KR20040065206A - 레이저 장치, 외부 캐비티 레이저 장치 및 레이저 장치의선택적 냉각 방법 - Google Patents

레이저 장치, 외부 캐비티 레이저 장치 및 레이저 장치의선택적 냉각 방법 Download PDF

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Abstract

레이저 장치의 이득 매체와 광학적 출력 어셈블리는 공통의 열적 도전성 기판상에 탑재되며, 레이저 장치는 기판상의 이득 매체 및 출력 부품에 대해 선택적인 열적 제어를 제공하는 반면, 다른 레이저 부품에 대한 불필요한 열적 제어는 피한다. 본 방법은 레이저 장치의 이득 매체와 출력 부품을 선택적으로 냉각시킨다.

Description

레이저 장치, 외부 캐비티 레이저 장치 및 레이저 장치의 선택적 냉각 방법{EXTERNAL CAVITY LASER WITH SELECTIVE THERMAL CONTROL}
광섬유 원격 통신 시스템에서는 대역폭의 증가가 지속적으로 요구되고 있다. 대역폭 확장이 이루어지는 한가지 방법은 조밀 파장 분할 다중화(Dense Wavelength Division Multiplexing : DWDM)를 통해서 인데, 이 DWDM에서는 다수의 개별적 데이터 스트림들이 단일 광 섬유내에 공존하며, 각 데이터 스트림들의 변조는 서로 다른 채널상에서 이루어진다. 각 데이터 스트림은 변조되어 특정의 채널 파장에서 동작하는 대응하는 반도체 전송기 레이저의 출력 빔상에 제공되며, 반도체 레이저로 부터의 변조 출력들은 조합되어 그들 각자의 채널 전송을 위해 단일 섬유상에 제공된다. 국제 원격 통신 연합(International Telecommunication Union : ITU)에서 요구하는 채널간 간격은 대략 0.4nm 또는 50GHz이다. 이러한 채널간 간격 때문에, 현재의 이용 가능한 광 섬유 및 광 섬유 증폭기의 대역폭 범위내의, 단일 광 섬유에서는 최대 128개의 채널을 운송한다. 광 섬유 기술의 개선에 의해, 그리고 보다 큰 대역폭에 대한 요구가 지속적으로 증가함에 따라, 앞으로는 채널간 간격이 줄어들게 될 것이다.
DWDM 시스템에서 이용되는 전송기 레이저는, 전형적으로, 분산형피드백(Distributed Feedback : DFB) 레이저에 기반하고 있는데, 이 DFB 레이저는 피드백 제어 루프에서, ITU 파장 그리드(grid)를 정의하는 기준 에탈론(reference etalon)과 함께 작동한다. 개별적 DFB 레이저의 제조와 관련된 통계적 변동 때문에 파장 그리드 양단의 채널 중심 파장이 분산되며, 그에 따라 개별적인 DFB 전송기들이 단일 채널만을 위해, 또는 소수의 인접 채널들만을 위해 이용될 수 있었다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 연속적으로 튜닝이 가능한 외부 캐비티 레이저가 구현되었다.
연속적 튜닝 가능 원격 통신 레이저가 출현함으로써, 원격 통신 전송 시스템이 더욱 복잡하게 되었다. 대부분의 원격 통신 레이저 전송기에서는, 전체 레이저 전송기 장치가 열 도전성(thermal conductivity)이 높은 단일의 공통 기판이나 플랫폼(platform) 상에 탑재되는데, 이러한 공통 기판 또는 플랫폼은 하나 이상의 TECs(Thermoelectric controllers)에 의한 열적 제어(thermal control)를 받는다. 온도를 제어함으로써, 모든 부품의 열적 정렬을 유지할 수 있다. 열적 제어가 없으면, 광학 부품에 대한 공간 오 정렬이 발생하는데, 이는 모든 부품의 열적 정렬의 유지와 관련된 팽창 및 수축 때문이다. 열적 제어가 없으면, 광학 부품의 공간 오 정렬이 발생하는데, 이는 여러 부품들과 관련된 팽창 및 수축 때문이며, 이러한 오 정렬은 파장 안정성, 레이저 출력 전력을 감소시키고, 레이저 성능을 전반적으로 약화시킬 것이다.
레이저 전송기내의 모든 부품에 대해 열적 제어를 시행한다는 것이 최적이 아닌 경우도 있다. 모든 부품을 분간없이 열적 제어하게 되면 전체 어셈블리를 냉각시키기 위해 상당량의 전력을 필요로 하게 되고, 전력 소비로 인한 레이저 작동 비용이 불필요하게 증가한다. 또한, 분간없는 열적 제어로 인해 레이저 주변 환경에 열적 낭비 문제를 초래한다. 많은 레이저 구성에 있어서, 어떤 레이저 부품들은 열적 오 정렬에 영향을 덜 받거나, 열적 오 정렬 문제에 아예 영향을 받지 않으며, 그러한 부품을 열적 제어한다는 것은 불필요한 전력을 소모하는 것이 될 것이다. 지금까지는, 중요한 광학적 부품에 대해 선택적으로 열적 제어를 제공하는 레이저 시스템을 입수할 수 없었다. 이 결핍성 때문에 그러한 레이저의 작동 비용이 증가되었고 레이저 성능을 개량하였다.
도 1은 본 발명에 따른 선택적 열적 제어를 가진 외부 캐비티 레이저 장치의 개략도,
도 2a 내지 도 2c는 파장 그리드에 있어서 선택된 채널과 관련하여 웨지 에탈론(wedge etalon), 그리드 에탈론(grid etalon) 및 외부 캐비티에 대한 도 1의 외부 캐비티 레이저의 통과 대역 특성을 나타낸 그래프,
도 3a 내지 도 3c는 파장 그리드에 있어서 다수의 채널에 대해 도 1의 외부 캐비티 레이저의 튜닝에 대한 이득 응답을 나타낸 그래프,
도 4는 본 발명에 따른 열적 제어 모듈의 투시도,
도 5는 도 4의 열적 제어 모듈의 평면도,
도 6은 외부 캐비티 레이저의 열적 제어 모듈에 대한 대안적인 실시예를 나타낸 도면.
본 발명은, 열적 오 정렬에 크게 영향받는 광학적 부품에는 선택적인 열적 제어를 적용하고, 다른 레이저 부품에 대해서는 불필요한 열적 제어를 피하는, 외부 캐비티 레이저 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명의 장치는, 열적 제어되는 공통 기판 또는 베이스상의 이득 매체 및 선택된 광학적 출력 부품을 열적 제어하는 광학적 출력 모듈을 포함한다. 본 발명의 방법은 열적 제어되는 공통 기판 또는 베이스상의 외부 캐비티 레이저 장치의 이득 매체 및 선택된 광학적 출력 부품을 선택적으로 냉각시키는 것을 포함한다.
본 발명의 장치는, 외부 캐비티 레이저의 정렬 민감성이 가장 높은 부품만의 열적 제어가 필요하도록 구성된다. 따라서, 레이저 장치 및 냉각 시스템은 외부 캐비티 레이저의 가장 중요한 정렬 및 열적 민감성 소자에게만 열적 제어를 제공하도록 구성될 수 있다. 온도에 민감하지 않은 부분은 다른 기판, 또는 온도 제어되는 기판으로부터 멀리 떨어져 있거나 열적으로 격리되는 기판상에 별도로 탑재된다. 다양한 메카니즘에 의해 외부 캐비티 레이저는, 다수의 선택 가능 파장 채널에서 전송 가능하도록 튜닝될 수 있다. 본 발명에 따르면, 튜닝 메카니즘 부품에 대한 불필요한 열적 제어를 하지 않아도 된다.
