(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポンプ光源によって放射されるポンプ光を用いて、第１の波長と第２の波長とを有するレーザ光を選択的に放射するためのチューナブルレーザの空洞部であって、当該チューナブルレーザの空洞部が、
光共振器であって、当該光共振器中で前記第１の波長を有する前記レーザ光の第１の往復時間が、前記光共振器中で前記第２の波長を有する前記レーザ光の第２の往復時間と異なるような構成、光学特性及び寸法を有する光共振器と、
当該光共振器中に挿入され、前記ポンプ光を前記レーザ光に変換すべく前記ポンプ光に応答するゲイン媒体と、
前記ポンプ光を受け取り、前記ポンプ光を前記ゲイン媒体に伝えるべく前記ゲイン媒体に光学接続されるポンプ光入力ポートと、
前記レーザ光が前記光共振器中で往復して伝播する際に、前記レーザ光の一部を吸収すべく前記光共振器に挿入され、変調期間に変調される光吸収係数を有し、前記変調期間が第１の変調期間の値と第２の変調期間の値との間で選択的に調整でき、前記第１及び第２の往復時間が、各々の前記第１及び第２の変調期間の値の整数倍と、それぞれが実質的に等しい光強度変調器と、
前記レーザ光を前記光共振器から放出するための出力ポートと、
を具え、これによって、前記ゲイン媒体が前記ポンプ光によりポンピングされる場合に、前記第１の変調期間の値で前記光強度変調器を変調することにより、前記第１の波長を有するレーザ光が生成され、前記第２の変調期間の値で前記光強度変調器を変調することにより、前記第２の波長を有するレーザ光が生成され、
前記ゲイン媒体は、ゲイン媒体の第１の端部と、実質的に対向するゲイン媒体の第２の端部とを規定し、前記光共振器が第１の反射器と第２の反射器とを含み、前記第１及び第２の反射器がそれぞれ、第１及び第２の波長の双方で反射し、前記第１及び第２の反射器が、それぞれ前記ゲイン媒体の第１及び第２の端部を通って、前記ゲイン媒体に光学接続され、
前記第１の反射器が前記第１及び第２の波長を有する前記レーザ光をそれぞれ反射するための、第１の反射器の第１の部分と第１の反射器の第２の部分とを含み、当該第１の反射器の第１及び第２の部分がそれぞれ、第１の反射器の第１の部分ないしゲイン媒体の距離だけ、及び、第１の反射器の第２の部分ないしゲイン媒体の距離だけ前記ゲイン媒体の第１の端部から隔てられ、前記第１の反射器の第１の部分ないしゲイン媒体の距離が、前記第１の反射器の第２の部分ないしゲイン媒体の距離より短く、前記第１の反射器の第１の部分が前記第２の波長を伝えており、
前記第２の反射器が、前記ゲイン媒体の第２の端部から第２の反射器ないしゲイン媒体の距離において、前記第１及び第２の波長の双方を有するレーザ光を反射し、
前記第２の反射器が前記第１及び第２の波長を有する前記レーザ光をそれぞれ反射するための、第２の反射器の第１の部分と第２の反射器の第２の部分とを含み、前記第２の反射器の第１及び第２の部分がそれぞれ、第２の反射器の第１の部分ないしゲイン媒体の距離だけ、及び第２の反射器の第２の部分ないしゲイン媒体の距離だけ前記ゲイン媒体の第２の端部から隔てられ、前記第２の反射器の第１の部分ないしゲイン媒体の距離が前記第２の反射器の第２の部分ないしゲイン媒体の距離より小さく、前記第２の反射器の第１の部分が前記第２の波長を伝えることを特徴とするチューナブルレーザの空洞部。
【請求項２】
請求項１に記載のチューナブルレーザの空洞部において、前記第１の反射器がファイバブラッググレーティングを含むことを特徴とするチューナブルレーザの空洞部。
【請求項３】
請求項１に記載のチューナブルレーザの空洞部において、前記第１の反射器の第１及び第２の部分がそれぞれ、第１のファイバブラッググレーティング部分と第２のファイバブラッググレーティング部分とを含むことを特徴とするチューナブルレーザの空洞部。
【請求項４】
請求項３に記載のチューナブルレーザの空洞部において、
前記ゲイン媒体が前記第１の波長で第１のゲイン、及び前記第２の波長で第２のゲインを有し、前記第１及び第２のゲインが相互に異なり、
前記第１及び第２のファイバブラッググレーティング部分がそれぞれ、第１の部分反射性と第２の部分反射性とを有し、前記第１及び第２の部分反射性は前記チューナブルレーザの空洞部が前記第１及び第２の波長の双方で実質的に一定ゲインを有する程度であることを特徴とするチューナブルレーザの空洞部。
【請求項５】
請求項２に記載のチューナブルレーザの空洞部において、前記第１の反射器の第１及び第２の部分がぞれぞれ、各々のチャープファイバブラッググレーティング部分を含むことを特徴とするチューナブルレーザの空洞部。
【請求項６】
請求項２に記載のチューナブルレーザの空洞部において、前記第１の反射器の第１及び第２の部分がそれぞれ、チャープファイバブラッググレーティングの一部であることを特徴とするチューナブルレーザの空洞部。
【請求項７】
請求項２に記載のチューナブルレーザの空洞部において、前記第１の波長が前記第２の波長より短いことを特徴とするチューナブルレーザの空洞部。
【請求項８】
請求項２に記載のチューナブルレーザの空洞部において、前記第１の波長が前記第２の波長より長いことを特徴とするチューナブルレーザの空洞部。
【請求項９】
