(57)【要約】      （修正有）【課題】レーザーダイオードにおいて、周波数ステップの数を少なくとも３倍から４倍増大するシステムと方法を提供する。【解決手段】レーザーダイオードの光はコリメータレンズによりグレーティングに光学的に連結し、外部キャビティの長さは、レーザーダイオードキャビティの整数倍となるように構成し、４つの異なる電流Ｉ１（６１０）、Ｉ２（６２０）、Ｉ３（６３０）、Ｉ４（６４０）に対し、グレーティング回転軸に関してグレーティング角度を回転させ、１セットの微細な周波数ステップを得る。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに共通の光軸を有するレーザ作用キャビティ及び外部キャビティを有するレーザであって、前記外部キャビティの光路長が前記レーザ作用キャビティの光路長の整数倍となり且つ前記外部キャビティが前記レーザ作用キャビティのモードに対応する第１セットのモードと、前記第１セットのモードから前記レーザ作用キャビティモードの間隔未満だけシフトされた第２セットのモードとを含むように前記レーザ作用キャビティ及び外部キャビティがモードマッチングされたレーザと、
入射光の周波数成分を空間的に分離し且つ前記レーザ作用キャビティへのフィードバックのために周波数成分を選択する外部キャビティの周波数調整器と、
前記レーザーダイオード電流を離散した１セットの異なるバイアス値となるように調整し且つ前記レーザ作用キャビティのモードを前記第２セットのモードとマッチングするようにシフトせしめる調節可能な電流源と、を含む波長可変システム。
【請求項２】
前記レーザ作用キャビティの前記出力を前記外部キャビティにコリメートする光学要素をさらに含む請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記周波数調整器は、前記グレーティングの前記表面と同一平面にある軸を中心に回転可能な反射グレーティングであり、前記回転軸は前記グレーティングの前記表面のルーリングと平行であり、前記回転軸は前記ビームの伝播方向に対して法線方向にあって、１次回折光が前記レーザーキャビティに後方反射されることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
光源の波長を調整する方法であって、
請求項１に記載の前記システムを準備するステップと、
前記周波数調整器を調整して、第１レーザーダイオード電流（ｎ）において外部キャビティモードに対してモードマッチングされた順次的なレーザーダイオードキャビティモードにシフトさせるステップと、
前記レーザーダイオード電流を（ｎ＋１）電流となるように調整するステップと、
前記周波数調整器を調整して、外部キャビティに対してモードマッチングされ且つ前記第１レーザーダイオード電流（ｎ）における前記レーザーダイオードキャビティモードから絶対周波数をシフトされた順次的レーザーダイオードキャビティモードにシフトさせるステップと、を含む方法。
【請求項５】
電流（ｎ）及び電流（ｎ＋１）におけるレーザーダイオードキャビティモード間の絶対周波数の前記シフトは順次的レーザーダイオードキャビティモード間の前記周波数の増分よりも微細であることを特徴とする請求項４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【先に出願された米国出願の利益の主張】
【０００１】
本出願は２００８年１１月２６日に出願された米国仮出願第６１／１１８，２２３号の利益を主張する。この出願の内容及びこの明細書で引用された全ての公報、特許、及び特許出願が参考として組み込まれている。
【関連同時継続出願のクロスリファレンス】
【０００２】
「ＬＩＴＴＭＡＮ型周波数ステップ型レーザ」というタイトルの２００８年１１月２６日に出願された米国仮出願第６１／１１８，１６２号
【背景技術】
【０００３】
本開示は、波長可変型線源に関し、特に、周波数ステップ型レーザーシステムとその方法に関する。
【発明の概要】
【０００４】
