(57)【要約】レーザによって生成される光信号の個別のスペクトル部分専用にそれぞれが設けられる複数の光増幅器を含む光キャビティを有し、分散効果が、この種のスペクトル部分のそれぞれについて、個別のキャビティ内の位相チューナを利用することによって、および／または種々のスペクトル部分に対応する適切に構成された導波路を有することによって管理される、モード同期レーザ。光増幅器によってもたらされる比較的広い結合利得スペクトルと、位相チューナおよび／または導波路によってもたらされるキャビティ内の分散補償とにより、このレーザは、モード同期のレジームを実現することが可能になり、それにより比較的広い周波数スペクトルを有する光パルス列の放射が生じることになるので、有利である。１つの実施形態では、モード同期レーザの光キャビティは、光信号をスペクトル部分に分割するように、およびこれらの部分を個別の導波路、光増幅器、および位相チューナに適用するように構成されている完全にスペクトル的にサンプリングされたアレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）を有する。
2009518871.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ信号の複数のスペクトル成分のそれぞれを個別に増幅することが可能な光増幅装置と、
前記レーザ信号についてキャビティ内の分散補償を実質的に実行するように構成されている分散管理部と、
前記光増幅装置および前記分散管理部に光学的に結合されている損失変調要素であって、前記光増幅および前記損失変調は、前記キャビティから放射されることになる光パルス列についての条件を作成する、損失変調要素と
を備えた、光キャビティを有するレーザ。
【請求項２】
複数の通過帯域によって特徴付けられた、および前記レーザ信号を前記複数のスペクトル成分に分配するように構成された第１の光スイッチ構成（ＯＳＦ）をさらに備え、スペクトル成分のそれぞれは、前記第１のＯＳＦの個別の通過帯域に対応する、請求項１に記載の発明。
【請求項３】
前記第１のＯＳＦが、第１のポートと、それぞれがアレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）の個別の光通過帯域を形成するために前記第１のポートに光学的に結合されている複数の第２のポートとを有する前記ＡＷＧを備え、
光経路のそれぞれが、前記第１のＡＷＧの個別の第２のポートに結合されている導波路を備え、
前記光増幅装置が、それぞれは個別の導波路に結合されている複数の光増幅器を備えている、
請求項２に記載の発明。
【請求項４】
前記分散管理部が、それぞれは個別の導波路および個別の光増幅器に結合されている複数の位相チューナを備え、種々の光経路に対応する前記導波路は、実質的に等しい光路長を有する、請求項３に記載の発明。
【請求項５】
前記ＡＷＧが、完全なスペクトルのサンプリングを示すように、または完全なスペクトルのサンプリングに比べてより高く示すように設計されており、
前記通過帯域の結合伝送スペクトルが、第１の通過帯域の中心周りから、前記ＡＷＧの最後の通過帯域の中心周りに、実質的に一定な伝送を有し、前記通過帯域のスペクトル形状は、２つの隣接する通過帯域の交点が減衰値約３ｄＢを有するようになる、
請求項３に記載の発明。
【請求項６】
種々の光経路に対応する前記導波路が種々の光路長を有し、
任意の２つの導波路間の長さの差が、前記個別の２つのスペクトル成分間の分散量の差の関数であり、
前記導波路間の前記長さの差が、前記キャビティ内の分散補償を実質的に実行するように働き、任意の２つの導波路間の前記長さの差は、前記個別の光経路における分散の量の差かける前記個別の通過帯域間の前記導波路の差かける前記キャビティ内の群速度に実質的に等しい、
請求項３に記載の発明。
【請求項７】
前記光パルス列の周波数スペクトルが通過帯域ごとに２つ以上の周波数コム線を有し、
少なくとも１つの周波数コム線が２つの隣接する通過帯域間で共有されている、
請求項２に記載の発明。
【請求項８】
前記レーザが集積導波路回路として実装されている、請求項１に記載の発明。
【請求項９】
光キャビティ内を伝播するレーザ信号の複数のスペクトル成分それぞれを個別に増幅するステップと、
前記レーザ信号についてキャビティ内の分散補償を実質的に実行するステップと、
前記光増幅および前記損失変調が、前記キャビティから放射されることになる光パルス列についての条件を作成するように前記キャビティ内の光損失を変調するステップと
を有する、パルス光を生成する方法。
【請求項１０】
前記レーザ信号を前記複数のスペクトル成分に分割するステップをさらに含み、
スペクトル成分のそれぞれが種々の光通過帯域に対応し、