請求項１に記載のチューナブルレーザの空洞部において、前記第１の反射器がチャープファイバブラッググレーティングを含み、当該チャープファイバブラッググレーティングが、２の実質的に長手方向に隔てられた第１及び第２の部分で前記第１及び第２の波長を反射し、前記チャープファイバブラッググレーティングに沿った長手方向の位置の関数として前記チャープファイバブラッググレーティングによって反射された波長を特徴づける所定の同調曲線の関数として、前記変調期間を選択的に制御するためのコントローラを、前記チューナブルレーザの空洞部が更に具えることを特徴とするチューナブルレーザの空洞部。
【請求項１０】
請求項１に記載のチューナブルレーザの空洞部において、前記第１の反射器がチャープファイバブラッググレーティングを含み、当該チャープファイバブラッググレーティングが、２の実質的に長手方向に隔てられた第１及び第２の部分で前記第１及び第２の波長を反射し、前記チャープファイバブラッググレーティングがそれに沿って可変性の群遅延を規定し、これによって、前記レーザ光の波長を変更することにより異なるパルス波形特性を有するレーザ光のパルスが生成されることを特徴とするチューナブルレーザの空洞部。
【請求項１１】
請求項１０に記載のチューナブルレーザの空洞部において、前記パルス波形特性が前記レーザ光のパルスの持続時間を含むことを特徴とするチューナブルレーザの空洞部。
【請求項１２】
請求項１に記載のチューナブルレーザの空洞部において、前記光強度変調器が電気光学変調器を含むことを特徴とするチューナブルレーザの空洞部。
【請求項１３】
請求項１に記載のチューナブルレーザの空洞部において、前記光強度変調器が可変型の減衰変調器を含むことを特徴とするチューナブルレーザの空洞部。
【請求項１４】
請求項１に記載のチューナブルレーザの空洞部において、前記ゲイン媒体がドープ型のゲインファイバを含むことを特徴とするチューナブルレーザの空洞部。
【請求項１５】
請求項１に記載のチューナブルレーザの空洞部において、前記光共振器、前記ゲイン媒体及び前記光強度変調器が総て偏光維持するものであることを特徴とするチューナブルレーザの空洞部。
【請求項１６】
請求項１５に記載のチューナブルレーザの空洞部が、前記レーザ光を偏光すべく前記光共振器中に挿入された偏光子を更に具えることを特徴とするチューナブルレーザの空洞部。
【請求項１７】
請求項１に記載のチューナブルレーザの空洞部において、
前記レーザ光がレーザ光のパルスを含み、当該レーザ光のパルスがパルスのスペクトルを規定し、
前記第１の反射器がチャープファイバブラッググレーティングを含み、当該チャープファイバブラッググレーティングが、２の長手方向に隔てられた第１及び第２の部分で前記第１及び第２の波長を反射し、前記チャープファイバブラッググレーティングが群遅延の比率に対する群遅延波形を規定し、当該群遅延の比率に対する群遅延波形が比スペクトルを規定し、
前記パルスのスペクトル及び前記比スペクトルが相互に実質的に独立であることを特徴とするチューナブルレーザの空洞部。
【請求項１８】
請求項１に記載のチューナブルレーザの空洞部において、前記出力ポートが前記光共振器から前記レーザ光を選択的に放出し、前記光共振器中の前記レーザ光を限定するための光スイッチを含むことを特徴とするチューナブルレーザの空洞部。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光学分野全般に関連し、特にモードロックレーザに関連する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、モードロックファイバレーザなどのモードロックレーザは比較的短パルスのレーザ光を生成する。このようなパルスの生成を得るために、多くの方法が従来技術で用いられる。例えば、パルスはレーザ空洞中に可飽和吸収体を挿入することによって生成できる。可飽和吸収体は高強度の光を優先的に送信する物質である。従って、これらの実施形態においては、強度が不規則に変動する、レーザ空洞内で伝播する光が優先的に選択される。これらのレーザはその両端に高反射性のミラーを含むため、光がレーザ空洞中を往復する間に、比較的有効性のない強度選択であってもパルスの形態を生じさせる。これらのモードロックレーザの弱点は一般的に波長を調整できないことである。
【０００３】
別の型のモードロックレーザにおいては、可飽和吸収体はレーザ周波数で吸収係数を周期的に変化させる光学的構成によって置換される。例えば、これは音響光学変調器、又は電気光学変調器を用いることによって得られうる。吸収係数が変調される周波数を選択することによって、吸収係数が変調される複数の周波数、つまり、空洞周りの往復時間を有するパルスで、光がレーザ空洞内で伝わるよう選択することが可能となる。従って、わずかな、あるいは１のパルスが空洞内で選択され、パルス出力を生成する。この技術を用いた従来のモードロックレーザも、波長を一般的には調整できない。
【０００４】