본 발명의 외부 캐비티 레이저는 제 1 및 제 2 출력 면을 가진 이득 매체와 단부 미러를 포함한다. 이득 매체는 제 1 출력 면으로부터 제 1 광학 경로를 따라 제 1 코히어런트 빔을 방출하고, 제 2 출력 면으로부터 제 2 광학 경로를 따라 제 2 코히어런트 빔을 방출한다. 단부 미러는 제 1 광학 경로에 배치되어, 이득 매체의 제 1 출력 면과 광학적으로 결합된다. 광학 출력 어셈블리 또는 모듈은 제 2 광학 경로에 배치되어 이득 매체의 제 2 출력 면과 광학적으로 결합된다. 단부 미러 및 제 2 출력 면은, 이득 매체가 외부 캐비티내에서 외부 캐비티로부터 광학적 피드백을 수신하도록, 외부 캐비티를 정의한다.
열적 도전 기판이 마련되어 이득 매체 및 광학 출력 어셈블리가 탑재된다. 열적 도전 기판은 높은 열적 도전성, 및 이득 매체의 계수와 매칭되는 열적 팽창 계수를 가지도록 설계된다. 이득 매체 및 광학 출력 어셈블리의 부품은 온도에 민감한 부품이며, 높은 열적 도전성 계수를 가진 공통 기판상에 이러한 부품들을 탑재함으로서, 출력 어셈블리 부품들의 선택적 및 정밀한 온도 제어와 냉각이 가능하게 된다.
열전 제어기(Thermoelectric Control : TEC)는 열적 도전성 기판과 결합되어열적 도전성 기판에 열적 제어를 제공한다. 열전 제어기는 이득 매체 및 광학적 출력 어셈블리와 열적 결합되어, 기판을 통하는 열적 도전성으로, 이득 매체 및 광학적 출력 어셈블리를 열적 제어한다. 본 발명의 열전 제어기에 의해 이득 매체 및 출력 어셈블리는 외부 캐비티 레이저의 단부 미러 및 다른 부품과는 독립적으로 열적 제어된다.
열적 도전성 기판의 온도 모니터링은 서미스터에 의해 제공되고, 서미스터는 열전 제어기 및 열적 도전성 기판에 동작 가능하게 결합되며, 그에 따라 서미스터는 기판내의 온도 변화를 검출한다(또한, 열적 결합된 이득 매체와 광학적 출력 어셈블의 온도 변화도 검출한다.). 최적 온도로 부터의 임의의 온도 변위가 검출되면, 서미스터는 기판 온도를 조정하기 위해 열전 제어기에 신호를 보냄으로써 선택적인 최적의 온도를 유지시킨다.
외부 캐비티 레이저의 단부 미러는 열전 제어기와 열적으로 격리되는 제 2 기판상에 탑재된다. 임의의 실시예에 있어서, 단부 미러 및 외부 캐비티와 관련된 다른 부품들은 제 2 기판상에 또는 다수의 기판상에 함께 탑재되며, 이때 다수의 기판은 이득 매체와 광학적 출력 모듈을 지지하는 열적 도전성 기판과 별개이거나 떨어져 있으며, 또는 그와 열적으로 격리된다.
제 1 시준 렌즈는 기판상에 포함되고 제 1 광 경로에 배치되어, 제 1 광 경로를 따라 단부 미러로 향해 방출되는 코히어런트 빔을 시준한다. 광학적 출력 어셈블리는 이득 매체의 제 2 출력면과 광학적으로 결합되는 제 2 시준 렌즈를 포함하며, 제 2 시준 렌즈는 제 2 광 경로내에서, 이득 매체의 제 2 출력면에 인접하게배치된다. 이득 매체 및 제 1 시준 렌즈처럼, 광학적 출력 어셈블리의 제 2 시준 렌즈는 열적 도전성 기판상에 탑재되고, 열전 제어기는 기판을 통하는 열적 도전성에 의해 제 2 시준 렌즈를 열적 제어한다.
광학적 출력 어셈블리는 제 2 광 경로에 배치되고, 광 섬유에 동작 가능하게 결합되는 섬유 포커싱 렌즈를 포함한다. 광학적 출력 어셈블리는 제 2 광 경로상에 배치되는 제 2 시준 렌즈에 광학적으로 결합된 광 아이솔레이터를 포함한다. 몇가지 구현에 있어서, 광 아이솔레이터는 제 2 광 경로내의, 제 2 시준 렌즈의 뒤 및 섬유 포커싱 렌즈의 앞에 배치되며, 그에 따라 섬유 포커싱 렌즈는 광 아이솔레이터에 광학적으로 결합된다. 광을 이득 매체로부터 섬유로 단방향 전송하는 광 아이솔레이터는 특정하게 정렬에 민감하지 않으며, 정렬 시준 렌즈 및 섬유 포커싱 렌즈에 인접하는 그의 위치 때문에 열적 제어되는 기판상에 편리하게 배치된다.
열적 도전성 기판 및 그의 온도 제어기로부터 원격지에 위치하거나 열적으로 격리된 외부 캐비티 레이저의 부품들은, 예를들어, 채널 선택기 및 튜닝 어셈블리를 포함한다. 채널 선택기는, 웨지 에탈론, 격자, 전자-광학적 에탈론, 격자형 필터 또는 다른 파장 튜닝 장치를 포함하며, 제 1 광 경로내의, 이득 매체의 제 1 출력면과 단부 미러 사이에 배치된다. 튜닝 어셈블리는 채널 선택기에 동작 가능하게 결합되며, 이동 및/또는 회전 위치 조정, 전압 조정 또는 다른 형태의 튜닝 조정을 통해 채널 선택기를 조정하도록 구성된다. 튜닝 어셈블리는, 예를들어, 제 1 광 경로내의 웨지 에탈론을 위치 조정하도록 구성된 스텝퍼 모터(stepper motor)를 포함한다. 채널 선택기 및 튜닝 어셈블리의 배치는, 열적 도전성 기판과 이득 매체 및그 위의 광학적 출력 어셈블 리가 열적 제어를 받도록 이루어지며, 그 열적 제어는 채널 선택기 및 튜닝 어셈블리와 관련된 임의 열적 특성 및 열적 제어와는 독립적으로 또는 실질적으로 독립적으로 이루어진다. 다시말해, 채널 선택기 및 튜닝 어셈블리는 열적 도전성 기판 및 열전 제어기와는 열적으로 격리되며, 열적 도전성 기판으로부터 멀리 배치된다.
임의의 구현에 있어서, 광학적 출력 어셈블리는 제 2 광 경로를 따르는 외부 캐비티 레이저의 출력 파장을 평가하는데 이용할 수 있는 코스 분광계(coarse spectrometer)를 포함한다. 코스 분광계는 열적 도전성 기판상에 탑재되고 TEC에 열적으로 결합된다. 코스 분광계는 제 2 광 경로내의 제 2 시준 렌즈의 뒤 및 광 아이솔레이터(optical isolator)의 앞에 배치되거나, 또는 광 아이솔레이터의 뒤 및 섬유 포커싱 렌즈의 앞에 배치된다.
대안적인 구현에 있어서, 광학적 출력 어셈블리는 그리드 에탈론을 포함하며, 그리드 에탈론은 열적 도전성 기판위에 배치되고 그를 통해 TEC에 열적 결합된다. 그리드 에탈론은 제 2 광 경로내의, 제 2 시준 렌즈의 뒤 및 광 아이솔레이터의 앞에 배치되거나, 또는 광 아이솔레이터의 뒤 및 섬유 포커싱 렌즈의 앞에 배치된다.
온도 민감성 소자는, 본 발명에 따라 단일의 열적 도전성 기판상에서 선택적인 열적 제어를 받으며, 이득 매체, 출력 결합 광학(시준 렌즈) 및 그리드 에탈론(에탈론)을 포함하지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 몇몇 실시예에 있어서, 온도에 민감한 그리드 에탈론은 별개의 기판상에서 독립적인 온도 제어를 받는다.
본 발명은 광학적 출력 모듈을 포함하는 레이저 장치에 구현되며, 광학적 출력 모듈은 공통의 열적 도전성 기판상에 탑재되고 열전 제어기 또는 다른 온도 제어 소오스에 열적 결합되는 이득 매체 및 광학적 출력 어셈블리를 포함한다. 광학적 출력 어셈블리는 구성에 따라 가변하지만, 일반적으로는 광학적 출력 부품이 열적 도전성 기판상에 탑재되어 정렬 민감성 출력 부품의 온도를 규제하도록 구성된다.