実施形態において、本開示は電流制御に基づいた周波数ステップ型レーザーシステムを提供し、かかるシステムを製造し且つ使用する方法を提供する。実施形態において、本開示は、同じ利得バンド幅内において周波数ステップの数を著しく増大させるシステム及び方法を提供し、本開示によって、周波数分解能が著しく向上される。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１Ａ】図１Ａは、本開示の実施形態における周波数ステップ型レーザの透視図である。かかる周波数ステップ型レーザは、回転可能なグレーティング及びモードマッチングされた２つのキャビティを有し、その２つのキャビティはレーザーダイオードキャビティ（Ｌｄ）と外部キャビティ（Ｌｅ）であり、外部キャビティの光路長がレーザ作用キャビティの光路長の整数倍となっている。
【図１Ｂ】図１Ｂは、本開示の実施形態における周波数ステップ型レーザの概念図である。かかる周波数ステップ型レーザは、回転可能なグレーティング及びモードマッチングされた２つのキャビティを有し、その２つのキャビティはレーザーダイオードキャビティ（Ｌｄ）と外部キャビティ（Ｌｅ）であり、外部キャビティの光路長がレーザ作用キャビティの光路長の整数倍となっている。
【図２】図２は、本開示の実施形態に係るモードマッチングされた条件におけるレーザーダイオードキャビティ及び外部キャビティに関連付けられた縦モードを示している。
【図３】図３は、本開示の実施形態における、本開示の実施形態における、グレーティングが公称４５度であるＬｉｔｔｒｏｗ角度に対して角度調節されたときの、レーザの可変的な振る舞いに関する例を示す図である。
【図４】図４は、本開示の実施形態における、図３の囲まれたデータの選択された部分を拡大スケールで示す図であり、グレーティング角度の関数として、順次的に調整されたレーザに関して、周波数がステップ化された振る舞いがよく分かる。
【図５】図５は、本開示の実施形態における２つの異なるレーザ電流で駆動された２つの異なる順次可変レーザ周波数スキャンを示す図であり、かかる周波数スキャンによって、ホップ間の周波数差及び異なる電流に対する周波数差が例示されている。
【図６】図６は、本開示の実施形態における４つの電流に関する例示的付加スキャンが、高分解能周波数ステップを与えるのに使用され得ることを示す図である。
【発明の詳細な説明】
【０００６】
本発明の様々な実施形態が、添付の図面を参照して詳細に説明されるであろう。様々な実施形態に対する言及は、本発明の範囲を制限するものではなく、本発明は、添付した請求の範囲によってのみ限定される。さらに、本明細書に述べられた実施例のすべてが、特許請求の範囲に記載された発明に関する多くの実施形態の内、いくつかについて説明しているにすぎない。
【０００７】
定義
「波長可変」等の用語は、例えば、瞬時周波数又は波長出力が制御された手法において変化され得るレーザ源をいう。
【０００８】
「周波数ステップ化」等の用語は、例えば、瞬時周波数又は波長出力が生じうる離散的な周波数又は波長のうちの１つであり得るレーザ源をいう。
【０００９】
「縦モード」等の用語は、レーザ源によって形成されたレーザーキャビティ内の定在波のパターンと関連付けられた生じうる離散的な周波数又は波長のうちの１つをいう。縦モードは以下に示す関係に従う。
【００１０】
Ｌ＝ｎλ／２
Ｌは、（外部キャビティの存在の有無に関係なく）レーザの光路長であり、λはレーザの放射波長であり、ｎはモード数である。
”含む（Ｉｎｃｌｕｄｅ）”、”含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）”等の用語は、含んで（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）を意味するがこれに限定されない。
【００１１】
“約（Ａｂｏｕｔ）”とは、例えば、角度、距離、厚さ等及びその範囲等、本開示の構成要素、要素、若しくは態様の数又は寸法を変更し、本開示の実施形態を説明するのに使用されており、装置、方法、及びその部分を製造し若しくは使用するのに利用される典型的な測定及び操作手法を介した、これら手法における不注意な誤動作を介した、方法を実行するのに使用される物質若しくは成分の製造方法又は供給源における差等を介した、例えば、生じうる数量における変分をいう。“約（ａｂｏｕｔ）”という用語によって変更されていた本明細書に添付された特許請求の範囲は、これら量の同一値を含む。
【００１２】