チューナブルモードロックレーザを生成するために、２０００年７月１８日発行の米国特許第６，０９１，７４４号においてＳｏｒｉｎらは、１の端部が、互いに長手方向に隔たれた複数のファイバブラッググレーティングを含み、各ファイバブラッググレーティングがそれぞれの波長で反射するレーザを用いることを提唱した。チューナブルフィルタはレーザ空洞中に挿入される。チューナブルフィルタを用いて特定の波長を選択することによって、反射は１の特定のファイバブラッググレーティングで生じ、別個の段階での波長の選択を提供する。このようなレーザは、特定の波長が異なるチャネル上で情報を伝えるべく用いられる電気通信のアプリケーションで都合が良いことが示されてきた。しかしながら、これらの機構はチューナブルフィルタの使用を要求し、従って比較的高価になる。更に、チューナブルフィルタは一般的に比較的脆弱な構成であり、従って得られたレーザはあまり堅固ではない。更には、このレーザは波長を連続調整できず、多くのアプリケーションにおいて弱点となりうる。
【０００５】
Ｄｕｇｕａｙらによる、２００３年５月２２日に公表されたＰＣＴ公開公報第ＷＯ０３／０４３１４９号は、波長選択型の反射器を用いた電子チューナブルレーザについて述べている。ゲインファイバは、このチューナブルレーザにおいて、内部にファイバブラッググレーティングの組のセットが形成される光ファイバと、その両端部で結合され、ファイバブラッググレーティングは異なる波長で反射し、各組のファイバブラッググレーティングの各々が光ファイバの各１つに配置される。各組のファイバブラッググレーティングは総て、実質的に同様の距離で間隔を置かれ、互いに長手方向に埋込まれる。従って、空洞内部の往復時間は、各波長を反射する特定のファイバブラッググレーティングに依存しない。光変調器は、パルスがレーザ内部を伝わるのを許容する時間を選択するよう、ファイバブラッググレーティングを含む光ファイバのうちの１つと、ゲイン媒体との間に挿入される。パルスが変調器を通過できる、２の連続した時点の間の遅延を適切に選択することによって、ファイバブラッググレーティングの特定の組によって反射されるパルスは、チューナブルレーザ中で優先的に選択される。従って、レーザによって生成されるレーザ光の波長は、光を反射するのに用いられるファイバブラッググレーティングの組を選択することによって、光変調器を用いて選択される。しかしながら、この装置は比較的複雑であり、適切に操作するのに変調器の比較的正確なタイミングを要求する。
【０００６】
この背景技術に対し、モードロックレーザの改良を提供する工業上のニーズが存在する。従って、本発明の目的はこのような装置を提供することである。
【発明の概要】
【０００７】
広範な態様においては、本発明は、ポンプ光源によって放射されるポンプ光を用いて、第１の波長と第２の波長とを有するレーザ光を選択的に放射するためのチューナブルレーザの空洞部を提供する。前記チューナブルレーザの空洞部は、光共振器であって、当該光共振器中で前記第１の波長を有する前記レーザ光の第１の往復時間が、前記光共振器中で前記第２の波長を有する前記レーザ光の第２の往復時間と異なるような構成、光学特性及び寸法を有する光共振器と、当該光共振器中に挿入され、前記ポンプ光を前記レーザ光に変換すべく前記ポンプ光に応答するゲイン媒体と、前記ポンプ光を受け取り、前記ポンプ光を前記ゲイン媒体に伝えるべく前記ゲイン媒体に光学接続されるポンプ光入力ポートと、前記レーザ光が前記光共振器中で往復して伝播する際に、前記レーザ光の一部を吸収すべく前記光共振器に挿入され、変調期間に変調される光吸収係数を有し、前記変調期間が第１の変調期間の値と第２の変調期間の値との間で選択的に調整でき、前記第１及び第２の往復時間が、各々の前記第１及び第２の変調期間の値の整数倍と、それぞれが実質的に等しい光強度変調器と、前記レーザ光を前記光共振器から放出するための出力ポートとを含む。前記ゲイン媒体が前記ポンプ光によりポンピングされる場合、前記第１の変調期間の値で前記光強度変調器を変調することにより、前記第１の波長を有するレーザ光が生成され、前記第２の変調期間の値で前記光強度変調器を変調することにより、前記第２の波長を有するレーザ光が生成される。
【０００８】
本発明のいくつかの実施形態においては、前記光強度変調器は２の異なる別個の吸収係数を有する光を吸収する。例えば、前記光強度変調器が第１の状態である場合に、実質的に総ての前記光強度変調器に入射する光が前記光強度変調器を通過し、前記光強度変調器が第２の状態である場合に、所定の割合の前記光強度変調器に入射する光が吸収される。本発明の他の実施形態においては、前記光強度変調器は所定の吸収係数の間隔内で連続的に可変である吸収係数を有する。
【０００９】
当該技術分野の当業者であれば、本明細書中で用いられる専門用語「吸収係数（ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ  ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）」は、光が前記光強度変調器に必然的に物理的に吸収されることを示していないことは容易に分かるであろう。むしろ、この専門用語は単に、前記チューナブルレーザの残部に伝えられない、前記光強度変調器に入射する光の一部のことである。いくつかの実施形態においては、前記光は干渉を通した強度に単に変調される。
【００１０】
いくつかの実施形態においては、前記光共振器は２の反射器を含む。しかしながら、本発明の他の実施形態においては、１の反射器のみが用いられ、光サーキュレータが前記光共振器中の前記レーザ光を限定するループを形成するために設けられる。
【００１１】
