(57)【要約】  半導体レーザーの出力を制御するシステムおよび方法が提示される。システムおよび方法は、動作点付近におけるレーザーの状態空間モデルを計算するため、非線形方程式を使用することを含む。コントローラを使用して適応アルゴリズムが計算され、制御信号が決定されて、適切な制御法則および費用関数が決定され、それらが次に最適化され、制御信号を半導体レーザーにフィードバックするために使用され、レーザーの性能が改善されるとともに出力が安定化される。【選択図】図１４
2008533724.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光制御フィードバック要素と、
前記光制御フィードバック要素に接続された波長源要素とを有し、
前記光制御フィードバック要素が、
波長源要素出力をサンプリングし、
前記サンプリングされた波長源要素出力に基づいて誤差信号を決定し、
前記誤差信号、前記出力の周波数、前記波長源要素の温度、および前記波長源要素の出力電力に基づく、電流制御信号と温度制御信号とを含む制御信号群を、前記波長源要素に送るように適合された、
波長源制御システム。
【請求項２】
前記光制御フィードバック要素は、光源基準と、アナログフィードバックと、前記電流制御信号および前記温度制御信号を生成するように適合されたデジタル制御要素とを有する、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記波長源要素は、レーザーと、レーザードライバと、温度制御要素とを有する、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
波長源要素出力をサンプリングする工程と、
前記サンプリングされた波長源要素出力に基づいて誤差信号を決定する工程と、
前記誤差信号、波長源要素の周波数、前記波長源要素の温度、および前記波長源要素の出力電力に基づく、電流制御信号と温度制御信号とを含む制御信号群を送る工程と、
を含む波長源制御方法。
【請求項５】
レーザーの出力をサンプリングする工程と、前記レーザーの入力である少なくとも１つの選択されたパラメータに関連する制御法則を決定する工程と、
前記制御法則を前記レーザーの前記出力に適用する工程と、
前記制御法則に従って前記レーザーを動作させる工程と、
を含むレーザーの波長出力を制御する方法。
【請求項６】
前記制御法則を決定する工程は、前記レーザーの前記出力に関連する費用関数を決定する工程を含む、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記費用関数を最適化して、前記レーザーの所望の動作条件を得る工程をさらに含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記レーザーの前記出力をサンプリングする工程は、強度パラメータおよび温度パラメータをサンプリングする工程を含む、請求項５に記載の方法。
【請求項９】
前記制御法則は、前記レーザーの強度を変えるために適用される、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記制御法則は、前記レーザーの活性領域の温度を変えるために適用される、請求項８の方法。
【請求項１１】
制御法則を決定する工程は、前記レーザーの前記出力を光共振器の応答と比較する工程を含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１２】
制御法則を決定する工程は誤差信号を決定する工程を含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１３】
誤差信号を決定する工程は、前記誤差信号を平滑化して該信号から基礎雑音を除去する工程を含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
制御法則を決定する工程は、非線形最小化およびパラメータ推定、ならびに前記レーザーの状態空間モデルを決定する工程を含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１５】
前記レーザーの前記出力をサンプリングする工程は、ビームスプリッタを使用して、前記レーザーの前記出力を第１のビームおよび第２のビームに分割する工程と、
偏光ビームスプリッタを使用して、前記第２のビームを第３のビームおよび第４のビームに分割する工程と、
前記第３のビームを光共振器に伝達する工程と、
前記光共振器の出力をサンプリングする工程と、
前記光共振器の前記サンプリングされた出力を第１の光検出器に伝達する工程と、
前記第４のビームを第２の光検出器に伝達する工程と、
前記第１の光検出器および前記第２の光検出器からの出力からの誤差信号を決定する工程と、
を含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１６】
前記レーザーは半導体レーザーである、請求項８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に光源用の波長制御システムに関し、より具体的には従来の半導体光源を使用した波長制御システムに関する。
【０００２】
（関連出願の相互参照）
本出願は、２００５年３月９日に出願された米国仮出願第６０／６６０，４２９号の利益を要求し、その主たる内容が全体として本明細書に組み込まれている。
【背景技術】
【０００３】
半導体に基づくレーザーは、現在多くの用途に使用されている比較的安価な波長源である。波長源として、半導体レーザーは不完全な場合があり、相当な量の周波数ジッタ（長期および短期）、位相ジッタ、および位相雑音分散に苦しんでいる。また、そのようなレーザーは、通常大きな強度変化、大きな線幅などを有する小信号を有する。これらの欠陥により、これらのレーザーを適用できる用途の数に制限が課せられる。例えば、高精度の干渉計測定を行うために非常に安定した低雑音の光源が求められる、ファイバーセンシング用途において、非常に安定した正確なレーザーが必要とされる。他の（非半導体）レーザー源をこれらの用途に使用できるが、これらのレーザー源は高価であり、現場配備可能なユニットとして実用的ではない。
【０００４】
比較的安価で、容易に製造し調整することができ、周波数ジッタ、位相ジッタ、および位相雑音分散の量が低減された半導体レーザーが求められてきたが、これまで入手不能であった。そのようなレーザーは、また、安定した正確な波長源を提供するため、信号対位相雑音比が改善され、相対強度雑音がより低く、線幅がより小さくなるであろう。本発明はこれらおよび他の必要性を満たしている。
【発明の開示】
【０００５】