実施形態において「〜本質的に成る（Ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ  ｅｓｓｅｎｔｉａｌｌｙ  ｏｆ）」とは、例えば、波長可変システム等の周波数がステップ化された電流駆動線源とその方法をいい、かかる波長可変システムは、レーザ作用キャビティ及び外部キャビティを有するレーザと、外部キャビティの周波数調整器と、レーザーダイオード電流を調節する可調整電流源と、を含む。光源及びシステムは、周波数ステップ型レーザ装置を提供し、かかるシステムを製造し且つ使用する方法を提供し、特許請求の範囲に記載された構成要素又はステップと、他の構成要素又はステップと、を含み得る。その他の構成要素又はステップによっては、特定の構成要素、特定の材料、特定の構成、特定の条件、構造等、又は、選択されたプロセス等、物、装置、若しくはシステムの全ての基本的且つ新規な特性と、本開示の製造方法及び使用方法とは物質的に影響されない。構成要素、構成、又は本開示のステップの基本特性に有形的に影響し得る物又は態様、又は本開示に不要な特性を与えうる物又は態様は、例えば、回折格子の非回転的な相対運動又は光学要素の横方向の変動を含む。
【００１３】
したがって、特許請求の範囲に記載された発明は、例えば、本明細書において定義された装置又はシステム並びに本明細書に定義されたシステムを製造及び使用する方法を、適切に含み、かかる方法等で構成され、或いは本質的に構成されている。
【００１４】
特に指定しない限り、本明細書で使用された不定冠詞“ａ”“ａｎ”、又は対応する定冠詞“ｔｈｅ”は、少なくとも１つ、又は１つ以上を意味する。
【００１５】
当業者にはよく知られている簡略名が使用され得る（例えば、時間又は数時間に対しては「ｈ」または「ｈｒ」、ギガヘルツに対しては「ギガヘルツ」、ナノメートルに対しては「ｎｍ」等の簡略名）。
【００１６】
構成要素、構成、定位方向等の態様、及びその範囲に対して開示された特定の値又は好ましい値は、図示する目的のためにあるに過ぎない。すなわち、それらによっては、他の画定された値又は画定された範囲内の他の値は除外されない。本開示の装置、システム及び方法は、いかなる値を有するこれらを含み、或いは、本明細書に記載された値、特定の値、より特定の値、及び好ましい値のいかなる組合せも有するこれらを含む。
【００１７】
可変レーザシステムは、例えば、「可変外部キャビティレーザのモードマッチングシステム」と題する国際公開第２００６１１２９７１号、「モード選択型周波数可変システム」と題する米国特許第７，２０９，４９９号、「周波数シフト干渉計の位相分解測定」と題する米国特許第７，２６８，８８９号、「モード選択型チューナーからの光学帰還」と題する米国特許第７，２５９，８６０号、「可調整外部キャビティを有する可変レーザシステム」と題する米国特許第６，６９０，６９０号、が知られている。
【００１８】
上記特許は標準コーティングレーザーダイオードを取り入れる波長可変型レーザシステムについて説明しており、かかるダイオードは、Ｌｉｔｔｒｏｗ型グレーティングを有する外部キャビティに連結されている。レーザーダイオードに帰還される光の波長を変化せしめるべくグレーティングの角度が調整され得る。グレーティングは、グレーティングの表面と同一平面にある軸を中心に回転され得るし、回転軸はグレーティング表面のルーリング（rulings）に対して平行である。外部キャビティの長さは、基本レーザーダイオードモードにマッチングされるように、選択される。グレーティングの角度は順次的に変化せしめられるので、レーザの出力ビームの周波数はモードホップと称される離散的な周波数ステップにより変化する。理想的なモードマッチング条件では、モードホップ又は周波数ステップは、基本レーザーダイオードの長さとその光学屈折率とによって決定される。
【００１９】
使用の際には、可変レーザは、レーザの利得バンド幅内に合致する基本レーザーダイオードの全縦モードを介して、「ステップ化」され得る。いくつかの用途があり、レーザーダイオードの利得バンド幅内に合致するステップがより多く存在するものとなるよう、より小さい周波数ステップが望まれる。
【００２０】