本発明の特定の実施形態においては、前記光共振器は実質的に互いに対向し、前記ゲイン媒体がその間に挿入される２のファイバブラッググレーティングを含む。前記ファイバブラッググレーティングは、前記変調期間を連続的に変化させることにより、前記レーザ光の波長を連続的に調整することが可能なチャープファイバブラッググレーティングであってもよい。
【００１２】
都合の良いことに、提唱された前記チューナブルレーザの空洞部及び提唱された前記チューナブルレーザは、共通に利用可能な構成及び技術を用いて作成可能である。従って、比較的広範な調整範囲を有するチューナブルレーザは、比較的廉価で作成できる。本発明のいくつかの実施形態においては、前記チューナブルレーザの空洞部及び前記チューナブルレーザは光ファイバを用いて作成され、比較的廉価で比較的堅固なレーザを生成する。
【００１３】
別の広範な態様においては、本発明は前記チューナブルレーザの空洞部と、ポンプ光源とを含むチューナブルレーザを提供する。
【００１４】
本発明の他の目的、利点及び特徴は、本明細書の好ましい実施形態の以下の限定されない記載の解釈で更に明らかとなり、それは添付の図面を参照した実施例のみによって示される。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、本発明の実施形態によるチューナブルレーザを例示する概略図である。
【図２】図２は、本発明の代替的な実施形態によるチューナブルレーザを例示する概略図である。
【図３】図３は、本発明の別の代替的な実施形態によるチューナブルレーザを例示する概略図である。
【図４】図４は、本発明の更に別の代替的な実施形態によるチューナブルレーザを例示する概略図である。
【図５】図５は、本発明の更に別の代替的な実施形態によるチューナブルレーザを例示する概略図である。
【図６】図６は、本発明の更に別の代替的な実施形態によるチューナブルレーザを例示する概略図である。
【図７】図７は、本発明の更に別の代替的な実施形態によるチューナブルレーザを例示する概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１によると、第１の波長と第２の波長とを有するレーザ光１２を選択的に放射するためのチューナブルレーザ１０が示される。本発明のいくつかの実施形態においては、チューナブルレーザ１０は、２の異なる間隔の空いた別個の波長を有するレーザ光１２を放射できるが、２以上の異なる波長を有するレーザ光１２と、所定の波長間隔に含まれ、実質的に連続スペクトルの波長内に含まれる波長を有するレーザ光とを放射することができるチューナブルレーザ１０を有することは、更に本発明の範囲内のことである。
【００１７】
チューナブルレーザ１０はポンプ光を放射するためのポンプ光源１４を含む（図示せず）。チューナブルレーザ１０は更に光共振器１６を含む。光共振器１６は、光共振器１６中で第１の波長を有するレーザ光１２の第１の往復時間が、光共振器１６中で前記第２の波長を有する前記レーザ光１２の第２の往復時間と異なるような構成、光学特性及び寸法を有する。ゲイン媒体１８は光共振器１６中に挿入され、ポンプ光源１４に光学接続される。ゲイン媒体１８はゲイン媒体の第１の端部２６と、実質的に対向するゲイン媒体の第２の端部２８とを規定する。専門用語「ゲイン媒体の第１及び第２の端部２６及び２８（ｇａｉｎ  ｍｅｄｉｕｍ  ｆｉｒｓｔ  ａｎｄ  ｓｅｃｏｎｄ  ｅｎｄｓ  ２６  ａｎｄ  ２８）」はゲイン媒体１８が必然的に直線状となることを示さないことは、当該技術分野の当業者であれば理解するであろう。例えば、ゲイン媒体は巻かれた光ファイバであってもよい。ゲイン媒体１８はポンプ光をレーザ光１２に変換すべくポンプ光に応答する。例えば、チューナブルレーザ１０は、ポンプ結合器とも称され、ポンプ光を受け取り、ポンプ光をゲイン媒体１８に伝えるべくゲイン媒体１８に光学接続されるポンプ光入力ポート２０を含む。
【００１８】
光強度変調器２２は、レーザ光１２が光共振器１６中で往復して伝播する際にレーザ光１２の一部を選択的に吸収すべく光共振器１６中に挿入される。光強度変調器２２は変調期間に変調される光吸収係数を有する。変調期間は、第１の変調期間の値と第２の変調期間の値との間で選択的に調整可能である。第１及び第２の往復時間は、各々の第１及び第２の変調期間の値の整数倍と、それぞれが実質的に等しい。
【００１９】
チューナブルレーザ１０は、レーザ光１２を光共振器１６から放出するための出力ポート２４を更に具える。本発明のいくつかの実施形態においては、チューナブルレーザの空洞部はチューナブルレーザ１０の代わりに設けられる。チューナブルレーザの空洞部は単に、ポンプ光源１４が除去されたチューナブルレーザ１０である。チューナブルレーザの空洞部はポンプ光源１４とともに用いて、チューナブルレーザ１０を構築してもよい。
【００２０】
ゲイン媒体１８がポンプ光によりポンピングされる場合、第１の変調期間の値で光強度変調器２２を変調することにより、第１の波長を有するレーザ光が生成される。更に、第２の変調期間の値で光強度変調器２２を変調することにより、第２の波長を有するレーザ光が生成される。
【００２１】