本発明は、上述の問題を解決するとともに、多変数最適化フィードバック制御技術を使用することにより、例えば、地震探査や構造の健全性などが挙げられるがそれらに限定されない多くの用途に使用できる、安価かつ堅牢で、非常に安定した低雑音の波長源の結果よりも、通常の半導体波長源の結果を改善する。また、本発明により、レーザーの固有の長期および短期の周波数ジッタ、固有の線幅、ならびに低周波数の位相雑音全体が、半導体レーザーで得られる最も低い雑音にすべて寄与する複数の因子によって低減される。
【０００６】
別の態様では、本発明は、光制御フィードバック要素と、光制御フィードバック要素に接続された波長源要素とを有し、光制御フィードバック要素が、波長源要素出力をサンプリングし、サンプリングされた波長源要素出力に基づいて誤差信号を決定し、誤差信号、出力の周波数、波長源要素の温度、および波長源要素の出力電力に基づく、電流制御信号と温度制御信号とを含む制御信号群を、波長源要素に送るように適合された、波長源制御システムを含む。別の態様では、光制御フィードバック要素は、光源基準と、アナログフィードバックと、電流制御信号および温度制御信号を生成するように適合されたデジタル制御要素とを有する。さらにまた別の態様では、波長源要素は、レーザーと、レーザードライバと、温度制御要素とを有する。
【０００７】
さらに別の態様では、本発明は、波長源要素出力をサンプリングする工程と、サンプリングされた波長源要素出力に基づいて誤差信号を決定する工程と、誤差信号、波長源要素の周波数、波長源要素の温度、および波長源要素の出力電力に基づく、電流制御信号と温度制御信号とを含む制御信号群を送る工程とを含む、波長源制御方法を含む。
【０００８】
さらなる態様では、本発明は、レーザーの出力をサンプリングする工程と、前記レーザーの入力である少なくとも１つの選択されたパラメータに関連する制御法則を決定する工程と、制御法則をレーザーの出力に適用する工程と、制御法則に従ってレーザーを動作させる工程とを含む、レーザーの波長出力を制御する方法を含む。別の態様では、制御法則を決定する工程は、レーザーの出力に関連する費用関数を決定する工程を含む。
【０００９】
さらに別の態様では、本発明は、費用関数を最適化して、レーザーの所望の動作条件を得る工程をさらに含む。さらに別の態様では、レーザーの出力をサンプリングする工程は、強度パラメータおよび温度パラメータをサンプリングする工程を含む。さらなる態様では、制御法則はレーザーの強度を変えるために適用され、別の態様では、制御法則はレーザーの活性領域の温度を変えるために適用される。
【００１０】
別の態様では、制御法則を決定する工程は、レーザーの出力を光共振器の応答と比較する工程を含む。さらに別の態様では、制御法則を決定する工程は誤差信号を決定する工程を含む。
【００１１】
本発明の別の態様は、誤差信号を平滑化して該信号から基礎雑音を除去する工程を含む、誤差信号を決定する工程を含み、さらに別の態様では、本発明は、非線形最小化およびパラメータ推定、ならびにレーザーの状態空間モデルを決定する工程を含む形で、制御法則を決定する工程を含む。
【００１２】
さらに別の態様では、レーザーの出力をサンプリングする工程は、ビームスプリッタを使用して、レーザーの出力を第１のビームおよび第２のビームに分割する工程と、偏光ビームスプリッタを使用して、第２のビームを第３のビームおよび第４のビームに分割する工程と、第３のビームを光共振器に伝達する工程と、光共振器の出力をサンプリングする工程と、光共振器のサンプリングされた出力を第１の光検出器に伝達する工程と、第４のビームを第２の光検出器に伝達する工程と、第１の光検出器および第２の光検出器からの出力からの誤差信号を決定する工程とを含む。さらに別の態様では、レーザーは半導体レーザーである。
【００１３】
本発明の他の特徴および利点は、以下の詳細な説明を、本発明の特徴を一例として例証する添付図面と併せ読むことにより、明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図面を参照して、いくつかの図面における類似の要素には同様の符号が付けられており、様々なファイバーセンサ用途に使用されてもよい、波長および強度が高度に制御された光源として構成された、システムおよび方法の代表的実施形態が示されている。より詳細に後述されるように、発光源の制御が大幅に改善されて、例えば、周波数ジッタが非常に低く、信号対雑音比がより良好であり、低周波数位相雑音が改善された、光源、特に比較的低コストの半導体レーザーを使用するものが提供されてもよい。本発明は、例えば、線幅、位相、雑音、短期および長期の周波数安定性、光強度雑音など、半導体レーザーのいくつかの性能変数を制御するため、適応制御アルゴリズムを使用する。
【００１５】
当業者には理解できるであろうが、半導体レーザーは、半導体レーザーの活性領域内の光子および電子の密度に関連する、一対の非線形微分方程式によって説明できる。レーザー発振を生じさせるため、キャリアは状態を飛び越える必要がある。用語「状態を飛び越える」は、光子に関連し、その条件は、電子が持続的な形で特定の光子にエネルギーを与えるごとに維持されなければならない。
【００１６】
適切な電磁気バイアス磁界および温度が半導体レーザーの活性領域に供給されると、電子・正孔キャリアが励起されて状態を飛び越え、持続的な形で光子を生成し、それによって半導体レーザーの活性領域内にレーザー励起条件が引き起こされる。しかしながら、レーザー励起条件が持続されるようになると、半導体レーザーの性能は非常に貧弱である。半導体レーザーは、典型的には、周波数ドメインにおける強度損失を有し、電流および温度バイアスの変動と、レーザーの活性領域内の電子・正孔対の自発的な再結合とに応じて変わる、非常に高い位相雑音、非常に広い線幅、および非常に広い周波数ジッタならびに強度雑音を示す。
【００１７】
本発明の発明者らは、レーザーの活性領域内の再結合電子・正孔対の変量効果を最適化し最小化するため、上述の非線形結合微分方程式において定義されるように、レーザーの温度および電流の入力状態変数と、レーザー励起条件とを変化させると、周波数安定性、位相雑音、電力安定性、線幅などに関してレーザー性能が改善されることを確定した。本発明は、総括的に、レーザー内の組み合わせ効果を規定する特性に対処するため、適応制御および推定技術を使用する。
【００１８】
本発明のシステムおよび方法は、レーザーの性能を感知することによってレーザーの性能を制御し、また、推定および適応制御技術を使用して、その性能が周知のものになり、理解され、制御されるように調整された基準光共振器の性能と、レーザーの性能とを比較して、レーザーの性能を修正する制御信号を発生させる。レーザーが、基準光共振器の挙動とほぼ同等に挙動するようになると、その挙動のレベルはレーザーの動作点になる。この動作点は、高度に結合された非線形微分方程式を、動作点付近での半導体レーザーの挙動を説明する一組の線形微分方程式に単純化するため、摂動点として使用される。