본 발명은 외부 캐비티 다이오드 레이저 장치를 선택적으로 냉각시키는 방법을 제공한다. 그 방법은 제 1 및 제 2 출력면을 가진 이득 매체와, 제 1 출력면에 광학적으로 결합된 단부 미러 및 제 2 출력면에 광학적으로 결합된 광학적 출력 어셈블리를 제공하고, 이득 매체 및 광학적 출력 어셈블리를 단부 미러와 독립적으로 열적 제어하는 것을 포함하다. 이득 매체 및 광학적 출력 어셈블리를 열적 제어하는 것은, 열적 도전성 기판상에 이득 매체와 광학적 출력 어셈블리를 탑재하고, 열적 도전성 기판과 열전 제어기를 결합시키는 것을 포함한다.
예시적인 목적을 위해 도면들을 보다 구체적으로 참조하면, 본 발명은 도 1 내지 도 6에 도시된 장치 및 방법으로 구현된다. 본 명세서에 개시된 기본적인 개념을 벗어나지 않고도, 본 발명의 장치가 구성 및 부분들의 세목에 따라 달라지며, 본 발명의 방법이 세목 및 이벤트의 순서에 따라 달라질 수 있음을 알 수 있을 것이다. 본 발명은 우선적으로 외부적인 캐비티 레이저의 용도에 대해서 개시한다. 그러나, 당업자라면, 본 발명이 다른 유형의 레이저 및 광학 시스템과 함께 이용될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 용어가 단지 특정의 실시예를 설명하기 위한 것일 뿐, 본 발명을 제한할 의도는 아닌 것임을 알아야 한다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 정렬 민감성 광학적 부품들의 선택적인 열적 제어를 제공하는 외부 캐비티 레이저 장치(10)가 도시된다. 장치(10)는 이득 매체(12) 및 단부 반사기(14)를 포함한다. 이득 매체(12)는 종래의페이브리-페롯(Febry-Perot) 다이오드 에미터 칩을 포함하며, 반사 방지(Anti-Reflective : AR) 코팅된 전면(front facet)(16, 제1면)과 부분 반사 후면(rear facet)(18, 제2면)을 가진다. 역 반사 소자(Retroreflective element)(14)는 단부 미러를 포함한다. 외부 레이저 캐비티의 윤곽은 후면(18)과 단부 미러(14)에 의해 나타난다. 이득 매체(12)는 전면(16)으로부터 코히어런트 빔을 방출한다. 그 코히어런트빔은 렌즈(20)에 의해 시준되어 외부 캐비티의 광축과 동일선상에 있는 제 1 광축(22)을 정의한다. 또한, 이득 매체(12)는 제 2 면(18)으로부터 제 2 코히어런트 빔을 방출하여, 제 2 광 경로를 형성한다. 이득 매체(12)의 전면(16) 및 후면(18)은 외부 캐비티의 광축과 정렬된다. 광학적 출력 어셈블리(23)는 제 2 광 경로(21)에 배치되고, 제 2 출력면(18)과 연계하여, 외부 캐비티 레이저(10)의 출력을 광 섬유(50)와 결합시킨다.
외부 캐비티 레이저(10)는 그리드 에탈론 소자 및 튜닝 가능 소자를 포함하며, 그들은 각각 도 1에 이득 매체(12)와 단부 미러(14) 사이의 광 경로(22)에 배치된 그리드 에탈론(24)과 웨지 에탈론(26)으로 도시되어 있다. 전형적으로, 그리드 에탈론(24)은 광축(22)의 튜닝 가능 소자(26) 앞에 배치되며, 평행 반사면(28,30)을 가진다. 그리드 에탈론(24)은 간섭 필터로서 작용하며, 그리드 에탈론(24)의 굴절율 및 면들(28,30)의 간격으로 정의된 그리드 에탈론(24)의 광학적 두께는, 예를들어, 통신 대역내의, ITU 그리드를 포함하는 선택된 파장 그리드의 중심 파장과 일치하는 파장에서 다수의 최소치들을 발생시킨다. 다른 파장 그리드가 대안적으로 선택될 수 있다. 그리드 에탈론은 ITU 그리드의 그리드 라인들 사이의 간격에 대응하는 자유 스펙트럼 영역(Free Spectral Range : FSR)을 가지며, 그에 따라 그리드 에탈론(24)은 파장 그리드의 각 그리드 라인상에 그 중심이 있는 다수의 통과 대역을 제공하는 작용을 한다. 그리드 에탈론(24)은 파장 그리드의 각 채널들간의 외부 캐비티 레이저의 이웃 모드들을 약화시키는 (전체 폭의 절반의 최대치에 의해 제산된 자유 스펙트럼 영역) 피네스(finesse)를 가진다.
그리드 에탈론(24)은 평행한 평판 고체, 액체 또는 기체 이격된 에탈론이나 다른 유형의 에탈론일 수 있으며, 온도 제어를 통한 열적 팽창 및 수축에 의해 면(28,30) 사이의 광학적 두께를 정밀하게 치수 조정함으로써 튜닝될 수 있다. 대안적으로, 그리드 에탈론(24)은 면(28,30)들간의 광학적 두께가 가변되도록 경사지게 하거나, 전자 광학적 에탈론 물질에 전기장을 인가함에 의해 튜닝될 수 있다. 그리드 에탈론(24)은, 발명자 앤드루 데이버에 의해 본 명세서와 동시에 출원되고, 본 명세서에서 참조로서 인용되는, "External Cavity Laser with Continuous Tuning of Grid Generator"라는 명칭의 미국특허출원번호 제09/900,474호에 개시된 바와 같이, 레이저 동작 동안 능동적으로 튜닝될 수 있다.
또한, 웨지 에탈론(26)은 간섭 필터로서 작용하며, 비 평행 반사면(32,34)은 테이퍼 형태를 제공한다. 표면(32,34)의 간격은 레이저 축을 따라 작동 파장 이하의 양만큼 미세하게 변경되는데, 이는 빔 레이저를 가로지르는 표면(32,34)간의 두께 변동을 무시하거나 그에 영향을 받지 않을 만큼 테이퍼가 충분히 작아지거나, 또는 그 빔을 가로지르는 필터의 거시적 움직임이 빔을 따르는 표면(32,34)간 거리의 미시적 변경을 도입할 만큼 테이퍼가 충분히 커지도록, 빔이 표면(32,34)과 충돌하는 영역너머로 그 표면들(32,34)을 연장하고, 이들 표면들간의 스페이서(spacer)를 테이퍼링(tapering)함으로써, 이루어진다. 표면(32,34) 사이의 공간에는 기체, 액체 또는 고체가 충진된다. 표면(32,34)간의 간격은, 고체 에탈론을 열적 팽창시키거나, 기체 또는 액체 에탈론으로 그 간격을 열적 또는 압전식으로, 또는 미세 기계적으로 팽창시키거나, 기체, 고체 또는 액체 에탈론을 경사지게 하거나, 기체 에탈론의 압력을 변경하거나, 스페이서로서 전자 광학적 물질을 이용하여 제공된 전계로 굴절율을 변경하거나, 스페이서층에 비선형 광학 물질을 이용하여 제 2 광학적 빔으로 경로 길이 변경을 유도하거나, 파장 튜닝에 적합한 임의의 다른 시스템이나 방법으로 변경할 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이 웨지 에탈론 채널 선택기(36)는 본 발명에 따라 이용되는 외부 캐비티 레이저내의 단지 하나의 튜닝 가능 소자이다. 여러 가지 다른 유형의 채널 선택기가 본 발명과 함께 이용될 수 있다. 미국특허번호 제6,108,355호에는 채널 선택을 위해 에어 갭 웨지 에탈론(air gap wedge etalon)을 이용하는 것에 대해 개시되어 있으며, 거기에서는 "웨지"가 인접 기판에 의해 정의된 테이퍼형 에어 갭이다. 발명자 앤드루 데이버에 의해 2001년 3월 21일자 출원된 미국특허출원번호 제09/814,646호에는, 격자 각도 조정에 의해 튜닝되는 채널 선택기로써 피벗(pivot)하게 조정 가능한 격자 장치를 이용하는 것에 대해 개시되어 있다. 본 명세서와 동시에 출원된 것으로, 발명자 홉킨스등에 의한 "Graded Thin Film Wedge Interference Filter and Method of Use for Laser Tuning"이란 명칭의 미국특허출원번호 제09/814,646호 및 09/900,412호에는, 채널 선택기로서 병진적으로 튜닝 및등급화된 박막 간섭 필터를 이용하는 것에 대해 개시되어 있다. 상술한 개시물들은 본 명세서에서 참조로서 인용된다.