実際に、光強度変調器２２が変調される場合、光強度変調器２２が次又は前の時点よりも多くの光を吸収する周期的な時間間隔がある。レーザ光１２は所定の周期的な時間間隔で光強度変調器２２を通して優先的に伝えられるため、レーザ光のパルスが光強度変調器が変調される変調期間、又は複数のこの変調期間と等しい往復時間を有するような方法で、これらのレーザ光のパルスが光共振器１６内で循環して、チューナブルレーザ１０が動作する優先性がある。従って、光共振器１６の構成は光強度変調器２２が第１及び第２の変調期間の値でそれぞれ変調される場合に、それぞれ第１及び第２の波長に対応する往復時間を有する、光共振器１６内のレーザ光のパルスに有利に働く。パルスのパルス持続時間は、ポンプ光源１４により提供される出力、チューナブルレーザ１０全体における分散、及び光強度変調器２２によって提供される正確な変調波形といった多くのファクタによって支配される。
【００２２】
本発明のいくつかの実施形態においては、連続的にではなく、段階的に変調期間を変えることが、特に有利であると知られている。実際に、レーザは動作の際に、所定の波長でロックされる傾向を有する。実質的に連続的な方法で、第１の変調期間の値から第２の変調期間の値に変調期間を変化させることにより不安定性を引き起こされ、更には、第２の波長をロックする面倒なモードを助長する。別個の段階で変調期間を変化させることによって、調整が、共通に利用可能な構成を用いて迅速に引き起される。
【００２３】
本発明のいくつかの実施形態においては、多くの単一周波数の信号の和である信号を用いて、光強度変調器２２の吸収係数を変調することにより、出力レーザ光１２が変調されるのに役立つ。例えば、相互に近接する周波数を有する２の正弦波信号の和である信号を用いて吸収係数を変調することによって、レーザ光１２は２の正弦波信号のうなり周波数に等しい周波数を伴って正弦波的に変化する出力を有する。
【００２４】
図１に示した本発明の実施形態においては、光共振器１６は第１の反射器３０と第２の反射器３２とを含む。第１及び第２の反射器３０及び３２はそれぞれ、ほぼ第１及び第２の波長で反射する。第１及び第２の反射器３０及び３２は、それぞれゲイン媒体の第１及び第２の端部２６及び２８を通ってゲイン媒体１８に光学接続される。本発明のいくつかの実施形態においては、他の光学的構成が反射器３０及び３２のいずれかと、ゲイン媒体１８との間に存在することに留意すべきである。従って、第１及び第２の反射器３０及び３２は直接的にゲイン媒体１８に物理的に接続される必要はない。
【００２５】
第１の反射器３０は、第１及び第２の波長を有するレーザ光１２をそれぞれ反射するための、第１の反射器の第１の部分３４と第１の反射器の第２の部分３６とを含む。第１の反射器の第１及び第２の部分３４及び３６はそれぞれ、第１の反射器の第１の部分ないしゲイン媒体の距離だけ、及び、第１の反射器の第２の部分ないしゲイン媒体の距離だけ、ゲイン媒体の第１の端部２６から隔てられている。第１の反射器の第１の部分ないしゲイン媒体の距離は、第１の反射器の第２の部分ないしゲイン媒体の距離より短い。従って、第１の反射器の第１の部分３４は、第２の波長を有するレーザ光が第１の反射器の第２の部分３６に到達できるよう第２の波長を伝えなければならない。
【００２６】
同様に、第２の反射器３２は、第１及び第２の波長を有するレーザ光１２をそれぞれ反射するための、第２の反射器の第１の部分３８と第２の反射器の第２の部分４０とを含む。第２の反射器の第１及び第２の部分３８及び４０はそれぞれ、第２の反射器の第１の部分ないしゲイン媒体の距離だけ、及び、第２の反射器の第２の部分ないしゲイン媒体の距離だけ、ゲイン媒体の第２の端部２８から隔てられている。第２の反射器の第１の部分ないしゲイン媒体の距離は、第２の反射器の第２の部分ないしゲイン媒体の距離より短い。従って、第２の反射器の第１の部分３８は、第２の波長を有するレーザ光が第２の反射器の第２の部分４０に到達できるよう第２の波長を伝えなければならない。
【００２７】
このように、第１及び第２の反射器の第１の部分３４及び３８は、第１及び第２の反射器の第２の部分３６及び４０より小さい距離で、相互に離れている。このことによって、第１の波長を有するレーザ光１２は、第２の波長を有するレーザ光１２の、第１及び第２の反射器の第２の部分３６及び４０の間での往復時間よりも短い、第１及び第２の反射器の第１の部分３４及び３８の間での第１の往復時間を有するようになる。本発明の特定の実施形態においては、第１及び第２の反射器３０及び３２はそれぞれ、各々のファイバブラッググレーティングを含む。例えば、第１の反射器の第１及び第２の部分３４及び３６はそれぞれ、第１のファイバブラッググレーティング部分及び第２のファイバブラッググレーティング部分を含む。本発明の特定の実施形態においては、第１の反射器の第１及び第２の部分３４及び３６はそれぞれ、各々のチャープファイバブラッググレーティング部分を含み、第１の反射器の第１及び第２の部分３４及び３６の双方を規定する単一のチャープファイバブラッググレーティングを有することによって形成されてもよい。後者の構成のいくつかの特定の実施形態においては、連続的な波長選択を有するチューナブルレーザ１０が提供される。
【００２８】
本発明のいくつかの実施形態においては、第１の波長は第２の波長よりも長く、第１及び第２の反射器３０及び３２中に含まれるチャープファイバブラッググレーティングは分散補償を更に提供する。しかしながら、本発明の代替的な実施形態においては、第１の波長は第２の波長より短く、他の提唱されるチューナブルレーザ１０の構成が変則的な分散特性を有する実施形態において有用になりうる。