【００１９】
したがって、この動作点付近での半導体レーザーの性能は、一組の線形状態空間微分方程式によって規定されるものとして表され、その状態空間変数がレーザーの活性領域内の電子・正孔対密度の性能を説明し測定し、したがって半導体レーザーの性能を規定する。半導体レーザーの性能特性はすべて、これらの状態変数の関数として説明することができ、レーザーの性能特性を所望の最適なレーザーと比較する、最適化費用関数を導き出すことができる。
【００２０】
例えば、周波数安定性を改善し、位相雑音と位相ジッタを低減し、線幅を減少させるなど、レーザーの特定の性能を高める、費用関数を最小化する最適な制御法則を見出すため、摂動適応制御技術も使用される。図１に示すように、動作点が達成され、レーザーの動作特性が基準共振器の動作特性に近くなると、１つまたは複数の費用関数を使用する最適制御理論が、最適な制御法則に依存する単純化された試験空間変数モデルとともに使用されて、半導体レーザーを補正して駆動するため、レーザーの動作点付近における温度および電流の摂動をフィードバックする。
【００２１】
本発明の原理を実施できる、システムのブロック図の一実施形態が図２に示されている。この実施形態では、例えば、ＮＥＣによって販売されているＥＦＢ６５０７３８３１などのレーザーダイチップ１００が、光源として使用される。また、システムは、ＢＣＮによって販売されているＳＰＳ３７４−３０１などの、いくつかのタイプの熱電冷却器を、１つまたは複数の熱電対１１０とともに含む。熱電冷却器１０５および熱電対１１０は、半導体レーザー１００およびエタロンなどの基準共振器１１５の動作温度を制御するため、温度フィードバック要素として使用される。
【００２２】
レーザー１００からのビーム出力はビームスプリッタ１２０を通過する。ビームスプリッタは、好ましくは、ＢＳによって販売されているＰＢＳ−１５５０−１０−０２０−５などの、１０／９０または５／９５スプリッタである。５／９５によって、ビームスプリッタ１２０がレーザーエネルギーの９５％をコリメータ１２５に向け、それが出力ビームをファイバー１３０に向けることを意味する。残りの５％は、ＰＢＳ−１５５０−５０／５０などの第２のビームスプリッタ１３５に向けられ、それがビームを偏光し、光の一部を上側の基準光共振器１１５に、次に光検出器１４０に渡す。
【００２３】
光共振器１１５は、光共振器内のミラーの光分離によってその共振周波数が制御される、すなわち共振器の自由スペクトル領域と「Ｑ」値とが光共振器の精細度によって制御される、エリアジングされた高「Ｑ」帯域共振器回路として挙動する。図２に示した本発明において、特定の波長が光共振器１１５に反応する。レーザー波長が共振器の周波数に近くない場合、共振器応答は０（あるいは０近く）だろう。しかしながら、レーザー波長が共振器の周波数に接近している場合、共振器の応答はそのピーク（理想的には１付近）にある。
【００２４】
そのような場合、光学応答およびレーザー出力波長差信号は、レーザー波長が光共振器の調整された波長からどのくらい遠いかを示す。この信号は、レーザーおよび／または共振器の電流および／または温度の変化が生じたとき、それぞれを調整できるように、制御部における誤差信号として使用される。図２に示すように、レーザー１００の出力がビームスプリッタ１２０によって分割される場合、ビームの光フィールドの５％は第２の偏光ビームスプリッタ１３５に分流され、そこでその５％の光フィールドがさらに、光検出器１４５と、出力強度が光検出器１４０によって監視される光共振器１１５とに（ほぼ等しい電力で）分割される。光検出器１４０および１４５の出力は、レーザー１００の出力と光共振器１１５の応答との強度に比例することが、当業者には理解されるであろう。
【００２５】
十分な増幅とインピーダンスの整合を前提として、結果として得られる信号を電気信号処理技術によって操作できるように、光検出器の出力側における微弱電流をミリアンペア単位の電流に変換するため、Ｍａｘｕｍによって販売されているＭＡＸ  ３２７１などの、トランスインピーダンス増幅器（ＴＩＡ）１５５が使用される。
【００２６】
光検出器１４０および１４５の出力から取り出される誤差信号は、誤差フィードバックループフィルタによってさらに処理される。フィードバックループフィルタの目的の１つは、誤差を測定し、その高周波数要素と低周波数要素とに分類することである。誤差信号を分解した後、結果として得られた誤差成分は、一組のアナログ・デジタル変換器によってサンプリングされ、サンプリングされたデータは次にコントローラ１８０を通過する。コントローラ１８０は、基本的には、Ｍｏｔｏｒｏｌａによって販売されているＤＳＰ５６Ｆ８０３などのデジタル信号プロセッサチップのダイであり、当該技術分野において周知の技術を使用して、コントローラに埋め込まれるか、または印刷されてもよく、レーザーの動作点を見出すため、ならびに半導体レーザーの状態空間近似を単純化し見出すのに必要な必須のアルゴリズムまたは工程を実行し、温度および電流の変化を最適化するのに必要な制御法則の出力を生成し、半導体レーザーの動作点を設定するため、一連のソフトウェア工程を実行することによって使用される。
【００２７】
レーザーおよび共振器の周波数が合致すると、選択された費用関数を最小化する所望のレーザー性能に従ってレーザーを挙動させるための、最適な入力温度および電流を制御するため、コントローラは、レーザーの活性領域の挙動に対する状態空間変数近似を使用して、様々なプログラミングルーチンを実行して、レーザーの性能を推定する。フィードバックループの出力はサンプリングされ、データが、コントローラ（アルゴリズム、すなわち工程を実行する）に渡されて、そこでシステムを制御するための入力として使用される。
【００２８】
コントローラはアナログ信号を処理しないので、いずれの外部信号も、コントローラに入る前にデジタルに変換される必要がある。同様に、信号がコントローラから来る場合、それはデジタル形式である。アナログ信号が必要な場合、コントローラの出力はアナログに変換される必要がある。
【００２９】
ＲＩＮジェネレータ１９５は、光信号を処理して、光信号に依然として残っているあらゆる雑音および／またはバースト誤りを取り除く、白色雑音発生器として使用される多項式による雑音発生器である。熱電対１１０は、周囲温度が上昇した場合に、ＤＳＰ制御アルゴリズムを変えることによって、レーザーおよび／または共振器に何らかの補償を適用できるように、レーザーと共振器の温度および外部パッケージの周囲温度を測定するために使用される。本発明のシステムおよび方法の結果として、フィードバックシステムを制御するのに使用される計算が、光共振器１１５の動作特性によって制御されるので、レーザー１００による光出力の周波数が安定になる。
【００３０】