いかなるモードホップをも伴なわずに、順次的調節を可能となす異なる調節方法を使用する可変レーザシステムが存在する。これらの可変レーザシステムは、レーザーダイオードを使用しており、ダイオードの表面のうち１つは、反射防止（ＡＲ：ａｎｔｉ−ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ）コーティングを有する。レーザのモード構造は外部キャビティの光路長とレーザーダイオードキャビティの光路長との結合によってのみ決定される。レーザーダイオード自身のみから生じる競合モードは全く存在しない。外部キャビティの長さは変化せしめられ得るし、同時に、同じモードが調整バンド幅にわたって使用され得るように、グレーティングの角度が変化せしめられる。しかしながら、この順次的な可変手法は、くし状周波数を調整するにはあまり適してない。通常のくし状周波数は、例えば、７７５ｎｍと７９５ｎｍの間において約５０ギガヘルツだけ分離された１群の周波数を含む。順次的な可変手法によれば、例えば以下に示す少なくとも２つの基本的欠点が存在する。すなわち、反射防止コーティングは製造することが困難であり且つその品質を制御することも困難であり、グレーティング角度の変化が小さくとも、周波数が変化してしまう。
【００２１】
Ｌｉｔｔｍａｎ型又はＬｉｔｔｒｏｗ型のいずれか一方を有する外部キャビティ波長可変レーザが、知られており、例えば、例えば、「光学増幅器、ビームステアユニット及び凹型回折格子と統合された波長可変光源」というタイトルの米国特許第７，１３３，１９４号と、その明細書に記載された図１及び２を参照されたい。しかしながら、これらの構成によって、可変バンド幅にわたって同じキャビティモードを調節することによって順次的に調整しようと試みている。これは、外部キャビティの長さが調節中に制御された手法によって変化せしめられることを必要とする。対照的に、現開示によって周波数ステップ型調整が達成されると、外部キャビティの長さは固定され且つ基本レーザーダイオードモードマッチングされている。
【００２２】
モードホップを伴わない順次的調節を達成しようとする既存の波長可変レーザシステムにおいては、基本レーザーダイオード出射面上に塗布された高品質反射防止コーティングが要求される。反射防止コーティングは、高価であり得るし、その分野において失敗してしまっており、その結果、レーザの寿命が短くなってしまう。これら順次的に調整可能なレーザは、例えば、アプリケーションにおいて、特有の制限を有する。すなわち、予め決定された１セットの周波数にわたって反復的にスキャンをすることを要する。これらレーザは「順次的に可変である」ので、角度の誤差が小さい場合であっても、周波数の誤差が重大なものとなり得る。この短所により、周波数誤差を最小化するためには莫大なスキャン時間が「問題解決」に費やされることが必要とされる。この結果、処理能力が低下してしまう。
【００２３】
我々は、周波数のステップ化、すなわち、ステップ化された構成を使用することによって上記制限を排除する可変レーザシステム以前に報告した。かかるステップ化された構成において、レーザがバンド幅にわたって調節される際には外部キャビティ可変レーザの長さが固定されて又は一定に保たれている。例えば、上述の特許文献、例えば、国際公開第２００６１１２９７１号、米国特許第7,209,499号、米国特許第7,268,889号、米国特許第7,259,860号、及び米国特許第6,690,690号を参照されたい。これら特許文献に記載された周波数ステップ型レーザはＬｉｔｔｒｏｗ構成を用いている。そのＬｉｔｔｒｏｗ構成において、グレーティングは回転調整可能であるので、グレーティングは、レーザーキャビティに１次（1st）光を後方反射するように角度調整され得る。かかるレーザは周波数ステップ又はモードホップを示し、その周波数ステップ又はモードホップは、基本レーザーダイオードの光学キャビティ長によって特徴付けられ得る。異なる基本レーザーダイオードキャビティモードは、レーザのバンド幅にわたってグレーティングを角度調整することによって、スイープされ得る。グレーティングは外部キャビティの一部であり、その外部キャビティはレーザーダイオードに対してモードマッチング化され得る。
【００２４】
上述した共有の若しくは同一出願人の特許又は特許公報は、上記制限を排除した可変レーザ技術を提供した。しかしながら、周波数のステップサイズは、依然として縦モードの間隔に限定されており、その縦モードの間隔は、例えば、約３０ＧＨｚから約５０ＧＨｚの基本レーザーダイオードと関連付けられている。
【００２５】
実施形態において、本開示は、従来のレーザーダイオード同じ利得バンド幅内において周波数ステップの数を少なくとも３倍から４倍増大するシステムと方法を提供する。これにより、（例えば、約３倍から約４倍の）はるかに高い周波数分解能が得られる。