【００２９】
本発明のいくつかの実施形態においては、第１の反射器３０は比較的高反射性のチャープファイバブラッググレーティングを含む。これらの実施形態においては、第１の反射器３０に入射する光は実質的に総てゲイン媒体１８の方に反射する。第２の反射器３２は出力のチャープファイバブラッググレーティングであり、レーザ光１２のいくつかは第２の反射器３２を通って伝わるべく完全には反射せず、これによって出力ポート２４を提供する。チューナブルレーザ１０からレーザ光１２を出力する他の方法は、本発明の範囲内にあり、そのうちのいくつかは以降に更に詳細に述べられている。
【００３０】
本発明のいくつかの実施形態においては、ゲイン媒体１８は第１の波長で第１のゲイン、及び第２の波長で第２のゲインを有する。第１及び第２のゲインは相互に異なる。これらの実施形態においては、２の波長で実質的に同一の出力を有するレーザ光１２の生成を促進するために、第１の反射器の第１及び第２の部分３４及び３６中に含まれる第１及び第２のファイバブラッググレーティング部分はそれぞれ、第１の部分反射性と第２の部分反射性とを有する。第１及び第２の部分反射性はチューナブルレーザ１０が第１及び第２の波長で実質的に一定のゲインを有する程度である。従って、これらの第１の反射器の第１及び第２の部分３４及び３６でのレーザ光１２の反射が、平らではない、ゲイン媒体１８のゲイン曲線を補償するように、第１の反射器の第１及び第２の部分３４及び３６の反射性を選択することが可能である。
【００３１】
本発明のいくつかの実施形態においては、第１及び第２の反射器３０及び３２の一方及び双方がそれぞれ、それに沿った可変性の群遅延を規定するチャープファイバブラッググレーティングから生成される。従って、第１及び第２の反射器３０及び３２に沿った、異なる部分に含まれるファイバブラッググレーティング部分は、異なる群遅延特性を有し、チューナブルレーザ１０を用いて生成されたレーザ光のパルスの持続時間に影響を与える。更に、レーザ光のパルスの持続時間以外のパルス特性は、第１の反射器の第１及び第２の部分３４及び３６に含まれるファイバブラッググレーティング部分に好適な群遅延を選択することによって変調できる。
【００３２】
本発明の更なる他の実施形態においては、第２の反射器の第１及び第２の部分３８及び４０の位置はゲイン媒体１８に対して逆側にあるが、第１の反射器の第１及び第２の部分３４及び３６は同一位置に保持される。これらの実施形態においては、レーザ光１２の波長選択は、第１の反射器の第１及び第２の部分３４及び３６が相互に隔てられるより長い距離で、第２の反射器の第１及び第２の部分３８及び４０を相互に隔てられたことによって許容される。チャープファイバブラッググレーティングが第１及び第２の反射器３０及び３２で用いられる場合、異なる群遅延の勾配が生成され、レーザが２の群遅延の勾配間の差である群速度分散で操作される。Ｋｅｌｌｙの湾曲部（Ｋｅｌｌｙ’ｓ  ｓｉｄｅ  ｂｅｎｄｓ）を低減又は除去する、ソリトンレーザと標準的な分散レーザとの間の混合はこのように形成される。
【００３３】
本発明のいくつかの実施形態においては、ゲイン媒体１８はドープ型のゲインファイバを含む。このようなドープ型のゲインファイバは当該技術分野で公知であり、よって更なる詳細について述べない。更にその他の好適なゲイン媒体１８を用いてチューナブルレーザ１０を作ることは本発明の範囲内のことである。更にポンプ光源１４は、ゲイン媒体１８が第１及び第２の波長の双方を有するレーザ光１２を生成するのを可能にするポンプ光を放射できる、任意の好適なポンプ光源１４である。例えば、ポンプ光源１４は発光ダイオードを含む。
【００３４】
ポンプ光入力ポート２０は更に、任意の好適なポンプ光入力ポート２０である。例えばポンプ光入力ポート２０は、第１及び第２の波長を有する光を自由に送る、あるいはそこを通って実質的に自由に送るのを可能にするが、光アイソレータ又はその他の好適な手段を通じて、光、特にレーザ光１２がポンプ光源１４方向に戻るのを防止する波長分割マルチプレクサ（ＷＤＭ）を含む。ＷＤＭは更に、ポンプ光源１４によって放射されるポンプ光を受け取り、光共振器１６内、特にゲイン媒体１８内にこのポンプ光を送ることを可能にする。
【００３５】
光強度変調器２２はそこを通る第１及び第２の波長を有するレーザ光１２の伝送の変化を可能にする任意の好適な構成である。一般的には、光強度変調器２２は第１の反射器３０を形成するＷＤＭマルチプレクサと、ポンプ光入力ポート２０を構成するチャープファイバブラッググレーティングとの間に接続及び挿入される構成の形態を取る。しかしながら、光強度変調器２２のその他の物理的構成は本発明の範囲内にある。本発明のいくつかの実施形態においては、光強度変調器２２は電気光学変調器を含む。
【００３６】
本発明のいくつかの実施形態においては、光強度変調器２２はそこをレーザ光１２が２の異なる吸収レベルで通過可能となる構成である。例えば、あるレベルでは光強度変調器２２に入射する実質的に総ての光が、そこを通過するのを可能にする。第２のレベルでは、光強度変調器２２に入射する光の所定の部分が伝わらない。これらの実施形態においては、第１のレベル及び第２のレベルの間の光強度変調器２２の吸収係数を周期的に変えることにより、上述のような光共振器１６を通って伝わるレーザ光のパルスが優先的に選択される。