コントローラ内のプログラミング工程を実行するといういくつかの利点がある。例えば、システム性能（基礎雑音全体）は、傾斜した勾配上のジッタを使用して、典型的な位相同期ループにおいて見られるものに類似した、単純なアナログ制御ループを駆動する位相誤差信号を生成する、微分位相誤差関数の性能によって制御されない。本発明は周波数および位相誤差を直接用いて作用するので、そのような限定的な微分位相誤差関数は使用されない。また、システムは、誤差信号およびコントローラ信号の生成における電子構成要素の経時変化に対して、固有の補償を提供することができる。この補償は、これらの信号を生成するための機構の微分特性と、それらが最適化アルゴリズムにおいてどのように処理されるかによって得られる。また、システムおよび方法は共振ピーク制御の最小値を提供する。これが生じるのは、基準光共振器１１５がその自由スペクトル領域内の一意の周波数のみに反応し、結果として、基準の自由スペクトル領域内に複数の最小点がある費用関数を有することに問題がなく、すなわち、そうでなければ誤った同期条件に合致する複数の手段および最適化点が回避されるためである。電流と温度の両方が制御として同時に使用されるので、半導体レーザーの活性領域内の組み合わせ効果のより良好な性能、したがってその制御が観察される。
【００３１】
以下の方程式は、周波数に関する典型的な半導体レーザーの性能および挙動を説明する、非線形微分方程式の例である。当業者であれば、ＲＴＮや波長など、レーザーの他の特性を対象とする他の方程式の組を使用することができ、本発明に包含されることが意図されることを認識するであろう。これらの非線形微分方程式は結合され、レーザーの全体の電子・正孔密度、レーザーの活性領域における再結合効果および温度変動の効果、ならびに、パラメータの中で特にそれがどのようにレーザーの生成電力と周波数を規定するかを説明する。
【００３２】
これらの方程式は、レーザーの入出力に適用してレーザーの出力性能を制御する、制御法則を作成するために解が求められる。
2008533724.tif 000003
ここで、
Ｎ（ｔ）＝電子密度
Ｎp（ｔ）＝光子密度
Ｎ0＝透明度のために必要なキャリア（電子）密度
Ｖ＝活性層の容積
Ｒr（Ｎ）＝欠陥によって支援される再結合、表面再結合、およびオージェ再結合効果を含む、レーザーの活性領域におけるキャリアの再結合速度の多項式による近似。
Ｖg＝利得領域の容積
2008533724.tif 000004
＝誘導放出によって生成された光子によるキャリア損失密度
Ｎp0＝閾値における光子密度
Γ＝光閉じ込め因子
Ｎsp＝自発放出による光子生成速度
Ｎc0＝動作点における電子キャリア密度
τP＝活性領域内の平均光子寿命
ＶP＝実効利得領域容積
Ａ＝多項式定数
Ｂ＝多項式定数
Ｃ＝多項式定数
τN＝活性領域内の電子の平均寿命
λ0＝動作点０における波長
λ（ｔ）＝波長
Ｅg＝結合エネルギーギャップ
Ｅv＝１．２４ｅｖ定数
Ｔ（ｔ）＝時間に応じて変わる温度
Ｔ0＝動作点０における温度
ηi＝光子・電子効率
Ｉ（ｔ）＝バイアス電流
【００３３】
本明細書に示した代表的な実施形態において、微分方程式は解を求めることができ、その解から得られる定常状態の解が、光子の波長がレーザー励起条件を持続させる周波数と、半導体レーザーが出力する電力とを得るために使用される。
【００３４】
図３は、典型的な半導体レーザーに対する出力光パワーが、レーザーに適用されるバイアス電流に応じてどのように変化するかを示すグラフを提供する。このグラフから、バイアス電流が閾値よりも下に落ちている間、持続的な光子生成条件がレーザーの活性領域内でまだ生じていないので、レーザーによって光パワーは生成されないことが分かる。バイアス電流が閾値を超えると、レーザーの活性領域内で光子が持続的な形で生成されるので、レーザー出力側において光パワーが生成される。パワーおよびレーザー励起の量は、レーザー接合部における温度およびバイアス電流によって決まり、それは、図４Ａ、４Ｂ、および４Ｃのグラフに示されている。
【００３５】
図５Ａおよび５Ｂは、温度に対するバイアス電流の偏導関数を示し、レーザーからの定電力出力を維持するために、閾値電流が温度に対してどのように変わるかを示している。図５Ａおよび５Ｂは、温度に対するバイアス電流の偏導関数と、温度に対する電力の偏導関数との代表値を得るために使用される。このデータは、コントローラによって使用されるアルゴリズムを案内して、レーザーを動作させるための最適な動作点の解を見出すため、本発明のシステムおよび方法によって使用される。
【００３６】
上述したように、本発明のシステムおよび方法は、半導体レーザーの動作点を見出すため、適応アルゴリズムおよび推定アルゴリズムを利用する。レーザーの動作点が見出されると、レーザーの最適化点を決定することができる。換言すれば、システムは、レーザーの最適化点を見出すためにレーザーの電流および温度を変化させてもよい。この決定は、レーザーが動作点（Ｉ0、Ｎ0、Ｎp0、Ｐ0、Ｔ0）付近で動作していると仮定し、次の方程式の解を求めることによって実施される。
2008533724.tif 000005
立体空間モデルは次式によって与えられる。
2008533724.tif 000006
ここで、
2008533724.tif 000007
【００３７】
上述の方程式に示すように、電流および温度は、レーザーの活性領域内の電力、電子密度、および光子密度を制御できるように決定される。したがって、非線形微分方程式（高度に結合されている）は、上述のようなより単純な一組の線形微分方程式に置き換えることができ、その際、動作点（Ｔ0、Ｉ0、Ｎ0、Ｎp0、Ｆ0、Ｐ0）付近のレーザーの挙動を説明するため、ベクトル微分方程式ｄＸ／ｄｔ＝ＡＸ＋ＢＵ、Ｙ＝ＣＸ＋ＤＵが使用される。例えば、マトリックスＡの要素は、（１）再結合時間、（２）半導体レーザーの実効活性領域内での電子の平均寿命、（３）レーザーの平均実効活性領域、（４）電子・正孔対の平均再結合時間、および（５）ストローク時間によって制御されることに留意されたい。ガンマ（Γ）は、半導体レーザーの実効活性領域をマークする閉じ込め因子であり、Ｂは入力ベクトルである。Ｂにおける第１の要素は、効率因子（光子を電子に変換する光子検出器の効率を有する）であり、ＥＶは電子ボルト（定数）である。ベクトルＣは、ｈおよびオメガ（Ω）によって定義される２×２のマトリックスであり、ｈはプランク定数、オメガはレーザーの周波数（電気的周波数）、Ｖｐは実効容積、タウ（τ）は光子再結合時間、ｄは活性領域の変位、Ｎp0は動作点における電子・正孔定常状態の解、αは活性領域の屈折率のばらつきを反映する比例定数である。
【００３８】
