(57)【要約】本発明は、オプトエレクトロニクスにおいて使用されるレーザ源、特に半導体レーザ・ダイオード（１）からなる供給源の安定化に関する。このようなレーザ源は、光通信の分野におけるファイバ増幅器のためのいわゆるポンプレーザとしてしばしば使われ、エルビウムドープファイバ増幅器は、顕著な例である。このようなレーザは、通常提供された周波数帯の安定性のある電力出力で狭帯域幅光学的放射を提供するように設計されている。本発明は、外部反射器手段を使用しているこのようなレーザ源に関し、好ましくは、きわめて狭い帯域幅を有するきわめて高い相対フィードバックを提供し、約１００モードまたはそれ以上を含むきわめて長い外部空洞およびレーザダイオードのきわめて低い前部面（２）反射率と結合した１つまたはそれ以上の適切に設計されたファイバ・ブラッグ・グレーティング（９）からなる。このことにより、動的温度安定要素を必要とすることなく、その動作においてきわめてレーザ源を安定させる。【選択図】図１
2007535159.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所望の波長で安定性のある多重モード出口ビームを生成するための高出力レーザ源であって、前記レーザ源はレーザ光線を伝導するためのレーザダイオードおよびガイド手段からなり、前記レーザダイオードは低反射率の前部面、および、高反射率の後部面を含み、前記ガイド手段は少なくとも１つの外部の反射器を含むレーザ源であって、ここにおいて、
‐前記外部の反射器は、支配的な長い空洞を前記レーザダイオードの前記後部面により形成し、
‐前記外部の反射器は、半値幅（ＦＷＨＭ）帯域幅によって定義されるきわめて狭い帯域幅、および、前記出口ビームの所望の波長で中央に置かれるピークの反射率ＲＦＢＧを有し、
‐前記長い空洞は、前記所望の波長での多くのモードを含むのに十分な長さであり、
‐前記前部面は、前記反射率ＲＦＢＧより小さい反射率ＲＦを有し、
‐前記反射率ＲＦＢＧおよびＲＦは、所定の相対フィードバックｒＦＢ＝η２＊ＲＦＢＧ／ＲＦ，を達成するため選ばれ、ηは前記ガイド手段への連結効率であるレーザ源。
【請求項２】
請求項１に記載のレーザ源であって、前記外部の反射器の前記半値幅（ＦＷＨＭ）の帯域幅は、０.１ｎｍ未満であり、好ましくは５０ｐｍ未満であるレーザ源。
【請求項３】
請求項１に記載のレーザ源であって、前記相対フィードバックｒＦＢは１より高く、好ましくは１０を超えるレーザ源。
【請求項４】
請求項１に記載のレーザ源であって、前記長い空洞は少なくとも０.５ｍ、好ましくは約２ｍの長さを有するレーザ源。
【請求項５】
請求項１に記載のレーザ源であって、前記レーザの前部面の前記反射率ＲＦは、０.５％に等しいまたはそれ未満であるレーザ源。
【請求項６】
請求項１に記載のレーザ源であって、前記係数η、前記連結効率は、約０.５および０.９の間、好ましくは約０.６５および０.８５の間であるレーザ源。
【請求項７】
先行する請求項のうちの１つに記載のレーザ源であって、前記レーザ源は冷却されないレーザ源。
【請求項８】
先行する請求項のうちの１つに記載のレーザ源であって、前記ガイド手段は、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）またはシリコン（Ｓｉ）から構成または含む導波路を含むレーザ源。
【請求項９】
先行する請求項のうちの１つに記載のレーザ源であって、前記外部反射器はグレーティング、特に、前記ガイド手段内で一体化するファイバ・ブラッグ・グレーティングであるレーザ源。
【請求項１０】
請求項９に記載のレーザ源であって、前記グレーティングがアポダイズ・グレーティングであるレーザ源。
【請求項１１】
請求項９に記載のレーザ源であって、２つまたはそれ以上のグレーティングが提供され、それらのうちの少なくとも１つは前記ガイド手段内で一体化されるレーザ源。
【請求項１２】
請求項９に記載のレーザ源であって、前記グレーティングが、所定のフィルタ機能という結果になる非均等な反射特性、特に線状の形状または上部が平面の形状を有するフィルタ機能を呈するレーザ源。
【請求項１３】
請求項９に記載のレーザ源であって、前記グレーティングは、予め選択されたチャープ・フィルタ機能の形状という結果になるチャープ・グレーティングであるレーザ源。
【請求項１４】
請求項９に記載のレーザ源であって、前記グレーティングは、抑制された側波帯最大量を有するフィルタ機能という結果になるアポダイズ・グレーティングであるレーザ源。
【請求項１５】
請求項１１に記載のレーザ源であって、前記グレーティングのうちの少なくとも１つは、抑制された側波帯最大量を有する予め選択されたチャープ・フィルタ機能という結果になるチャープおよびアポダイズ・グレーティングであるレーザ源。
【請求項１６】
請求項１に記載のレーザ源であって、電子的なディザは、前記レーザ出口ビームの前記電力安定性を改善するための前記レーザダイオードの射出流に重畳されるレーザ源。
【請求項１７】
請求項１に記載のレーザ源であって、前記レーザは、半導体ダイオード・レーザ、特にＩｎＧａＡｓ量子井戸ダイオード・レーザであるレーザ源。
【請求項１８】