【００３７】
当該技術分野の当業者は、光強度変調器２２によって提供されるモードロック効果を提供すべくチューナブルレーザ１０内を循環して、光強度変調器２２が総て、あるいは大部分の光を吸収するには及ばないことが容易に分かるであろう。実際に本発明のいくつかの実施形態においては、吸収係数の比較的小さな変化のみで、所望の効果を生成するのに十分である。
【００３８】
本発明のいくつかの実施形態においては、光強度変調器２２は可変型の減衰変調器を含む。既述の光強度変調器に反し、可変型の減衰変調器は、所定の吸収範囲にわたる光強度変調器２２の吸収係数の実質的に連続な変化を可能にする。この実施形態においては、レーザ光１２の出力は従って、ポンプ光源１４の出力を用いて調整されるのに加えて、光強度変調器２２を用いて調整できる。
【００３９】
図１に示したように、本発明のいくつかの実施形態においては、チューナブルレーザ１０は光強度変調器２２の変調期間を制御するためのコントローラ４２を含む。一般的に、第１及び第２の反射器３０及び３２で使用可能なファイバブラッググレーティング等のファイバブラッググレーティングは作成上の欠陥のために、それに沿った異なる位置で、理想的で理論的に予測可能な反射スペクトルを有しない。しかしながら、ファイバブラッググレーティングが一度特徴づけられた場合、ファイバブラッググレーティングの一端からそれに沿った各位置までの距離をマッピングすること、及び、反射される特定の波長を、これらの位置の各々と関連づけることが可能である。従って、この方法において第１及び第２の反射器３０及び３２を特徴づけることによって、コントローラ４２をプログラムして、変調期間を選択してこの波長が得られるように、レーザ光１２が特定のチューナブルレーザ１０のために放射される波長を正確に選択できる。
【００４０】
更に、チャープファイバブラッググレーティングの群遅延特性は完全ではない。不完全度によって、パルス化されたレーザ光１２における所望されない効果を生じさせうる群遅延波形が生成される。周波数の関数としての群遅延波形と群遅延との間の比率は本明細書中では、比スペクトルと称される。チューナブルレーザ１０によって生成されたレーザ光１２のパルスは、パルスのスペクトルを有する。比スペクトルがパルスのスペクトルから実質的に独立であるように、十分な精度でチャープブラッググレーティングを作ることが好ましい。言い換えると、顕著な出力がある比スペクトルの領域は、顕著な出力があるパルスのスペクトルの領域から分離すべきである。
【００４１】
図２は代替的なチューナブルレーザ１０Ａを示す。チューナブルレーザ１０Ａはチューナブルレーザ１０と実質的に同一の多くの構成を有する。従って、こられの構成は更に詳細には述べない。
【００４２】
図２で見られるように、チューナブルレーザ１０Ａは、２のポンプ光源１４を含み、各々が各ポンプ光入力ポート２０を通してゲイン媒体１８に接続されるという点で、チューナブルレーザ１０と異なる。更に、２以上のポンプ光源１４を有することは本発明の範囲内にある。更に、タップ４４は、例えばゲイン媒体１８と反対側の第１の反射器３０の末端に提供されて、これにより、フォトダイオード４６、あるいはその他の好適な光強度測定デバイスを用いて、タップされた光を測定し、この光強度をコントローラ４２に入力できる。従って、コントローラ４２は、フォトダイオード４６によって光強度の測定値をコントローラ４２に伝送できるように、フォトダイオード４６に接続される。コントローラ４２は更に、ポンプ光の強度を制御すべくポンプ光源１４に動作可能に接続される。コントローラ４２をフィードバックループで用いて、レーザ光１２に対する所定の出力を得るために、光強度測定値に応じてポンプ光源１４により提供された出力を制御する。
【００４３】
図３は更なる別のチューナブルレーザ１０Ｂを示す。チューナブルレーザ１０Ｂは更に、チューナブルレーザ１０と同一である。チューナブルレーザ１０Ｂで生じる差異は、代替的な第１の反射器３０Ｂが用いられることである。代替的な第１の反射器３０Ｂによって、第１の反射器３０Ｂが、実質的に同一の第１の反射器ないしゲイン媒体の距離で第１及び第２の波長の双方を有するレーザ光１２をゲイン媒体の第１の端部２６から反射するようになる。例えば、これは第１の反射器３０Ｂ中のファイバブラッググレーティングの代わりにミラーを用いることによって得られる。
【００４４】
図４は、この構成の破線表示によって示されるように、光共振器１６、ゲイン媒体１８、及び光強度変調器２２が総て偏光維持するものである、更なる別のチューナブルレーザ１０Ｃを示す。従って、チューナブルレーザ１０Ｃは偏光されたレーザ光１２を生成することができる。偏光を選択するために、偏光子４７はレーザ光１２を偏光すべく光共振器１６Ｃ中に挿入される。
【００４５】