上述のベクトル方程式の解が求められると、本発明の一実施形態は、図６に示したようなモデルによって表すことができる、システムとして説明できる。この図では、レーザーは、レーザー出力が光共振器応答と比較される、状態空間モデルによって説明される。誤差信号が生成され、誤差条件付きフィルタ（誤差フィードバックループフィルタ）に入力され、次に、デジタル形式でコントローラに渡されるので、コントローラのアルゴリズムをプログラムすることによって、レーザーの最適な電流および温度が生成される。
【００３９】
レーザー内の光共振器は、次の方程式を使用してレーザー内の光共振器の値と関係を説明する伝達関数を有する。
2008533724.tif 000008
【００４０】
明白なように、この関数は、光共振器の精細度、ミラーの有効な分離または光共振器の実効サイズ（光共振器の自由スペクトル領域ＦＳＲを制御する）、このタイプの制御システムにおける同期範囲の測定値として共振器のＦＳＲと組み合わせて使用できる共振器応答の半値全幅（ＦＷＨＭ）などの、いくつかのパラメータによって制御される。
【００４１】
本発明の目的のため、光共振器は、一般に、２つのミラー、光リングまたは光共振器を作る他の何らかの手段によって定義される。当該技術分野において周知のように、そのような光共振器は場合によっては平面度の問題を有する。典型的には、光共振器の２つのミラーは、光共振器の役割を果たす距離ｄによって分離される。リング共振器も使用されてもよいが、マイクロホン効果が生じることがある。他のタイプの共振器も使用されてもよいが、やはりマイクロホン効果に影響されやすいことがある。ここで理解できるように、好ましい共振器によって、マイクロホン効果なしに加圧および調整が可能になり、これは、本明細書にその全体が組み込まれる、２００５年２月２４日付けのＰＣＴ出願第＿＿号、名称「光学要素を付着させる新規な方法（Ａ  Ｎｏｖｅｌ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｔｏ  Ａｆｆｉｘ  ａｎ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｅｌｅｍｅｎｔ）」にさらに十分に記載されているとおりである。
【００４２】
上述の方程式で示されるように、所望の伝達関数および精細度を有するように共振器を設計するには、例えば、ミラーの平面度、ミラー間の距離、ミラー間の平行角、ミラーに適用されるあらゆるコーティング、共振器を製作するのに使用される材料の化学的または熱的膨張など、ならびに共振器に入射する光のビーム径など、共振器の様々な物理的および光学的特性を考慮する必要がある。図７Ａおよび７Ｂは、ミラーの光学的および物理的性質に応じて決まる共振器の精細度を示す。
【００４３】
図８Ａおよび８Ｂは、共振器の精細度に基づいた周波数に応じて決まる共振器の反射率を示す。精細度が増加すると、共振器はより選択的になって、共振高Ｑ帯域フィルタに同様に作用する。図示されている場合では、Ｑ値または精細度が高いほど、図示された関数のピークと谷間を比較することによって決まる、共振器の応答がより良好になる。共振器は加圧され、温度制御されるので、屈折率、精細度、および他の性質は、典型的には、一定の自由スペクトル領域と、次の方程式で示されるような汎用的な応答とを与えるように良好に挙動する。
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【００４４】
ＲＤＦＮ、すなわち相対検出周波数雑音は、レーザー周波数雑音の検出によって生じる強度変調である。これは、レーザーのＲＩＮ、すなわち相対強度雑音と同じ単位であり、直接比較することができる。受光器において固有のものなど、ＲＤＦＮが残りのレーザーＲＮＩおよびシステム雑音を超過する量は、本発明の原理を使用して可能な周波数雑音または位相雑音の消去の限界である。上述したように、ＲＤＦＮの量は、レーザーの動作点における共振器（エタロン）伝送の弁別の勾配を決定することによって定量化される。選択された比較点は典型的には光検出器電流である。これにより、システム内の共通の点における相対雑音レベルを確立することが可能になる。
【００４５】
上述したように、いくつかの共振器設計があり、設計者の要求のみに応じて使用されてもよい。例えば、共振器の両方のミラーが平面である、平面・平面タイプの共振器が使用されてもよい。別の方法として、共振器の１つのミラーが平面であってもよく、共振器の他方のミラーが湾曲していてもよく、あるいは共振器の両方のミラーが湾曲していてもよい。これらの条件はすべて、レーザー共振器の正質、すなわち精細度や伝達関数などに影響する。上述の共振器に加えて、２つのミラーが固体材料に取り付けられた固体共振器、または２つのミラー間に空間があるエアギャップ共振器の２つの追加の共振器タイプがある。これらのタイプの共振器は両方とも、異なる動作性を有する。
【００４６】
共振器の屈折率および反射率は温度に応じて変わる。したがって、特に、共振器が共振することが望ましいピーク周波数を保存することが望ましい場合、固体タイプの共振器よりも熱膨張率が低く、そのため温度に対する感度がより低いため、エアギャップ共振器が典型的には使用される。温度制御および加圧（加圧された共振器の場合）の両方が、光共振器のエアギャップ内を一定の圧力で維持するために使用される。共振器の温度はまた、共振器の動作周波数を補償し微調整するために変えられてもよい。また、共振器が入ってくるビームに対して適所に設定されると、共振器の最終的な調整は、ビームに対する共振器の角度を変化させることによって実施されてもよい。
【００４７】
レーザーの性能が可能性のある雑音源をすべて考慮に入れるかを決定するため、重み付けされた平均二乗誤差を最小化することが望ましく、本発明のシステムおよび方法は、これらの解を提供するのに使用される方程式を調節するようにプログラムされてもよい。誤差信号を決定する方程式の解に使用するために選択される費用因子は、さらに、最適化されることが望ましいシステムのパラメータを強調する助けとなる。
【００４８】
図２を再び参照すると、誤差フィードバックループフィルタは、トランスインピーダンス増幅器１３５および１５０の後の第１要素のである。誤差フィードバックループフィルタのさらに詳細な図を図９に示している。基準共振器１１５応答が平均されるとき、周波数が光共振器の共振器周波数に近付くと、光共振器の周波数応答が変わる。共振器応答が平均されるとき、光共振器の周波数（対象のＦＳＲ内）よりも低い周波数は、光共振器よりも高い周波数とは異なる位相符号を有する。このため、低域フィルタのウォルシュ関数などのウェーブレットフィルタを使用して、右側および左側の場所から周波数を最小化することを可能にし、したがって半導体レーザーの線幅を最小化することを可能にする、誤差信号を生成できる。高域フィルタが必要な場合、高周波数および低周波数の成分は異なる位相を有し、したがって同じ位置をやはり指すであろう。
【００４９】