請求項１に記載のレーザ源であって、前記レーザガイド手段は、偏光維持または非偏光維持光学ファイバであるレーザ源。
【請求項１９】
請求項１に記載のレーザ源であって、前記ガイド手段は、光学ファイバに前記レーザ光線を向ける手段、前記光学ファイバに取り付けられるまたはそれに一体化される光線視準または合焦手段を含むレーザ源。
【請求項２０】
先行する請求項のいずれかに記載のレーザ源の使用であって、ファイバ増幅器、特にエルビウムドープファイバ増幅器のためのポンプレーザとしての使用。
【請求項２１】
先行する請求項のいずれかに記載のレーザ源の使用であって、周波数ダブリング・システム、特に青色レーザシステムとしての使用。
【請求項２２】
光通信の目的のためのファイバ増幅器、特にエルビウムドープファイバ増幅器であって、請求項１から１９のうちの少なくとも１つに記載のレーザ源をポンプレーザとして含むファイバ増幅器。
【請求項２３】
周波数ダブリング配置を有する青色レーザシステムであって、請求項１から１９のうちの少なくとも１つに記載のレーザ源を含む青色レーザシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ源の安定化に関し、具体的には、一般にオプトエレクトロニクスにおいて、主に光通信の分野のファイバ増幅器のためのいわゆるポンプレーザとして使用されるタイプの半導体レーザダイオードに関する。エルビウムドープファイバ増幅器は、このようなレーザダイオードを使用している顕著な例である。通常、このようなレーザ源は、提供された周波数帯において安定性のある出力で比較的狭い帯域幅光学的放射を提供するように設計されている。特に、本発明は、従来の装置と比較して、より狭い帯域幅できわめて高い関連したフィードバックを提供し、加えて、動的温度安定要素なしでさえきわめて低いノイズの動作での外部の反射器手段を用いたレーザに関連がある。発明の他の利点は、偏光維持ファイバが使われる場合でのスペクトル歪みの減少である。このようなレーザ源はまた、効果が狭いスペクトルレンジにきわめて依存し、ノイズ要件が厳しい周波数ダブリング・システムのように異なる用途において使われることができる。
【背景技術】
【０００２】
前述のタイプの半導体レーザダイオードは、特にこのようなレーザダイオードが、光学的方法によって光信号をすぐ増幅するために使われることができるので、例えば、光通信の技術における重要な構成要素になる。このことは、伝達される信号の複雑な変換を避け、すべての光学ファイバ通信システムの設計を可能にする。後者は、このような通信システム内での信頼性と同様に速度を改善する。
【０００３】
光学ファイバ通信システムの一種において、レーザダイオードは、当業者にとって公知の様々な特許および公表に記載されたエルビウムドープファイバ増幅器、いわゆるＥＤＦＡを吸収するために使われる。技術的な重要性の例は、波長が９８０ｎｍのエルビウム吸収ラインに適合し、したがって低ノイズ増幅を達成する１００ｍＷ以上の出力を有する９８０ｎｍレーザである。ＩｎＧａＡｓレーザダイオードはこの目的に役に立つことがわかり、今日、かなりの数使われている。しかしながら、本発明はＩｎＧａＡｓレーザダイオードに限られず、後述する他のタイプのために使われる可能性がある。
【０００４】
一般に、ファイバ増幅器の用途において使用されるレーザダイオード注入源は、単一のモードのファイバに効率的な連結のための単一の横断および垂直のモードにおいて作動し、主に多数の縦方向のモードレーザ、すなわちファブリ・ペロー（ＦＰ）レーザである。レーザダイオードの主に３つのタイプが、エルビウムの吸収波長に対応してエルビウム増幅器のために一般的に使われる；ＩｎＧａＡｓＰおよび多重量子井戸構造ＩｎＧａＡｓレーザが１４８０ｎｍで、変形した量子井戸構造ＩｎＧａＡｓレーザが９８０ｎｍで、ＧａＡＩＡｓレーザが８２０ｎｍで使われる。
【０００５】
いくつかのファイバ増幅器の構造は、ポンプレーザから入る光の定義された偏光状態を必要とする。したがって、用途に従い、注入源はこの特定の要件に役に立つように偏光維持ファイバで構成される。代替的に、および、費用を節約するため、類似した注入源性能を有する非偏光維持ファイバが使われる可能性がある。
【０００６】
上記の目的のための半導体レーザダイオードを使用する際に起こる問題の１つは、小さいにもかかわらず、十分に増幅に影響を及ぼすそれらの波長およびその出力の不安定性であり、問題の解決法を探すための動機づけである。
【０００７】
この問題は、エルドガンその他による「エルビウム増幅器のレーザー・ポンピング」と名称を与えられ、レーザダイオードの前でブラッグ・グレーティングを用いた上記のタイプのポンプレーザの安定化を記載する米国特許Ｎｏ．５，５６３，７３２において、すでに言及されている。このグレーティングは、レーザダイオードの「レーザ空洞」または「活性空洞」に加えて、レーザダイオードおよびグレーティングの前部面間の「外部空洞」を提供する。レーザの発光スペクトルは、グレーティングからの反射によって安定する。グレーティングは、レーザダイオードから特定の距離で光学ファイバの導波モード領域内部で形成される。このようなファイバ・ブラッグ・グレーティングは、変化がファイバに沿って伝播する特定の波長の反射光である光学ファイバの導波モード部分のまたは近くの屈折率変化の周期的（または非周期的な）構造である。グレーティングのピークの反射率および反射帯域幅は、レーザダイオードに反射される光量を決定する。
