(57)【要約】  ブラッグ回折格子は、不均一な波長反射スペクトルを発生するように格子の全長に沿った位置に応じて変化する局所的な反射強度を有し、可変波長レーザ装置の利得部分の不均一な利得プロファイルに対する補償を可能にする。別の態様では、櫛状のブラッグ回折格子は、これも不均一な利得プロファイルを補償することができる包絡関数によって変調される。この櫛状格子は、包絡関数の形状が相変化の間の長さおよび/または相変化のサイズによって制御される相変化格子でよい。
2009510506.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
2つの波長端間の波長に関して不均一な全体的な反射強度スペクトルを発生するように、格子の全長に沿った位置に応じて変化する局部的な反射強度を有するチャープブラッグ回折格子。
【請求項２】
前記格子の前記全長に沿ってその周期が変化するマークとスペースの周期パターンと、1つまたは複数の反射強度が低下した領域とをさらに備え、反射強度が低下した領域の各々が、少なくともいくつかのマークが欠落したマークとスペースの基本次数の周期パターンによって形成される請求項1に記載の格子。
【請求項３】
前記反射強度が低下した各領域における前記パターンが、どのマークが前記基本次数パターンから欠落しているかを求める高次の包絡関数によって変調された前記基本次数パターンによって定義される請求項2に記載の格子。
【請求項４】
前記格子の前記全長に沿ってその周期が変化するマークとスペースの周期パターンをさらに備え、前記格子の前記全長に沿った前記局部的な反射強度が、前記格子の前記全長に沿ってマーク対スペースの幅比を変化させることにより変化される請求項1に記載の格子。
【請求項５】
マークとスペースの間の周期が前記格子の前記全長に沿って変化する周期パターンをさらに備え、前記局部的な反射強度が、マークとスペースの屈折率の差を変化させることにより変化される請求項1に記載の格子。
【請求項６】
前記格子の前記反射強度が、反射強度のスペクトルの両端での波長の強度が前記両端の間の波長のものより高い請求項1から5のいずれか一項に記載の格子。
【請求項７】
前記反射強度のスペクトルが非対称である請求項1から6のいずれか一項に記載の格子。
【請求項８】
前記格子の前記反射強度が、1つの波長端からもう1つの波長端に向けて増加する請求項1から5のいずれか一項に記載の格子。
【請求項９】
前記格子の前記反射強度が、波長端の間の波長に応じて実質的に直線状に変化する請求項8に記載の格子。
【請求項１０】
離散的な波長で櫛状の反射ピークを備える反射スペクトルを生成するように適合されたブラッグ回折格子であって、前記ピークが、2つの波長端間で不均一である包絡関数によって変調された反射振幅を有し、前記格子が、相変化によって分離された複数の周期的な格子部分を備え、前記格子部分の前記全長が、前記包絡関数が前記2つの波長端での最大を含むように選択されるブラッグ回折格子。
【請求項１１】
前記包絡関数がへこんだ形状を有する請求項10に記載の格子。
【請求項１２】
各部分間の相変化がπラジアンである請求項10または11に記載の格子。
【請求項１３】
前記包絡関数が非対称である請求項10または11に記載の格子。
【請求項１４】
前記格子部分の間の相変化が前記包絡関数の前記非対称を制御するように選択される請求項13に記載の格子。
【請求項１５】
離散的な波長で櫛状の反射ピークを備える反射スペクトルを生成するように適合されたブラッグ回折格子であって、前記ピークが、2つの波長端間にわたる包絡関数によって変調された反射振幅を有し、前記格子が、各々が異なるピッチを有する複数の周期的な格子部分を備え、前記格子部分の相対的反射強度が、前記格子の前記全長に沿った位置に応じて変化して前記包絡関数を制御するブラッグ回折格子。
【請求項１６】
前記反射スペクトルの前記包絡関数が、波長端で前記波長端の間よりも高い請求項15に記載の格子。
【請求項１７】
前記包絡関数が、1つの波長端からもう1つの波長端に向けて増加する請求項15に記載の格子。
【請求項１８】
前記包絡関数が、前記波長端の間の波長に応じて実質的に直線状に変化する請求項17に記載の格子。
【請求項１９】