実質的に実行する前記ステップが、前記スペクトル成分の個別の光経路を使用して、スペクトル成分それぞれの前記光位相を調整するステップを含み、種々のスペクトル成分に対応する前記光経路は、前記キャビティ内の分散補償を実質的に実行するように構成されており、
分割する前記ステップが第１のアレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）を使用して行われ、
前記第１のＡＷＧは、完全なスペクトルのサンプリングを示すように、または完全なスペクトルのサンプリングに比べてより高く示すように設計されており、
前記通過帯域の結合伝送スペクトルは、第１の通過帯域の中心周りから、前記第１のＡＷＧの最後の通過帯域の中心周りに、実質的に一定な伝送を有する、
請求項９に記載の発明。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信装置に関し、より詳細には、光通信システムに使用される光源に関する。
【背景技術】
【０００２】
最新の光通信システムは、波長分割多重（ＷＤＭ）信号を使用して通信ノード間の情報を伝送する。この種のシステムにおけるＷＤＭ信号の生成は、適切な多波長（多周波）において電磁放射線を生成することが可能な光源に依存している。この種の光源の１つが半導体のモード同期（ＭＬ）レーザであり、それが有用であるのは、比較的そのサイズが小さく、パワーが高く、ノイズが低く、コストが低いからである。しかし、従来技術の半導体ＭＬレーザによる一般的問題は、この種のレーザによってもたらされる通常の範囲の波長（スペクトル帯域幅）が比較的狭く、例えば約２０ｎｍであることである。
【非特許文献１】Ｍ．Ｊ．Ｒ．Ｈｅｃｈ、Ｐ．Ｍｕｎｏｚ、Ｅ．Ａ．Ｊ．Ｍ．Ｂｅｎｔｅら、「Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｄｅｓｉｇｎ  ｏｆ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｐｕｌｓｅ  Ｓｈａｐｉｎｇ  Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ  ｆｏｒ  Ｆｅｍｔｏｓｅｃｏｎｄ  Ｍｏｄｅｌｏｃｋｅｄ  Ｒｉｎｇ  Ｌａｓｅｒｓ」、第１２回Ｅｕｒｏｐｅａｎ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  ｏｎ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｏｐｔｉｃｓ（２００５年、ＥＣＩＯ’０５）
【非特許文献２】Ｂ．ＲｅｓａｎおよびＰ．Ｊ．Ｄｅｌｆｙｅｔｔ、「Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ−Ｍａｎａｇｅｄ  Ｂｒｅａｔｈｉｎｇ−Ｍｏｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｍｏｄｅ−Ｌｏｃｋｅｄ  Ｒｉｎｇ  Ｌａｓｅｒ：Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ  Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ  Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓ」、ＩＥＥＥ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ、２００４年、４０巻、第３号、２１４〜２２１頁
【特許文献１】米国特許第６，６０３，８９８号
【非特許文献３】Ｃ．Ｒ．Ｄｏｅｒｒ、Ｒ．ＰａｆｃｈｅｃｋおよびＬ．Ｗ．Ｓｔｕｌｚ、「Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｂａｎｄ  Ｄｅｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ  Ｕｓｉｎｇ  Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ  Ｇｒａｔｉｎｇ  Ｒｏｕｔｅｒｓ」、ＩＥＥＥ  Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｌｅｔｔｅｒｓ、２００３年、１５巻、第８号、１０８８〜１０９０頁
【特許文献２】米国特許第６，８５０，５４３号
【特許文献３】米国特許第５，３７３，５１７号
【特許文献４】米国特許第６，０３１，８５９号
【特許文献５】米国特許第６，０３１，８５１号
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
