(57)【要約】【課題】特定の波長グリッドにわたって安定した単一モードのレーザー発振動作が可能な、改善された外部キャビティレーザー設計を提供する。【解決手段】光学レーザー装置は、光学軸を有するレーザー発振キャビティ中に配置された利得媒体、光を増幅させる利得媒体と；レーザー発振キャビティ中に配置された周期グリッド生成フィルターと；レーザー発振キャビティ中に配置されたチャンネルセレクタであって、最適化基準に従って、周期グリッド生成フィルターによって規定された周波数チャンネルに対応する増幅光のレーザー発振モードを選択するように構成されたチャンネルセレクタと；レーザー発振キャビティ中に配置されたバンドパスフィルターであって、バンドパスフィルターのパスバンドの外側にあるレーザー発振モードを抑制するように構成されたバンドパスフィルターと、を備える。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学軸を有するレーザー発振キャビティ中に配置された利得媒体であって、光を増幅させる利得媒体と；
前記レーザー発振キャビティ中に配置された周期グリッド生成フィルターと；
前記レーザー発振キャビティ中に配置されたチャンネルセレクタであって、最適化基準に従って、前記周期グリッド生成フィルターによって規定された周波数チャンネルに対応する増幅光のレーザー発振モードを選択するように構成されたチャンネルセレクタと；
前記レーザー発振キャビティ中に配置されたバンドパスフィルターであって、前記バンドパスフィルターのパスバンドの外側にあるレーザー発振モードを抑制するように構成されたバンドパスフィルターと、
を備える光学レーザー装置。
【請求項２】
前記最適化基準は、単一のレーザー発振モードが前記周期グリッド生成フィルターの１つのチャンネルに対応する周波数で生じるように、周波数チャンネル範囲内で前記チャンネルセレクタを調整することを含むことを特徴とする、請求項１に記載の光学レーザー装置。
【請求項３】
前記バンドパスフィルターの前記パスバンドは、仕様に応じたチャンネル範囲に一致するように、特にＩＴＵ仕様に応じたＣバンド又はＬバンドに一致するように構成されることを特徴とする、請求項１又は２に記載の光学レーザー装置。
【請求項４】
前記チャンネルセレクタが導波モード共鳴可変型ミラーを有することを特徴とする、請求項１から３の何れか一項に記載の光学レーザー装置。
【請求項５】
前記導波モード共鳴可変型ミラーは、第１値と前記第１値より大きな第２値との間で調整可能な可変屈折率を有する少なくとも１つの活性層を有することを特徴とする、請求項４に記載の光学レーザー装置。
【請求項６】
前記可変屈折率の前記第２値は、少なくとも２つの異なる導波モードが、少なくとも２つの異なる反射ピークに対応して、前記少なくとも１つの活性層中で生成されるようなものであることを特徴とする、請求項５に記載の光学レーザー装置。
【請求項７】
前記導波モード共鳴可変型ミラーは、前記利得媒体のスペクトル範囲内に少なくとも２つの異なる反射ピークを生成するように構成されることを特徴とする、請求項６に記載の光学レーザー装置。
【請求項８】
前記導波モード共鳴可変型ミラーは、指定チャンネル範囲、特にＩＴＵのＣバンド又はＬバンドにより特定されるチャンネル範囲において、前記少なくとも２つの反射ピークのうち主ピークを生成し、且つ前記指定チャンネル範囲の外側において、前記少なくとも２つの異なる反射ピークのうち２次ピークを生成するように構成されることを特徴とする、請求項６又は７に記載の光学レーザー装置。
【請求項９】
前記導波モード共鳴可変型ミラーは、前記少なくとも２つの異なる反射ピークのうち前記２次ピークを、前記指定チャンネル範囲のエッジで生成するように構成されることを特徴とする、請求項８に記載の光学レーザー装置。
【請求項１０】
前記導波モード共鳴可変型ミラーの前記少なくとも１つの活性層は、ネマティック液晶層を含むことを特徴とする、請求項５から９の何れか一項に記載の光学レーザー装置。
【請求項１１】
前記導波モード共鳴可変型ミラーは、前記バンドパスフィルターの前記パスバンドのみにわたって機能するように構成された少なくとも１つの反射防止層を含むことを特徴とする、請求項４から１０の何れか一項に記載の光学レーザー装置。
【請求項１２】
前記バンドパスフィルターは、前記レーザー発振キャビティ中のキャビティ長さ調整素子に一体化されることを特徴とする、請求項１から１１の何れか一項に記載の光学レーザー装置。
【請求項１３】
前記キャビティ長さ調整素子は、前記パスバンドの外側の周波数を有する光が反射されて前記レーザー発振キャビティから離れるように、前記レーザー発振キャビティ中で傾いていることを特徴とする、請求項１２に記載の光学レーザー装置。
【請求項１４】
光学レーザー装置においてレーザー発振モードを生成する方法であって、
光学軸を有するレーザー発振キャビティ中に光を増幅させる利得媒体を配置するステップと；
前記レーザー発振キャビティ中に周期グリッド生成フィルターを配置するステップと；
前記レーザー発振キャビティ中にチャンネルセレクタを配置するステップであって、前記チャンネルセレクタは、最適化基準に従って、前記周期グリッド生成フィルターによって規定された周波数チャンネルに対応するレーザー発振モードを選択するように構成されるステップと；
前記レーザー発振キャビティ中にバンドパスフィルターを配置するステップであって、前記バンドパスフィルターは、前記バンドパスフィルターのパスバンドの外側にあるレーザー発振モードを抑制するように構成されるステップと；
を含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、光学レーザー装置及び光学レーザー装置においてレーザー発振モードを生成する方法に関する。本開示はさらに、光通信の分野に関し、特に高密度波長分割多重方式（Ｄｅｎｓｅ  Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ：ＤＷＤＭ）システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバー通信における帯域幅の増加の要求により、高密度波長分割多重方式（ＤＷＤＭ）システムに利用可能な高性能伝送レーザーの開発が推進されている。ＤＷＤＭシステムでは、別個の複数のデータストリームが、単一の光ファイバー中を同時に伝播する。各データストリームは、半導体レーザーを変調して特定のチャンネル周波数又はチャンネル波長で出力することにより作られ、複数の変調出力が単一のファイバーで結合される。電気通信用ＤＷＤＭシステムは、大部分が分布帰還型（ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  ｆｅｅｄｂａｃｋ：ＤＦＢ）レーザーに基づいている。ＩＴＵグリッドとも呼ばれる、一定の電気通信用波長のグリッド上機能することへの要求を満たすため、ＤＦＢは外部基準エタロンによって増強されており、フィードバック制御ループを必要とする。外部キャビティレーザーが、個々のＤＦＢデバイスの限界を乗り越えるために開発されてきた。
【０００３】