各端が反射器によって境界づけられた利得部分を備える可変波長レーザ装置であって、前記利得部分が不均一な波長利得プロファイルを有し、前記反射器の少なくとも1つが請求項1から18のいずれか一項に記載のブラッグ回折格子であり、前記格子の前記反射スペクトルが、前記不均一な利得プロファイルを少なくとも部分的に補償するように、前記2つの波長端の間で波長に応じて前記利得プロファイルに対して反対に変化するように適合された振幅包絡関数を有する可変波長レーザ装置。
【請求項２０】
各端が反射器によって境界づけられた利得部分を備える可変波長レーザ装置であって、前記反射器の少なくとも1つが請求項1から18のいずれかに記載のブラッグ反射器であり、前記ブラッグ反射器の前記反射スペクトルが、レーザ装置中の波長に依存する光共振器損失を少なくとも部分的に補償するように、前記2つの波長端の間で波長に応じて変化するように適合された振幅包絡関数を有する可変波長レーザ装置。
【請求項２１】
格子の全長に沿って反射強度を変化させるステップを含む、不均一な波長反射スペクトルを有するチャープブラッグ回折格子を製造する方法。
【請求項２２】
反射器によって各端で境界づけられた利得部分を有する可変波長レーザ装置の使用可能なチューニング範囲を増加させる方法であって、前記反射器のうち少なくとも1つが請求項1から18のいずれかに記載のブラッグ反射器であり、前記利得部分が不均一な波長利得プロファイルを有し、前記ブラッグ反射器を、その波長反射スペクトルが前記2つの波長端の間で波長に応じて前記不均一な利得プロファイルに対して反対に変化する振幅包絡関数を有するように適合させることにより、前記不均一な利得プロファイルを少なくとも部分的に補償するステップを含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はブラッグ回折格子の構造に関する。具体的には、本発明は、主にレベルモードの利得の生成を助長するために可変波長レーザ装置で使用される変更されたブラッグ回折格子の構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
本明細書において用語「光学的」および「光エレクトロニクス」が不特定の意味で用いられること、すなわちスペクトルの可視部分および非可視部分の放射に対して用いることを対象とし、可視光線に対する使用に限定されないことが理解されよう。同様に、用語「光」の使用が、任意の周波数の電磁放射に当てはまってよく、可視スペクトル中の光に限定されないことも理解されよう。その上、用語「導波路」の使用が光を導く構造を説明し、複数の層を備えてよいことが理解されよう。
【０００３】
可変波長レーザ装置は、光通信および信号処理用途における複数の用途にとって重要である。可変波長レーザ装置の設計および動作は、例えばマーカス-クリスチャン  アマン(Markus-Christian Amann)およびジェンズ  ブース(Jens Buus)による論文「可変波長レーザダイオード」(ISBN 0890069638)で説明されている。可変波長レーザ装置の設計例は、1つの端がある範囲の波長を反射するように適合された分布ブラッグ反射器(DBR)の形をしている反射器(チャープ回折格子と呼ばれることが多い)によって、もう1つの端が離散的な波長ピークの「櫛」スペクトルを反射するように適合されたDBRによって、境界づけられた利得領域を含む。
【０００４】
可変波長レーザ装置のさらに進んだ設計が可能であり、米国特許第5,838,714号は、DBRがセグメント化され、かつ繰り返すチャープパターンから構成される3つの部分のDBRレーザ装置を説明しており、互いにかみ合わせられた電極は、格子の各セグメントが他のすべての同等部分と電気的に並列接続されるように結合されている。したがって、それは単一のセグメント化されたチャープ回折格子と電気的に等価であるが、光学的には、すべての波長の、(格子の損失の大きい性質による)より一様な減衰があることになる。
【０００５】
米国特許第5,379,318号は、利得部分の両側に1つのDBRがあって各々が櫛状の反射スペクトルを生成するように使用されるセグメント化された2つのDBRを内蔵する可変波長レーザ装置を説明しており、この2つのスペクトル群は、レーザを発する閾値を上回る光共振器を作りかつ画定するために、1つのセグメントからの個々のピークがもう1つのDBRのセグメントのピークとオーバラップするように調整され得るインターリーブされたピーク群を有する。
【０００６】
