 튜닝 방법.
  26. 제 24 항에 있어서,
    상기 제 2의, 공동 모드 에러 신호를 도출하는 단계는 상기 외부 공동 광학 경로 길이에 대한 주파수 변조 신호를 도입하는 것을 포함하고, 상기 주파수 변조 신호는 상기 감지기에 의해 검출가능한,
    외부 공동 레이저 튜닝 방법.
  27. 레이저 장치에 있어서,
    채널 선택기를 조정하는 파장 튜닝 수단과,
    광학 경로 길이를 조정하는 외부 공동 튜닝 수단과,
    상기 외부 공동 튜닝 수단으로부터 상기 파장 튜닝 수단을 접속 해제하는 수단을 포함하는
    레이저 장치.
  28. 제 27 항에 있어서,
    상기 파장 튜닝 수단에 대한 파장 선택 신호를 도출하는 수단과,
    상기 외부 공동 튜닝 수단에 대한 광학 경로 길이 신호를 도출하는 수단을 더 포함하고,
    상기 파장 신호 도출 수단은 상기 광학 경로 길이 신호 도출 수단과는 독립적으로 동작가능한,
    레이저 장치.
  29. 제 27 항에 있어서,
    상기 파장 튜닝 수단은 상기 레이저의 광학 출력으로부터 도출된 신호에 따라 채널 선택기를 작동(actuating)시키는 파장 선택 제어 수단을 포함하는,
    레이저 장치.
  30. 제 29 항에 있어서,
    상기 외부 공동 튜닝 수단은 상기 레이저의 이득 매체 양단의 모니터링된 전압으로부터 도출된 신호에 따라 반사기를 작동시키는 외부 공동 제어 수단을 포함하는,
    레이저 장치.
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