(57)【要約】【課題】【解決手段】本発明は、利得媒質２と、同調可能なミラー８とを有し、少なくとも同調可能なミラーは熱伝導性プラットフォーム１０と熱的に接触している、同調可能な外部キャビティレーザに関する。同調可能なミラーは、熱伝導性プラットフォーム上にて実質的に水平に位置し、これにより同調可能なミラーとプラットフォームとの熱的接触を顕著に向上させる。利得媒質からのレーザビームは同調可能なミラーまで導かれ、該同調可能なミラーは、ビーム又はそのビームの大部分を同調可能なミラーの主要面の１つに向けて偏向させる偏向器６によって熱伝導性プラットフォームに対し実質的に水平に取り付けられる。このため、形成されるレーザキャビティは、折り畳んだキャビティである。熱伝導性プラットフォームは、プラットフォームに対する熱的制御を実現するＴＥＣ１１と熱的に結合されることが好ましい。１つの好ましい実施の形態において、偏向器は、入射する光の一部を偏向させ且つ残りの部分を透過させるビームスプリッタである。偏向器としてのビームスプリッタにより、よりコンパクトなレーザ組立体を具体化することができる。本発明の１つの好ましい実施の形態に従い、ビームスプリッタを透過した光の部分は出力レーザビームを形成する。換言すれば、外部キャビティレーザは、波長選択可能な要素（同調可能なミラー、また、存在すれば、チャネルグリッド）の側、すなわち、レーザダイオードの前側小面の側にてレーザビームを出力する。このレーザの設計によれば、出力レーザビームをコリメートするコリメートレンズは不要である。
2008504701.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
出力放射線を放出する形態とされた同調可能なレーザシステムにおいて、
複数のキャビティモードを画成し且つレーザビームを外部キャビティ内に放出することができる利得媒質（２、３１）を備える外部キャビティと、
レーザ放出周波数を同調可能なように選び得るよう外部キャビティ内に配置された同調可能なミラー（８、３５、５２）であって、熱伝導性プラットフォーム（１０）上に実質的に水平に位置する前記同調可能なミラーとを備え、
熱伝導性プラットフォーム及び同調可能なミラーは互いに熱的に接触しており、
レーザビームの少なくとも一部分を同調可能なミラーに向けて偏向させ得るように利得媒質により放出されたレーザビームの光路内にて外部キャビティ内に配置された、反射率Ｒを有する偏向器（６、３４、４５、５５）を備える、同調可能なレーザシステム。
【請求項２】
請求項１に記載のレーザシステムにおいて、
偏向器が外部キャビティ内に配置され、該偏向器により同調可能なミラーに向けて反射された光が、利得媒質により放出されたレーザビームが進行する方向に対し実質的に垂直な方向を有するようにした、レーザシステム。
【請求項３】
請求項２に記載のレーザシステムにおいて、
偏向器を保持する支持構造体（８０、８５）を更に備え、
該支持構造体は、熱伝導性プラットフォーム上に配置され且つ同調可能なミラーを取り囲むＵ字形フレーム（８２、８６）を備える、レーザシステム。
【請求項４】
請求項２又は３の何れかに記載のレーザシステムにおいて、
偏向器には、利得媒質から進むレーザビームの方向に対して４５°の角度にて傾斜させた反射層が設けられる、レーザシステム。
【請求項５】
請求項１に記載のレーザシステムにおいて、
選んだ波長グリッドの相応するチャネルと実質的に整合された複数の通過帯域を画成し得るよう外部キャビティ内に配置されるチャネル割り当てグリッド要素（４）を更に備える、レーザシステム。
【請求項６】
請求項５に記載のレーザシステムにおいて、
同調可能なミラーは、通過帯域の１つを同調可能に選んで光ビームを同調させるべきチャネルを選び得るように外部キャビティ内に配置される、レーザシステム。
【請求項７】
請求項６に記載のレーザシステムにおいて、
チャネル割り当てグリッド要素は、利得媒質と同調可能なミラーとの間にて利得媒質により放出されたレーザビームの光路内にてレーザキャビティ内に配置される、レーザシステム。
【請求項８】
請求項５ないし７の何れか１つの項に記載のレーザシステムにおいて、
選んだ波長グリッドは、２５ないし２００ＧＨｚの範囲のチャネルの間隔を有する、レーザシステム。