分散型のブラッグ回折格子は、一般に光ファイバおよび半導体光学デバイスに見られる。光ファイバのそのような格子は「ファイバブラッグ回折格子」(FBG)と呼ばれ、半導体光学デバイスのものは「分布ブラッグ反射器」(DBR)として既知である。
【０００７】
ブラッグ回折格子は、その最も簡単な形では、導波路の屈折率の周期的な変調を構成する。光は屈折率の各変化で散乱される。ブラッグ条件が満たされると、格子面の各々で反射された光は強め合う干渉となる。ブラッグ条件はλB=2neffΛと定義され、λBは入射光の波長であり、neffは導波路の実効屈折率であり、Λは変調のピッチである。したがって、ピッチおよび反射強度が一定の格子は、格子の有効ピッチの2倍の波長の光の反射をもたらし、有効ピッチは係数neffだけ実際のピッチと異なる。半導体導波路にDBRが与えられる場合、格子は、化学レジスト内のリソグラフィパターンをエッチングして構造にし、一部はエピタキシャル成長により、次いで、異なる屈折率の材料で過剰成長させることによって一般に形成される。リソグラフィパターンは、ホログラフィ式に光学干渉パターンを使用するか、光リソグラフィ式にマスクを通して感光性レジスト(フォトレジスト)上に露光させるか、または電子ビーム(「e-ビーム」)感光性レジストを使用するe-ビームリソグラフィによって書くことができる。
【０００８】
ブラッグ回折格子も、ある範囲の波長を反射するように適合され得て、これらはチャープ回折格子と呼ばれる。図1に概略的に示されるように、チャープ回折格子のピッチΛは、格子の全長に沿って一般に単調に変化する。反射強度が一定のチャープ回折格子は、図2に示されるように「シルクハット」の形状の、すなわち特定の波長範囲内では格子の反射が実質的に一様な反射スペクトル(波長に対してプロットされた反射率)を生成するはずである。チャープ回折格子は、可変波長半導体レーザ装置に、反射器としてレーザ装置の利得領域の片端に組み込まれることが多く、国際公開第03/012936号に一例が示されている。さらなる例は、FBG安定化レーザ装置においてFBGがどのように使用され得るかという一例を与える米国特許第6,771,687号、および半導体光エレクトロニクスデバイスにおけるDBRの用途を示す米国特許第6,345,135号に見ることができる。
【０００９】
可変波長レーザ装置のもう1つの端の反射器は、図3に示されるように、離散的な波長で反射ピークの「櫛」を生成するように配置されてよい。この櫛状のスペクトルは、段形のピッチを有するセグメント化された格子、すなわち各々ピッチが異なる一連の離散的な格子セグメントにより生成することができる。
【００１０】
櫛状格子の代替形態は、「サンプリングされた格子」と呼ばれ、一例が、図4に概略的に示されている。DBRは繰り返しパターンのユニット1、2、3を備え、各ユニットには、一定ピッチの格子4、5、6が含まれ、それぞれに格子が不在の領域7、8、9が後続する。サンプリングされた格子は、例えばアマンおよびブースの論文(上記ISBN 0890069638)および米国特許第6,141,370号に説明されている。格子不在領域7、8、9は、格子の周期Λ1よりはるかに長い。この形状のDBRは、sinc2包絡関数を有する反射ピークの櫛を生成する。すなわち、図5に示されるように、包絡関数は中央の最大でピークとなり、反射ピークが動作範囲の中央から遠ざかると一般に反射がより弱くなるように両側で落ちる。米国特許第4,896,325号に説明されるように、これらのDBRの形状によって、ヴェルニエ(Vernier)の方法を用いて異なったピーク間隔でそれらのうち2つを共に動作させることが困難になる。
【００１１】
米国特許第5,325,392号および米国特許第6,141,370号に説明されるように、サンプリングされた格子は、各ユニットにおいて一定ピッチの格子をチャープ回折格子で置換することにより、変更を加えて(図3に示されるような)頂部が平坦な櫛状の反射器を作製することができる。そのような格子は「超格子(superstructure grating)」または「周期的チャープ回折格子」と呼ばれる。より複雑な2値的でない超格子も既知である。
【００１２】