외부 캐비티 레이저(10)의 여러 광학적 부품들간의 상대적 크기, 형상 및 거리에 대해 몇가지 예에서는 명확성을 위해 축적이 아니라 과장되게 도시되었다. 외부 캐비티 레이저(10)는, 외부 캐비티 레이저(10)의 여러 부품과 연계된 의사 피드백(spurious feedback)을 제거하도록 구성된 편향 광학(polarizing optics)과, 포커싱 및 시준 부품과 같은 추가적인 부품(도시되지 않음)을 포함한다.
웨지 에탈론 채널 선택기(26)에 의해 정의된 통과 대역은 그리드 에탈론(24)의 통과 대역보다 실질적으로 더 넓으며, 웨지 에탈론(24)의 넓은 통과 대역은 그리드 에탈론(24)에 의해 정의된 가장 짧은 파장 채널과 가장 긴 파장 채널간의 간격에 실질적으로 대응하는 주기성을 가진다. 다시 말해, 웨지 에탈론(26)의 자유 스펙트럼 영역은 그리드 에탈론(24)에 의해 정의된 파장 그리드의 전파장 영역에 대응한다. 웨지 에탈론(26)은 특정하게 선택된 채널에 인접한 채널을 약화시키는 피네스를 가진다.
웨지 에탈론(26)은, 그의 면(32,34) 사이의 광학적 두께를 변경하여 다수의 통신 채널들을 선택하는데 이용된다. 이것은 웨지 에탈론(26)의 테이퍼 방향과 평행하고 광 경로(22) 및 외부 캐비티 레이저(10)의 광축에 수직한 축 x를 따라 웨지 에탈론(26)을 이동시키거나 구동함으로써 성취된다. 웨지 에탈론(26)에 의해 정의된 각 통과 대역은 선택 가능 채널을 지원하며, 그 웨지가 광 경로(22)로 진행하거나 이동함에 따라, 광 경로(22)를 따라 이동하는 빔은, 보다 긴 파장 채널에서 반대면(32,34)들간의 구조적 간섭을 지원하는 웨지 에탈론(26)의 보다 점진적으로 두꺼워지는 부분을 통과한다. 웨지 에탈론(26)이 광 경로(22)로부터 제거되면, 빔은 웨지 에탈론의 점진적으로 얇아지는 부분을 접하게 되고, 점진적으로 짧아지는 파장 채널을 지원하는 통과 대역을 광 경로에 노출시킨다. 웨지 에탈론(26)의 자유 스펙트럼 영역은 상술한 바와 같이 그리드 에탈론(24)의 전 파장 영역에 대응하며, 따라서 통신 대역내의 단일 손실 최소치가 파장 그리드를 가로질러 튜닝될 수 있다. 그리드 에탈론(24) 및 웨지 에탈론(26)으로 부터 이득 매체(12)로의 조합된 피드백은 선택된 채널의 중심 파장에서의 레이싱(lasing)을 지원한다. 튜닝 영역을 가로지르는 웨지 에탈론(26)의 자유 스펙트럼 영역은 그리드 에탈론(24)의 자유 스펙트럼 영역보다 더 넓다.
웨지 에탈론(26)은, 선택된 채널에 따라 웨지 에탈론(26)을 조정 가능하게 배치하도록 구성된 드라이브 소자(36)를 포함하는 튜닝 어셈블리를 통해 위치적으로 튜닝된다. 드라이브 소자(36)는 스텝퍼 모터 및 웨지 에탈론(26)의 정밀 이동을 위한 적당한 하드웨어를 포함한다. 드라이브 소자는 DC 서보 모터, 솔레노이드, 음성 코일 액튜에이터, 압전 액튜에이터, 초음파 드라이버, 형상 기억 장치, 및 유사 선형 액튜에이터와 같은 다른 유형의 액튜에이터를 대안적으로 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
드라이브 소자(36)는 제어기(38)에 작동 가능하게 결합되며, 제어기(38)는 드라이브 소자(36)에 의해 웨지 에탈론(26)의 배치를 제어하기 위한 신호를 제공한다. 제어기(38)는, 선택 가능 채널 파장에 대응하는 ,웨지 에탈론(26)에 대한 위치정보의 룩업 테이블이 저장된 메모리 및 데이터 프로세서(도시되지 않음)를 포함한다. 제어기(38)는 드라이버 소자(36)에 내장되거나 외부에 있을 수 있으며, 후술하는 바와 같이 본 발명의 다른 부품 배치 및 서보 기능을 분담할 수 있다.
외부 캐비티 레이저(10)가 다른 통신 채널로 튜닝되면, 제어기(38)는 룩업 테이블내의 위치 데이터에 따라 드라이브 소자(36)에 신호를 보내며, 드라이브 소자(36)는 정확한 위치로 웨지 에탈론(26)을 이동시키거나 구동하는데, 여기에서 광 경로(22)에 배치된 웨지 에탈론(26) 부분의 광학적 두께는 선택된 채널을 지원하는 구조적 간섭을 제공한다. 선형 인코더(40)는 웨지 에탈론(26) 및 드라이브 소자(36)와 연계하여 이용되어, 드라이버(36)에 의한 웨지 에탈론(26)의 정확한 배치를 보장한다.
웨지 에탈론(26)은 그의 단부에 광학적으로 검출 가능한 불투명 영역(42,44)을 포함하며, 불 투명 영역(42,44)은 웨지 에탈론(26)이 그의 가장 길거나 짧은 채널 파장에서 위치적으로 튜닝되었을 때 웨지 에탈론(26)의 위치를 확인하는 작용을 한다. 불투명 영역(42,44)은 웨지 에탈론의 위치적 튜닝에 이용할 수 있는 추가적인 인코더 메카니즘을 제공한다. 웨지(26)가 소정 위치로 이동되어 불투명 영역(42,44)중 하나가 광 경로(22)에 진입하면, 불투명 영역(42,44)은 광 경로를 따라 빔을 차단하거나 감쇠시킨다. 이러한 광 감쇠는 검출 가능한 것으로, 이하에서 추가로 설명할 것이다. 웨지 에탈론(26)상의 불투명 영역(42,44)의 장소가 정밀하게 결정될 수 있기 때문에, 제어기(38)는 불투명 영역(42,44)이 광 경로(22)에 가담할 때를 예상할 수 있다. 광 경로(22)내의 불투명 영역(42,44)이 예측된 곳이아닌 다른 지점에 나타난다는 것은 인코더 에러를 나타내며, 제어기(38)는 광 경로(22)내의 불투명 영역(42,44)의 존재 검출에 기반하여 적절한 정정을 할 수 있다. 추가적인 불투명 영역(도시되지 않음)이 웨지 에탈론(26)상의 다른곳에 포함될 수 있다.