【０００８】
「ファイバ‐グレーティングが安定化されたダイオード・レーザ」と名称を与えられたヴェントゥルードその他の米国特許Ｎｏ．５，７１５，２６３は、レーザ光線がファイバ・レンズを通じてそれを合焦することによってファイバに連結される設計を示す安定化されたレーザを提供するための本質的に類似したアプローチを記載する。また、ファイバ・ブラッグ・グレーティングは、有意な外部空洞およびレーザにレンズを通じて戻って来る光を反射する部分を提供して、ファイバの導波モード部分において提供される。正確に言うと、このレンズは通常測定可能な反射率を有し、追加的な空洞は、この反射器および他の反射面の間でしたがって形成される。しかしながら、これらの反射はごくわずかであると考えられる。
【０００９】
次に、レーザダイオードの前部面から特定の距離でファイバ・ブラッグ・グレーティングを配置し、ブラッグ・グレーティングーザダイオードのゲイン・ピークがブラッグ・グレーティングの中心波長からあまり遠くない場合、レーザダイオードは、グレーティングの光学帯域幅の範囲内での作動を強制され、したがって、安定化した波長であると理解される。加えて、低周波電力変動は、誘発された高周波複数モード動作の効果によって減少するようである。この従来技術において、レーザの前部面およびその後部面の間で形成される「主な」または支配的な空洞の複合モードは、ファイバ・ブラッグ・グレーティング帯域幅によって定義される波長範囲の範囲内で生成される。以下において、これらのモードは、「レーザ縦モード」として示される。
【００１０】
上記の安定化方法が効果的であるにもかかわらず、それらはすべて動的温度安定要素を使用する。上記の従来技術のいずれも、動的温度安定要素を使用することなく安定性のある動作ができる強力な（すなわち＞１００ｍＷ）レーザ源のための解決法を対象にしない。一般に熱電気冷却器（ＴＥＣ）として公知のこのような冷却要素は、レーザ温度を一定レベルに維持するためのレーザダイオードのヒートシンクに通常取り付けられる。ＴＥＣの必要性は、レーザ源の複雑さおよび費用がかかる原因となる。
【００１１】
さらに狭帯域幅、すなわち本質的により狭くなる帯域幅、そしてレーザ縦方向モード間の波長分離に対する波長安定化は、対象ではない。
【００１２】
ハシヅメその他によるファイバグレーティング・レーザ（ＦＧＬ）についての「ファイバーグレーティング・レーザのモードホッピング制御およびレーザ波長安定化」（フルカワ・レビュー、Ｎｏ．２０、２００１発表）と名付けられる論文において、著者は、レーザ源のいわゆるモードホッピング飛び越しを減少または取り除くためにレーザダイオードのきわめて低い前部小面反射率の使用を説明する。論文は、１００ｐｍのブラッグ・グレーティングの半値幅（ＦＷＨＭ）の帯域幅、および、０.０１％のレーザダイオードの前部面の反射率を使用するモードホッピング現象の理論上の研究を説明する。論文はまた、１０ｃｍより大きい距離が０.１ｎｍの許容可能な波長の偏りを生ずることを言及して、レーザダイオードおよびブラッグ・グレーティング間の比較的大きい距離の使用を対象にする。固有のモードホッピングを制御する２つのアプローチが示される；両方とも、きわめて正確な温度制御に依存する。しかしながら、きわめて低いノイズの問題も対象にされず、レーザダイオードおよびブラッグ・グレーティング間の例えば１ｍ以上のきわめて大きい距離も検討されない。
【００１３】
周波数ダブリングのためのグレーティング安定化レーザダイオードの用途は、コズロフスキーその他による、「延長された空洞のダイオード・レーザの共鳴器により強化された周波数ダブリングの青色光生成」（応用物理会報、１９９４において発表）と名称を与えられた論文において説明される。回折格子は、延長された空洞レーザを単一の縦モード振動に強制するために用いられる。０.０５ｎｍ以下の位相整合帯域幅は例えばカリウム・ニオブ酸塩のような共通して使われる第二高調波生成材料での効率的な周波数ダブリングのために必須であると説明される。また、温度および他の手段による綿密な同調は、このセットアップの必要条件である必要とされる単一モード動作を維持するのに必要であるように見える。
【００１４】
周知ではなく論じられていない問題は、偏光維持ファイバがファイバ増幅器システムの典型的なレーザ-グレーティング構造のために使われる場合に起こる可能性があるスペクトル歪みである。詳細は、さらに下記に説明される。
【００１５】
本発明の主な目的は、縦のレーザモード分離よりかなり小さい発光スペクトルの光を発生し、同時に偏光維持ファイバにおいてスペクトル歪みを呈さず、さらに、本質的に減少したモードホッピング・ノイズを生ずる信頼性が高いレーザ源を考案することである。
【００１６】