櫛状の反射スペクトルを生成する別のDBRは、「相変化格子(phase change grating)」と呼ばれ、一例が図6に示されている。そのような格子は、一般に、πラジアンの相変化16によって分離された一定ピッチの格子10〜15の部分を含み、米国特許第6,345,135号に説明されるように、入念な設計によって頂部が実質的に平坦な包絡関数の反射ピークの櫛を生成することができる。そのような格子は、複雑なコンピュータモデルおよび最適化を必要とし、設計変更の影響を特に受けやすいと考えられる。
【００１３】
櫛状の構造を生成するためのさらなるDBRは、「重畳格子(superimposed grating)」と呼ばれ、一例が図7に示され、かつ米国特許第3,141,370号に説明されている。格子は、定義された周期Λ=p×s、(p+1)×s、および(p-1)×sが存在するセグメントの配列から成り、各セグメントの期間sは均等である。異なった要素を選択すると、０、Φ=+2πs/ΛおよびΦ=-2πs/Λの対応する位相シフトが導入される。
【００１４】
したがって、可変波長レーザ装置で使用されるDBRは、一般に、チャープ回折格子によって生成された図2の「シルクハット」、なんらかの段形のセグメント化された格子および相変化格子によって生成された一様なピーク高さを有する図3の櫛、および図5のsinc2関数によって変調された櫛、の3つのタイプの反射スペクトルのうち1つを生成するように設計されている。
【００１５】
半導体レーザ装置の利得部分内の能動媒質(active medium)によって生成された光は、通常、ピークのある特有のスペクトルのプロファイルを示す。また、レーザ装置の材料は、一般にレーザ装置の動作範囲内にピークがあるように選ばれる。しかし、可変波長レーザ装置では、ピークの波長から離れて動作するとき、このピークのある形状は不利である。利得帯域の形状は通常ほぼ放物線状であり、最高の波長および最低の波長で利得が低下する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
したがって、これらの波長で利得が低いことによって、レーザ装置の使用可能なチューニング範囲が制限される。利得帯域を「平らにする」ために能動媒質を変えることによってこの問題を克服することが過去に試みられているが、これを実施することは困難である。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の一態様によれば、2つの波長端間の波長に関して不均一な全体的な反射強度スペクトルを発生するように、格子の全長に沿った位置に応じて変化する局部的な反射強度を有するチャープブラッグ回折格子が提供される。そこで、可変波長レーザ装置の利得部分の利得プロファイルの不均一な形状または他の光共振器損失を補償するために、チャープブラッグ回折格子の不均一な反射強度を使用することができる。
【００１８】
一般的なチャープ回折格子は、格子の全長に沿ってその周期が変化するマークとスペースの周期パターンを備える。好ましい実施形態では、格子は、1つまたは複数の反射強度が低下した領域を備え、その各々が、少なくともいくつかのマークが欠落したマークとスペースの基本次数の周期パターンによって形成される。これによって、格子の振幅またはマーク対スペース比を変化させる必要性なしに局部的な反射強度を制御することができ、このことはe-ビームリソグラフィによって製造された格子についての特に有効な特徴である。反射強度が低下した各領域におけるパターンは、好ましくは、どのマークが基本次数パターンから欠落するか決定する高次の包絡関数によって変調された基本次数パターンによって定義される。
【００１９】
あるいは、格子の全長に沿った局部的な反射強度は、格子の全長に沿ってマーク幅対スペース幅の比を変化させるか、またはマークとスペースの間の屈折率の差を変化させることによって変化させることができる。
【００２０】
格子は、好ましくは、反射スペクトルの両端での波長に対する反射強度がこれら両端の間の波長に対するものより高い。これによって、この格子を、可変波長半導体レーザ装置の利得部分で一般に認められる放物線状の利得プロファイルを補償するために使用することができる。したがって、反射スペクトルは「へこんだ」プロファイルを有することができ、これは対称でも非対称でもよい。あるいは、格子の反射強度は、波長の一端から波長の他端へ直線的に増加してよい。別の代替形態として、「へこんだ」プロファイルを、波長端の間で基調をなす上昇傾向と組み合わせてよい。
【００２１】