従来技術における問題には、本発明の原理により、（ｉ）レーザによって生成される光信号の個別のスペクトル部分専用にそれぞれが設けられる多重光増幅器と、（ｉｉ）キャビティ内の分散効果を管理するための手段と、（ｉｉｉ）損失変調要素とを含んだ光キャビティを有するモード同期レーザによって対処する。光キャビティ分散効果は、この種のスペクトル部分それぞれのための個別キャビティ内の位相チューナを利用することによって、および／または種々のスペクトル部分に対応する適切に構成された導波路を有することによって、管理可能である。有利には、光増幅器によってもたらされる比較的広い結合利得スペクトル、および位相チューナおよび／または導波路によって実行されるキャビティ内の分散補償により、このレーザは、モード同期のレジームを実現することが可能になり、その結果、比較的広い（例えば、オクターブ範囲の）周波数スペクトルを有する光パルス列の放射が生じる。
【０００４】
１つの実施形態では、本発明のモード同期レーザの光キャビティは、複数の重複光通過帯域を有する完全にスペクトル的にサンプリングされたアレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）を有する。それぞれの通過帯域について、光キャビティは、専用位相チューナと連続的に接続された専用光増幅器を有する。光増幅器はそれぞれ、個別の光通過帯域について光学的利得をもたらすように構成されており、個別の位相チューナは、その光通過帯域の中に分散補償を実質的に実行するように構成されている。光キャビティは、ＡＷＧに結合された、およびキャビティ内の光損失を変調するように構成された変調要素をさらに有し、それにより、光パルス列が放射されるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００５】
本明細書においては、「１つの実施形態」または「実施形態」に関して、実施形態に関連して述べる特定の特徴、構造または特性を本発明の少なくとも１つの実施形態に含むことが可能であることを意味している。明細書中の様々な場所で、フレーズ「１つの実施形態で」が見られることは、必ずしもすべてが同一の実施形態を示しているとは限らず、また別の実施形態を相互に含まない別個のまたは代替の実施形態であるとも限らない。
【０００６】
モード同期は、モード同期（ＭＬ）レーザと称されるレーザから超短光パルスを得る方法である。ＭＬレーザの光キャビティは、能動変調要素（例えば光変調器）もしくは非線形受動変調要素（例えば、可飽和吸収体）またはその双方を含み、それにより、レーザのキャビティ内を循環する１つまたは複数の超短パルスの形成が生じる。循環するパルスが出力カプラ（例えば、部分的に透明な鏡）に当たる度に、光はレーザから放射され、それによって、光パルス列が生成される。パルス列内（典型的には、ギガヘルツ領域内）のパルス繰返し率は、キャビティの往復時間と、キャビティ内のパルスの数とによって決定される。パルス列内のパルスそれぞれの継続時間は、光変調器および／または可飽和吸収体の特性によって決定され、典型的には、ピコ秒時間範囲に対してフェムト秒に収まる。
【０００７】
能動モード同期（例えば、音響光学もしくは電気光学変調器、Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ型集積光学変調器、または半導体電界吸収型変調器を使用して）は光パルスを生成し、そのパルスは変調器を駆動する信号に同期している。安定した動作を達成するために、整数倍の周期の駆動信号が、大きなタイミング・ジッタ、またはさらにカオス的レーザ挙動（これらの２つのパラメータ間に著しい不一致がある場合に生じることがある）を回避するため、キャビティ内の往復時間を実質的に一致させるように設計されている。
【０００８】
受動可飽和吸収体は、能動光変調器に比べてはるかに速くキャビティ損失を変調することができるので、可飽和吸収体による受動モード同期により、概して、能動モード同期により得られる光パルスと比較してはるかに短い光パルスが生じ、ただし、その可飽和吸収体は十分に小さい回復時間を有する。さらには、一定の設計ガイドラインが見られる場合には、可飽和吸収体の回復時間に比べてさらにより短いパルスの継続時間が達成可能である。受動モード同期のための可飽和吸収体は、実吸収体デバイス、または人為的な可飽和吸収体、例えば、Ｋｅｒｒ−ｌｅｎｓのモード同期または付加パルスのモード同期に基づいた吸収体であることが可能である。
【０００９】
ハイブリッドのモード同期は、典型的には、能動および受動のモード同期のいくつかの組合せを含み、典型的には、モノリシック半導体レーザに使用される。ハイブリッドのモード同期により、レーザ構造全体に複雑性が増すが、それは、所望のレーザ特性を達成する際の柔軟性をもたらし、能動および受動のモード同期技術双方の利点ならびに便益を提供する。