후면(18) 및 단부 미러(14)에 의해 정의된 외부 캐비티, 웨지 에탈론(26) 및 그리드 에탈론(24)의 통과 대역 상관 관계가 도 2a 내지 도 2c에 도시되는데, 그 도면에서는 외부 캐비티 통과 대역(PB1)과, 그리드 에탈론 통과 대역(PB2) 및 웨지 에탈론 통과 대역(PB3)이 도시된다. 수직축상에 상대적 이득이 도시되고, 수평축상에 파장이 도시된다. 도면으로부터 알 수 있는 바와 같이, 웨지 에탈론(26)의 자유 스펙트럼 영역(FSRChannel Sel)은 그리드 에탈론(24)의 자유 스펙트럼 영역(FSRGrid Gen)보다 크며, 그 다음 그리드 에탈론(24)의 자유 스펙트럼 영역(FSRGrid Gen)은 외부 캐비티의 자유 스펙트럼 영역(FSRCavity)보다 크다. 외부 캐비티의 통과 대역 피크(PB1)는 그리드 에탈론(24)의 파장 그리드에 의해 정의된 통과 대역(PB2)의 중심 파장과 주기적으로 정렬한다. 파장 그리드의 모든 통과 대역(PB2)을 초과하여 연장되는, 웨지 에탈론(26)으로 부터의 하나의 통과 대역 피크(PB3)가 있다. 도 2a 내지 도 2c에 도시된 특정의 예에 있어서, 파장 그리드는 1/2nm 또는 62GHz만큼 이격된 64개의 채널을 초과하여 연장되며, 1532nm에서 최단파장 채널 및 1563.5nm에서 최장파장 채널을 가진다.
그리드 에탈론(24) 및 웨지 에탈론(26)의 피네스는 이웃 모드 또는 채널의감쇠를 결정한다. 상술한 바와 같이, 피네스는 자유 스펙트럼 영역을 전체 폭의 절반의 최대치로 나눈값과 같다. 그리드 에탈론 통과 대역(PB2)의 절반 최대치의 폭은 도 2b에 도시되고, 웨지 에탈론 통과 대역(PB3)의 절반 최대치의 폭은 도 2c에 도시된다. 외부 캐비티내에 그리드 에탈론(24) 및 웨지 에탈론(26)을 배치하면 측면 모드 억제(side mode suppression)가 개선된다.
1549.5nm에 중심이 있는 채널과, 1550nm에 중심이 있는 채널 사이에 웨지 에탈론(26)의 대역 통과(PB3)를 튜닝시키는 것이 도 3a 내지 도 3c에 그래프로 도시된다. 그 도면에서는, 그리드 에탈론(24)에 의해 생성된 채널을 선택하고, 인접 채널 또는 모드를 감쇠시키는 것이 도시된다. 보다 명료한 도시를 위해, 도 3a 내지 도 3c에는 도 2a 내지 도 2c에 도시된 외부 캐비티 통과 대역(PB1)이 생략되었다. 그리드 에탈론(24)은, 이웃 모드를 배제하고, 그리드 채널 간격에 대응하는 외부 캐비티의 주기적 종축 모드를 선택한다. 웨지 에탈론(26)은 파장 그리드내의 특정 채널을 선택하고 모든 다른 채널을 배제한다. 이러한 선택된 채널 또는 레이싱 모드(lasing mode)는 대략 ±1/2 채널 간격의 영역내에서의 필터 오프셋을 위해 특정 채널로 고정된다. 보다 큰 채널 오프셋을 위해 레이싱 모드는 다음의 인접 채널로 점프한다.
도 3a에 있어서, 웨지 에탈론 통과 대역PB3은 그리드 채널에 대하여 1549.5nm에 그 중심이 있다. 1549.5nm에 있는 통과 대역PB2와 관련된 상대적 이득은 높으며, 1549.0nm 및 1550.0nm에 있는 인접 통과 대역PB2와 관련된 상대적 이득은 선택된 1549.5nm 채널에 비해 억제된다. 1550.5nm 및 1548.5nm에 있는 통과대역과 관련된 이득은 더욱 억제된다. 점선은 웨지 에탈론(26)에 의한 억제가 없는 통과 대역(PB2)에 대한 상대적 이득을 나타낸다.
도 3b는 채널 절환동안에 발생하는 것으로, 1549.5nm의 채널과 1550.0nm의 채널 사이에 위치하는 웨지 에탈론 통과 대역PB을 도시한다. 1549.5nm 및 1550.0nm 통과 대역PB2와 관련된 상대적 이득은 둘 다 높으며, 채널 억제는 없다. 점선은 웨지 에탈론(26)에 의한 억제가 없는 통과 대역PB2에 대한 상대적 이득을 나타낸다.
도 3c는 그리드 채널과 관련하여 1550.0nm에 그 중심이 있는 웨지 에탈론 통과 대역PB3가 도시되며, 거기에서는 1550.0nm의 통과 대역PB2와 관련된 상대적 이득이 높고, 그에 반해 1549.5nm 및 1550.5nm의 인접 통과 대역PB2과 관련된 상대적 이득 레벨은 선택된 1550.0nm 채널에 비해 억제되며, 1551.0nm 및 1549.0nm의 통과 대역과 관련된 이득은 더욱 억제된다. 점선은 웨지 에탈론(26)에 의한 억제가 없는 통과 대역PB2에 대한 상대적 이득을 나타낸다.
광학적 출력 어셈블리(23)는 이득 매체 면(18)으로 부터의 출력을 광 섬유(50)로 광 결합시키도록 구성된다. 이와 관련하여, 출력 어셈블리(23)는 제 2 광 경로(46)에 배치되고 섬유 이음관에 의해 광섬유(50)와 광 결합하는 섬유 포커싱 렌즈(52)를 포함한다. 제 2 시준 렌즈(56)는 출력 면(18)에 광 결합하고, 제 2 출력면(18)과 섬유 포커싱 렌즈(52) 사이의 제 2 광 경로(46)에 배치된다. 광 아이솔레이터(58)는 제 2 광 경로(46)내의 제 2 시준 렌즈(56)의 뒤 및 섬유 포커싱 렌즈(52) 앞에 배치된다.
도 1에 도시된 구현에 있어서, 광학적 출력 어셈블리(23)와, 이득 매체(12)및 제 1 시준 렌즈(20)는 열적 제어 모듈(60)의 일부이다. 열적 제어 모듈(60)에 있어서, 광학적 출력 어셈블리(23)와, 이득 매체(12)와, 시준 렌즈(20) 및 "도그 본(dog bone)" 탑재 소자(62)는 열적 도전 기판(64) 위에 탑재된다. 기판(64)은 열전 제어기(66)에 결합되거나 그 위에 탑재된다. 열전 제어기(66)는 외부 캐비티 레이저(10)내의 다른 부품들 중 모듈(60)을 독립적으로 또는 실질적으로 독립적으로 열적 제어하도록 구성된다. 도 1에는, 기판(64)으로부터 멀리 떨어져 배치되고 다른 기판(68)위에 탑재되는 그리드 에탈론(24) 및 단부 미러(14)가 도시된다. 모듈(60)에 의해 제공되는 선택된 광학적 부품상에서 열적 제어를 이용하면, 단지 중요한 정렬 민감성 광학적 부품 및 광학적 표면만을 선택적으로 가열함으로써, 장치(10)의 동작을 위한 전력 요건을 줄일 수 있다.
이득 매체(12)(및 면(16,18)) 및 시준 렌즈(20,56)와 섬유 포커싱 렌즈(52)의 표면은 장치의 중요하고 정렬 민감성인 많은 광학적 표면들을 나타내며, 이득 매체(12)와 렌즈(20,52,56)는 열적 제어 모듈(60)에 포함되어 온도 제어 기판(64)상에 탑재됨으로써, 장치(10)의 다른곳에 열적 제어를 제공하지 않고도 이들 소자의 정확한 열적 제어가 이루어진다. 기판(68)상에 배치되는 단부 미러(14) 및 그리드 에탈론(24)은 열적 제어 모듈(60)내의 열적 도전 기판(64)과 열적으로 격리되거나 또는 실질적으로 열적 격리되며, 그에 따라 열적 도전 기판을 통한 이득 매체(12), 시준기(20) 및 출력 어셈블리(23)의 열적 제어에서는 단부 미러(14) 또는 그리드 에탈론의 의도적 및 직접적인 열적 제어가 배제된다. 드라이브 소자(36) 및 인코더(40)에 의해 제공되는 튜닝 어셈블리는 기판(68)상에 탑재되고 그에 따라기판(64)에 대해 열적으로 격리된다. 또한, 제어기(38)는 기판(68)상에 탑재된다.