図１に示すような通常の外部キャビティ波長可変レーザー設計１００は、光を増幅させる利得媒体１０１と、システムの仕様に応じた正確なチャンネル周波数グリッド（ＤＷＤＭシステムでは、通常はＣバンド又はＬバンドのＩＴＵ周波数グリッド）を与える周期グリッド生成フィルター１０３（通常はエタロン）と、チャンネルグリッドにより許されるものの間でレーザー発振モードを選択する適切な調整機構で調整されるチャンネル選択フィルター１０４と、コリメートキャビティビームのアライメント及び大きさを正確なものにするコリメート／調整レンズシステム１０２と、を備える。従って、キャビティ長さ１１０を有するキャビティは、通常、第１ミラーとして機能する利得媒体１０１の端面と第２ミラーとして機能し得るチャンネルセレクタ素子１０４との間に構成される。
【０００４】
このような外部キャビティレーザーの設計は米国特許第６７４３３２号明細書に見ることができ、上記文献では、チャンネル選択フィルター１０４が、選択波長の光を利得媒体１０１にフィードバックさせる可変型素子として実施されている。
【０００５】
単一モード発振を保証する可能な解決策は国際公開第２００４／０７０８９３号に見ることができ、当該文献では、可変型ミラーは、適当な機構により調整可能な反射ピークを有するＧＭＲ（導波モード共鳴ミラー：Ｇｕｉｄｅｄ  Ｍｏｄｅ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ  Ｍｉｒｒｏｒ）である。上記の機構は、ＧＭＲミラー構造体に含まれる１つ以上の材料の光学特性を電気的又は熱的に調整するものとすることができる。実際上、利得媒体の実効利得範囲（ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ  ｇａｉｎ  ｒａｎｇｅ：ＥＧＲ）は、一般に、必要とされるＤＷＤＭのチャンネル範囲よりも遥かに広い。ここで、必要とされるＤＷＤＭのチャンネル範囲とは、チャンネルセレクタ素子が調整可能であることが必要とされる範囲である。利得プロファイルも駆動電流に依存するため、チャンネル範囲外の波長で高い利得が存在するという状況があり得る。国際公開第２００４／０７０８９３号に記載された可変型ミラーは、無限のＦＳＲ（自由スペクトル領域：Ｆｒｅｅ  Ｓｐｅｃｔｒａｌ  Ｒａｎｇｅ）を有さないため、グリッド上でチャンネルを選択するのに使用可能な主反射ピークの他に、上記の可変型ミラーは２次反射ピークを常に有し、また場合によっては反射率のグラウンドノイズを有する。２次ピーク及びグラウンドノイズは何れも、ＤＷＤＭチャンネル範囲外でエタロンピークと重なり得るため、無視できない光学的フィードバックをもたらす。
【０００６】
図２は、主発振モード２０１及び２次発振モード２０２を生成し得る外部キャビティレーザーの、波長にわたっての利得２１０を図示する利得図２００を示す。ＤＷＤＭチャンネル範囲２０３の外側で高い利得が得られる可能性があるため、いくつかの望ましくないレーザー発振モードがこの周波数領域に生じ得る。この周波数領域では、２次反射ピーク又は反射率のグラウンドノイズがエタロンピークと重なる。これにより、２つのモード、即ち図２に示されるような主発振モード２０１及び２次発振モード２０２が利得／損失バランスの点で同程度である場合、レーザーキャビティの縦多モード発振に対応する制御不能なレーザー発振周波数が生じる。例えば工程上の切り替え中のように、いくつかの周波数離調がエタロンピークと可変型ミラーピークとの間に存在する場合、この効果は遥かに重大なものになる。このような場合、エタロンと可変型ミラーとの間での相対的な周波数整合がアクティブ制御されていないため、可変型ミラーの主反射ピーク（主発振モード２０１に対応）により得られる光強度フィードバックは、２次ピークにより得られるものと同程度であり得、２次発振モード２０２の発振が可能となる。また、望ましくないレーザー発振モードは、チャンネル範囲２０３の外側で起こり得るスプリアス反射によっても励起され得る。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
特定の波長グリッドにわたって安定した単一モードのレーザー発振動作が可能な、改善された外部キャビティレーザー設計を提供することが本発明の目的である。
【０００８】
この目的は、独立請求項の特徴によって達成される。さらなる実装形態が従属請求項、明細書、及び図面から明らかにされる。
【０００９】
本発明は、レーザーキャビティ内にフィルター素子を導入することによって、選択的可変型素子がＧＭＲミラーである外部キャビティレーザーの多モード発振の問題が解決できるという研究結果に基づくものである。このフィルター素子は、ＧＭＲ可変型ミラーの性能に厳しい制限を課すことなく多モード発振の回避を可能にする、バンドパスフィルターである。特に、ＧＭＲミラーでは、２次反射ピーク又はスプリアス反射に起因するキャビティの多モード発振を乗り越えるためには、調整効率が設計によって制限されなければならず、製造の複雑さを潜在的に増加させなければならない。バンドパスフィルターを備える新規な設計は、特定の波長グリッドにわたって安定した単一モードレーザー発振動作を可能にし、ＧＭＲミラーの最適な性能に影響を及ぼさない。
【００１０】
以下では、例えばエタロンとして実施される、周期グリッド生成フィルターについて説明する。エタロンは周期フィルターであり、非常に広いものとすることができるスペクトル範囲、例えば数百ｎｍ（ナノメートル）にわたって、一定の周波数間隔で透過ピークを与える。従って、エタロンピークとキャビティモードとの間のいくつかの良好な重なりは、システムによって定義され得る所望のチャンネルバンドの外側、即ち、例えばＩＴＵのＣバンド又はＬバンドの外側においても、利得媒体の利得が依然として高い領域において見られ得る。
【００１１】
従って、本開示において提示されるバンドパスフィルターは、望ましくない波長領域におけるキャビティモードとの重なりを避けるため、エタロン（所望のレーザーチャンネルバンドと同程度の幅である）に有限のパスバンドを提供し得る。
【００１２】
本発明を詳細に説明するために、以下の用語、略語、及び表記が用いられる。
ＤＷＤＭ：高密度波長分割多重方式（ｄｅｎｓｅ  ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  ｄｉｖｉｓｉｏｎ  ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）
ＤＦＢ：分布帰還（ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  ｆｅｅｄｂａｃｋ）
ＧＭＲ：導波モード共鳴ミラー（Ｇｕｉｄｅｄ  Ｍｏｄｅ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ  ｍｉｒｒｏｒ）
ＥＧＲ：実効利得範囲（ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ  ｇａｉｎ  ｒａｎｇｅ）
ＦＳＲ：自由スペクトル領域（ｆｒｅｅ  ｓｐｅｃｔｒａｌ  ｒａｎｇｅ）
ＡＲ：反射防止（ａｎｔｉ−ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）
ＩＴＵ：国際電気通信連合（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ  Ｕｎｉｏｎ）