【００１０】
ＭＬレーザによって生成されるパルス列の光スペクトルは、パルス繰返し率と実質的に等しい一定周波数の間隔によって相互に分離された離散スペクトル線から成る。したがって、ＭＬレーザの光スペクトルは、スペクトル周波数コムと称されることが多い。周波数コムの全スペクトル幅は、利得スペクトルならびにキャビティ内の分散および非線形性の効果によって決定される。例えばキャビティモードの共振周波数は、例えば光学的利得媒体における分散の効果により、通常、正確な等距離ではない。しかし、モード同期機構により、レーザは等距離でありながら、これらの共振周波数からある程度まで偏位することが可能である周波数を放射せざるを得なくなる。さらには、周波数偏位が恣意的に高いことがなくなり、有効キャビティ内の分散が十分に小さい場合にのみ、広帯域スペクトルを得ることが可能であり、それにより、共振周波数は実質的に等距離になり、対応するコム周波数に十分に接近することになる。時間領域において、この条件は、モード同期機構によって実質的に補償される分散によって生じるパルスの時間的広がりを介して理解可能である。光学的非線形性は、時間的広がりに影響を与え、したがって、共振周波数およびコム周波数間の関係に影響を与えるので、重要な役割を果たす。
【００１１】
図１Ａ〜Ｂに、第１２回Ｅｕｒｏｐｅａｎ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  ｏｎ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｏｐｔｉｃｓ（２００５年、ＥＣＩＯ’０５）の会議記録に発表された、Ｍ．Ｊ．Ｒ．Ｈｅｃｈ、Ｐ．Ｍｕｎｏｚ、Ｅ．Ａ．Ｊ．Ｍ．Ｂｅｎｔｅらによる論文「Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｄｅｓｉｇｎ  ｏｆ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｐｕｌｓｅ  Ｓｈａｐｉｎｇ  Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ  ｆｏｒ  Ｆｅｍｔｏｓｅｃｏｎｄ  Ｍｏｄｅｌｏｃｋｅｄ  Ｒｉｎｇ  Ｌａｓｅｒｓ」に開示されている代表的な従来技術のＭＬレーザ１００を示しており、その論文の教示を本明細書に引用して援用する。より具体的には、図１Ａはレーザ１００の回路図であり、図１Ｂはそのレーザに使用されるアレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）１０８ａ〜ｂの通過帯域の特性を示すグラフである。レーザ１００は、放射スペクトルを分配することによって、およびそれぞれのスペクトル部分について個別の利得要素を提供することによって、レーザ帯域幅を拡大させようとする従来技術の試みを示している。
【００１２】
図１Ａを参照すると、レーザ１００は、リングキャビティ内に挿入される可飽和吸収体（ＳＡ）１０２により実装される受動モード同期を使用して動作するリングキャビティのレーザである。光パルスは、レーザ１００のリングキャビティ内を、時計回りおよび反時計回りの双方向に循環することが可能である。時計回りに循環するパルスは、出力カプラ１０４を介して、出力導波路１０６ａに結合されている。反時計回りに循環するパルスは、同様に、出力導波路１０６ｂに結合されている。
【００１３】
レーザ１００の利得媒体は、２つのＡＷＧ１０８ａ〜ｂ間に配置される複数の半導体光増幅器（ＳＯＡ）１１０を含む。ＡＷＧ１０８ａ〜ｂを有する１つの目的は、光パルスがＳＯＡに入る前に伸長され、その後、再圧縮される、いわゆる「呼吸モード」構成を実現するためである。例えば、時計回りに循環するパルスの場合、伸長は、ＡＷＧ１０８ａの通過帯域それぞれが個別のＳＯＡ１１０に対応するスペクトル帯域幅を限定し、そのため、そのＳＯＡ内のパルス幅が拡大されるので、達成される。種々のＳＯＡ１１０からの増幅された信号はＡＷＧ１０８ｂ内で再結合され、その場合、これらの信号は、その結果生じた結合信号が比較的狭く、圧縮されたパルスを含むように、干渉する。呼吸モード構成に関するより詳細を、例えば、ＩＥＥＥ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ、２００４年、４０巻、第３号、２１４〜２２１頁に発表された、Ｂ．ＲｅｓａｎおよびＰ．Ｊ．Ｄｅｌｆｙｅｔｔによる論文「Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ−Ｍａｎａｇｅｄ  Ｂｒｅａｔｈｉｎｇ−Ｍｏｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｍｏｄｅ−Ｌｏｃｋｅｄ  Ｒｉｎｇ  Ｌａｓｅｒ：Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ  Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ  Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓ」に見ることが可能であり、その教示を本明細書に引用して援用する。