参照としてここに組み込まれた以前の特許出願ＥＰ１ ０８７ ４７９およびＧＢ ３０３２７１.１にて説明されたように、周知のポンプレーザ安定化方式に反して、本発明は、狭いグレーティング反射器帯域幅と共に、配置がモードの所望の分配に導かれる支配的なきわめて長い空洞を使用する。この長い空洞は、グレーティング反射器およびレーザ後部面の間で形成され、それによって、中間的な反射器の反射率はきわめて小さく、したがってごくわずかであると考えられる。
【００１７】
しかしながら、わずかな残りの反射は、支配的なモード分野への小さい擾乱として作用し、レーザ源の性能に影響し、時々それを低下する。特に、ファイバ・レンズからの残りの反射は、レーザ・チップの前部面被覆からの反射に加わる。ファイバ・チップの反射率は、両方の反射器の結合された効果が組み込まれる修正された前部面の反射率ＲＦを定義することによって考慮される。以下では、本発明に関して、ここで定義されるように、反射率またはＲＦという語は、結合された前部面反射率を示す。
【００１８】
さらなる目的は、動的温度安定要素を必要とすることなく安定した出力を特に光学ファイバ通信システムのポンプレーザに提供することである。
【００１９】
具体的な目的は、強力なレーザ源、すなわち１００ｍＷ以上の出力パワーを有するレーザ源において上述の不利益なモードホッピング・ノイズおよびスペクトル歪みを避け、このような強力なレーザ源の安定性のある出力を提供することである。
【００２０】
さらに具体的な目的は、低いノイズ性能を損なわずに、すなわち周波数ダブリング・システムの最適な位相整合のため好ましくは０.０５ｎｍ未満の放出帯域幅を有する効率的なレーザ源を提供することである。
【００２１】
さらなる目的は、安定性問題に重ならずにレーザ源のパラメータを選択するための最大の適応性を可能にすることである。
【００２２】
なおさらなる目的は、いかなる複雑さも避け、レーザでポンピングされた光増幅器の範囲内での多数のレーザ源の追加的な構成要素を最小に保つことである。
【発明の開示】
【００２３】
上記目的を達成するため、すなわち、狭帯域幅を必要とする用途のための安定したレーザ注入源を得るため、本発明は、きわめて長い空洞を提供し、きわめて高い相対フィードバックを確立している少なくとも１つの主な外部反射器を有する新規なレーザ源を提供し、それによって、この反射器は、提供された動作波長できわめて狭い反射率帯域幅を有する。
【００２４】
レーザ後部面および主な反射器間の長い空洞の経路におけるすべての追加的な反射器は、できる限り小さいように、例えばレーザダイオードおよびファイバ・レンズ上の反射防止膜が選ばれる。主な反射器の反射率は、きわめて高い関連のあるフィードバックを達成するための設計によって最適化される。
【００２５】
特に、半値幅（ＦＷＨＭ）帯域幅によって定義された反射器の反射率帯域幅は、約１００ｐｍ以下、好ましくは５０ｐｍ以下になるように設計される。
【００２６】
さらに、長い空洞は０.５ｍ以上、好ましくは２ｍの範囲であるので、およそ１００のモードが動作波長で空洞に適合する。
【００２７】
またさらに、（結合された）０.５％未満の前部面の反射率、約７５％のダイオードとファイバの連結効率、および、１より大きく、好ましくは３０を超える相対フィードバックは、発明による設計に典型的である。
【００２８】
またこのような設計は、動的温度安定要素を必要とせず、レーザ源がレーザダイオードの係止範囲内で動作することを可能にすることができる。
【００２９】
本発明の好ましい実施例において、外部反射器は、均一の反射特性を有するファイバ・ブラッグ・グレーティングであり、前記グレーティングは、レーザ光線を導くために使用される光学ファイバにおいて一体化されている。これにより製造が単純になり、余分な部品または構成要素の必要性が避けられる。代替的に、他のタイプの反射器、例えば不連続光学干渉フィルタを使用することができる。
【００３０】
本発明の他の一実施例において、ファイバ・ブラッグ・グレーティングの反射特性の形状は線状、上部が平面、または、チャープおよび／またはアポダイズ・フィルタ設計からなる形状であってもよい。これは、追加的な設計の適応性という利点を有する。さらに、アポダイズ・グレーティングは、ブラッグ波長でレーザ光線を出す代わりに、反射特性の側波帯最大量でレーザ光線を出すのを避けることができる。
【００３１】
さらに別の態様では、言及された実施例に加えて、およびそれに関してレーザダイオードの射出流を調整することによって負う電子的なディザが、適用されることができる。これは、さらに改善された電力安定性の利点という結果になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
図１は、発明による第１の好適な実施例の基本的なレイアウトを示す。例えばほぼ９８０ｎｍの波長で作動する強力レーザダイオードのような半導体レーザダイオード１は、前部面２から主に発されるレーザ光線４を生成する。反射率Ｒｂを有する後部面３で、電力Ｐｂを有する低輝度レーザ光線ビーム５もまた出光され、そのビームはモニタ・フォトダイオード６によって検出される。周知のように、モニタ・フォトダイオード６は、フィードバック・ループのレーザダイオードの射出流を制御するため、受容される光を後部面モニタ（ＢＦＭ）流に変換する。
【００３３】