本発明の別の態様によれば、離散的な波長で櫛状の反射ピークを含む反射スペクトルを生成するように適合されたブラッグ回折格子が提供され、ピークが、2つの波長端間で不均一な包絡関数によって変調された反射振幅を有し、格子が、相変化によって分離された複数の周期的な格子部分を備え、格子部分の長さは、包絡関数が2つの波長端での最大を含むように選択される。包絡関数は、好ましくはへこんだ形状である。
【００２２】
したがって、利得部分の利得プロファイルの不均一な形状を補償するために、不均一な反射スペクトルを有する櫛状格子をチャープ回折格子の代わりに(またはチャープ回折格子に加えて)使用することができる。利得プロファイルの異なった形状または光共振器の損失を補償するために、部分長を最適化することによって、必要に応じて他の包絡関数を選択することが可能になる。一実施形態では、部分間の各相変化はπラジアンである。
【００２３】
包絡関数は非対称でよく、これは、包絡関数の非対称を制御するために、好ましくは格子部分の間の相変化の位置およびサイズを選択することにより実現される。非対称の反射スペクトルについては、好ましくは相変化がπラジアンと異なる。
【００２４】
他のタイプの櫛状格子も可変波長レーザ装置の反射器の補償として使用することができる。したがって、本発明の別の態様によれば、離散的な波長で反射ピークの櫛を含む反射スペクトルを生成するように適合されたブラッグ回折格子が提供され、ピークが、包絡関数によって変調された反射振幅を有し、格子が、各々が異なるピッチを有する複数の周期的な格子部分を備え、格子部分の相対的反射強度は、格子の全長に沿って位置に応じて変化し、包絡関数を制御する。反射スペクトルの包絡関数は、好ましくは、波長端ではこれらの端の間より高い。
【００２５】
本発明の別の態様によれば、各端に反射器による境界がある利得部分を備える可変波長レーザ装置が提供され、利得部分は不均一な波長の利得プロファイルを有し、反射器の少なくとも1つは前述のブラッグ回折格子である。格子の反射スペクトルは、不均一な利得プロファイルを少なくとも部分的に補償するように、波長に応じて利得プロファイルに対して反対に変化すように適合された振幅包絡関数を有する。少なくとも1つの反射器の反射スペクトルは、端部よりも中間でより高い利得プロファイルを補償するように、好ましくは両波長端でこれらの端の間より高い反射を示す。
【００２６】
反射器のうちの1つは、波長の連続的な範囲を反射するように適合されたチャープ反射器でよい。もう1つの反射器は、反射ピークの櫛を生成するように適合された櫛状反射器でよく、櫛状反射器は、チャープ反射器の代わりに(またはチャープ反射器と共に)補償反射器として適合されてよい。
【００２７】
いくつかの可変波長レーザ装置(例えばヴェルニエ可変波長レーザ装置)では、両反射器は、ある範囲の反射ピークを反射するように適合された櫛状反射器である。そのようなレーザ装置では、どちらかまたは両方の櫛状反射器は、不均一な利得プロファイルを補償するために使用されてよい。
【００２８】
本発明の別の態様によれば、不均一な波長反射スペクトルを有するチャープブラッグ回折格子を製造する方法が提供され、この方法は、格子の全長に沿って反射強度を変化させることを含む。
【００２９】
本発明の別の態様によれば、各端で反射器によって境界づけられた利得部分を有する可変波長レーザ装置の使用可能なチューニング範囲を増加させる方法が提供され、反射器の少なくとも1つは前述のブラッグ反射器であり、利得部分は不均一な波長利得プロファイルを有し、この方法は、ブラッグ反射器を適合させることにより不均一な利得プロファイルを少なくとも部分的に補償するステップを含み、その結果、その波長反射スペクトルは、不均一な利得プロファイルに対して、波長に応じて反対に変化する振幅包絡関数を有する。
【００３０】
次に、本発明のいくつかの好ましい実施形態が、添付図面を参照しながら例としてのみ説明される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
図8は、国際公開第03/012936号に説明されたタイプの一般的な可変波長レーザ装置20の概略図である。従来、レーザ装置は一連の層に構築され、導波路層21は下部層22および上部層23によって境界づけられる。構造はさらなる層を含んでよいが、それらは本発明のための材料ではなく、明瞭さのために図示されていない。