【００２６】
実施形態において、本開示は、現在の装置と方法を用いて達成され得るより小なる周波数ステップ又はより小なる周波数増分を有する周波数ステップ型レーザについてより多数のスキャン数を達成する装置及び方法を提供する。上述のモードマッチングされたキャビティに加えて、実現され且つ有益に使用され得る外部モードマッチング化キャビティから、さらに微細なモード構造がある。可変レーザ源又は同等の線源は、１セットのスキャンの各々の間においてレーザ電流を変化せしめることによって、１セットの異なるレーザーモードを介して繰り返しスイープされ得る。これにより、基本レーザーダイオードモードに対する外部キャビティモードの相対的な整合が変化せしめられる。各スキャンは、基本レーザーダイオードの光学キャビティ長と関連付けられた周波数ステップが同一であることを示すであろう。しかしながら、順次スキャンの各々は、外部キャビティのキャビティ長さと関連付けられた量だけ、絶対周波数が、例えば、約８ギガヘルツでシフトされるであろう。ダイオードモードの全てを異なる電流で繰り返しスキャンした後、これにより、はるかに高い高分解能な周波数ステップ化スキャンが達成される。
【００２７】
実施形態において、本開示によって、外部キャビティの微細なモード間隔に関連づけられたレーザ周波数に対してステップ化する装置及び方法が可能となり、例えば、約２〜約１０倍、約３〜約６倍、及び約４〜約５倍（中間値及びこれら範囲を含む）の周波数分解能の改善が得られる。
【００２８】
実施形態において、本開示の装置及び方法によって、以前達成されたものよりも高いスペクトル分解能を有する周波数ステップ型レーザースキャンが可能となる。本開示の装置及び方法は、周知のシステムと比べて、少なくとも製造及び使用コストが低減され、機能及び調整が単純であり、信頼性及び分解能が改善されている点で、優れている。
【００２９】
図面を参照すると、図１Ａ及び１Ｂは、それぞれ本開示の装置（１００）の透視図及び概念図である。装置（１００）は、従来の非コート出斜面（１１０）を有するダイオードレーザーを含み、回転可能なグレーティング（１２０）及びモードマッチングされた２つのキャビティ、すなわち、レーザーダイオードキャビティ（Ｌｄ）（１３０）と外部キャビティ（１４０）とを含む。外部キャビティの光路長がレーザ作用キャビティの光路長の整数倍となるようになっている。標準のコーティングの施していない半導体レーザは、コリメータレンズ（１５０）によって外部空胴内に連結され得る。外部キャビティは、Ｌｉｔｔｒｏｗ型グレーティング（１２０）を組み込んでいる。グレーティングの角度（θ）が調整されて、１次反射光が半導体レーザに戻るように指向され得る。グレーティング回転軸（１２５）に関してグレーティング角度（θ）の変化を小さくすることによって、半導体レーザにフィードバックされる光の波長が変化せしめられて、照射されたレーザの波長を変化させる。グレーティングは軸（１２５）を中心にして回転する。かかる軸は、グレーティングの表面と同一平面にあり、軸はグレーティング面のルーリング（rulings）と平行である（図示せず）。実施形態において、例えば、可変レーザが出力ビーム（１７０）を指向し、後方反射若しくはフィードバックに用いるために、任意のミラー（１６０）が使用され得る。
【００３０】
図２に示されているように、外部キャビティ（Ｌｅ）（１４０）の長さは、基本レーザーダイオードモードとマッチングされるように、選択され得る。外部キャビティのモード（２１０）の間隔はレーザ作用キャビティ（２２０）の縦モードの間隔の整数倍である。グレーティング角度は順次的に変化せしめられるので、レーザの周波数はモードホップと呼ばれる離散的な周波数ステップとなるよう変化する。理想的なモードマッチング条件では、モードホップ又は周波数ステップは、基本レーザーダイオードの長さとその光学屈折率とによって決定される。図２は、モードがマッチングされた条件におけるレーザーダイオードキャビティと外部キャビティとに関連付けられた縦モードを示している。２つのキャビティのモードはマッチングされている。レーザーダイオードキャビティのモードの各々は外部キャビティに対して整列されているからである。この例において、外部キャビティの光路長は、例えば、レーザーダイオードキャビティの光路長の約５倍である。これは、外部キャビティモード（２２０）が５番目毎に関連付けられたレーザーダイオードモード（２１０）とマッチングされているからである。レーザーダイオード電流を変化させることによって、レーザーダイオードモードは、１セットの異なる外部キャビティモードとマッチングされ得る。異なる２つの１セットのレーザーダイオードモード（２２０）及び（２３０）が図示されており、図中、レーザーダイオード電流Ｉ１及びＩ２がそれぞれ調節されて、レーザーダイオードモードは、異なる１セットの外部キャビティモードとマッチングされ得る。