レーザダイオードの前部面２を出るレーザ光線４は、光学ファイバ８の入口側端部にレーザ光線４を集中させるファイバ・レンズ７を経て適切なガイド手段８、好ましくは光学ファイバに連結される。ファイバ８の範囲内で、例えばファイバ・ブラッグ・グレーティング（ＦＢＧ）のような光学反射器９が提供される。ＦＢＧは、ラマン・カシャップによる「ファイバ・ブラッグ・グレーティング」（アカデミック・プレス、１９９９年）において、例えば説明されるように、光学ファイバの部分に沿って、周期的な輝度を有する紫外線照射への露出によって製造される可能性がある。安定したファイバ出口ビーム１０は光学ファイバ８を出て、例えばエルビウムドープファイバ増幅器のようなファイバ増幅器、または、ここで示されない第二高調波生成装置に供給される。
【００３４】
以下では、例えばＦＢＧのような外部反射器を用いた安定したレーザ源の動作原則が示される。上記したように、強力半導体レーザダイオードにおいて、後部面３は、設計波長で反射率Ｒｂを有する高反射型フィルタによって被覆され、一方で、前部面２は、設計波長で反射率ＲＦを有する反射防止膜の形で低い反射率フィルタによって被覆される。しかしながら、大部分のレーザ光線は、前部面２から発され、ファイバ・レンズ７を経て光学ファイバ８に連結される。電力連結効率ηｃは、光学ファイバに連結される光の比率を定義する。典型的な値であるおよそ０.７が商業用手段で達成され、一方で、最高値０.９は、制御された実験室の環境において達成される可能性がある。レーザ光線は光学ファイバの範囲内において、設計波長で反射率ＲＦＢＧを有するＦＢＧの方へさらに伝播する。レーザダイオードへのＦＢＧによるレーザ光線の部分的な反射は、したがってフィードバックを引き起こす。
【００３５】
相対フィードバックｒＦＢとも呼ばれるフィードバック強度は、以下のように定義されることができ、
ｒＦＢ＝ηｃ２ＲＦＢＧ（１−ＲＦ）２／ＲＦ≒ηｃ２ＲＦＢＧ／ＲＦ  においてＲＦ＜＜１
ここで、ＦＢＧの反射率、および、後者が１より非常に小さい場合のレーザ前部面の反射率ＲＦのおおよその比率を縮小（電力連結効率の二乗を含む）する。用語ηｃ２は、提供された配置および定義された材料の定数kとして考えられる可能性がある。
【００３６】
発明によると、０.１％未満のレーザダイオードの前部面２のＲＦを有するレーザ源は、ＦＢＧ、または、きわめて狭い帯域幅を有する他の外部反射器によって波長が安定化される。この外部反射器の反射率は、ＲＦＢＧである。さらに、レーザダイオードの後部面３、および、例えばＦＢＧのような外部反射器９間の距離は、１０ｃｍよりずっと大きいほどきわめて大きく、反射器３および９の間で形成される主な空洞の複合のモードが、図２に示されるようにこの帯域幅に適合するように調整される。
【００３７】
図２は、きわめて狭いバンド幅を有する例えばＦＢＧのような外部反射器９によって提供されるエンベロープ機能によって選ばれる外部空洞モードからなる所望の多重モード・バンドスペクトルの形成を概略的に示す。他の反射器の間で形成される空洞からの他の不必要なスペクトル構成要素は示されない。
【００３８】
レーザダイオードの前部面２の反射率ＲＦと比較するときわめて高い反射器の反射率ＲＦＢＧを有して、外部反射器９およびレーザダイオード１の後部面３間、すなわちレーザダイオードの前部面２およびその後部面３間の「きわめて長い空洞」のモードは、レーザダイオードの空洞の範囲内のモード上で支配的になる。本発明の譲受人に割り当てられるＥＰ １ ０８７ ４７９およびＧＢ ３０３２７１.１にて開示されたように、これは、周知のＥＤＦＡ-ポンプレーザ安定化方式から本発明の設計を差別化する。
【００３９】
レーザダイオードの前部面被覆からの反射は、きわめて長い空洞によって生成されるモード領域に不必要な歪みを生じる弱いレーザ縦モード領域を依然として生成するかもしれない。しかしながら、適用可能なパラメータの適当な選択において、歪みは、きわめて長い空洞の多重モードの性質によって平均化される可能性があり、および、少なくとも検討された用途に関連する周波数範囲（< ２ＭＨｚ）において、モードホッピング・ノイズはうまく抑制される。好適な実施例で特に重要であるのは、レーザ前部反射率の０.１％以下への減少であり、２ｍの長い外部空洞は、２０ｐｍの小さいＦＢＧ帯域幅の範囲内で、１００以上の（長い空洞）モードの開始を可能にすることである。これは、他のいかなる単一のモード選択方式においてと同様に、前述のフルカワの論文にて説明したように、いわゆるファイバグレーティング・レーザシステム（ＦＧＬシステム）も通じた明らかな改良である。
【００４０】
さらに、典型的なポンプレーザ・グレーティング構造すなわち、そこにおいてＦＢＧは通常１ｎｍの典型的な帯域幅を有する構造の偏光維持（ＰＭ）ファイバを使用して、スペクトル歪みを導入することができる。ここで、およそ５°の精度を有するＴＥ偏光（ＴＥ偏光された）レーザ出力と関連するファイバ軸の整列は、明瞭かつ安定性のあるスペクトルを得るため、必要である。ファイバ軸がきちんと並んでいない場合、スペクトル孔および不安定性という意味において、スペクトル歪みが起こる可能性がある。
【００４１】