【００１３】
第１態様によると、本発明は、光学軸を有するレーザー発振キャビティ中に配置された利得媒体であって、光を増幅させる利得媒体と；レーザー発振キャビティ中に配置された周期グリッド生成フィルターと；レーザー発振キャビティ中に配置されたチャンネルセレクタであって、最適化基準に従って、周期グリッド生成フィルターによって規定された周波数チャンネルに対応する増幅光のレーザー発振モードを選択するように構成されたチャンネルセレクタと；レーザー発振キャビティ中に配置されたバンドパスフィルターであって、バンドパスフィルターのパスバンドの外側にあるレーザー発振モードを抑制するように構成されたバンドパスフィルターと、を備える光学レーザー装置に関する。
【００１４】
バンドパスフィルターは、レーザーの調整が実現可能な範囲である波長範囲を選択すると共に、この範囲の外側の波長を抑制する。これにより、調整素子が有限の自由スペクトル範囲（複数の反射ピーク）又は無視できない反射率のグラウンドを有する場合に、調整素子（可変型ミラー）、即ちチャンネルセレクタの性能を著しく向上させることが可能になる。バンドパスフィルターの導入により、これらの問題はすべて解消され、設計上の厳しい制約が取り除かれ得るため、可変型ミラーはより効率的で且つより複雑でないものとなる。
【００１５】
第１態様による光学レーザー装置の可能な第１実施形態において、最適化基準は、単一のレーザー発振モードが周期グリッド生成フィルターの１つのチャンネルに対応する周波数で生じるように、周波数チャンネル範囲内でチャンネルセレクタを調整することを含む。
【００１６】
チャンネルセレクタが、単一のレーザー発振モードが周期グリッド生成フィルターの１つのチャンネルに対応する周波数で生じるように、周波数チャンネル範囲内で調整される場合、強力で且つ調節可能なレーザー発振モードが、仕様に応じたチャンネル範囲内で、特にＩＴＵ仕様に応じたＣバンド又はＬバンド内で選択され得る。
【００１７】
このような第１態様による、又は第１態様の第１実施形態による光学レーザー装置の可能な第２実施形態において、バンドパスフィルターのパスバンドは、仕様に応じたチャンネル範囲に一致するように、特にＩＴＵ仕様に応じたＣバンド又はＬバンドに一致するように構成される。
【００１８】
バンドパスフィルターのパスバンドが周期グリッド生成フィルターの周波数チャンネル範囲に対応している場合、レーザー装置は安定して動作可能であり、また所望の周波数バンドにおいて高強度であり得る。
【００１９】
このような第１態様による、又は第１態様の上記の任意の実施形態による光学レーザー装置の可能な第４実施形態において、チャンネルセレクタは導波モード共鳴可変型ミラーを有する。
【００２０】
ＧＭＲ可変型ミラーは、チャンネルグリッドによって許容されるレーザー発振モードの間でレーザー発振モードを正確に選択するように、適切な調整機構で調整可能である。
【００２１】
第１態様の第４実施形態に係る光学レーザー装置の可能な第５実施形態において、導波モード共鳴可変型ミラーは、第１値と第１値より大きな第２値との間で調整可能な可変屈折率を有する少なくとも１つの活性層を有する。
【００２２】
ＧＭＲ可変型ミラーの活性層は、活性層の屈折率を調整することにより、所望のチャンネルバンド全体、例えばＩＴＵにより指定されるＣバンド又はＬバンド全体をカバーするように、共鳴ピーク位置を調整することを可能にする。
【００２３】
第１態様の第５実施形態に係る光学レーザー装置の可能な第６実施形態において、可変屈折率の第２値は、少なくとも２つの異なる導波モードが、少なくとも２つの異なる反射ピークに対応して、少なくとも１つの活性層中で生成されるようなものである。
【００２４】
本明細書における活性層又は可変層との記載は、異なる導波モードが、可変層の屈折率、例えば以下で図５に関連して説明される層５１２の屈折率に依存して、調整可能に生成され得る可変層を指す。本明細書における導波層との記載は、主導波モードが生成され得る層、例えば以下で図５に関連して説明される層５１３を指す。可変層の屈折率が初期値から上昇するとき、その可変層において他の導波モードが生成され得る。
【００２５】
２次ピークをＥＧＲエッジより下に保つことにより、主ピーク限定の調整がもたらされる。２次ピークがＥＧＲエッジより下で、指定チャンネルバンドのエッジまで生じ得るものとする場合、主ピークは一層調整可能になる。
【００２６】
電圧を印加することにより、液晶の屈折率が変化する。原理的には、限られた強さの調整でチャンネルバンド全体をカバーできる主反射ピークを有するためには、液晶材料からは、強い屈折率調整が望ましい。しかしながら、強い調整を行うと、ＥＧＲに含まれる、２次発振モードがキャビティ中で励起されて発振され得るスペクトル領域において、２次反射も生じるおそれがある。バンドパスフィルターにより、高利得領域内に位置する２次モードを生じさせるという欠点なしに、ＬＣ屈折率を特定の値よりも上昇させることが可能になる。これは、高利得領域内に位置する２次モードがフィルターによって抑制されるためである。
【００２７】
第１態様の第６実施形態に係る光学レーザー装置の可能な第７実施形態において、導波モード共鳴可変型ミラーは、利得媒体のスペクトル範囲内に少なくとも２つの異なる反射ピークを生成するように構成される。
【００２８】
２つの異なる反射ピークが利得媒体のＥＧＲ範囲内に生成される場合、屈折率は特定の値より大きく、主ピークのより良い調整が可能になる。屈折率及び層厚が大きいと、主導波モードの実効屈折率の効果的な調整が可能になる。
【００２９】
第１態様の第６実施形態又は第７実施形態に係る光学レーザー装置の可能な第８実施形態において、導波モード共鳴可変型ミラーは、指定チャンネル範囲内において、上記の少なくとも２つの反射ピークのうち主ピークを生成し、且つ上記の指定チャンネル範囲の外側において、上記の少なくとも２つの異なる反射ピークのうち２次ピークを生成するように構成される。
【００３０】
２次ピークが生じると、主ピークのより良い調整が可能になる。２次ピークが生じることによるレーザー装置の不安定な動作は、２次ピークをフィルタリングにより除去することでレーザー装置を安定化するバンドパスフィルターを用いることで回避することができる。
【００３１】
第１態様の第８実施形態に係る光学レーザー装置の可能な第９実施形態において、導波モード共鳴可変型ミラーは、上記の少なくとも２つの異なる反射ピークのうち２次ピークを、上記の指定チャンネル範囲のエッジで生成するように構成される。
【００３２】
２次ピークを指定チャンネル範囲、特にＩＴＵのＣバンド又はＬバンドにより特定されるチャンネル範囲のエッジまで動かすことができると、レーザー装置の調整性能が最適化される。バンドのエッジにおいて、バンドパスフィルターのストップバンドは、望ましくないピークをフィルタリングにより除去する。
【００３３】
第１態様の第５実施形態から第９実施形態の何れか一実施形態に係る光学レーザー装置の可能な第１０実施形態において、導波モード共鳴可変型ミラーの少なくとも１つの活性層は、ネマティック液晶層を含む。
【００３４】
ネマティック液晶層は、電場を印加することにより屈折率を効果的に変化させる高複屈折分子から成る。従って、屈折率を容易且つ精密に変化させることが可能である。
【００３５】