【００１４】
図１Ｂに、ＡＷＧ１０８内の２つの隣接する通過帯域１１８および１２８の伝送特性を示す。通過帯域１１８および１２８はそれぞれ、約２００ＧＨｚであるガウスの中心周波数間のスペクトル分離を有する実質的にガウスの形状を有する。ＡＷＧ１０８の別の通過帯域（図１Ｂには図示せず）は、同様に、２００ＧＨｚのグリッド上に配置され、通過帯域１１８および１２８の伝送特性と類似する伝送特性を有する。通過帯域１１８および１２８の交点は、減衰値約３０ｄＢを有することに留意されたい。結果として、ＡＷＧ１０８の全伝送スペクトルは、それぞれが隣接するガウスの中心周波数間のほぼ中間に位置する深いヌルを有する。この伝送スペクトルの１つの帰結は、レーザ１００は、図１Ｂの垂直実線によって示すように、キャビティモード選択を介して、通過帯域ごとに１つの周波数コム線のみを支持することができることである。結果として、安定したモード同期を達成するために、レーザ１００は、通過帯域スペースとキャビティ長との間に固定関係を有するべきである。より具体的には、好ましい構成では、レーザ１００における通過帯域スペースは、キャビティ長の整数倍である（キャビティ長がＨｚで示された場合）。例えば、２００ＧＨｚの通過帯域スペースの場合、許容可能なキャビティ長は４０ＧＨｚであり、それは、それぞれの方向にキャビティ内を循環する５つのレーザのパルスにつながる。
【００１５】
レーザ１００による１つの問題は、レーザ構造が、ＳＯＡ１１０内の自己位相変調により、非常に分散的であることであり、それは、種々のＳＯＡを通って進む光信号のための種々の有効光経路長につながる。結果として、モード同期の比較的狭いレジームのみがレーザ１００に使用可能である。加えて、自己位相変調は、達成可能パルス継続時間を限定し、追加の予備キャビティの分散補償要素は、フェムト秒パルスを生成するために利用される。代表的な予備キャビティの分散補償器は追加の組のＡＷＧを含んでよく、多重位相変調器がこれらのＡＷＧ間に結合される。これらの予備キャビティの分散補償要素を追加することにより、レーザ構造全体が著しく複雑になる可能性があるが、それでもなお、比較的狭いままの状態であるレーザ１００については、モード同期のレジームは改善されない。
【００１６】
図２Ａ〜Ｂに、本発明の１つの実施形態によるＭＬレーザ２００を示す。より具体的には、図２Ａは、レーザ２００の回路図であり、図２Ｂは、そのレーザに使用されるＡＷＧ２０８ａ〜ｂの通過帯域の特性を示すグラフである。以下の説明から明らかになるように、レーザ２００は、モード同期の望ましいレジームを確立することに関して極めて柔軟であり、比較的広い（例えば、オクターブ範囲の）スペクトル帯域幅を有することが可能であるので有利である。
【００１７】
図２Ａを参照すると、レーザ２００は、リングキャビティ内に位置する可飽和吸収体（ＳＡ）２０２および光変調器（ＯＭ）２２２により実装されるハイブリッドのモード同期を使用して動作するリングキャビティのレーザである。ＯＭ２２２は、レーザ２００のキャビティ長に対応する適切な駆動信号を供給するドライバ２２４により駆動されるように構成されている。１つの実施形態では、可飽和吸収体２０２は、純粋に能動モード同期を実装するために、レーザのキャビティから削除可能である。別の実施形態では、光変調器２２２は、純粋に受動モード同期を実装するために、レーザのキャビティから同様に削除可能である。レーザ２００は、比較的高いパルス繰返し率（例えば、１０ＧＨｚ）を支持するため、および望ましくは高いデータ伝送率に適する適切な間隔の周波数コム線を作成するために、比較的短いキャビティ長を有するように設計可能である。
【００１８】
光パルスは、時計回りおよび反時計回りの双方向にレーザ２００のリングキャビティ内を循環することが可能である。時計回りに循環するパルスは、出力カプラ２０４を介して、出力導波路２０６ａ内に結合されている。反時計回りに循環するパルスは、同様に、出力導波路２０６ｂ内に結合されている。１つの実施形態では、方向性の光アイソレータ（図２Ａには図示せず）を使用して、時計回りにまたは反時計回りに循環するパルスを抑制することが可能であり、その場合、導波路２０６ａ〜ｂの対応する一方が、レーザ構造から削除可能である。