몇몇 구현에서는, 개별적인 열전 제어기(도시되지 않음)에 의해 그리드 에탈론(24)에 열적 제어를 별도로 제공하는 것이 바람직하다. 다른 구현에서는, 그리드 에탈론(24)이 열적 도전 기판(64)상에 포함되는데, 이에 대해서는 이하에서 설명한다. 몇몇 예에서는 모듈(60)의 가열 및 냉각으로 인해, 기판(68) 및 열전 제어기(66)를 지지하는 공통 하부 베이스(도시되지 않음)를 통하는 방사형 열전달 또는 의도하지 않은 열적 도전성에 의해 레이저 장치(10)의 다른 부분에 간접적인 열적 영향을 준다.
도 4 및 도 5를 보다 구체적으로 참조하면, 열적 제어 모듈(60)에 의해, 기판(68) 또는 다른 외부 캐비티 레이저 부품을 지지하는 기판과 구별되고, 그로 부터 분리되는 기판(64)상에 레이저 출력 소자가 배치될 수 있음을 알 수 있을 것이다. 열적 제어 모듈(60)은 시준기 렌즈(20,56)가 출력 면(16,18)에 각각 결합되는 다이오드 에미터 칩(이득 매체)(12)과, 열적 도전성 도그 본 어셈블리(62), 서미스터(70), 광학적 아이솔레이터(58), 섬유 포커스 렌즈(52) 및 섬유 이음관(54)을 포함하며, 그들은 레이저 광 출력 어셈블리 기판(68)상에 탑재된다. 도 4는 모듈(60)에전력을 제공하는 전기적 리드(72)를 도시한다.
모듈(60)의 기판(64)은 열전 제어기(66)에 접착되며, 열전 제어기(66)는 서미스터(70)를 통해 기판(64) 온도를 모니터링하고 기판(64) 및 이득 매체와, 시준기(20,56), 섬유 포커싱 렌즈(52), 이음관(54) 및 아이솔레이터(58) 부품의 열적 제어를 제공한다. 이득 매체 면(16,18) 및 시준기(20,56)와 렌즈(52)의 표면은 레이저 장치(10)의 여러개의 보다 중요한 정렬 민감성 광학적 표면을 제공하고, 단일의 열적 제어되는 기판(64)상에 이들 부품 모두를 포함시킴으로서, 그 부품들의 집단적 온도 제어에 의해, 열적 오 등록에 기인한 광학적 정렬 문제를 방지한다.
기판(64) 및 도그 본 탑재부(dog bone mount)(62)는, 이상적으로, 금속, 금속 산화물, 금속 질화물, 금속 탄화물, 또는 합금, 블렌드(blend), 혼합물 또는 그의 합성물과 같은 높은 열적 도전성 물질을 포함한다. 임의의 구현에서는, 이득 매체(12)가 탑재 소자(62)를 통해 기판(64)에 열적으로 결합되도록 탑재 소자(62) 및 기판(64)을 구성한다. 기판(64) 및 탑재 소자(62)는 이득 매체(12)와 열팽창 계수(CTE)로 매칭된다.
섬유 이음관(54), 렌즈(20,52,56), 광학 아이솔레이터(58) 및 탑재 소자(62)는, 각 특정 부품과 CTE 매칭되는 열적 도전성 접착제 또는 솔더(solder)에 의해 기판(64)에 탑재되거나 접합됨이 바람직하다. 유사한 방식으로, 이득 매체(12)는 열적 도전성 접착제 또는 솔더에 의해 탑재부(62)에 접합되며, 그 접착제 또는 솔더는 이득 매체(12) 및 탑재 소자(62)에 CTE 매칭된다. 탑재 소자(62), 섬유 이음관(54) 및 렌즈(20,52,56)는 기판(64)과의 열적 접합을 촉진하는 방식으로 구성된다. 이와 관련하여, 렌즈(20,52,56)는 적당한 열적 도전성 하우징(housing)으로 하우징되어, 기판(64)과의 열적 접합을 촉진시킨다. 또한, 기판(64)은 상술한 부품과의 열적 접합을 최적화하도록 구성된 그루브(groove), 리세스(recess) 또는 다른 표면 형상(도시되지 않음)을 포함한다. 기판(64)과 열전 제어기(68)를 결합시키고, 서미스터(70)를 기판(64) 및 열전 제어기(69)에 결합시키기 위해, 기판(64)에소자(62), 섬유 이음관(54) 및 렌즈(20,52,56)를 탑재하는데 있어서, 당업자가 알고 있는 여러 가지 다른 열적 제어가 이용될 수 있을 것이다.
도 5를 보다 구체적으로 참조하면, 접착 패드(74)는 도그 본 탑재 소자(62)의 일측 단부에 포함되어 전기적 도전체(76)를 지지한다. 도전체(76)는 탑재부(62)상의 제 2 접착 패드(78)와 결합한다. 접착 패드(78)로 부터의 도전체(80)는 이득 매체(12)의 상부 표면상의 전극(82)과 결합한다. 도전체(84)는 이득 매체(12)의 하부 표면상의 전극(도시되지 않음)과 결합하여, 종래의 방식으로 이득 매체(12)에 구동 전류를 운송한다.
도 1, 도 4 및 도 5를 다시 참조하면, 레이저 장치(10)의 작동에 있어서, 구동 전류가 이득 매체(12)를 가로질러 인가되며, 이득 매체(12)는 반사 방지 코팅 면(16)으로부터 경로(22)를 따라 단부 미러(14)에 코히어런트 빔을 방출하여 이득 매체(12)에 광학적 피드백을 제공하고, 다른 코히어런트 빔을 출력 어셈블리(23)를 통해 섬유(50)로 출력한다. 웨지 에탈론(26)은 상술한 방식으로 레이저 출력을 튜닝시키도록 광 경로(22)와 관련하여 이동한다. 이득 매체의 펌핑(pumping) 동안, 열전 제어기(66)는 기판(64)을 냉각시켜, 작동 중에 이득 매체(12)에 의해 생성된 열을 상쇄시킨다. 이득 매체(12), 시준기(20) 및 출력 어셈블리(23)가 기판(64)을 통해 열전 제어기(68)에 열적 결합되기 때문에, 이득 매체(12), 시준기(20) 및 출력 어셈블리(23)는 고정된 또는 실질적으로 고정된 온도로 유지되고, 그에 의해 기판에 결합된 부품들의, 열적 변동으로 인한 오 정렬 또는 오 등록을 방지한다. 레이저 작동 동안에, 기판(64) 및 열전 제어기(44)를 통해 이득 매체(12)를 냉각시키면, 출력 면(16)상의 반사 방지 코팅(도시되지 않음)의 열적 열화 및 노화를 쉽게 피할 수 있다.
외부 캐비티 레이저(10)가 사용중이 아닐 경우, 이득 매체(12), 시준기(20) 및 출력 어셈블리(23)는 열전 제어기(66) 및 기판(64)에 의해 다시 고정된 온도로 유지될 수 있으며, 그에 따라 모듈(60)상의 여러 광학적 표면의 온도가 외부 캐비티 레이저의 주변 부분보다 높게 된다. 전력 하강 기간동안 모듈(60)상의 부품에 대해 보다 높은 온도를 유지하면 모듈의 중요한 광학적 표면상의 수분 또는 휘발성 유기 합성물의 응고를 쉽게 피할 수 있게 되며, 그렇지 않을 경우에는 모듈의 부품들이 냉각된다. 발명자 셀(Sell) 등에 의해 본 명세서와 동시에 출원된, "Hermetically Sealed External Cavity Laser System and Method"라는 명칭의 미국특허출원번호 제09/900,423호에는 밀봉 컨테이너(hermetically sealed container)의 외부 캐비티 레이저의 선택된 광학적 부품의 선택적 가열의 이용에 대해 개시되어 있으며, 그 출원은 본 명세서에서 참조로서 인용된다.