第１態様の第４実施形態から第１０実施形態の何れか一実施形態に係る光学レーザー装置の可能な第１１実施形態において、導波モード共鳴可変型ミラーは、バンドパスフィルターのパスバンドのみにわたって機能するように構成された少なくとも１つの反射防止層を含む。
【００３６】
反射防止（ＡＲ）層は、ＧＭＲ可変型ミラーの構造内に導入されなければならない。これは、主ピークにより選択されるもの以外に他のレーザー発振モードが励起されることを回避するためには、ミラーピークを除き、ＧＭＲ可変型ミラーの反射スペクトル全体にわたって反射率の値が低いことが望ましいためである。ＡＲ設計とは、フレネル反射によって特定のバンド幅にわたって相殺的干渉を起こすのに用いられる特定数の層を意味する。ＡＲ層の性能は、残留反射率の値及びバンド幅の点で、ＡＲ設計に用いられる材料及びＡＲ層の数に依存する。
【００３７】
バンドパスフィルターがキャビティ中に導入される場合、ＡＲ層は、フィルターのパスバンドの限られたバンド幅にわたってのみ機能するように設計され得る。これは、製造ステップ数（層数）が少ないこと、又は同じ層数で遥かに優れた性能を提供することを意味する。
【００３８】
このような第１態様による、又は第１態様の上記の任意の実施形態による光学レーザー装置の可能な第１２実施形態において、バンドパスフィルターは、レーザー発振キャビティ中のキャビティ長さ調整素子と一体化される。
【００３９】
バンドパスフィルターがキャビティ中のその他の素子のいくつか、例えばキャビティ調整素子と一体化すると、キャビティ内部のスペースを節約することになる。バンドパスフィルターのキャビティ長さ調整素子との一体化は、キャビティ中でそれ以上のスペースを必要とせず、また低コストの製造技術、例えばウェハースケールでの薄膜堆積により実現可能であるため、非常に便利である。
【００４０】
第１態様の第１２実施形態に係る光学レーザー装置の可能な第１３実施形態において、キャビティ長さ調整素子は、パスバンドの外側の周波数を有する光が反射されてレーザー発振キャビティから離れるように、レーザー発振キャビティ中で傾いている。
【００４１】
バンドパスフィルターを傾斜素子、例えばキャビティ長さ調整素子と一体化する場合、バンドパスフィルターのパスバンドの外側の周波数を有する光は、キャビティから離れるように反射され得るため、不要なフィードバックをもたらさない。
【００４２】
第２態様によると、本発明は、光学レーザー装置においてレーザー発振モードを生成する方法であって、光学軸を有するレーザー発振キャビティ中に光を増幅させる利得媒体を配置するステップと；レーザー発振キャビティ中に周期グリッド生成フィルターを配置するステップと；レーザー発振キャビティ中にチャンネルセレクタを配置するステップであって、チャンネルセレクタは、最適化基準に従って、周期グリッド生成フィルターによって規定された周波数チャンネルに対応する増幅光のレーザー発振モードを選択するように構成されるステップと；レーザー発振キャビティ中にバンドパスフィルターを配置するステップであって、バンドパスフィルターは、バンドパスフィルターのパスバンドの外側にあるレーザー発振モードを抑制するように構成されるステップと、を含む方法に関する。
【００４３】
本方法は、チャンネルセレクタ調整ミラーの調整効率が低下するという欠点を導入することなく、また装置製造をより複雑にすることなく、多モードキャビティ発振を回避する。
【００４４】
第３態様によると、本発明は、光線を放出するように構成された利得媒体と；光線を受けて、選択波長の光を利得媒体にフィードバックするように構成された可変型素子と；利得媒体と可変型素子との間に位置するフィルター素子と；を備える外部キャビティレーザー装置であって、可変型素子は、所与の波長範囲内での選択波長の選択を可能にするように構成され；フィルター素子は、上記の所与の波長範囲の外側の波長のレーザー発振を抑制するバンドパスフィルターとして機能するように構成される、外部キャビティレーザー装置に関する。
【００４５】
バンドパスフィルターを用いることにより、指定波長グリッドにわたって安定した単一モードレーザー発振動作が可能な外部キャビティレーザー装置が提供される。バンドパスフィルターの使用により、２次反射ピークを、チャンネルバンドの境界まで動かすことが可能となり得る。これにより、主ピークは、より低い強さの調整で、即ちより低い印加電圧でチャンネルバンド全体をカバーしながら、一層調整可能となることができる。
【００４６】
第３態様による外部キャビティレーザー装置の可能な第１実施形態において、可変型素子はＧＭＲ可変型ミラーである。
【００４７】
ＧＭＲ可変型ミラーは、所与の波長範囲によって許容されるレーザー発振モードの間でレーザー発振モードを正確に選択するように、適切な調整機構で調整可能である。
【００４８】
第３態様による外部キャビティレーザー装置の可能な第２実施形態において、外部キャビティレーザー装置は、利得媒体と可変型素子との間に位置するキャビティ長さ調整素子をさらに備える。
【００４９】
キャビティ長さ調整素子は、レーザー発振モードの周波数を制御するのに非常に有用である。
【００５０】
第３態様の第２実施形態に係る外部キャビティレーザー装置の可能な第３実施形態において、キャビティ長さ調整素子は、フィルター素子に直接結合される。
【００５１】
キャビティ長さ調整素子がフィルター素子に直接結合される場合、両素子は少ない追加コストで製造可能であり、キャビティスペースをごく僅かしか占有しないものとすることができる。例えば、製造コスト及び占有するキャビティスペースを抑えるため、薄膜コーティングが調整素子上にフィルター素子を製造するのに使用可能である。
【００５２】
このような第３態様による外部キャビティレーザー装置の可能な第４実施形態において、外部キャビティレーザー装置は、所定のシステムのチャンネルスペースの要請に応じて、選択波長を整合させるように構成されたグリッド生成素子をさらに備える。
【００５３】
グリッド生成器によって、ＤＷＤＭシステムのＩＴＵ要件を満たすことが可能になる。従って、外部キャビティレーザーは、電気通信システムに効率的に応用可能である。
【００５４】
本発明のさらなる実施形態が、以下の図面と関連して説明される。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】現在使用されている外部キャビティ波長可変レーザー設計１００を図示するブロック図を示す。
【図２】図１に示された外部キャビティレーザー設計の、波長に対する利得２１０を示す利得図２００を示す。
【図３】一実施形態によるバンドパスフィルター３０５を備える光学レーザー装置３００の一例を図示するブロック図を示す。
【図４】単一モードレーザー発振動作を図示するスペクトル図４００を示す。
【図５】図５ａ及び図５ｂは、一実施形態による図３に示された光学レーザー装置３００中で用いられるＧＭＲ可変型ミラーの一例を図示する概略図５００ａ、５００ｂを示す。図５ｃ及び図５ｄは、図５ａ及び５ｂに示されたＧＭＲ可変型ミラーのスペクトル図５００ｃ、５００ｄを示す。
【図６】一実施形態による主発振モード６１１及び２次発振モード６１４を有する光学レーザー装置の動作を図示するスペクトル図６００を示す。