【００１９】
レーザ１００（図１）と同様に、レーザ２００は、呼吸モード構成を実現する。より具体的には、時計回りに循環するパルスの場合、パルスの伸長は、ＡＷＧ２０８ａにおける通過帯域のフィルタリングにより達成され、パルスの圧縮は、ＡＷＧ２０８ｂにおけるスペクトル成分の再結合によって達成される。反時計回りに循環するパルスの場合、パルスの伸長および圧縮は、時計回りに循環するパルスに関して行われるものと比較して逆のＡＷＧ２０８ａ〜ｂの役割により、同様に達成される。
【００２０】
図２Ｂに、本発明の１つの実施形態によるＡＷＧ２０８の伝送特性を示す。ＡＷＧ２０８の通過帯域を、そのうちの３つ（２１８、２２８、および２３８）のみ図２Ｂに示しており、ＡＷＧの全伝送スペクトルが、例えば実線２４０によって示すように、実質的に、平らで、リップルのないように設計されている。例えば、ＡＷＧ２０８における通過帯域の形状は、２つの隣接する通過帯域、例えば通過帯域２１８および２２８の交点が減衰値約３ｄＢを有するようになる。したがって、例えば、ＡＷＧ２０８は、隣接する通過帯域間に位置する比較的深い伝送ヌルを有していないので、ＡＷＧ２０８は、ＡＷＧ１０８（図１）とは著しく異なる。ＡＷＧ２０８ａ〜ｂの比較的平らな伝送スペクトルの１つの帰結は、レーザ２００が図２Ｂの垂直実線によって示すように、通過帯域ごとに多重コム線を支持することが可能であり、ただし、少なくともいくつかの、および場合により、すべてのコム線が、種々の隣接する通過帯域間で共有される。ＡＷＧ２０８ａ〜ｂに類似するＡＷＧは、「極めてスペクトル的にサンプリングされた」ＡＷＧと称される場合がある。実質的に完全に平らなスペクトルを可能にするサンプリング量は、完全なスペクトルのサンプリングと称される。スペクトルは、サンプリングがその量を超えて増加するとき、実質的に完全に平らなままの状態である。その導波路回路の実装を含む完全にスペクトル的にサンプリングされたＡＷＧのいくつかの例を、例えば、米国特許第６，６０３，８９８号、ならびにＩＥＥＥ  Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｌｅｔｔｅｒｓ、２００３年、１５巻、第８号、１０８８〜１０９０頁に発表されたＣ．Ｒ．Ｄｏｅｒｒ、Ｒ．ＰａｆｃｈｅｃｋおよびＬ．Ｗ．Ｓｔｕｌｚによる論文「Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｂａｎｄ  Ｄｅｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ  Ｕｓｉｎｇ  Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ  Ｇｒａｔｉｎｇ  Ｒｏｕｔｅｒｓ」に見ることが可能であり、その両方の教示を本明細書に引用して援用する。それらの教示を簡潔に要約するために、ＡＷＧの出力導波路がｂミクロンだけの間隔が空いている場合、回折格子エリアによって占有される開口角は、完全なスペクトルのサンプリングまたは完全なスペクトルのサンプリングに比べてより高いサンプリングを有するためにλ／ｂ（ただし、λは波長である）未満でなければならない。
【００２１】
ＡＷＧ２０８ａ〜ｂにより、レーザ２００は少なくとも次の３つの機能のうちの１つまたは複数を行うことが可能になる。
１．人為的利得の広がり。光信号の種々のスペクトル部分は、ＡＷＧ２０８ａ〜ｂの対応するポートに結合された個別の専用ＳＯＡ２１０の形態で、それら自体の利得の貯留部を有する。利得スペクトルの形状は、全利得スペクトルが人為的に広がること、およびコム線の数が増加することを可能にするために、種々のＳＯＡ２１０の適切な構成を介して、制御可能である。
２．分散補償。スペクトルをより狭いスペクトル部分に分割することにより、ＡＷＧ２０８ａ〜ｂの対応するポート間に位置する種々の専用位相チューナ（ＰＴ）２１２を使用して独立スペクトル位相の一致が可能になる。先に説明したように、ＳＯＡにおける自己位相変調により、量が通過帯域のそれぞれによって異なる信号分散が生じる。また、材料および導波路の特性により、追加の分散が生じる。位相チューナ２１２がすべて一緒に、レーザ２００の全帯域幅にわたって有効な分散補償を実行するが、専用位相チューナ２１２はそれぞれ、対応する通過帯域について分散補償を実行する。レーザ１００（図１）に比べて、比較的広い利得プロファイルと結合されたレーザ２００のキャビティ内の分散補償により、このレーザは、比較的柔軟な、および広く適応可能なモード同期のレジームを有することが可能になるので有利である。