【００３２】
レーザ装置20は、利得部分24、相変化部分25、前反射部26および後反射部27の、4つの基本部分を有する。後反射部27は、上部層23に形成された相変化格子の分布ブラッグ反射器28(図6に示されたものに類似である)を有する。この反射器は、分離された波長で反射ピークの櫛を生成する。前反射部26は、全長に沿ってピッチが漸増する直線状のチャープ回折格子29から成る。屈折率において、以前に図1に示されたチャープ反射器が城砦風のぎざぎざで変化するのに対して、図8のチャープ反射器が正弦波状に変化することが注目されよう。物理的形状は、主として格子を作製するために使用される製作方法次第である。どちらのタイプの格子も似たような働きをし、本発明向けには交換可能であると見なしてよい。
【００３３】
このレーザ装置は、利得部分24に電荷担体の反転分布(population inversion)を生成するために十分な電流を注入し、かつ前格子26の一部分に特定の波長の光を優先的に反射させ、その結果、後格子27にその特別な波長を選択的に反射させることによって動作する。前格子は、その波長で光を反射し返すはずであり、その結果、その波長は優先の波長すなわち強化された波長になり、レーザ装置はその波長でレーザ発振を始めることになる。優先波長が選択される仕組みは周知であって、例えば国際公開第03/012936号に説明されており、ここには転載しない。
【００３４】
利得部分24は、ある範囲の波長でレーザ発振を支援することができるが、その範囲にわたって一様な利得をもたらすわけではない。一般的な可変波長レーザ装置の利得部分は、ほぼ放物線状の利得波長プロファイルを有し、可変波長レーザ装置の動作波長範囲に最大がある。利得プロファイルの端部では、レーザ発振には低すぎるところまで利得が低下し、このことによって、レーザ装置の有効なチューニング可能動作範囲が制限される。
【００３５】
この放物線状の利得を補償するために、反射器26、27の1つまたは両方が、「へこんだ」反射スペクトルを与えられており、その結果、図9に示されるように、範囲の端での反射率がこれらの端の間のものより高い。チャープ回折格子29または相変化回折格子28のいずれか(あるいは両方)が、このようにへこんでいてよく、次にそれぞれが論じられる。そのようなへこみは、チューニング範囲の端でレーザ発振モードの性能を向上させ、可変波長レーザ装置の利得一定電流または利得電流供給の低減のためのより平らなパワースペクトルを生成するという技術的な利点を有する。
【００３６】
単調なチャープ回折格子は、格子の全長に沿って不均一な局所的反射強度を生成することによってへこんだ反射スペクトルを与えられ得て、その結果、中間ピッチの格子領域は、ピッチ範囲の端より反射強度が低い。中央領域の反射強度は、複数の異なるやり方で低減することができる。
【００３７】
直接書込みのホログラフィック回折格子(光ファイバグレーティング(fibre Bragg grating)のように材料に直接書き込まれる)に関しては、屈折率の山と谷の比高を低減することができる。あるいはマーク対スペース比を変えることができる。このタイプのへこんだチャープ回折格子の一例が図10に示されている。格子30は、一連のスペース31および高屈折率を有するマーク32を備える。格子は、縮小するピッチΛ33、Λ34、Λ35を有する領域33、34、35に分割される。端の領域33、35では、マークの幅とスペースの幅はほぼ均等である(すなわちマーク対スペース比≒1)。中央の領域34では、マーク32はスペース31より実質的に狭い(すなわちマーク対スペース比≒0.25)。周知のように、格子部分の反射強度はマーク対スペース比によって制御され、1次の場合、この比が1近くであるとき格子がより高い。したがって、格子30に関して、中央部34(したがって中心の波長)の反射強度は、外側領域33および35(したがって外側の波長)のものより低い。したがって、図10に示される格子30は、図9に示されたものに類似の反射スペクトルを有することになる。
【００３８】
マーク対スペース比におけるばらつきが望ましくない場合がある。マーク対スペース比が1から遠ざかると(1次格子の場合)、格子を製作するのが困難になり得て、製造バラツキに弱いこともある。そのような状況では、「削除されたマーク」手法を使用して格子の一部の強度を低下させることが望ましいこともある。この手法は、e-ビームリソグラフィによって書かれた格子に特に適しており、英国特許第2,418,995号に詳細に説明されている。図11Aから図11Cを参照しながら簡単な説明も与えられる。