【請求項９】
請求項５に記載のレーザシステムにおいて、
チャネルの割り当てグリッド要素（４）は、ファブリ・ペローエタロン（Ｆａｂｒｙ−Ｐｅｒｏｔ  ｅｔａｌｏｎ）である、レーザシステム。
【請求項１０】
請求項９に記載のレーザシステムにおいて、
ファブリ・ペローエタロンは、熱伝導性プラットフォーム（１０）と熱的に接触している、レーザシステム。
【請求項１１】
請求項１０に記載のレーザシステムにおいて、
ファブリ・ペローエタロン（４）は、熱伝導性プラットフォーム（１０）と熱的に接触した熱伝導性ハウジング（５）内に収容される、レーザシステム。
【請求項１２】
請求項１に記載のレーザシステムにおいて、
利得媒質（２）は、熱伝導性プラットフォーム（１０）と熱的に接触している、レーザシステム。
【請求項１３】
請求項１に記載のレーザシステムにおいて、
熱伝導性プラットフォーム（１０）上に配置される光出力組立体を更に備える、レーザシステム。
【請求項１４】
請求項１に記載のレーザシステムにおいて、
利得媒質（２）は半導体利得チップである、レーザシステム。
【請求項１５】
請求項１に記載のレーザシステムにおいて、
熱伝導性プラットフォーム（１０）は熱電冷却器（１１）と熱的に接触している、レーザシステム。
【請求項１６】
請求項１５に記載のレーザシステムにおいて、
プラットフォームの温度制御を実現し得るようプラットフォーム（１０）に熱的に結合された熱装置センサ（１２）を更に備える、レーザシステム。
【請求項１７】
請求項１に記載のレーザシステムにおいて、
偏向器は７０％以上の反射率Ｒを有する平面状ミラー（６）である、レーザシステム。
【請求項１８】
請求項１に記載のレーザシステムにおいて、
偏向器は、利得媒質（２）から放出されたレーザビームを同調可能なミラー（８、３５、５２）に向けて反射されるビーム部分と、ビームスプリッタを通じて透過するビーム部分とに分割するビームスプリッタ（３４、３５、５３）である、レーザシステム。
【請求項１９】
請求項１８に記載のレーザシステムにおいて、
ビームスプリッタは、光ビームの透過した部分の少なくとも一部分が利得媒質により放出されたレーザビームの光路の方向に沿って導かれるよう外部キャビティ内に配置される、レーザシステム。
【請求項２０】
請求項１８に記載のレーザシステムにおいて、
光ビームの透過した部分はレーザ出力光を生じさせる、レーザシステム。
【請求項２１】
請求項１８に記載のレーザシステムにおいて、
ビームスプリッタを透過したビーム部分を監視する第一の光検出器（３６、４６、５１、６１）を更に備える、レーザシステム。
【請求項２２】
請求項２１に記載のレーザシステムにおいて、
ビームスプリッタを透過したレーザ光を受け取り且つ受け取った光の波長と共に変化する透過率を有するフィルタ処理した光を出力するフィルタ（５４、６３）と、
フィルタ処理した光を監視する第二の光検出器（５０、６２）とを更に備える、レーザシステム。
【請求項２３】
請求項２２に記載のレーザシステムにおいて、
フィルタはレーザ光の波長の関数である利得減衰率を有する、レーザシステム。
【請求項２４】
請求項１８ないし２３の何れか１つの項に記載のレーザシステムにおいて、
ビームスプリッタの反射率Ｒは１０％ないし３０％の範囲にある、レーザシステム。
【請求項２５】
請求項１に記載のレーザシステムにおいて、
同調可能なミラー（８、３５、５２）は、回折格子と、該回折格子と光学的に相互作用する平面状導波路とを有する電気光学要素であり、
回折格子及び平面状導波路は共振構造体を形成する、レーザシステム。
【請求項２６】
請求項２５に記載のレーザシステムにおいて、
同調可能なミラーは、光透過性材料に印加された電界に応答して変化する屈折率を有する光透過性材料を更に備え、同調可能なミラーを電気的に同調可能なようにし、
前記光透過性材料は、平面状導波路に対する同調可能なクラッディング層を形成する、レーザシステム。
【請求項２７】
請求項２６に記載のレーザシステムにおいて、
光透過性材料は液晶材料を含む、レーザシステム。
【請求項２８】
請求項１に記載のレーザシステムにおいて、
同調可能なミラーは、熱伝導性材料で出来たホルダ（９）上に配置され、