３．ＳＯＡにおける非線形性の縮小。すでに先に言及したように、ＡＷＧ２０８ａ、ｂにおける通過帯域のフィルタリングにより、個別のＳＯＡ２１０それぞれに入る光パルスが伸長され、そのため、個別のＳＯＡそれぞれにおける光パルスによって生じる非線形性の逆効果が抑えられる。この非線形性の抑制は、パルス列の特性を向上させるので有利である。
【００２２】
１つの実施形態では、ＡＷＧ２０８ａ〜ｂの対応するポートを接続する導波路は、実質的に等しい光路長を有するように設計されている。この導波路構成は、ＡＷＧの種々の通過帯域に対応する種々のスペクトル部分により、同じ有効キャビティ長が生じるので、適切なモード同期を達成するのに役立つ。したがって、この実施形態では、位相チューナ２１２は、光信号の対応するスペクトル成分についてある適切な量の分散補償を実行するために、比較的広い位相チューニング範囲を有するように設計されている。
【００２３】
レーザ２００のこの実施形態はレーザ１００とは異なり、それは、レーザ１００が、通過帯域ごとに１本のキャビティモード線のみを有することのために（図１Ｂを参照のこと）、比較的大きな光経路長の差によってさらにモード同期可能であるからである。したがって、レーザ１００（図１）は、実質的に等しい光導波路長を有しておらず、またそれは、キャビティ内の分散効果に基づいて選択された導波路長の差も有していない。対照的に、モード同期を達成するために、レーザ２００においてのように、通過帯域ごとの複数のキャビティモード線により（図２Ｂを参照のこと）、キャビティ内の分散効果は、種々のスペクトル成分間の比較的小さい、および／または特有の光経路長の差を使用して管理される。
【００２４】
別の実施形態では、ＡＷＧ２０８ａ〜ｂの対応するポートを接続する導波路は、種々の光路長を有するように設計されており、その長差は、種々の通過帯域に対応するキャビティ内の分散の量に関係している。この実施形態により、比較的狭い位相チューニング範囲を有する位相チューナ２１２の使用が可能になり、（ｉ）導波路長の差は、光信号の対応するスペクトル成分間に固定位相偏移をもたらすように働き、（ｉｉ）通過帯域のそれぞれについて、導波路長の差による固定位相偏移と、個別位相チューナ２１２内に加えられる調整可能な位相偏移との結合により、適切なある量の分散補償が実行されるからである。
【００２５】
さらに別の実施形態では、レーザ２００は、スペクトル的に固定された１組のコム線を作成するように設計されており、すなわち、それは調整不可能である。この特定の実施形態では、少なくともいくつかの、および場合により、すべての位相チューナ２１２は、レーザ構造から削除可能である。むしろ、ＡＷＧ２０８ａ〜ｂの対応するポートを接続する導波路は、レーザによって生成される光信号について分散補償を実質的に実行するネット効果により、光信号の対応するスペクトル成分間に適切な相対位相偏移をもたらす導波路長の差を有するように設計されている。例えば、１つの構成では、任意の２つの導波路間の導波路長の差は、分散の量の差かけるそれぞれの通過帯域間の波長の差かけるキャビティ内の群速度に実質的に等しい。
【００２６】
図３に、本発明の別の実施形態によるＭＬレーザ３００を示す。レーザ３００は、概して、図２のレーザ２００に類似しており、２つのレーザの類似要素は、同一の下２桁を有するラベルで示している。しかし、レーザ２００と３００との間の１つの違いは、３００は、２００におけるリングキャビティとは対照的に、「線形」キャビティを有することである。より具体的には、レーザ３００のキャビティは、２つのミラー、すなわち、極めて反射するミラー３３０と、部分的に透明なミラー３４０とによって画定される。１つの実施形態では、ミラー３３０および３４０は、レーザ３００の構造が製造される半導体ウェハの切断縁部を適切にコーティングすることによって形成される。レーザ３００を受動モード同期により実装されているように図示しているが、当業者には、このレーザはまた、能動のまたはハイブリッドのモード同期によっても実装可能であることが理解されよう。
【００２７】
レーザ３００の線形キャビティにより、ＡＷＧ３０８は、キャビティ内の往復それぞれの間に２回横断される。例えば、ミラー３４０によって反射される光パルスは、ＳＡ３０２を通り、ＡＷＧ３０８を初めて横断する。その点で、レーザ３００におけるＡＷＧ３０８は、時計回りに循環するパルスを基準にしてレーザ２００におけるＡＷＧ２０８ａによって行われる機能と類似した機能を行う。次いで、ＡＷＧ３０８によって生成されるパルスのスペクトル成分それぞれが、その個別のＰＴ３１２およびＳＯＡ３１０を横断し、ミラー３３０によって反射され、ＳＯＡ３１０およびＰＴ３１２を再び横断し、ＡＷＧ３０８に再度入る。この点で、ＡＷＧ３０８は、時計回りに循環するパルスを基準にしてＡＷＧ２０８ｂによって行われる機能と類似した機能を行う。再結合されたスペクトル成分はパルスを形成し、そのパルスはＳＡ３０２を横断し、ミラー３４０に到達し、それによって、レーザのキャビティ内の往復が完了する。レーザ２００では、ＳＯＡ２１０のそれぞれおよび位相チューナ２１２のそれぞれについて１回に対して、レーザ３００では、光パルスが、ＳＯＡ３１０のそれぞれおよび位相チューナ３１２のそれぞれを往復するごとに２回通ることに留意されたい。したがって、ＳＯＡ３１０および位相チューナ３１２は、ＳＯＡ２１０および位相チューナ２１２に比べて、それぞれ、より低い増幅および位相チューニング範囲を有するように設計可能である。