【００３１】
図３は、開示された構成の典型的なレーザを用いて得られたレーザ調整の振る舞い（３１０）の一例を示している。グレーティングは公称４５度であるＬｉｔｔｒｏｗ角度に対して角度調節された。４５度における公称周波数は８３４ｎｍの波長に対応する。この例示的レーザは、３５９ＴＨｚ、すなわち、８３４ｎｍを中心にして、８ＴＨｚ、すなわち、１８ｎｍにわたって、整調する。このレーザに関して周波数のステップ的振る舞いは、図３に表されたプロットのスケールから容易に認識され得る。ライン（３１０）の一部（３２０）が選択され、拡大された図４に表されている。
【００３２】
図４は、拡大されたスケールにて図３のデータの選択された部分を示しており、グレーティング角度の関数として、順次的に調整されたレーザについて周波数がステップ化される振る舞いを示すことが良好に示されている。両方の軸のスケールが拡大されて、周波数のステップ的振る舞いが明らかにされており、かかる振る舞いは、このレーザの構成に特徴的なものである。グレーティングは順次的に角度調整されるので、レーザの周波数は３６ギガヘルツの離散的な周波数ステップにより変化する。図４は、スペクトル調整範囲を約０．２５テラヘルツ、すなわち、０．６ｎｍにまで拡大している。このスケールでは、可変レーザの周波数の離散的ジャンプ、すなわち、モードホップ（４１０）が周波数変化（Δν）又は約３６ＧＨｚの分離として、容易に見られ得る。レーザーキャビティの全ての縦モードの間隔は、以下の数式によって与えられる。
【００３３】
Δν＝ｃ／２ｎＬ
ここで、ｃは真空中の光の速度であり、ｎはキャビティ内の屈折率であり、Ｌは物理的な経路長である。物理的経路長（Ｌ）は、Ｌのｎ倍によって与えられる光路長でない。図４のモードホップは約３６ＧＨｚであり、この値は、上記数式から計算すると約４．２ｍｍの光路長に相当する。
【００３４】
レーザーダイオードを駆動するのに使用される電流が、変化せしめられる場合、外部キャビティモードに対するレーザーダイオードモードの相対的な方向は変化せしめられる。図２に示されているように、レーザーダイオードキャビティは、外部キャビティモードの約１つぶんだけ、シフトされ得るように、電流は調整され得る。調整された電流において、グレーティングが、外部キャビティの異なる１セットの縦モードを通して、スキャンされ且つスイープされ得る。また、図５に示すように、レーザは、周波数がステップ化されるという同じ振る舞いを示し、同じサイズのモードホップをともなっているものの、周波数シフト（Δν＝８ＧＨｚ）（５３０）は、わずかなものであった。図５は、２つの異なるレーザ電流（Ｉ１（５１０））及び（Ｉ２（５２０））で駆動された２つの異なる順次可変レーザ周波数スキャンを示す図である。各周波数スキャンによって、同じ３６ギガヘルツのモードがステップ的に振る舞う（４１０）ことが示されたものの、それぞれのスキャンは、互いに、外部キャビティと関連付けられた縦モードだけ、シフトされている。追加のスキャンが実行されて、レーザのバンド幅内の全周波数にわたって、微細な周波数分解能が達成され得る。
【００３５】
レーザの絶対周波数は、外部キャビティモードの約１つに相当する分だけ、シフトされ得る。図６は、追加のスキャンの使用によって高分解能周波数ステップが得られることを示す図である。この処理は、例えば、４５度のグレーティング角度近傍において、４つの異なる電流（Ｉ１（６１０）、Ｉ２（６２０）、Ｉ３（６３０）、Ｉ４（６４０））に対して繰り返されて、１セットの微細な周波数ステップが得られ、これにより、高スペクトル分解能が得られる。
【００３６】