【００３９】
図11Aは、スペース42によってピッチΛBで分離された複数のマーク41を備える格子部分40の概略図である。格子部分40は、より大きなチャープ回折格子の一部を形成してよいが、図11Aに示された距離にわたってピッチΛBはあまり変化しない。この格子部分40のマーク対スペース比は1:1であり、格子は1次である(導波路中の光に対して)。
【００４０】
図11Bは、格子部分40を変調するために、図11Cに示されるように1次格子のマーク41を5つおきに「削除して」新規の格子部分44を生成するように使用される5次の2値包絡関数43を示す。これは、完全な1次格子部分40より低い反射率を有する格子部分44を生成する。それは、5つおきにマークが削除された1次格子部分として、または1次と5次のパターンの組合せとして視覚化することができる。反射率をさらに低減するために、例えば5つごとに2つ、3つまたは4つのマークを削除することにより、あるいは高次の格子として様々な次数の格子を使用することにより、他の高次の包絡も1次格子40に適用することができる。
【００４１】
図12は、マーク削除の手法を用いてへこまされたチャープ回折格子50を概略的に示す。格子は、部分51から55においてその全長に沿って縮小するピッチで形成される。外側領域51および55では、マーク56とスペース57が基本次数のパターンを形成し、マーク対スペース比は1:1である。これらの外側領域の直ぐ内側の領域52、54は、5つごとに1つのマークが削除されており、したがって外側領域51、55より低い反射強度を示す。中央部53は5つごとに3つのマークが削除されており、したがってさらに低い反射強度を有する。したがって、全体的な波長反射スペクトルは、図9に示されたものに似ている。
【００４２】
もちろん、レーザ装置の利得部分24の不均一な利得プロファイルは非対称の可能性がある。これを補償するために、格子の全長に沿って局所的な反射強度を選択して反射スペクトルのへこみの形状を制御することにより、チャープ反射器の反射スペクトルを調整することが可能である。したがって、例えば図13に示されるように、非対称の反射スペクトルを有する格子を作製することが可能である。
【００４３】
以前に言及したように、後部反射器27として働く相変化格子28も、利得部分24の不均一な利得プロファイルを補償するために変更されてよい。この変更は、前述のチャープ回折格子29をへこませることの代わりにするかまたはそれに加えてもよい。櫛状格子の反射スペクトルは、へこんだ包絡関数によって変更されるべきである。これは、へこんだ櫛状格子の反射プロファイル60の概要を示すグラフである図14に見ることができる。スペクトルは離散的な波長で複数のピーク61〜68を含むが、最も外側のピーク61、68の反射は内側のピーク64、65、66の反射より強い。
【００４４】
図6に戻って、反射スペクトルの形状を(図3に示されたような)頂部が平坦な櫛から図14に示されたようなへこんだ櫛60へ変更するように、π相変化16の間の距離d10〜d15を最適化することが可能である。この最適化には複雑なコンピュータモデルが必要である。
【００４５】
さらに、相変化をπと異なるものに変更することによって、へこんだ櫛状反射スペクトルの形状をさらに変更して図15に示されるような非対称性をもたらすことが可能である。前述のように、利得プロファイルが非対称のとき、これは有効である。
【００４６】
すべての可変波長レーザ装置が相変化格子によって形成された櫛状格子を有するとは限らないことが理解されよう。その代わりに、後部反射器は、例えばセグメント化された格子またはサンプリングされた格子を備えてよい。セグメント化された格子は、チャープ回折格子に対するのと似たやり方で個々のセグメントの反射強度を変化させることにより、へこませることができる。これは、マーク対スペースの相対強度またはマーク対スペースの幅比を変化させるか、あるいはこれも前述の「削除されたマーク」手法を用いることによって行うことができる。同様に、サンプリングされたチャープ回折格子の反射スペクトルは、様々な波長での局所的な反射強度を制御することによってへこませることができる。