【００２８】
レーザ２００および３００のいずれか一方は、例えば、その教示を本明細書に引用して援用する米国特許第６，８５０，５４３号に記載されているモード同期レーザと類似の、制御キャリアエンベロープ・オフセット（ＣＥＯ）位相によるモード同期のレーザとして機能するように構成可能である。簡潔には、ＣＥＯ位相制御によるモード同期レーザは、超短パルスの列を生成するように設計されており、そのパルスのそれぞれは、電磁キャリア波の複数の（例えば、１０未満）振動周期に対応する継続時間を有する。この種の短い継続時間において、パルス・エンベロープおよびキャリア波の間の相対位相オフセットは、レーザによって作成される周波数コムにおける線のスペクトル位置に影響を与える。ＣＥＯ位相制御によるモード同期レーザの１つの特性は、周波数コムが固定周波数グリッドを基準にして位置合わせ可能になるように、位相オフセットの信頼できる制御を可能にすることである。
【００２９】
ＣＥＯ位相制御によるモード同期レーザによって生成されるパルス列におけるパルス対パルスの位相を展開することは、主として、群および位相の速度が、モード同期レーザのキャビティの中で異なるということのためである。レーザ２００および３００により、レーザのキャビティ内の群および位相の速度から独立した、および正確な制御が可能になり、そのため、周波数コムのスペクトル位置の制御可能な同調性がレーザによってもたらされる。例えば、レーザ３００では、キャビティ内の往復の群遅延を調整するために、同一量によって、すべての位相チューナ３１２を調整する。キャビティ内の往復の群速度分散を調整するために、その場合には、１つの位相チューナから次の位相チューナに直線的に増加する（減少する）適切なある量によって、位相チューナ３１２それぞれを調整する。
【００３０】
レーザ２００および３００はそれぞれ、当技術分野では知られているように、単一ウェハを使用して製造されるモノリシック構造として実装可能である。レーザ２００および３００の製造工程において使用可能である代表的な製造ステップは、例えば、先に引用した‘８９８号特許、ならびに米国特許第５，３７３，５１７号、第６，０３１，８５９号、および第６，０３１，８５１号に記載されており、そのすべての教示を本明細書に引用して援用する。従来の半導体材料の両方、例えば、ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓＰおよび量子ドット材料が、生産工程において利用可能である。
【００３１】
この発明を、例示的実施形態に関して説明してきたが、この説明を限定的な意味に解釈することは意図していない。本発明の実施形態をＡＷＧに関して説明してきたが、これらは、同様に、任意の適切な光スイッチ構成（複数可）（ＯＳＦ）によっても実装可能である。本発明に関係する当業者には明らかである説明した実施形態の様々な修正形態、ならびに本明細書の別の実施形態は、添付の請求項に示すように本発明の原理および範囲内にあると考えられる。
【００３２】
添付の方法請求項におけるステップを、あるとすれば、対応するラベリングと共に特定の順序で列挙しているが、請求項の列挙が、特に、それらのステップのいくつか、またはすべてを実装するための特定の順序を示唆しない限り、それらのステップを、必ずしも、その特定の順序で実装することに限定することを意図していない。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１Ａ】代表的な従来技術のモード同期（ＭＬ）レーザを示す図である。
【図１Ｂ】代表的な従来技術のモード同期（ＭＬ）レーザを示す図である。
【図２Ａ】本発明の１つの実施形態によるＭＬレーザを示す図である。
【図２Ｂ】本発明の１つの実施形態によるＭＬレーザを示す図である。
【図３】本発明の別の実施形態によるＭＬレーザを示す図である。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【国際調査報告】
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