グレーティング（上記の実施例において約３６ＧＨＺ）の角度を調整することに対応する周波数シフトが大きくなると、電流調整（上記の実施例において約８ギガヘルツ）に対応する微細周波数シフトの整数倍とはならないことが観測されている。これは、さらに微細な周波数分解能がさらに電流を調節することによって達成され得ることを、示唆している。
【００３７】
実施形態において、本開示は波長可変システムを提供する。その波長可変システムは、レーザ作用キャビティ及び外部キャビティを有するレーザを含む。前記キャビティは共通の光軸を有し、外部キャビティの光路長がレーザ作用キャビティの光路長の整数倍となるように、前記レーザ作用キャビティ及び外部キャビティのモードはマッチングされる。前記外部キャビティは、前記レーザ作用キャビティのモードに対応する第１セットのモードと、前記第１セットのモードから前記レーザ作用キャビティモードの間隔未満だけシフトされた第２セットのモードと、を含む。その波長可変システムは、外部キャビティの周波数調整器を含み、かかる周波数調整器により、入射光の周波数成分が空間的に分離され、レーザ作用キャビティへのフィードバックのために周波数成分が選択される。その波長可変システムは、可調整電流源を含み、その可調整電流源によって、レーザーダイオード電流が離散的な１セットの異なるバイアス値に調整され、レーザ作用キャビティのモードが第２セットのモードとマッチングするようシフトせしめられる。システムは、前記レーザ作用キャビティの前記出力を前記外部キャビティにコリメートする光学要素をさらに含み得る。かかる光学要素は、例えば、コリメータレンズ又は光学カプラ等である。周波数調整器は、例えば、反射グレーティングであり得る。
【００３８】
実施形態において、反射グレーティングは、例えば、グレーティングの表面と同一平面にある軸を中心に徐々に回転され得る。前記回転軸は前記グレーティング表面のルーリング（rulings）と平行であり、前記回転軸は前記ブームの伝播方向の法線方向にあり、１次回折光がレーザーキャビティに後方反射される。
【００３９】
実施形態において、グレーティングは、例えば、固定され得るし、１次回折光は分離ミラーに指向される。その分離ミラーは、グレーティングの表面の回転軸について回転して、１次回折光がレーザーキャビティに後方反射される。
【００４０】
実施形態において、本開示は、光源の波長を調整する方法を提供する。その方法は、上述のシステムを準備するステップと、前記周波数調整器を調整して順次的なレーザーダイオードキャビティモードにシフトせしめるステップと、を含み、順次的なレーザーダイオードキャビティモードは第１レーザーダイオード電流（ｎ）において外部キャビティモードに対してモードマッチングされる。その方法は、レーザーダイオード電流を（ｎ＋１）電流となるように調整するステップと、前記周波数調整器を調整して順次的なレーザーダイオードキャビティモードにシフトさせるステップと、を含む。順次的なレーザーダイオードキャビティモードは、外部キャビティに対してモードマッチングされており、前記第１レーザーダイオード電流（ｎ）における前記レーザーダイオードキャビティモードから絶対周波数をシフトされている。電流（ｎ）及び電流（ｎ＋１）におけるレーザーダイオードキャビティモード間の絶対周波数の前記シフトは、例えば、順次レーザーダイオードキャビティモード間の周波数の増分よりも微細である。さらに又はあるいは、電流（ｎ）及び電流（ｎ＋ｍ）におけるレーザーダイオードキャビティモード間の絶対周波数の前記シフトは、例えば、電流（ｎ）及び電流（ｎ＋１）におけるレーザーダイオードキャビティモード間の周波数の増分よりも微細である。ｎは、例えば、約１から１０００までの整数である。レーザーダイオード電流は、例えば、１０ｍＡから約５００ｍＡである。キャビティモード間の絶対周波数のシフトは、約０．１ギガヘルツから約２０ギガヘルツであり、順次的なレーザーキャビティモード間の周波数差は、約１０ギガヘルツから約１００ギガヘルツである。
【００４１】
実施形態において、開示されたシステムは独立型レーザであり得るし、他の物品若しくはデバイスとともに使用され得るし又は組み込まれて、より複合化されたシステム又は集積されたシステムが形成され得る。レーザ若しくは集積化されたシステムは、例えば、バイオセンサー装置等の測定アプリケーション、光学検知装置において使用され得るし、Ｅｐｉｃ登録商標システム（コーニング株式会社）、医療用装置、電気通信等のアプリケーション等の方法において使用され得る。