図３ａは、１ｎｍより広いグレーティング帯域幅が使われる場合のこのようなスペクトルの一例を示す。スペクトルは複数のピークを示し、さらにその形状は、外部状態および時間を変えることによって変化することができる。このスペクトルの形状は、その理由が偏光維持ファイバの内蔵型の高複屈折である波長での効果的なフィードバックの高速変化によって説明されることができる。このタイプの典型的なファイバにおいて、πの上の位相変化は、ＦＢＧがレーザから２ｍ離れる場合、０.５ｎｍの波長間隔の範囲内で起こる。効果的なフィードバックは、同じ周期性によって変化する。πの倍数（０、π、２π、３π・・・）に近い位相シフトを有するモードが、π／２、３π／２、５π／２に近い位相シフトを有するモードより高い効果的なフィードバックを経験するので、前者は優先して振動し、一方、それらの波長がＦＢＧの反射バンド内に位置するという事実にもかかわらず、後者は抑制される。このようなスペクトル歪みは、ファイバのπ位相シフトを得るために必要とされる波長間隔より非常に小さい狭帯域幅のＦＢＧを用いて取り除かれることができる。
【００４２】
図３ｂにおいて、図３ａに記載されたものと同じ装置のスペクトルが示される、しかしながら、これは、０.０５ｎｍ未満の帯域幅を有するＦＢＧによって安定化される。このスペクトルは、形状および時間において安定性がある。それゆえに、このような狭帯域幅ＦＢＧの使用は、軸の整列のための精度が１５‐２０°にゆるめられるので、ＦＢＧが偏光維持ファイバに含められるときはいつでも利点である。
【００４３】
いかなる混乱も避けるために、観察された現象がノイズまたは複屈折ノイズを出す一般に周知の偏光に関連していない点に留意する必要がある。
【００４４】
本発明によれば、これらのスペクトル歪みは、変調したフィードバックの期間と比較して小さいＦＷＨＭ帯域幅を有する例えばＦＢＧのような反射器９を用いて取り除かれることができる。換言すれば、０.１ｎｍまたはそれ以下のＦＷＨＭ帯域幅において、スペクトルの不安定性は大幅に取り除かれることができる。
【００４５】
加えて、反射器９のこのような狭帯域幅は、ポンプ多重化方式におけるポンプ波長のより高い密度を可能にし、さらに周波数ダブリングの用途においても有利である。
【００４６】
発明により製造された構造の典型的なパラメータは、以下の通りである：
・グレーティングＦＷＨＭ帯域幅のための２０ｐｍ；
・２０ｐｍのグレーティング帯域幅へ外部空洞に適合する約１００のモードを意味する２ｍのブラッグ・グレーティング距離；
・< ０.１％のレーザ前部面被覆の反射率ＲＦ；
・１０（少なくとも１を超える）の相対フィードバック；
・ ７５％の典型的なレーザダイオードからファイバへの連結効率。
【００４７】
２つの装置は、上のパラメータによって調査された。図４ａ、４ｂおよび５ａ、５ｂから分かるように、０.１５ｄＢから０.０３５ｄＢ未満へのノイズリダクションは、２ＭＨｚ未満の測定帯域幅で達成され、以下において説明される。
【００４８】
電力変化（ｄＢにおいてＰＶＡＲ）としてポンプレーザのために一般に特定されるノイズは、温度および固定された駆動流で、ＰＶＡＲ＝−１０ｌｏｇ（ＰＡＶ−（Ｐｍａｘ−Ｐｍｉｎ））／ＰＡＶ）として定義される。測定は、５秒のサンプリング時間上で２ＭＨｚ未満の周波数範囲において実行され、Ｐｍａｘ、Ｐｍｉｎ、ＰＡＶとしてそれぞれ示された最大量、最小限および平均電力が記録された。この手順は、各々の動作している流れのステップのために反復される。
【００４９】
図４ａ/ｂは、フルカワ論文のものと類似した強固なモードホッピング効果を呈する装置のさざ波状の電力対電流の曲線を示す。強固なノイズの急上昇は、図４ｂにおいて見ることができる。鋸歯形の電力対電流の曲線は、増加した電流でＦＢＧエンベロープを通じて循環し、不必要な縦のレーザ空洞モードによって生じ、レーザ前部面反射率が依然として０.１％より高いことを明らかにする。
【００５０】
図５ａ/ｂは、０.１％未満のレーザ前部面反射率によって得られる改良を示す。非常に滑らかな電力対電流の曲線は、図５ａに示される。図５ｂは、モードホッピング・ノイズが電力対電流の特性において存在する相当に減少した波動によって、大幅に抑制されることを明らかにする。
【００５１】
上記した実施例のいくつかの変更は、前述され、かつ、本願明細書に引用したものとするより早期の特許出願ＥＰ １ ０８７ ４７９およびＧＢ ３０３２７１.１において説明される装置から採用される可能性がある。有用な変更の１つは、すでに前述したようにアポダイズ・グレーティングを使うことである。
【００５２】
さらに意味がある変更は、少なくとも１つがガイド手段の範囲内で一体化される複数のグレーティングを提供することである。特許出願ＷＯ ０１/２２５４４ Ａ１にて説明されたように、これはさらに少ない低周波電力変動という利点を有する。
【００５３】
所定のフィルタ機能が必要とされる場合、グレーティングまたは複数のグレーティングは、必要とされるまたは有用な非均等な反射特性を呈するように構築される可能性がある。したがって、上部が平面の形状または線状の形状のフィルタ機能が特定の用途のために有益な場合、これらは、ＥＰ１ ０８７ ４７９にて説明されたように、グレーティングまたは複数のグレーティングを適切に修正することによって生成される可能性がある。