図５は更に別のチューナブルレーザ１０Ｄを示す。チューナブルレーザ１０Ｄは第１及び第２の反射器３０及び３２の代わりに単一の反射器３０のみを用いる。光共振器１６Ｄ中の共振は光サーキュレータ４８を用いることによって提供される。光サーキュレータ４８は、サーキュレータの第１のポート５０と、サーキュレータの第２のポート５２と、サーキュレータの第３のポート５４とを含む。光サーキュレータ４８は、サーキュレータの第１のポート５０に入射するレーザ光がサーキュレータの第２のポート５２で放射し、サーキュレータの第２のポート５２に入射するレーザ光がサーキュレータの第３のポート５４で放射し、サーキュレータの第３のポート５４に入射するレーザ光がサーキュレータの第１のポート５０で放射するような方法で構成される。サーキュレータの第１のポート５０は、ゲイン媒体の第１の端部２６とサーキュレータの第１のポート５０との間に挿入される光強度変調器２２とともに、ゲイン媒体の第１の端部２６を通ってゲイン媒体１８に光学接続される。サーキュレータの第２のポート５２は反射器３０に光学接続され、サーキュレータの第３のポート５４は、ゲイン媒体の第２の端部２８とサーキュレータの第３のポート５４との間に挿入されるポンプ光入力ポート２０とともに、ゲイン媒体の第２の端部２８を通ってゲイン媒体１８に光学接続される。反射器３０は第１及び第２の反射器３０及び３２と同一の反射器であり、第１及び第２の反射器３０及び３２と実質的に同一の構成及び機能を有する。この実施形態においては、レーザ光１２の一部が反射器３０を通して伝えられることによって、レーザ１０Ｄによるレーザ光１２の放射を可能にする。本発明のこの実施形態においては単方向性のループが生成され、光強度変調器２２によって生じたチューナブルレーザ１０Ｄの損失を低減する。
【００４６】
本発明の更に別の実施形態においては、図６に示したチューナブルレーザ１０Ｅが提供される。チューナブルレーザ１０Ｅは、光強度変調器２２とサーキュレータの第１のポート５０との間に挿入される代替的な出力ポート２４Ｅを含む。チューナブルレーザ１０Ｅは反射器３０が高反射性であり、ひいては、レーザ光１２はそこを通って伝送できないことを除いては、チューナブルレーザ１０Ｄの構成と実質的に同一の構成を有する。代わりに、ファイバ結合器、言い換えると、タップの形態の出力ポート２４Ｅは、チューナブルレーザ１０Ｅ内にタップし、ひいてはチューナブルレーザ光１２を放出するように提供される。
【００４７】
図７は第２の反射器３２Ｆがゲイン媒体１８からレーザ光１２を受け取り、ゲイン媒体１８にレーザ光１２を戻すための、光サーキュレータ４８を含むチューナブルレーザ１０Ｆの更に別の形状を示す。この実施形態においては、サーキュレータの第１のポート５０はその間に挿入される光スイッチ５１及び光強度変調器２２とともに、サーキュレータの第３のポート５４に光学接続される。サーキュレータの第２のポート５２は、その間に挿入されるゲイン媒体１８及びポンプ光入力ポート２０とともに、第１の反射器３０に光学接続される。都合の良いことに、多様な光学的構成はサーキュレータの第１及び第３の部分５０及び５４の間に形成されるループ中に挿入し、レーザ光１２の放射と、レーザ光１２の強度の変調と、レーザ光１２のその他の状態及び特性とを与えることができる。
【００４８】
光スイッチ５１は出力ポート２４Ｆを規定し、光共振器１６Ｆからレーザ光１２を選択的に放出し、光共振器１６Ｆ中のレーザ光１２を限定するために使用可能である。特に、一方の状態の光スイッチ５１で、スイッチ５１に入射する光は総て、光共振器１６Ｆにフィードバックされる。このことは光共振器１６Ｆ内部のレーザ光出力の増加を可能にする。パルスが光共振器１６Ｆから放出しなければならない場合、スイッチ５１は他方の状態に切り替えられ、スイッチ５１に入射する光の一部又は総てが出力ポート２４Ｆを形成する別のポートで出力される。
【００４９】
上述のチューナブルレーザ１０ないし１０Ｆにおいては、好適な構成を用いることで、レーザ光のパルスの強度を変化させることによるこれらのレーザ光のパルスの持続期間の変化を可能にする。更に、この強度は、光強度変調器２２によって提供される光強度変調、及びポンプ光源１４によって提供される出力の持続時間及び時間放出特性のような、多くの制御可能な変数を変えることによって調整可能である。いくつかの実施形態においては、第１の反射器３０、第２の反射器３２、又は第１及び第２の反射器３０及び３２の双方は調整可能な分散を有し、更に、レーザ光のパルスの形状及び持続時間を変えるのに使用可能である。パルス持続時間の変化はパルス繰返し周波数を変えることなく得られうることは留意すべきである。
【００５０】
チューナブルレーザのいくつかの実施形態が上述されてきたが、多くの他の変形物を有することは本発明の範囲内である。更に、異なる動作範囲で提唱するチューナブルレーザを動作させるように、レーザに関する多くの概念を用いることは本発明の範囲内である。例えば、提唱されるレーザはＱスイッチであってもよく、特定の実施形態で上述されるように、キャビティダンピングを用いてもよい。
【００５１】
本発明はその好ましい実施形態によって上述されてきたが、添付の請求項に規定されるような本発明の精神及び性質から離れることなく、変更可能である。
【図１】
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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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【図７】
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