【００４２】
実施例
以下の実施例は、上述した開示をしようする手法をより十分に説明し、かつ本開示の種々の態様を実施するよう意図された最良の態様の例を説明するのに役立つものであろう。これら実施例は、本開示の範囲をなんら限定するものではなく、むしろ例示の目的で与えられるものと理解される。
【００４３】
実施例１
多くの変形例又は代替例が、本開示の装置及び方法を実施するのに使用され得る。装置構成の一例が、図１Ａの透視図に図示されている。コーティングの施していない出射面を有する従来のレーザーダイオードが、単一要素の非球面レンズ等の光学分散要素を介して、グレーティングを照射するのに使用される。単一要素の非球面レンズ等の光学分散要素は、コリオメーターとして使用される。アルミニウムガリウム砒化分子量子井戸（ＡｌＧａＡｓ  ＭＱＷ）レーザ等の適切な種々のレーザーダイオードがあり、三菱株式会社から利用可能であり、７８５ｎｍの中心波長を有する。出射ビームがコリメータレンズの焦点に存在するように、レーザが位置づけられる。平行ビームはグレーティングを照光する。Edmund Scientificから利用可能なフッ化マグネシウム保護膜を有する１８００ライン／ｍｍのホログラフィーグレーティング等のグレーティングに対して使用され得る候補となるものがたくさんある。
【００４４】
初期システムセットアップ及び位置合わせの間に、レンズとレーザーダイオードはアセンブリとしてレーザ光線を発する軸に沿って移動されて、レーザーダイオードと外部キャビティとの間において適切なモードマッチング性が達成される。一度、適切なモードマッチング条件が達成されと、グレーティングはグレーティングの表面の回転軸について回転されて、１次回折光がレーザダイオードに対して後方反射される。０次光は、分離ミラー（１６０）において、指向され、分離ミラー（１６０）は、グレーティングとともに同じ回転軸について回転する。これにより、ミラーからの反射光線がレーザ軸に対して平行に保たれる。
【００４５】
グレーティングの角度が調節されて、レーザの利得バンド幅にわたって波長を変化せしめる角度の範囲を超えて、スイープされ得る。この実施例では、グレーティングは、約１．５度の範囲にわたって調整されて、レーザは７７５ｎｍから７９５ｎｍまで調節され得る。このスキャン中、レーザは、図３乃至図５に図示したような、階段状に調節されるという振る舞いを示すであろう。この実施例では、周波数の増分は約５０ギガヘルツであり得る。一旦、第１のスキャンが終わると、レーザーダイオード電流に対するバイアスは変化せしめられ、スキャンが繰り返えし行われる。別の１セットのレーザ波長が、５０ＧＨｚの周波数増分をともなって、同じ範囲（７７５−−７９５ｎｍ）にわたって生成されるものの、第１スキャンと第２スキャンとの間に絶対的なシフトがあるだろう。この絶対シフトは、例えば、約９ギガヘルツであり得る。スキャンが４回以上繰り返して実行されて、約１８ＧＨｚ、２７ＧＨｚ、３６ＧＨｚ及び４５ＧＨｚの相対的な周波数シフトをともなう同様のスキャンが得られる。一緒に取得されたこれらスキャンは、この実施例において当初スキャンの周波数分解能の約１／１０未満である周波数分解を示す。
【００４６】
レーザーバイアス電流が変化せしめられ続けると、さらに高い高周波数分解能を得ることができる。付加的スキャンによって、５４ギガヘルツ、６３ギガヘルツ、及び７２ギガヘルツの周波数シフトが得られるであろう。これらスキャンが初期のスキャンと比較されると、５４ギガヘルツのシフトをともなうスキャンは、第１の当初スキャンから４ギガヘルツだけ分離されるにすぎない。この実施例では、周波数分解能は当初スキャンの周波数分解の約１／１０未満である。このように、さらに高い高周波数分解能を達成することができる。レーザーダイオードバイアス電流を変化させるのに使用され得るレーザ電流の範囲には実際的に限界があるので、これを無限に拡張し得ない。
【００４７】
本開示について、種々の特定の実施形態及び技術を参照して説明してきた。しかしながら、本開示の精神及び範囲内において多くの変更及び改良を行うことができることが理解されるべきである。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【外国語明細書】
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