【００５４】
同様にグレーティングは、結果として上述のようにあらかじめ選択されたチャープフィルタ機能の形状となるようにチャープ・グレーティングとして実施されても良い。
【００５５】
例えば温度が安定しない動作のように抑制された側波帯の最大量が必要とされる場合、グレーティングは、必要とされたフィルタ機能という結果になるアポダイズ・グレーティングとして構築される可能性がある。アポダイズ・グレーティングを有する性能改良は、ＥＰ １ ０８７ ４７９において説明される。
【００５６】
当然、グレーティングまたは複数のグレーティングのいくつかの機能的な変更が結合するので、例えば、グレーティングのうちの少なくとも１つは、抑制された側波帯の最大量を有して予め選択されたチャープ・フィルタ機能形状という結果においてチャープおよびアポダイズされる。
【００５７】
異なる変更は、好ましくは、レーザダイオードの射出流上に最適にディザ処理された電流を重畳することによって生成される電子的なディザの使用である。このようなディザは、一般にレーザ源の電力安定性を改善する。
【００５８】
周知のＩｎＧａＡｓ量子井戸レーザダイオードは、特に発明のレーザ源のために好まれる。
【００５９】
当業者は、光学ファイバにレーザ光線を向ける手段、前記光学ファイバに取り付けられるまたは一体化される特にビーム視準または合焦手段をさらに含む可能性がある。発明のレーザ源の好適な使用は、すでに言及されたように、ＥＤＦＡの用途である。
【００６０】
本出願において、最新型の設計と比較して、より狭い帯域幅は、ＥＤＦＡにより多くの電力を提供し、同時に、改善した電力安定性を生み出すため、ポンプ波長多重化のためのより高い密度を可能にする。
【００６１】
発明のレーザ源の他の使用は、周波数ダブリング装置における使用である。しかしながら異なる設計のこのような装置は、上述したコズロフスキー論文「延長された空洞ダイオード・レーザの共振器で改良された周波数ダブリングによる青色光生成」において説明される。
【００６２】
本発明のこのような装置において、生成された放射線は、第二高調波生成（ＳＨＧ）結晶で独立して制御された空洞に入れられる。このような非線形材料は、発明のレーザ源によって生成される狭帯域幅に合う狭い受容バンド幅を有する。したがって、ＳＨＧ結晶と共に、発明の狭帯域幅レーザ源が、生医学的な用途のための４８８ｎｍの空冷式アルゴン・イオン・レーザの強力な代替物として使われる可能性がある。当業者にとって周知であるように、このようなアルゴン・イオン・レーザは、かなりの量の電力を消費し、かつ、約５０００時間のみの典型的な寿命を有する大きな装置であるので、発明の青いレーザ源は、きわめて有利に比較される。加えて、ＤＮＡ塩基配列決定およびサイトメトリのような生医学的用途に通常関係する厳しいノイズ要件を満たすことが、より容易であるように見える。
【００６３】
原則として、上記した様々な実施例は、図１において示される概略構造と類似または同一であるようにさえ見え、当業者は、技術的な詳細、特に空間的配置を決定および変化させるのに問題がない。明確に説明されるように、本発明の重要な態様は、最新型のものに反して様々な寸法の変わった選択である。これらの変わった寸法は、本発明の所望の改善された機能を提供する。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】レーザダイオードを有する安定したレーザ源、および、集積されたブラッグ・グレーティングを有するファイバ・ガイドの概略図を示す。
【図２】長い空洞の複合モードを有するファイバ・ブラッグ・グレーティング反射器の反射スペクトルを概略的に表す。
【図３】１ｎｍより広いファイバグレーティング帯域幅のための歪みを有するスペクトル（３ａ）、および、偏光維持ファイバを用いて２０ｐｍのＦＢＧ帯域幅の歪みが取り除かれたスペクトル（３ｂ）を示す。
【図４】レーザダイオードの前部面およびファイバ・レンズ上の反射防止膜の依然として過剰な結合された反射率を有する典型的な鋸歯のような電力（４ａ）、レーザ源のための電力曲線のグラフ（４ｂ）を示す。
【図５】レーザダイオードの後部面および主な反射器よりも他の反射器からの本質的に減少した歪みを有する改善されたより滑らかな電力（５ａ）、レーザ源のための電力曲線のグラフ（５ｂ）を示す。
【図１】
2007535159.tif 000003
【図２】
2007535159.tif 000004
【図３】
2007535159.tif 000005
【図４】
2007535159.tif 000006
【図５】
2007535159.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成18年12月27日(2006.12.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所望の波長で安定性のある多重モード出口ビームを生成するための高出力なレーザ源であって、前記レーザ源はレーザ光線を伝導するためのレーザダイオードおよびガイド手段からなり、前記レーザダイオードは低反射率の前部面、および、高反射率の後部面を含み、前記ガイド手段は少なくとも１つの外部の反射器を含むレーザ源であって、ここにおいて、