본 발명에 따른 기판(64) 또는 열적 제어되는 추가적인 기판에 의해 여러 가지 다른 광학적 부품이 선택적인 열적 제어를 받는다. 도 6은 대안적인 구현의 광학적인 열적 제어 모듈(86)에 대한 도면이 도시되며, 유사한 부분에 대해서는 유사한 참조번호가 부여되었다. 도 6의 구현에 있어서, 그리드 에탈론(24)은 레이저 외부 캐비티의 어느 지점에 배치되는 것이 아니라 기판(64)상에 배치되며, 기판(64)을 통해 열전 제어기(66)에 열적 결합된다. 도시된 바와 같이, 그리드 에탈론(24)은 제 2 광학 경로(21)내의, 제 2 시준 렌즈(56)의 뒤 및 광학적 아이솔레이터(58)의 앞에 배치되거나, 또는 광학적 아이솔레이터(58)의 뒤 및 섬유 포커스 렌즈(54)의 앞에 배치된다. 열적 도전성 기판(64) 및 열전 제어기(66)가 그리드 에탈론(24)을 고정되고 선택된 온도로 열적 제어하면, 그리드 에탈론의 주파스 그리드를 고정시킬 수 있으며, 광 경로(21)에 대해 그리드 에탈론(24)의 면을 최적의 정렬 상태로 유지시킬 수 있다. 대안적으로, 그리드 에탈론(24)은 도 1 에 도시된 제 1 광 경로와 같은 임의의 곳에 배치될 수 있으며, 상술한 바와 같이, 개별적인 열적 제어를 받을 수 있다.
또한, 도 6의 열적 제어 모듈(86)은 열적 도전성 기판(64)위에 탑재되고 기판(64)을 통해 열전 제어기(66)에 열적 결합되는 코스 분광계(coarse spectrometer)(88)를 포함한다. 코스 분광계(88)는, 테스트 및 측정을 위해 이용되는 외부 캐비티 레이저에 있어서 섬유(50)로의 광학적 출력의 파장 특성화가 요구되는 본 발명의 구현에 이용된다. 코스 분광계(88)는 열적 도전성 기판(64)상에 탑재되고, 광 경로(21)내의, 아이솔레이터(58)의 뒤 및 섬유 포커스 렌즈(52)의 앞에 배치된다. 대안적으로, 코스 분광계는 광 경로(21)내의 시준 렌즈(56)의 뒤 및 아이솔레이터(58)의 앞에 배치된다.
본 발명을 특정의 구현에 대해 설명하였지만, 당업자라면, 본 발명의 진정한 사상 및 범주를 벗어나지 않고도 여러 가지 변형이 이루어질 수 있고 등가물로 대체될 수 있음을 알 수 있을 것이다. 또한, 특정의 상황, 물질, 성분의 합성, 프로세스 단계들이 본 발명의 목적, 사상 및 범주에 적용되도록 많은 수정이 이루어질 수 있다. 그러한 모든 수정은 첨부된 특허청구범위의 범주내에 있을 것이다.

Claims (32)

  1. (a) 제 1 및 제 2 출력 면을 가진 이득 매체와;
    (b) 상기 제 1 출력면과 함께 외부 캐비티를 정의하는 반사기와;
    (c) 상기 제 2 출력면에 광학적으로 결합되는 광학적 출력 어셈블리와;
    (d) 상기 이득 매체 및 상기 광학적 출력 어셈블리를 탑재하는 열적 도전성 기판; 및
    (e) 상기 열적 도전성 기판에 결합되고, 상기 기판을 통한 열적 도전성에 의해 상기 이득 매체와 상기 광학적 출력 어셈블리를 열적으로 제어하도록 구성된 열전 제어기를 포함하고,
    (f) 상기 반사기는 상기 열적 도전성 기판 및 상기 열전 제어기와 원격으로 배치된,
    레이저 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 열적 도전성 기판은 상기 이득 매체의 열적 팽창 계수와 매칭되는 열적 팽창 계수를 가지는,
    레이저 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    (a) 채널 선택기; 및
    (b) 상기 채널 선택기와 동작 가능하게 결합되고 상기 채널 선택기를 조정하도록 구성된 튜닝 어셈블리를 더 포함하고,
    (c) 상기 채널 선택기 및 상기 튜닝 어셈블리는 상기 기판과 원격으로 배치된,
    레이저 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 출력 면과 광학적으로 결합되는 제 1 시준 렌즈를 더 포함하고,
    상기 제 1 시준 렌즈는 상기 열적 도전성 기판상에 탑재되며, 상기 열전 제어기는 상기 기판을 통한 열적 도전성으로 상기 제 1 시준 렌즈를 열적으로 제어하는,
    레이저 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 출력 어셈블리는 상기 제 2 출력 면에 광학적으로 결합된 제 2 시준 렌즈를 포함하는,
    레이저 장치.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 광학적 출력 어셈블리는 광 아이솔레이터를 더 포함하고,
    상기 광 아이솔레이터는 상기 제 2 시준 렌즈에 광학적으로 결합되는,
    레이저 장치.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 광학적 출력 어셈블리는 섬유 포커싱 렌즈를 더 포함하고,
    상기 섬유 포커싱 렌즈는 광학적 섬유와 상기 광학적 아이솔레이터에 광학적으로 결합되는,
    레이저 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 열적 도전성 기판과 상기 열전 제어기에 작동 가능하게 결합되는 서미스터를 더 포함하는,
    레이저 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    그리드 에탈론을 더 포함하고,
    상기 그리드 에탈론은 상기 열적 도전성 기판상에 탑재되는,
    레이저 장치.
  10. 제 4 항에 있어서,
    상기 광학적 출력 어셈블리는 코스 분광계를 더 포함하고,
    상기 코스 분광계는 상기 열적 도전성 기판상에 탑재되는,
    레이저 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 이득 매체, 상기 광학적 출력 어셈블리, 상기 열적 도전성 기판 및 상기 열전 제어기는 불활성 분위기에서 밀봉되는,
    레이저 장치.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 열적 도전성 기판은 알루미늄 질화물, 실리콘 탄화물 및 실리콘 탄화물/알루미늄 질화물 합금으로부터 선택된 물질을 포함하는,
    레이저 장치.
  13. 제 3 항에 있어서,
    상기 반사기, 상기 채널 선택기 및 상기 튜닝 어셈블리는 제 2 의 다른 기판상에 탑재되는,
    레이저 장치.
  14. (a) 제 1 및 제 2 출력면을 가지며, 제 1 코히어런트 빔을 상기 제 1 출력면으로부터 제 1 광 경로를 따라 방출하고, 제 2 코히어런트 빔을 상기 제 2 출력면으로부터 제 2 광 경로를 따라 방출하는 이득 매체와;
    (b) 상기 제 1 광 경로에 배치되어, 상기 제 1 출력면과 함께 외부 캐비티를 정의하는 단부 미러와;
    (c) 상기 제 2 광 경로에 배치되는 광학적 출력 어셈블리와;
    (d) 상기 이득 매체와 상기 광학적 출력 어셈블 리가 탑재되는 열적 도전성기판; 및
    (e) 상기 열적 도전성 기판에 결합되고, 상기 열적 도전성 기판에 의해 상기 이득 매체와 상기 광학적 출력 어셈블리에 열적으로 결합되는 열전 제어기를 포함하고,
    (f) 상기 단부 미러는 상기 열전 제어기로부터 열적으로 격리되는,
    외부 캐비티 레이저 장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 열적 도전성 기판은 상기 이득 매체의 열 팽창 계수와 매칭되는 열 팽창 계수를 가진,
    외부 캐비티 레이저 장치.
  16. 제 14 항에 있어서,
    (a) 상기 제 1 광 경로내의, 상기 제 1 출력면과 상기 단부 미러사이에 배치되는 채널 선택기와;
    (b) 상기 채널 선택기에 작동 가능하게 결합되며, 상기 채널 선택기를 조정하도록 구성된 튜닝 어셈블리를 더 포함하며,
    (c) 상기 채널 선택기 및 상기 튜닝 어셈블리는 상기 열적 도전성 기판과 상기 열전 제어기로부터 열적으로 격리되는,
    외부 캐비티 레이저 장치.