次に図９を参照すると、両方のエラー信号はアナログ・デジタル変換器を通過し、次にデジタル信号処理（ＤＳＰ）チップに伝達される。ＤＳＰチップは、アナログ・デジタル変換、アクティブコントローラ、および推定アルゴリズムを制御する。ＤＳＰチップの出力は、レーザーを制御して所望の性能を得るのに使用される、レーザーの温度Ｔ（ｔ）およびドライバ電流Ｉ（ｔ）である。
【００５０】
本発明の原理による、本発明のコントローラによって実行されるような形でプログラムされる適応アルゴリズムの一実施形態を、図１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ、および１０Ｅに示している。この実施例において、レーザーの周波数および位相応答は最適化される。本特許の実施形態により、ＲＩＮ、線幅、電力安定性などに関してレーザーの性能を最適化するため、他のアルゴリズムを使用することが可能になる。使用される特定のアルゴリズムの構造は、図１０Ａ〜１０Ｅに示した構造と類似しているが、当然ながら、最適化される特定のパラメータに関連する。
【００５１】
制御アルゴリズムの工程が開始されるとき、較正および自己診断ルーチンが最初に実施されるので、半導体レーザーの挙動を制御するいくつかの内部変数が得られる。例えば、動作点は、適応最小化アルゴリズムを使用することによって導き出される。動作点が導き出されると、選択された動作点付近またはその周りでの半導体レーザーの挙動（図１０Ａに示したような）を説明するための、単純化された状態空間モデルが得られる。その後、レーザーの性能を最適化するフィードバック信号を構成するのに使用するために、内部状態変数の推定値が計算され平滑化される、レーザーの単純化された状態空間モデルのための最適な制御法則が導き出される。
【００５２】
図１０Ａ〜１０Ｅに示した制御アルゴリズムの詳細な説明を次に記載する。図１０Ａから始めると、ボックス４０５においてシステムの診断および校正が完了すると、ボックス４１０においてその時点での半導体レーザーの状態が判断される。換言すると、ボックス４１５において設定されるＩ0およびＴ0などの様々な入力、ならびにセンサを監視するため、プログラムされたルーチンがコントローラによって実施され、それらの入力およびセンサによって提供される値を使用して、レーザー出力電力、周波数、および内部状態変数の値を決定する。その後、ボックス４２０において、誤差信号Ｚ（ｔ）（レーザー出力を引いた光共振器周波数）およびレーザーの信号比Ｒ（ｔ）が計算される。レーザーの信号比は、共振器の出力の強度をレーザーの強度出力で割ったものである。したがって、収束判断工程は、誤差Ｚ（ｔ）が０に等しい（またはそれに近い）か否かが判断されるボックス４２５において実施される。エラーが０に近い場合、収束が達成されている。エラーが０に近くない場合、誤差Ｚ（ｔ）をゼロに駆動するための比Ｒ（ｔ）の値までレーザーの入力電流および温度を増減させるため、プログラムは、必要に応じてボックス４３０、４３５、４４０、４４５、および４１５に分岐する。
【００５３】
ボックス４２５において判断されるような収束が得られると、ボックス４５０において、電力が所望のレベルであるかを確かめるための試験が実行される。電力レベルが正しい場合、ボックス４５５において電流範囲を検査して、レーザーが過剰にまたは過小に駆動されていないこと、およびメーカーが提示した動作範囲内にあることが確認される。電流範囲が正しい場合、ボックス４６０において温度範囲の検査が実行される。温度範囲の検査が正しい場合、収束が得られているので、ボックス４６５において更新が中止される。そのような場合、レーザー状態が再び判断され、次にボックス４１０においてプロセスがループに戻される。
【００５４】
ボックス４２５において収束が宣言されない場合、プログラムはボックス４３０に分岐して、以前の比Ｒ（ｔ−１）が現在の比Ｒ（ｔ）と比較される。Ｒ（ｔ）がＲ（ｔ−１）よりも大きい場合、新しい電流が計算され、ボックス４３５において工程サイクルが更新される。費用関数を探索することは、動作点、すなわちレーザーの温度およびドライバ電流を設定するために業界で典型的に使用される、最小平均二乗アルゴリズムに類似した、独自の最小のアルゴリズム関数である。電流が、ボックス４４５において判断されるような推奨される範囲内にある場合、ボックス４１５において新しい電流および温度が設定され、ボックス４１０のレーザー状態ループに入力される。電流が推奨される範囲内にない場合、プログラムは、新しく計算された電流をなぜ使用できないかを判断するため、図１０Ｂに示したサブルーチン「Ａ」に分岐する。このサブルーチンは、以下により詳細に記載されるように、電流が実質的に低減されてもよく、また、レーザーの別のモードがそれに同期するために利用可能であるかを判断するため、新しい温度および電流の値が計算されてもよいことも判断してもよい。
【００５５】
図１０Ｂに示したサブルーチン「Ａ」では、ボックス５０５において具体化されるサブルーチンは、半導体レーザーの電流が半導体レーザーのメーカーによって推奨される限度を超えるか否かを判断するために試験を行う。電流がメーカーの限界よりも低い場合、ボックス５１０において、レーザーの温度Ｔがレーザーの半導体接合部が耐え得る最大温度よりも低いか否かの判断が行われる。実温度が最大を超えている場合、ボックス５１５において、レーザーは無効であると宣言され、プロセスが終了される。温度が最大許容温度よりも低い場合、追加の熱が接合部に適用され、ボックス５２０において電流が再計算される。
【００５６】
駆動電流はまた、ボックス５２０において、レーザー放射を得るのに必要な最小電流よりも小さいかを判断するために試験される。駆動電流が最小よりも小さい場合、追加の熱が半導体接合部に加えられる。再び、電流を試験して、最大電流レベル値を超えなかったことを確定する。最大許容温度を超えていなかったことを確定するため、ボックス５２５において温度が再び試験される。温度が最大よりも低い場合、ボックス５３０において新しい温度および電流が設定され、レーザーパラメータが決定される。
【００５７】
レーザーパラメータが決定されると、ボックス５４０において、共振器の出力および比（それぞれＺ（ｔ）およびＲ（ｔ）によって表され、Ｒ（ｔ）は時間ｔにおける共振器の強度の比、Ｚ（ｔ）は時間ｔにおける共振器の出力である）が計算される。共振器の出力および比は、ボックス５４５において電流を更新するために使用される。比は、ボックス５５０において再び試験される。現在の比が前の定量よりも大きい場合、システムが最適な解から離れているので、ボックス５５５において電流が減少される。比が減少し、すなわち、現在の比が前の定量よりも小さい場合、ボックス５６０においてフラグが設定されて、システムが費用関数のどちらの側にあるかが判断される。システムが費用関数の右に移動していると判断された場合、ボックス５６５において、電流を増加させることによってプログラミングは右に移動し続ける。システムが費用関数の左に移動している場合、ボックス５６５において電流が減少されて、動作点を関数のピークの最高値に移動させ、それによって費用関数を最小化する。その後、プログラムは図１０Ａのボックス４１０に分岐して戻り、図１０Ａのプロセスが繰り返される。