‐前記外部の反射器は、支配的な長い空洞を前記レーザダイオードの前記後部面により形成し、
‐前記外部の反射器は、０．１ｎｍ未満の半値幅（ＦＷＨＭ）帯域幅、および、前記出口ビームの所望の波長で中央に置かれるピークの反射率ＲＦＢＧを有し、
‐前記長い空洞は、前記所望の波長での多くのモードを含むのに十分な長さであり、
‐前記前部面は、前記反射率ＲＦＢＧより小さい反射率ＲＦを有し、
‐前記反射率ＲＦＢＧおよびＲＦは、所定の関連するフィードバックｒＦＢ＝η２＊ＲＦＢＧ／ＲＦ，を達成するため選ばれ、ηは前記ガイド手段への連結効率であるレーザ源。
【請求項２】
請求項１に記載のレーザ源であって、前記外部の反射器の前記半値幅（ＦＷＨＭ）の帯域幅は、５０ｐｍ未満であるレーザ源。
【請求項３】
請求項１に記載のレーザ源であって、前記関連するフィードバックｒＦＢは１より高く、好ましくは１０を超えるレーザ源。
【請求項４】
請求項１に記載のレーザ源であって、前記長い空洞は少なくとも０.５ｍ、好ましくは約２ｍの長さを有するレーザ源。
【請求項５】
請求項１に記載のレーザ源であって、前記レーザの前部面の前記反射率ＲＦは、０.５％に等しいまたはそれ未満であるレーザ源。
【請求項６】
請求項１に記載のレーザ源であって、前記係数η、前記連結効率は、約０.５および０.９の間、好ましくは約０.６５および０.８５の間であるレーザ源。
【請求項７】
先行する請求項のうちの１つに記載のレーザ源であって、前記レーザ源は冷却されないレーザ源。
【請求項８】
先行する請求項のうちの１つに記載のレーザ源であって、前記ガイド手段は、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）またはシリコン（Ｓｉ）から構成または含む導波路を含むレーザ源。
【請求項９】
先行する請求項のうちの１つに記載のレーザ源であって、前記外部反射器はグレーティング、特に、前記ガイド手段内で一体化するファイバ・ブラッグ・グレーティングであるレーザ源。
【請求項１０】
請求項９に記載のレーザ源であって、前記グレーティングがアポダイズ・グレーティングであるレーザ源。
【請求項１１】
請求項９に記載のレーザ源であって、２つまたはそれ以上のグレーティングが提供され、それらのうちの少なくとも１つは前記ガイド手段内で一体化されるレーザ源。
【請求項１２】
請求項９に記載のレーザ源であって、前記グレーティングが、所定のフィルタ機能という結果になる非均等な反射特性、特に線状の形状または上部が平面の形状を有するフィルタ機能を呈するレーザ源。
【請求項１３】
請求項９に記載のレーザ源であって、前記グレーティングは、予め選択されたチャープ・フィルタ機能の形状という結果になるチャープ・グレーティングであるレーザ源。
【請求項１４】
請求項９に記載のレーザ源であって、前記グレーティングは、抑制された側波帯最大量を有するフィルタ機能という結果になるアポダイズ・グレーティングであるレーザ源。
【請求項１５】
請求項１１に記載のレーザ源であって、前記グレーティングのうちの少なくとも１つは、抑制された側波帯最大量を有する予め選択されたチャープ・フィルタ機能という結果になるチャープおよびアポダイズ・グレーティングであるレーザ源。
【請求項１６】
請求項１に記載のレーザ源であって、電子的なディザは、前記レーザ出口ビームの前記動力安定性を改善するための前記レーザダイオードの射出流に重畳されるレーザ源。
【請求項１７】
請求項１に記載のレーザ源であって、前記レーザは、半導体ダイオード・レーザ、特にＩｎＧａＡｓ量子井戸ダイオード・レーザであるレーザ源。
【請求項１８】
請求項１に記載のレーザ源であって、前記レーザガイド手段は、偏光維持または非偏光維持光学ファイバであるレーザ源。
【請求項１９】
請求項１に記載のレーザ源であって、前記ガイド手段は、光学ファイバに前記レーザ光線を向ける手段、前記光学ファイバに取り付けられるまたはそれに一体化される光線視準または合焦手段を含むレーザ源。
【請求項２０】
先行する請求項のいずれかに記載のレーザ源の使用であって、ファイバ増幅器、特にエルビウムドープファイバ増幅器のためのポンプレーザとしての使用。
【請求項２１】
先行する請求項のいずれかに記載のレーザ源の使用であって、周波数ダブリング・システム、特に青色レーザシステムとしての使用。
【請求項２２】
光通信の目的のためのファイバ増幅器、特にエルビウムドープファイバ増幅器であって、請求項１から１９のうちの少なくとも１つに記載のレーザ源をポンプレーザとして含むファイバ増幅器。
【請求項２３】
周波数ダブリング配置を有する青色レーザシステムであって、請求項１から１９のうちの少なくとも１つに記載のレーザ源を含む青色レーザシステム。
【国際調査報告】
2007535159.tif 000008
2007535159.tif 000009
2007535159.tif 000010
2007535159.tif 000011
2007535159.tif 000012