  17. 제 16 항에 있어서,
    (a) 상기 채널 선택기는 웨지 에탈론을 포함하고,
    (b) 상기 튜닝 어셈블리는 상기 제 1 광 경로내의 상기 웨지 에탈론을 위치 조정하도록 구성된 스텝퍼 모터를 포함하는,
    외부 캐비티 레이저 장치.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 튜닝 어셈블리는 상기 스텝퍼 모터와 상기 웨지 에탈론의 위치를 모니터링하도록 구성된 광학적 인코더를 더 포함하는,
    외부 캐비티 레이저 장치.
  19. 제 14 항에 있어서,
    상기 제 1 광 경로내에서 상기 제 1 출력 면과 근접하게 배치된 제 1 시준 렌즈를 더 포함하되,
    상기 제 1 시준 렌즈는 상기 열적 도전성 기판상에 탑재되어, 상기 열적 도전성 기판을 통해 상기 열전 제어기에 열적 결합되는,
    외부 캐비티 레이저 장치.
  20. 제 14 항에 있어서,
    상기 광학적 출력 어셈블리는,
    (a) 상기 제 2 광 경로에 배치되고 섬유에 광학적으로 결합되는 섬유 포커싱 렌즈와;
    (b) 상기 제 2 광 경로내의, 상기 제 2 출력면과 상기 섬유 포커싱 렌즈 사이에 배치된 제 2 시준 렌즈; 및
    (c) 상기 제 2 광 경로내의, 상기 제 2 시준 렌즈의 뒤 및 상기 섬유 포커싱 렌즈의 앞에 배치되는 광학적 아이솔레이터를 포함하는,
    외부 캐비티 레이저 장치.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 열적 도전성 기판상에 탑재되고, 상기 열전 제어기에 열적으로 결합되며, 상기 제 2 광 경로내의, 상기 제 2 시준 렌즈 뒤에 배치되는 그리드 에탈론을 더 포함하는,
    외부 캐비티 레이저 장치.
  22. 제 20 항에 있어서,
    상기 열적 도전성 기판상에 탑재되고, 상기 열전 제어기에 열적으로 결합되며, 상기 제 2 광 경로내의 상기 제 2 시준 렌즈뒤에 배치되는 코스 분광계(coarse spectrometer)를 더 포함하는,
    외부 캐비티 레이저 장치.
  23. (a) 제 1 및 제 2 출력 면을 가지며, 제 1 코히어런트 빔을 상기 제 1 출력면으로부터 상기 제 1 광 경로를 따라 방출하고, 제 2 코히어런트 빔을 상기 제 2 출력면으로부터 상기 제 2 광 경로를 따라 방출하는 이득 매체와;
    (b) 상기 제 1 광 경로에 배치되어, 상기 제 1 출력면과 함께 외부 캐비티를 정의하는 단부 미러와;
    (c) 상기 제 2 광 경로에 배치되는 광학적 출력 어셈블리와;
    (d) 상기 이득 매체 및 상기 광학적 출력 어셈블 리가 탑재되는 열적 도전성 기판; 및
    (e) 상기 열적 도전성 기판에 결합되고, 상기 열적 도전성 기판에 의해 상기 이득 매체 및 상기 광학적 출력 어셈블 리와 열적 결합되는 열전 제어기를 포함하고,
    (f) 상기 단부 미러는 상기 열전 제어기가 상기 이득 매체와 상기 광학적 출력 어셈블리를 상기 단부 미러로부터 독립적으로 열적 제어하도록 배치되는,
    외부 캐비티 레이저 장치.
  24. 제 23 항에 있어서,
    (a) 제 1 광 경로내의 상기 제 1 출력면과 상기 단부 미러 사이에 배치된 채널 선택기와;
    (b) 상기 채널 선택기에 동작 가능하게 결합되어 상기 채널 선택기를 조정하도록 구성된 튜닝 어셈블리를 더 포함하고,
    (c) 상기 채널 선택기와 상기 튜닝 어셈블리는, 상기 열전 제어기가 상기 채널 선택기 및 상기 튜닝 어셈블리와 독립적으로 상기 이득 매체 및 상기 광학적 출력 어셈블리를 열적으로 제어하도록 배치되는,
    외부 캐비티 레이저 장치.
  25. (a) 제 1 및 제 2 출력면을 가진 이득 매체와;
    (b) 상기 제 1 출력면에 광학적으로 결합된 단부 미러와;
    (c) 상기 제 2 출력면에 광학적으로 결합된 광학적 출력 어셈블리와;
    (d) 상기 이득 매체와 상기 광학적 출력 어셈블리를 탑재하는 열적 도전성 제 1 기판과;
    (e) 상기 제 1 기판에 결합되고, 상기 이득 매체와 상기 광학적 출력 어셈블 리를 상기 제 1 기판을 통하는 열적 도전성으로 열적 제어하는 열전 제어기; 및
    (f) 제 2 기판을 포함하고,
    상기 단부 미러는 상기 제 2 기판상에 배치되어 상기 열전 제어기로부터 열적으로 격리되는,
    레이저 장치.
  26. (a) 제 1 및 제 2 출력면을 가진 이득 매체와;
    (b) 상기 제 1 출력면에 광학적으로 결합된 단부 미러; 및
    (c) 상기 이득 매체에 열적으로 결합되고, 상기 단부 미러와 독립적으로 상기 이득 매체를 열적 제어하도록 구성된 열전 제어기를 포함하는
    레이저 장치.
  27. 제 26 항에 있어서,
    상기 제 2 출력면과 광학적으로 결합되고, 상기 열전 제어기와 열적 결합되는 광학적 출력 어셈블리를 더 포함하고,
    상기 열전 제어기는 상기 광학적 출력 어셈블리를 열적으로 제어하도록 구성된,
    레이저 장치.
  28. 레이저 장치를 선택적으로 냉각시키는 방법에 있어서:
    (a) 제 1 및 제 2 출력면을 가진 이득 매체와, 상기 제 1 면에 광학적으로 결합된 단부 미러 및 상기 제 2 출력면에 광학적으로 결합된 광학적 출력 어셈블리를 제공하는 단계와;
    (b) 상기 이득 매체와 상기 광학적 출력 어셈블리를 상기 단부 미러와 독립적으로 열적 제어하는 단계를 포함하는,
    레이저 장치의 선택적 냉각 방법.
  29. 제 28 항에 있어서,
    상기 열적 제어 단계는,
    (a) 열전 제어기에 결합되는 제 1 열적 도전성 기판상에 상기 이득 매체와 상기 광학적 출력 어셈블리를 탑재하는 단계와;
    (b) 상기 제 1 기판 및 상기 열전 제어기로부터 열적으로 격리되는 제 2 기판상에 상기 단부 미러를 탑재하는 단계를 포함하는,
    레이저 장치의 선택적 냉각 방법.
  30. (a) 이득 매체와;
    (b) 상기 이득 매체의 출력면과 함께 레이저 캐비티를 정의하는 반사기와;
    (c) 상기 반사기와 독립적으로, 상기 이득 매체에 선택적인 열적 제어를 제공하는 수단을 포함하는,
    레이저 장치.
  31. 제 30 항에 있어서,
    (a) 상기 이득 매체에 광학적으로 결합된 광학적 출력 어셈블리와;
    (b) 상기 반사기와 독립적으로, 상기 광학적 출력 어셈블리에 선택적인 열적 제어를 제공하는 수단을 포함하는,
    레이저 장치.
  32. 제 31 항에 있어서,
    상기 선택적인 열적 제어 제공 수단은,
    (a) 상기 이득 매체와 상기 광학적 출력 어셈블리를 탑재하는 열적 도전성기판과;
    (b) 상기 열적 도전성 기판에 결합되고, 상기 기판을 통하는 열적 도전성으로 상기 이득 매체와 상기 광학적 출력 어셈블리를 열적으로 제어하도록 구성된 열전 제어기를 포함하는
    레이저 장치.
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