該ホルダは、熱伝導性プラットフォーム（１０）上に配置される、レーザシステム。
【請求項２９】
請求項２８に記載のレーザシステムにおいて、
ホルダは圧電基板（６９）を備える、レーザシステム。
【請求項３０】
請求項２９に記載のレーザシステムにおいて、
機械的変形を誘発させ得るように電圧を基板に印加することができる圧電基板と電気的に接続された可変電源（６５）を更に備える、レーザシステム。
【請求項３１】
請求項１に記載のレーザシステムにおいて、
単一長手方向モードにてレーザ放出周波数にて出力放射線を放出し得る形態とされた、レーザシステム。
【請求項３２】
同調可能な外部キャビティレーザを熱的に制御する方法において、
レーザビームを外部キャビティ内に放出するステップと、
放出されたビームを同調可能なミラー（８、３５、５２）まで偏向させるステップと、
同調可能なミラーを熱伝導性プラットフォーム（１０）と熱的に接触させることにより、該同調可能なミラーを熱的に安定化するステップと、
放出されたビームを同調可能なミラーにより熱伝導性プラットフォームに対して実質的に垂直な方向に向けて反射させるステップとを備える、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、波長分割多重化光通信ネットワークに特に適応し得るようにされた同調可能な外部キャビティレーザに関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザを同調可能な光源として使用することは、波長分割多重化（ＷＤＭ）システム又は新たに開発された高密度ＷＤＭ（ＤＷＤＭ）システムの再構成を大幅に改良することができる。例えば、波長を同調させるだけで異なるチャネルを１つのノードに割り当てることができる。また、同調可能なレーザを使用して波長ルーティング、すなわち光子ネットワークに基づいて仮想私設ネットワークを形成することができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
異なるアプローチ法を使用して、分散型ブラッグ反射器レーザ、可動の頂部ミラーを有するＶＣＳＥＬレーザ、又は外部キャビティダイオードレーザのような同調可能なレーザを提供することができる。同調可能な外部キャビティレーザは、高出力パワー、広範囲の同調範囲、優れた側部モード抑制及び狭小な線幅のような幾つかの有利な効果を提供する。機械的に調節可能な又は電気的に作動されるキャビティ内セレクタ要素のような外部キャビティ波長の選択を可能にすべく各種のレーザ同調機構が開発されている。
【０００４】
米国特許明細書６，５２６，０７１号には、電気通信の用途にて利用し、国際電気通信連合（ＩＴＵ）グリッド上の任意のチャネルに対する中央波長を発生させることのできる同調可能な外部キャビティレーザが記載されている。開示された同調可能なレーザは、利得媒質と、グリッド発生器と、チャネルセレクタとを有し、グリッド発生器及びチャネルセレクタの双方は、ビームの光路内に配置されている。グリッド発生器は、チャネルの間隔に相応する間隔にてキャビティの周期的な長手方向モードを選び且つ隣接するモードを拒絶する。チャネルセレクタは、波長グリッド内の１つのチャネルを選び且つその他のチャネルを拒絶する。
【０００５】
増大する光通信送信量に対応するため、５０ＧＨｚ、最終的に、２５ＧＨｚのチャネル間隔を有するＤＷＤＭシステムが開発中である。５０ＧＨｚのチャネル間隔を有するＤＷＤＭシステムは、典型的に、±２．５ＧＨｚの周波数精度を必要とする一方、２５ＧＨｚを有するシステムは、全体として、±１．２５ＧＨｚの精度を必要とする。ＤＷＤＭは、より狭小なチャネル間隔を使用するため、全同調範囲に亙って送信機レーザと関係した同調可能な要素を位置決めするときの精度及び制御、また、作動温度範囲は、１つの重要な問題となっている。同調可能な要素の好適でない位置決めの結果、送信機の空間的損失が生じ、また。出力パワーが減少する。
【０００６】