【図７】生じる主ピーク及び２次ピークの一例を、一実施形態によるＧＭＲ可変型ミラーの可変層に印加される電圧の関数として図示する波長図７００を示す。
【図８ａ】バンドパスフィルターのない外部キャビティレーザーを用いた場合の、光学レーザー装置の調整効率の典型的な依存性を、ＧＭＲ可変型ミラーの自由スペクトル範囲（ＦＳＲ）の関数として図示する電圧図８００ａを示す。
【図８ｂ】一実施形態によるバンドパスフィルターを備える光学レーザー装置を用いた場合の、光学レーザー装置の調整効率の典型的な依存性を、ＧＭＲ可変型ミラーの自由スペクトル範囲（ＦＳＲ）の関数として図示する電圧図８００ｂを示す。
【図９ａ】一実施形態による反射防止（ＡＲ）層９１８を含むＧＭＲ可変型ミラー９００ａの一例を図示する概略図を示す。
【図９ｂ】ＡＲ層がないＧＭＲ可変型ミラー９０４及び一実施形態によるＡＲ層を含むＧＭＲ可変型ミラー９０６の典型的な反射スペクトルを示す。
【図１０】反射率に高いグラウンドがある場合の、一実施形態による光学レーザー装置の動作を図示するスペクトル図１０００を示す。
【図１１】バンドパスフィルター設計を備える光学レーザー装置及びバンドパスフィルター設計がない光学レーザー装置に対して、そのバンド幅にわたってＡＲ層が最適に設計されたバンド幅の関数として反射率のグラウンドを図示する典型的な反射スペクトル１１００を示す。
【図１２】一実施形態によるキャビティ長さ調整素子１２０７と一体化されたバンドパスフィルター３０５を備える光学レーザー装置１２００の一例を図示するブロック図を示す。
【図１３】一実施形態による光学レーザー装置のバンドパスフィルター設計の一例を図示する利得図１３００を示す。
【図１４】一実施形態による光学レーザー装置中でレーザー発振モードを生成する方法１４００を図示する概略図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００５６】
以下の詳細な説明において、詳細な説明の一部を形成する添付の図面が参照され、図面には本開示が実施され得る具体的な態様が図示される。別の態様も利用可能であり、本開示の範囲を逸脱することなく構造上又は論理上の変更が行われ得ることが理解される。従って、以下の詳細な説明は限定する意味に取るべきではなく、本開示の範囲は、添付の特許請求の範囲により定められる。
【００５７】
本明細書において説明される装置及び方法は、外部キャビティレーザー等の光学レーザー装置に基づき得る。説明される方法に関連して記載されている解説は、当該方法を実行するように構成された対応する装置についてもやはり当てはまり得るものであり、また逆も然りであることが理解される。例えば、具体的な方法のステップが説明される場合、当該説明される方法のステップを実行するユニットが明らかには説明されず、また図面において明らかには図示されていなかったとしても、対応する装置はこのようなユニットを含み得る。さらに、本明細書において説明される様々な典型的な態様の特徴は、具体的に別段の記載がない限り、互いに組み合わせることができることが理解される。
【００５８】
図３は、一実施形態によるバンドパスフィルター３０５を備える光学レーザー装置３００の一例を図示するブロック図を示す。光学レーザー装置３００は、光学軸を有するレーザー発振キャビティ中に配置された利得媒体１０１を含み得る。利得媒体１０１は、光を増幅させることができる。光学レーザー装置３００は、レーザー発振キャビティ中に配置された周期グリッド生成フィルター１０３を含み得る。光学レーザー装置３００は、レーザー発振キャビティ中に配置されたチャンネルセレクタ１０４であって、最適化基準に従って、周期グリッド生成フィルター１０３によって規定された周波数チャンネルに対応する増幅光のレーザー発振モードを選択するように構成されたチャンネルセレクタ１０４を含み得る。光学レーザー装置３００は、レーザー発振キャビティ中に配置されたバンドパスフィルター３０５であって、バンドパスフィルター３０５のパスバンドの外側にあるレーザー発振モードを抑制するように構成されたバンドパスフィルター３０５を含み得る。
【００５９】
バンドパスフィルター３０５は、キャビティ内の光の分光フィルタリングに用いられ得る。そのパスバンドがチャンネル波長範囲に一致するように設計されている場合、この範囲の外側には２次発振モードが生じ得ない。これは、２次発振モードの周波数がバンドパスフィルター３０５のストップバンドに含まれているため、バンドパスフィルター３０５によって抑制されるためである。
【００６０】
光学レーザー装置３００の一実施形態において、最適化基準は、単一のレーザー発振モードが指定チャンネル範囲内に生じるように、チャンネルセレクタを調整することを含む。光学レーザー装置３００の一実施形態において、バンドパスフィルター３０５のパスバンドは、仕様に応じたチャンネル範囲に一致するように、特にＩＴＵ仕様に応じたＣバンド又はＬバンドに一致するように構成される。光学レーザー装置３００の一実施形態において、チャンネルセレクタ１０４は導波モード共鳴可変型ミラーを有する。光学レーザー装置３００の一実施形態において、導波モード共鳴可変型ミラーは、以下で図５に関連して説明されるように、第１値と第１値より大きな第２値との間で調整可能な可変屈折率を有する少なくとも１つの活性層を有する。光学レーザー装置３００の一実施形態において、可変屈折率の第２値は、主導波モードが以下で図５に関連して説明される層５１３のような導波層中で生成された後、少なくとも２つの異なる導波モードが少なくとも１つの活性層中で、即ち以下で図５に関連して説明される層５１２のような可変層中で生成されるようなものである。上記の少なくとも２つの異なる導波モードは、少なくとも２つの異なる反射ピークに対応している。光学レーザー装置３００の一実施形態において、導波モード共鳴可変型ミラーは、利得媒体のスペクトル範囲内に少なくとも２つの異なる反射ピークを生成するように構成される。光学レーザー装置３００の一実施形態において、導波モード共鳴可変型ミラーは、指定チャンネル範囲内において、上記の少なくとも２つの反射ピークのうち主ピークを生成し、且つ上記の指定チャンネル範囲の外側において、上記の少なくとも２つの異なる反射ピークのうち２次ピークを生成するように構成される。光学レーザー装置３００の一実施形態において、導波モード共鳴可変型ミラーは、上記の少なくとも２つの異なる反射ピークのうち２次ピークを、上記の指定チャンネル範囲のエッジで生成するように構成される。光学レーザー装置３００の一実施形態において、導波モード共鳴可変型ミラーの少なくとも１つの活性層は、ネマティック液晶層を含む。光学レーザー装置３００の一実施形態において、導波モード共鳴可変型ミラーは、バンドパスフィルター３０５のパスバンドのみにわたって機能するように構成された少なくとも１つの反射防止層を含む。
【００６１】
図４は、単一モードレーザー発振動作を図示するスペクトル図４００を示す。図３に関連して上述されたような外部キャビティレーザー３００において、単一モードレーザー発振動作は、図４に示すように、ただ１つのキャビティモード又はレーザー発振モード４１１に対してのみレーザー発振の利得／損失バランスの条件を満たすように、最適化基準に従ってキャビティ素子スペクトルを精密且つアクティブに整合させることによって実現される。図から、最小のロスに対応するもの、即ち１つのエタロンピーク４１３及び可変型ミラーの主ピーク４１２と整合されたものであるただ１つのレーザー発振モード４１１のみがキャビティにより支持され得るということは明らかである。