【００５８】
さらなる参照のため、図１０Ｂのボックス５４０〜５６４がサブループＡＡを形成することが分かる。このサブループＡＡは、より詳細に後述されるプログラムされたサブルーチンの要素によって参照される。
【００５９】
ボックス５０５において実施された比較が真でない場合、すなわち、電流強度が最小強度よりも大きい場合、ボックス５７０においてレーザーの温度が検査されて、温度がレーザーの最小温度よりも高いかが判断される。温度が最小温度よりも高い場合、プログラムは、温度と強度が調節されるボックス５７５に分岐し、ボックス５８０に渡される。温度が最小温度よりも高くない場合、プログラムはボックス５３０に分岐し、上述のプロセスが継続する。ボックス５７０または５８０において、温度が最小温度よりも低いことが見出された場合、プログラムはボックス５１５に分岐し、レーザーが無効であることが宣言され、プロセスが停止する。
【００６０】
図１０Ｃは、少なくとも所望の出力電力誤差内でレーザーを駆動する所望の最適電力を判断するため、図１０Ａのボックス４５０において行われた電力検査の結果に応じて進行するプログラムされた方法の一実施形態を示す。ボックス６０５において、レーザーの出力電力が、指定されたリプル値内にあるかを確かめるために比較される。出力電力が指定されたリプル内にある場合、ボックス６１０においてレーザーの温度が検査されて、レーザーの最大許容温度よりも低いかが判断される。温度が最大よりも低い場合、ボックス６１５において判断されるように、電力が上方に調節されてもよい。出力電力が最大リプルよりも上にあると判断され、ただしボックス６２０において温度が最大よりも低い場合、ボックス６２５において出力電力を増加させるため、レーザーの温度がさらに低減されてもよい。しかしながら、温度が最大温度よりも高く、かつリプルが最大リプルよりも高い場合、ボックス６３０においてレーザーは無効であると宣言される。また、プロセスが終了される。
【００６１】
リプルが許容された最大よりも高い場合、出力電力を増加させるため、それは低減されるべきであり、温度および電流は再計算されるべきである。温度および電流は、ボックス６３５、６４０、および６４５において、それらが最大よりも低く、かつ最小よりも高いことを確かめるために再計算される。これらの工程において、最大温度は最小温度よりも高いことが確認され、温度は更新され、電流は最大よりも低く最小よりも高い（パラメータ内にある）ことが確認される。これらの試験のいずれかが不合格である場合、プログラムはボックス６３０に分岐し、レーザーは無効であると判断され、プロセスが終了される。試験がすべて合格である場合、ボックス６２５においてレーザーパラメータが再計算される。
【００６２】
上述したように、図１０Ｂのボックス５４０〜５６４はサブループＡＡを形成する。レーザーパラメータが図１０Ｃのボックス６２５において計算されると、プログラムは、上述したようにプログラムが実行されるサブループＡＡに分岐する。サブループＡＡの基準がすべて満たされたとき、電流および温度は更新され、図１０Ａのボックス４１０に渡される。
【００６３】
次に図１０Ｄを参照して、サブルーチンＣが以下に記載される。サブルーチンＣは、図１０Ａのボックス４５０の電力検査が合格であったが、ボックス４５５の電力範囲検査が不合格であったときに実行される。提示された動作電流が、半導体レーザーのメーカーによって提供される電流範囲内にない場合、サブルーチンＣが実行される。
【００６４】
このサブルーチンでは、ボックス７０５において、実電流がレーザーを動作させる最小電流よりも低いかまたは高いかが判断される。実電流が最小電流よりも高い場合、ボックス７１０においてレーザーの温度が検査される。実電流が最小電流よりも低い場合、ボックス７１５において温度が検査される。この場合、電流は、ボックス７２０において増加されなければならない。そうする際に、温度はまた、同じ動作条件を維持するために減少される必要がある。調節されると、ボックス７２５において、温度は最大温度よりも低いかを判断するために検査される。温度が許容された最大温度よりも低い場合、プログラムはボックス７４５に分岐する。
【００６５】
ボックス７０５において、電流が最小電流よりも高いと判断された場合、ボックス７１０において、温度は最小許容動作温度よりも高いかを判断するため検査される。温度が最小温度よりも高い場合、温度は低減されてもよく、ボックス７３０において必要に応じて電流が増加される。温度が依然として最大よりも高いかを確かめるため、ボックス７３５において、温度が再び検査される。最小よりも高い場合、プログラムはボックス７４５に分岐する。
【００６６】
温度および電流はボックス７４５において更新され、次に、比を再計算するさらなる処理のために図１０ＢのサブルーチンＡＡに渡され、費用関数の右側への移動を生じさせる必要があるかを確かめるために検査される。サブルーチンＡＡが完了したとき、プログラムは図１０Ａのボックス４１０に分岐する。
【００６７】
ボックス７１０、７１５、７２５、および７３５において実施された比較および試験の結果が、誤りのまたは真でない条件の場合、プログラムはボックス７４０に分岐する。ボックス７４０においてレーザーは無効であると宣言され、プロセスは終了する。
【００６８】
次に図１０Ｅを参照して、サブルーチンＤが以下に記載される。サブルーチンＤは、図１０Ａのボックス４６０において行われた温度範囲検査が不合格である場合に実行される。その比較が不合格の場合、プログラムは、ボックス８０５において、新しく提示された温度がメーカーが許容するレーザーの最大温度よりも低いかを判断する、サブルーチンＤに分岐する。ボックス８０５において温度が最小温度以上である場合、ボックス８１０において、電流がレーザーを励起するのに必要な最小電流よりも大きいかが判断される。電流が最小電流よりも高い場合、ボックス８１５において温度が減少され、電流が再計算される。
【００６９】
ボックス８２０において、電流は、最小電流よりも高いかを判断するために再び検査される。そうであれば、プログラムは、新しい電流値および温度値が適用されるボックス８２５に分岐し、次にプロセスは、ボックス８３０において図１０ＢのサブルーチンＡＡに分岐する。サブルーチンＡＡが完了したとき、プログラムは図１０Ａのボックス４１０に分岐する。
【００７０】