【００４７】
上記の実施形態は利得プロファイルの非均一性に関して論じられてきたが、当業者なら、レーザ共振器中の不均一な光損失など、レーザ装置構造中の他の光学的非均一性を完全にまたは部分的に補償するためにも本発明が使用され得ることを理解するであろう。したがって、不均一であるが必ずしもへこんではいない他の反射スペクトルを有する格子を提供することは望ましい可能性がある。例には、図16および図17に示されるものなど非対称の反射スペクトルが含まれる。図16は、反射率が波長に応じて直線状に変化するチャープ回折格子の反射スペクトルの概略図である。図17は、反射率が波長に応じて直線状に変化する振幅包絡関数を有する櫛状格子の反射スペクトルの概略図である。
【００４８】
そのような非対称の格子は、非対称の光共振器損失を補償するために使用することができる。例えば、格子は損失を引き起すので、格子の利得部分から遠い部分から反射された光は、利得部分に近い部分から反射された光より多くの「往復」損失を被る。したがって、補償するために、格子の利得部分から遠い部分の反射強度を向上させることは有益であり得る。へこんだ格子(図9および図13〜図15に示されたものなど)と共に非対称のプロファイルを有する格子(図16および図17のものなど)が使用されてよいことも理解されよう。
【００４９】
前述の実施形態からの変形形態が、なお本発明の範囲内にあり得ることが理解されよう。例えば、可変波長レーザ装置は、後部反射器として櫛状格子を有し、前部反射器としてチャープ回折格子を有すると説明されてきたが、本発明は、可変波長レーザ装置の他の設計に対して同じように優れて使用することができる。例えば、国際公開第03/012936号は、前述の相変化格子/チャープ回折格子のレーザ装置に加えて、後部反射器として相変化格子を有し、前部反射器としてセグメント化された格子を有するレーザ装置を説明している。この場合、利得プロファイルを補償するために、相変化格子またはセグメント化された格子あるいは両方をへこませることができる。
【００５０】
他の可変波長レーザ装置は、前部反射器および後部反射器として相変化格子を有し、そのような格子の反射プロファイルは、前述のようにへこんでいてよい。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】チャープブラッグ回折格子の概略図である。
【図２】図1の格子の反射スペクトルの概要を示すグラフである。
【図３】櫛状ブラッグ回折格子の反射スペクトルの概要を示すグラフである。
【図４】サンプリングされたブラッグ回折格子の概略図である。
【図５】図4の格子の反射スペクトルを示すグラフである。
【図６】相変化ブラッグ回折格子の概略図である。
【図７】2値的な重畳格子の概略図である。
【図８】可変波長レーザ装置の概略図である。
【図９】チャープブラッグ回折格子のへこんだ反射スペクトルを示すグラフである。
【図１０】へこんだ反射スペクトルを生成することができるチャープブラッグ回折格子の一実施形態の概略図である。
【図１１】図11Aは、マーク削除によってどのように局部的な反射強度を低下することができるかを示す格子領域の概略図である。図11Bは、マーク削除によってどのように局部的な反射強度を低下することができるかを示す格子領域の概略図である。図11Cは、マーク削除によってどのように局部的な反射強度を低下することができるかを示す格子領域の概略図である。
【図１２】へこんだ反射スペクトル格子を生成することができるチャープブラッグ回折格子の別の実施形態の概略図である。
【図１３】チャープブラッグ回折格子の非対称のへこんだ反射スペクトルを示すグラフである。
【図１４】へこんだ包絡関数を有する櫛状ブラッグ回折格子の反射スペクトルの概要を示すグラフである。
【図１５】非対称のへこんだ包絡関数を有する櫛状ブラッグ回折格子の反射スペクトルの概要を示すグラフである。
【図１６】チャープブラッグ回折格子の直線状の反射スペクトルの概要を示すグラフである。
【図１７】直線状の包絡関数を有する櫛状ブラッグ回折格子の反射スペクトルの概要を示すグラフである。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【国際調査報告】
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