【００６２】
図４にはまた、ファブリペローキャビティモード４１４も図示されている。
【００６３】
図５ａ及び図５ｂは、一実施形態による図３に示された光学レーザー装置３００中で用いられるＧＭＲ可変型ミラーの一例を図示する概略図５００ａ、５００ｂを示す。
【００６４】
上述したように、便利な選択は、可変型素子１０４をＧＭＲ（導波モード共鳴：ｇｕｉｄｅｄ−ｍｏｄｅ  ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）ミラーとして設計することである。この種類の装置においては、調整の原理は、所望のチャンネルバンド全体をカバーするように共鳴ピーク位置を調整するために行うＧＭＲ構造の１つ以上の層の屈折率の調整に依拠する。チャンネルバンドは、ＩＴＵにより指定されているＣバンド又はＬバンドであり得る。図５ａ及び図５ｂは、単純化したＧＭＲ可変型ミラー１０４の構造を示す。ＧＭＲ可変型ミラー１０４は、基板５１７上に以下の層を有する。即ち、バッファ層５１６、グレーティング層５１５、ギャップ層５１４、導波層５１３、可変層５１２、及びガラス層５１１である。可変屈折率（ｎ）を有する少なくとも１つの層５１２が含まれ得る。屈折率は、小さな値ｎｌｏｗと大きな値ｎｈｉｇｈとの間で調整可能であるため、特定の波長範囲の少なくとも第１チャンネル及び最終チャンネルに達するように、反射ピークスペクトル位置が調整される。入射光は、ガラス層５１１に入射する。ガラス層５１１への屈折後、反射光５０２がＧＭＲ可変型ミラー１０４から反射される。
【００６５】
図５ｃ及び図５ｄは、図５ａ及び５ｂに示されたＧＭＲ可変型ミラー構造体１０４のスペクトル図５００ｃ、５００ｄを示す。可変層５１２の屈折率が小さな値ｎｌｏｗに設定される場合、構造体は、図５ｃに図示するように、主ピーク５２１に対応する１つの導波モードを有し得る。可変層５１２の屈折率が大きな値ｎｈｉｇｈに設定される場合、層自体が導波部となるため、構造体は２つの異なる導波モード、即ち主導波モード及び可変層モードを有する。これらのモードに対して、共鳴条件
【数１】
2015149478.tif 000003
が、図５ｄに図示されるような２つの異なる反射ピーク、主ピーク５４１及び２次ピーク５４２に対応する２つの異なる波長で満足される。
【００６６】
図６は、一実施形態による主発振モード６１１及び２次発振モード６１４を有する光学レーザー装置の動作を図示するスペクトル図６００を示す。
【００６７】
図４及び図５に関連して上述されたような第２反射ピークの立ち上がり（ｒｉｓｉｎｇ）は、図６からわかるように、キャビティ内のレーザー発振モードの選択条件にある程度の影響を及ぼす。利得／損失バランスの条件は、チャンネル４０３の下端部と利得媒体バンド４０１との間に含まれるスペクトル範囲に位置する２次発振モード６１４に対して満足され得る。ここで、特定の温度及び特定の注入電流値において実際の多数の状況で起こるように利得がピークを有する場合、この２次発振モード６１４が生じるおそれがあり、その結果レーザー発振波長が制御不能になり、またキャビティが不安定になる。
【００６８】
図３に関連して上述されたバンドパスフィルター３０５なしに、２次発振モードの発振を回避する解決策は、関連する可変型ミラーのモードが、望ましくない波長において共鳴条件に対応する高い実効屈折率を有さないようにすることであり得る。言い換えれば、２次モードの実効屈折率は、関連する共鳴条件（１）が利得媒体１０１のＥＧＲエッジより小さい波長で、即ち利得媒体のスペクトル範囲４０１の外側で発生するように、特定の値より小さな値に保たれなければならない。これは、例えば可変層の厚さを減少させることによって、又は材料の適切な選択によりｎｈｉｇｈ−ｎｌｏｗの値、即ち複屈折率を減少させることによって実現され得る。
【００６９】
一方、可変層は主波長構造体のクラッド層でもあるため、ｎｈｉｇｈの値及び層厚は、主導波モードの実効屈折率の効果的な調整のためには大きい方が望ましい。従って、バンドパスフィルター３０５を適用しない限りは、必然的に設計上のトレードオフが見出される。
【００７０】
図７は、生じる主ピーク及び２次ピークの一例を、一実施形態によるＧＭＲ可変型ミラーの可変層に印加される電圧の関数として図示する波長図７００を示す。主反射ピーク及び２次反射ピークが生じる波長が、可変層に印加される電圧の関数としてプロットされている。一実施形態において、これは、電場により誘起されるネマティック液晶の高複屈折性分子の配向に起因して、その屈折率がｎｌｏｗとｎｈｉｇｈとの間で変化するネマティック液晶層であり得る。複屈折率は次のように定義される。
【００７１】
【数２】
2015149478.tif 000004
【００７２】
可変層の厚さが与えられると、２つの異なる液晶が混ざり合うため、２つの異なる複屈折率の値Δｎ１＞Δｎ２が考えられる。曲線７０１は、低複屈折率Δｎ２の場合の主ピークの調整プロットを示す。曲線７０２は、低複屈折率Δｎ２の２次ピークを示す。曲線７０３は、高複屈折率Δｎ１の主ピークを示す。曲線７０４は、高複屈折率Δｎ１の２次ピークを示す。この図７には、バンドパスフィルターのパスバンド７２０に対応するチャンネルバンドとＥＧＲバンドとが示されている。
【００７３】
上述したように、２次ピークをＥＧＲエッジより下に保つことにより、主ピーク６１２の調整が制限されるおそれもある。２次反射ピーク６１３が、図６に示されるように、チャンネルバンド４０３の境界まで移動することが可能になると、バンドパスフィルター３０５があるため、主ピーク６１２は、より低い強さの調整で、即ちこの特定の実施形態に対してより低い印加電圧でチャンネルバンド全体をカバーしながら、一層調整可能となることが可能になる。材料の特性（特にこの場合、複屈折率）を固定したまま可変層の厚さを変えることによって、同じ傾向が得られ得る。
【００７４】
図８ａは、バンドパスフィルターのない外部キャビティレーザーを用いた場合の、光学レーザー装置の調整効率の典型的な依存性を、ＧＭＲ可変型ミラーの自由スペクトル範囲（ＦＳＲ）の関数として図示する電圧図８００ａを示す。図８ｂは、一実施形態によるバンドパスフィルターを備える光学レーザー装置を用いた場合の、光学レーザー装置の調整効率の典型的な依存性を、ＧＭＲ可変型ミラーの自由スペクトル範囲（ＦＳＲ）の関数として図示する電圧図８００ｂを示す。
【００７５】
図８ａ及び図８ｂは、外部キャビティレーザー３００の調整効率の依存性を、ＧＭＲ可変型ミラーの自由スペクトル範囲（ＦＳＲ）の関数として表したものである。ＧＭＲ可変型ミラーが周期的な応答を示さないことがあるが、１つの主ピークと場合によっては１つ又は２つ以上の２次ピークとの間隔が均等でないこともある。自由スペクトル範囲の定義が適用できない場合もある。しかしながら、簡単のため、主ピークと２次ピークの第１ピークとから成る波長／周波数範囲の表示を続けている。
【００７６】