ボックス８１０および８２０において新しい電流が最小電流以下である場合、ボックス８３５においてレーザーが無効であると判断され、プロセスが終了される。ボックス８０５において温度が最小温度よりも低く、ボックス８４０において電流が最大電流よりも低い場合、ボックス８４５において、レーザー接合部の温度が増加され、電流が再計算される。ボックス８５０において決定されるように、新しい電流が今度は最大電流よりも高い場合、プログラムはボックス８３５に分岐し、レーザーは無効であると判断され、プロセスが終了される。新しい電流が最大電流よりも低い場合、プログラムは、新しい電流および温度が適用されるボックス８２５に分岐し、次に、ボックス８３０において、プロセスは図１０ＢのサブルーチンＡＡに分岐する。サブルーチンＡＡが完了したとき、プログラムは再び図１０Ａのボックス４１０に分岐する。
【００７１】
動作点を得るための適応アルゴリズムの結果を、図１１、１２Ａ〜Ｃ、および１３Ａ〜Ｂに示している。図１１は、レーザーの持続時間に応じて変わる強度誤差の結果を示す。図１２Ａ、１２Ｂ、および１２Ｃは、時間に応じて変わる強度値および比を示し、図１３Ａおよび１３Ｂは、レーザーの持続時間に応じて変わるループ当たりのレーザーデルタ相と出力周波数とを示す。
【００７２】
図１４は、本発明の一実施形態のシステム機能ブロック図である。この図に示したプロセスは、図２に示したシステムと機能的に等価である。図１４を参照して、レーザー出力９０５は光学基準９１０に接続される。光学基準９１０はアナログフィードバック制御回路９２０に接続され、アナログフィードバック制御回路は埋込み型デジタル制御部（ＭＶＣＳ）９２５に接続される。埋込み型デジタル制御部（ＭＶＣＳ）はまた、レーザードライバ９３０、温度コントローラ９３５、分散形フィードバック（ＤＦＢ）半導体レーザー９４０、およびユーザインターフェース９５０に接続される。
【００７３】
本発明のシステムおよび方法の原理を利用して、改善されたレーザーの性能を得ることが可能である。例えば、半導体レーザー光源は、従来の装置を大幅に上回る改善である、約２．０ｐｍ以内の長期安定性と約０．０４ｐｍ以内の短期安定性とを有して製造されてもよい。また、単一レーザーが約３ｎｍの範囲内に調整されてもよく、レーザーアレイが約５１．２ｎｍの範囲内に調整されてもよい。さらに、最小ステップサイズは約０．５ｐｍの範囲であってもよい。
【００７４】
本発明のシステムおよび方法はまた、低減された雑音レベルと改善されたスペクトル幅とを提供する。例えば、ＲＩＮは、約−１６０ｄＢ／Ｈｚの範囲であり、サイドモード抑圧は−３５ｄｂの範囲であってもよく、スペクトル幅は５００ｋＨｚの範囲であってもよい。そのようなシステムにおける半導体レーザーの電力出力は、約１３ｄＢｍの範囲であってもよい。本発明に対する主要な利点は、上述の改善された性能レベルがすべて、比較的小型の光源において利用可能であることである。例えば、本発明の一実施形態は、３インチ×４インチ×厚さ１／２インチの寸法を有して構築された。
【００７５】
図１５は、本発明のシステムおよび方法に従って構築され機能する、半導体レーザー源の１つの実施例を使用することで可能な改善を示す。図１５は、本発明を用いない通常のＤＦＢレーザー、本発明を用いた通常のＤＦＢレーザー、およびファイバーレーザーからの典型的な応答を示す。本発明が、従来の半導体レーザーの性能を大幅に上回って改善する、はるかに高価で堅牢度の低いレーザーシステムに匹敵する性能を有するレーザー源を提供することが容易に観察される。
【００７６】
本発明のいくつかの特定の形態を例証し記載してきたが、本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、様々な変更を行うことができることが明白であろう。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】本発明の一実施形態による処理工程および情報フローを示すブロック図である。
【図２】図１の実施形態のプロセスを実行できるハードウェアおよびソフトウェアの１つの実装の詳細を示すブロック図である。
【図３】時間／光子の寿命に応じて変わる正規化された光／時間および正規化されたキャリア／時間を示すグラフである。
【図４】バイアス電流および接合部温度に応じて変わるレーザー電力とレーザー出力周波数の関係を示すグラフである。
【図５】バイアス電流と接合部温度に応じて変わるレーザー周波数および出力電力の変化を示すグラフである。
【図６】図２のシステムのさらなる詳細を示すブロック図である。
【図７】図７Ａは、反射率に応じて変わる共振器の精細度を示すグラフであり、図７Ｂは、対数目盛を使用して図示された点を除いて図７Ａのグラフに類似した、反射率に応じて変わる共振器の精細度を示すグラフである。
【図８】図８Ａは、周波数に応じて変わる共振器の反射率周波数のグラフであり、図８Ｂは、周波数に応じて変わる共振器の周波数応答のグラフである。
【図９】本発明の原理によるループフィルタおよび制御法則の詳細を示すブロック図である。
【図１０】図１０Ａ〜１０Ｅはそれぞれ、半導体レーザーの性能を改善するために使用される、適応アルゴリズムの一実施形態の一部分を示すブロック図である。
【図１１】時間に応じて変わる強度誤差のグラフである。
【図１２】図１２Ａは、時間に応じて変わる強度値のグラフであり、図１２Ｂは、時間に応じて変わる強度の定量のグラフであり、図１２Ｃは、時間に応じて変わる強度比のグラフである。
【図１３】図１３Ａは、時間に応じて変わるループ当たりのレーザーデルタ相のグラフであり、図１３Ｂは、時間に応じて変わるレーザー出力周波数のグラフである。
【図１４】本発明のシステムの別の実施形態を示すブロック図である。
【図１５】制御を有さないＤＦＢレーザーおよびファイバーレーザーと比較した、本発明の原理に従って制御されたレーザーのレーザー性能における改善を示す、周波数に応じて変わるレーザー応答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４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１０Ｄ】
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【図１０Ｅ】
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【図１１】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１４】
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【図１５】
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【国際調査報告】
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