調整効率は、Ｃバンドの全範囲、又は代わりにＬバンドの全範囲をカバーするのに必要な液晶最大駆動電圧として計算される。この評価のために、チャンネルバンド範囲として５０ｎｍ、ＥＧＲとして１００ｎｍといった簡単な値が考えられ得る。バンドパスフィルター３０５を使用しない場合において、これらの値が与えられたときは、可変型ミラーのＦＳＲは、図８００ａの丸８０１で示されるように、必要な最大電圧８Ｖに対応する７５ｎｍより大きな値で保たれる必要があり得る。バンドパスフィルター３０５を使用する場合においては、ＦＳＲは５０ｎｍまで減少し得る（チャンネルバンドと一致する）ため、図８００ｂの丸８０２で示されるように、最大電圧は４Ｖとすることができ、これはバンドパスフィルター３０５がない場合に比べて遥かに小さい。ここで異なるＦＳＲの値を得るために変化させるパラメータは、液晶複屈折率Δｎである。液晶複屈折率Δｎは、通常多数の市販の混合物から選択可能である。
【００７７】
図９ａは、一実施形態による反射防止（ＡＲ）層９１８を含むＧＭＲ可変型ミラー９００ａの一例を図示する概略図を示す。
【００７８】
波長可変レーザーキャビティ内にバンドパスフィルター３０５を導入することにより可能になるさらなる大きな利点は、図９ｂに示した反射スペクトルからわかるように、ＧＭＲ可変型ミラー９００ａの反射防止（ＡＲ）層９１８の設計及び製造に関する。ＧＭＲ可変型ミラー９００は、図５ａ及び図５ｂに関連して上述されたものと同じ構造を有し得るが、１つ以上のＡＲ層９１８を含むこともできる。
【００７９】
図９ｂは、ＡＲ層がないＧＭＲ可変型ミラー９０４及び一実施形態によるＡＲ層を含むＧＭＲ可変型ミラー９０６の典型的な反射スペクトルを示す。
【００８０】
ＡＲ層９１８は、例えば図３に関連して上述された光学レーザー装置３００のように、特に高屈折率基板（即ちシリコン）が可変型ミラーに使用される場合に必要とされ得る。高屈折率基板をグレーティング層及び導波層から光学的に分離するために、低屈折率のバッファが使用され得る。このため、バッファ／基板の境界面で著しい光学的インピーダンス不整合が存在し得る。この不整合により、図９ｂに示すように、望ましくない高さのグラウンドが共鳴領域の外側で反射スペクトルにもたらされ得る。
【００８１】
ＡＲ層により、高屈折率材料と低屈折率材料との間の整合がもたらされ得る。ＡＲ層の総数及び関連する厚さの値は、異なる境界面での全反射波の間で相殺的干渉が起こるように、それらの材料の屈折率から出発して、設計され得る。図９ａにおいて、第１曲線９０４はＡＲ層がない場合のスペクトルを示し、第２曲線９０６はＡＲ層がある場合のスペクトルを示す。
【００８２】
図１０は、反射率に高いグラウンドが存在する場合の、一実施形態による光学レーザー装置の動作を図示するスペクトル図１０００を示す。
【００８３】
図１０は、可変型ミラーの反射率のグラウンド１００３が高いという、あり得る状況を図示する。これは例えば、図９で説明したようなＡＲ層９１８であって、バンド幅全体に対して最適化されていないＡＲ層９１８に起因し得、又は、製造公差由来のＡＲ層９１８の厚さ／屈折率の統計誤差に起因し得る。この状況において、２次発振モードの利得／損失キャビティバランスが主発振モード１００２のものと同程度である場合、２次発振モード１００４が生成され得る。これは、特に工程上の切り替え中に起こり得る。工程上の切り替え中は、エタロンと可変型ミラーとの間の相対的な周波数整合がアクティブ制御されていないため、当該周波数整合が正確でなく、また、一般に周波数離調がエタロンと可変型ミラーとの間に存在する。また、離調が望ましい動作条件である場合も、この状況は厳しい制限を課し得る。図１０から、主発振モード１００２の位置は、可変型ミラー主ピーク１００１の位置と揃っていないことがわかる。ＡＲ層９１８の残留反射率及びＡＲバンド幅は、設計により設定され得るが、広いバンド幅にわたって反射率が低い値であるためには複雑なＡＲ層構造９１８が必要となり得る。複雑なＡＲ層構造とは、層がより多数であること、従って製造ステップがより多数であり、また製造公差がより大きいことを意味し得る。
【００８４】
図１１は、バンドパスフィルター設計を備える光学レーザー装置１１０１及びバンドパスフィルター設計がない光学レーザー装置１１０２に対して、そのバンド幅にわたってＡＲ層が最適に設計されたバンド幅の関数として反射率のグラウンドを図示する典型的な反射スペクトル１１００を示す。反射率のグラウンドノイズ、ここではバンドにわたっての最大値が、そのバンド幅にわたってＡＲ層設計が最適化された同一のバンド幅の関数としてプロットされている。
【００８５】
ＥＧＲの値として同じ１００ｎｍを考えると、バンドパスフィルター３０５が導入されていない場合、ＡＲコーティングはバンド全体をカバーするように設計される必要があり得る。一方、５０ｎｍのバンド幅を有するバンドパスフィルター３０５がキャビティ中に導入されている場合、ＡＲ層の設計は５０ｎｍにわたってのみ機能するように設計され得る。これは、製造ステップ数（層数）が少ないこと、又は同じ層数で遥かに優れた性能を提供することを意味する。
【００８６】
バンドパスフィルター３０５の導入の結果として、反射率のグラウンドノイズは、ＡＲ設計をより複雑にすることなく、０．８０％から０．１５％まで低減され得る。製造公差を考慮すると、バンドパスフィルターの導入によってもたらされる改善はさらに大きいものとなり得る。
【００８７】
図１２は、一実施形態によるキャビティ長さ調整素子１２０７と一体化されたバンドパスフィルター３０５を備える光学レーザー装置１２００の一例を図示するブロック図を示す。光学レーザー装置１２００は、光学軸を有するレーザー発振キャビティ中に配置された利得媒体１０１であって、光を増幅させる利得媒体１０１を含み得る。光学レーザー装置１２００は、レーザー発振キャビティ中に配置された周期グリッド生成フィルター１０３を含み得る。光学レーザー装置１２００は、レーザー発振キャビティ中に配置されたチャンネルセレクタ１０４であって、最適化基準に従って、周期グリッド生成フィルター１０３によって規定された周波数チャンネルに対応する増幅光のレーザー発振モードを選択するように構成されたチャンネルセレクタ１０４を含み得る。光学レーザー装置１２００は、レーザー発振キャビティ中に配置されたバンドパスフィルター３０５であって、バンドパスフィルターのパスバンドの外側にあるレーザー発振モードを抑制するように構成されたバンドパスフィルター３０５を含み得る。バンドパスフィルター３０５は、レーザー発振キャビティ中のキャビティ長さ調整素子１２０７に一体化され得る。
【００８８】
一例において、キャビティ長さ調整素子１２０７は、パスバンドの外側の周波数を有する光が反射されてレーザー発振キャビティから離れるように、レーザー発振キャビティ中でバンドパスフィルター３０５と共に傾いているものとすることができる。バンドパスフィルター３０５とキャビティ中の他の素子のいくつかとの一体化により、キャビティ内のスペースが節約できる。
【００８９】
一例において、パスバンドは透過光に対応し得、ストップバンドは反射光に対応し得る。図１２に示したレーザーキャビティ設計を参照すると、バンドパスフィルター３０５のパスバンドの外側の周波数を有する光がキャビティから離れるように反射され得るものとし、従って不要なフィードバックをもたらさないように、バンドパスフィルター３０５を傾斜素子、例えばキャビティ長さ調整素子１２０７と一体化することは、便利であり得る。
【００９０】
ＧＭＲ可変型ミラーでは、波長に敏感でない動作をさせるためには、垂直入射が望ましい場合がある。エタロンは、所望のフィネスのフィルタリングを提供するように制御された反射率の値を持つコーティングを有し得るため、エタロンとの一体化が実現容易でない場合がある。バンドパスフィルター３０５とキャビティ長さ調整素子１２０７との、例えば一側での又は両側での一体化は、レーザー発振モード周波数を制御するのに非常に有用であることが示されてきた。一例において、光学的距離がキャビティ長さ調整素子１２０７により熱光学効果を用いて調整可能であり得、またその透過スペクトル応答は平坦なものとすることができる。一例においては、薄膜コーティングが調整素子上にパスバンドフィルターを製造するのに使用可能である。これにより、追加コストを少なくすることができ、また、キャビティスペースをごく僅かしか占有しないものとすることができる
【００９１】
図１３は、一実施形態による光学レーザー装置のバンドパスフィルター設計の一例を図示する利得図１３００を示す。バンドパスフィルター設計は、Ｃバンドの波長範囲を中心とすることができる。パスバンド１３０４は、図１３からわかるように、左側ストップバンド１３０２と右側ストップバンド１３０６との間に位置する。
【００９２】
一例において、バンドパスフィルター３０５は、二重のパス素子として実施され得る。これは、フィルタリング機能が二乗されるということを意味する。バンド外での抑制の点で仕様を同じものとするためには、バンドパスフィルター３０５が複数層スタックにより作られる場合には、より少ない層数に関連する、より緩和されたフィルター設計がなされ得る。
【００９３】
図１４は、一実施形態による光学レーザー装置中でレーザー発振モードを生成する方法１４００を図示する概略図を示す。方法１４００は、光学軸を有するレーザー発振キャビティ中に光を増幅させる利得媒体を配置するステップ１４０１を含み得る。方法１４００は、レーザー発振キャビティ中に周期グリッド生成フィルターを配置するステップ１４０２を含み得る。方法１４００は、レーザー発振キャビティ中にチャンネルセレクタを配置するステップ１４０３を含み得る。チャンネルセレクタは、最適化基準に従って、周期グリッド生成フィルターによって規定された周波数チャンネルに応じてレーザー発振モードを選択するように構成され得る。方法１４００は、レーザー発振キャビティ中にバンドパスフィルターを配置するステップ１４０４を含み得る。バンドパスフィルターは、バンドパスフィルターのパスバンドの外側にあるレーザー発振モードを抑制するように構成され得る。
【００９４】
方法１４００は、図３に関連して上述された光学レーザー装置３００を作動させるのに用いられ得る。
【００９５】
本開示の特定の特徴又は態様が、いくつかの実施形態の１つのみに関連して開示されてきたが、このような特徴又は態様は、任意の所与の応用又は特定の応用に望ましく、また有利であり得るような他の実施形態の、他の１つ以上の特徴又は態様と組み合され得る。さらに、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅ）」、「有する（ｈａｖｅ）」、「〜を備えた（ｗｉｔｈ）」との語、又はこれらの語の他の異形が詳細な説明又は特許請求の範囲の何れかにおいて使用される限りにおいては、このような語は、類似の語「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」と同様に、包括的な（ｉｎｃｌｕｓｉｖｅ）ものであることが意図されている。また、「典型的な（ｅｘｅｍｐｌａｒｙ）」、「例えば（ｆｏｒ  ｅｘａｍｐｌｅ、ｅ．ｇ．）」との語は、単に例示を意味しており、最良のものや最適なものを意味するものではない。
【００９６】
具体的な態様が本明細書において図示され説明されてきたが、本分野において通常の知識を有する者には、本開示の範囲を逸脱することなく、様々な代替的な実施形態及び／又は均等な実施形態で、上記で示され説明された具体的な態様を置換可能であるということが理解されるであろう。本願は、本明細書において論じられた具体的な態様の任意の適合例又は変形例をカバーすることが意図されている。
【００９７】
以下の特許請求の範囲における構成要素は、対応する標識により特定の順番で記載されているが、特許請求の範囲の記載がそれらの構成要素のいくつか又はすべてについて特定の順番を別途示していない限り、それらの構成要素は、必ずしも当該特定の順番で実施されるものに限定されることは意図されていない。
【００９８】
多数の代替例、修正例、変形例が、上記の教示に照らして本分野における通常の知識を有する者に明らかとなるであろう。当然ながら、本分野における通常の知識を有する者であれば、本明細書に記載されたもの以上に本発明の数々の応用例が存在することを容易に認識するであろう。本発明は１つ以上の特定の実施形態を参照して説明されてきたが、本分野における通常の知識を有する者であれば、本発明の範囲を逸脱することなく、多数の変更がなされ得ることを認識するであろう。従って、本発明は、添付の特許請求の範囲及びその均等の範囲内において、本明細書において具体的に説明されたもの以外の方法でも実施可能であることが理解されるべきである。
【符号の説明】
【００９９】
１００、３００、１２００  外部キャビティ波長可変レーザー設計、外部キャビティレーザー、光学レーザー装置
１０１  利得媒体
１０２  コリメート／調整レンズシステム
１０３  周期グリッド生成フィルター
１０４  チャンネルセレクタ、可変型素子、ＧＭＲ可変型ミラー
２０１、６１１、１００２  主発振モード
２０２、６１４、１００４  ２次発振モード
２０３  チャンネル範囲
２１０  利得
３０５  バンドパスフィルター
４０１  利得媒体バンド
４０３  チャンネルバンド
４１２、５２１、５４１、６１２、１００１  主ピーク
４１３  エタロンピーク
４１４  ファブリペローキャビティモード
５１１  ガラス層
５１２  可変層
５１３  導波層
５１４  ギャップ層
５１５  グレーティング層
５１６  バッファ層
５１７  基板
５４２、６１３  ２次ピーク
１００３  グラウンド
１２０７  キャビティ長さ調整素子
１３０２  左側ストップバンド
１３０４  パスバンド
１３０６  右側ストップバンド
【図１】
2015149478.tif 000005
【図２】
2015149478.tif 000006
【図３】
2015149478.tif 000007
【図４】
2015149478.tif 000008
【図６】
2015149478.tif 000009
【図８ａ】
2015149478.tif 000010
【図８ｂ】
2015149478.tif 000011
【図９ａ】
2015149478.tif 000012
【図９ｂ】
2015149478.tif 000013
【図１１】
2015149478.tif 000014
【図１２】
2015149478.tif 000015
【図１４】
2015149478.tif 000016
【図５】
2015149478.tif 000017
【図７】
2015149478.tif 000018
【図１０】
2015149478.tif 000019
【図１３】
2015149478.tif 000020
【外国語明細書】
2015149478000001.pdf