レーザ装置の光学的構成要素の空間的整合誤差は、各種の構成要素と関係した膨張及び収縮に起因する温度変化により生じることがあり、このことは、波長の安定性を低下させ且つ、全体として、レーザの性能を低下させることになる。レーザの応答は、典型的に、−１０ないし７０℃の範囲の比較的広い温度範囲に亙って安定化させる必要がある。熱的安定性を保証するため、多くの電気通信レーザ装置は、共通のプラットフォーム上に取り付けられ、この共通のプラットフォームは、高い熱伝導率を示し且つ、１つ又はより多くの熱電冷却器（ＴＥＣｓ）の熱的制御を受ける。温度制御は、光構成要素の熱的整合状態を維持することを許容する。
【０００７】
米国特許明細書６，７２４，７９７号において、外部キャビティレーザ装置が開示されており、ここにおいて、選択可能な熱的制御は、熱的整合誤差を極めて受け易い光構成要素に適用される。温度に敏感な構成要素である、利得媒質及び光出力組立体は、熱伝導性基板上に取り付けられている。ＴＥＣが基板と結合されて、利得媒質及び出力組立体が外部キャビティレーザの端部ミラー及びその他の構成要素と独立的に熱的に制御されることを許容する。熱伝導性基板から熱的に隔離された外部キャビティの構成要素は、チャネルセレクタ及び同調組立体を備えることができる。
【０００８】
当該出願人は、特に、レーザ出力の波長の位置決めに高精度が要求されるならば、チャネルセレクタ及び（又は）ＩＴＵグリッド要素の熱的安定性が極めて重要であることを認識した。
【０００９】
キャビティ損失を最小にし且つ波長の安定性を提供するため、外部キャビティレーザを能動的に熱的に調節するレーザ装置は、米国特許出願明細書２００３／０２３１６６６号に記載されている。開示された装置は、熱伝導性プラットフォームと熱的に結合された利得媒質を備えている。プラットフォームは、熱伝導を介してプラットフォームの温度を制御するＴＥＣに結合されている。
【００１０】
ｗｗｗ．ｉｎｔｅｌ．ｃｏｍ／ｄｅｓｉｇｎ／ｎｅｔｗｏｒｋ／ｐａｐｅｒｓ／ＴｕｎａｂｌｅＬａｓｅｒ．ｐｄｆにて２００３年５月に公表された「インテル（Ｉｎｔｅｌ）（登録商標名）Ｃ−バンド同調可能レーザの性能及び設計の白書（Ｉｎｔｅｌ  Ｃ−ｂａｎｄ  Ｔｕｎａｂｌｅ  Ｌａｓｅｒ，  Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ  ａｎｄ  Ｄｅｓｉｇｎ  Ｗｈｉｔｅ  Ｐａｐｅｒ）」に記載された、インテルＣ−バンド同調可能レーザは、エタロン利用、熱作動式の同調可能なフィルタを使用して選択可能な波長にて単モード作動を実現する。波長フィルタは、「バーニア効果（Ｖｅｒｎｉｅｒ  ｅｆｆｅｃｔ）」を許容する僅かに異なる期間を有する２つのシリコンエタロンフィルタを備えている。同調フィルタは、熱的に作動され、また、Ｃ−バンドの任意の波長を個々のエタロンの僅かな温度調節により取り扱うことができる。外部キャビティレーザの出力波長を波長グリッド上にて選んだ波長に「バーニア」同調させることは、米国特許出願明細書２００２／０１２６３４５号にも記載されている。
【００１１】
当該出願人は、特に、隣接していないチャネルの間にて波長の切り換えが生じる場合、選んだ波長範囲内に属するようにするためには、熱的同調が比較的長い同調時間を必要とすることが分かった。比較的長い同調時間は、数１０ｍｓ程度の同調時間を必要とするであろうＷＤＭ又はＤＷＤＭ用途に対するレーザ送信機の常により厳格な仕様と不適合となる可能性がある。
【００１２】
レーザキャビティの波長の選択及び同調は、能動的同調可能なミラーを使用することにより実行することができる。液晶を採用し、また、能動的な同調可能なミラーとして使用することのできる電気光学的に制御された要素が米国特許明細書６，２１５，９２８号に開示されている。レーザのレーザ作用波長は、能動的な同調可能なミラーによってミラーの共振波長であるように決定される。共振波長は、電気光学的に制御された要素に供給される電圧又は電流を変化させることによりシフトさせることができる。
【００１３】
２００３年６月のレーザ及び電気光学素子会議（ＣＬＥＯ）の技術ダイジェストＣＴｕＭ３４にて公表された、エイエスピー  チャン（Ａ．Ｓ．Ｐ．  Ｃｈａｎｇ）その他の者による「同調可能な液晶サブ波長共振格子フィルタを使用する新規、低コスト同調可能なレーザ（Ａ  Ｎｏｖｅｌ，  Ｌｏｗ−ｃｏｓｔ  Ｔｕｎａｂｌｅ  Ｌａｓｅｒ  Ｕｓｉｎｇ  ａ  Ｔｕｎａｂｌｅ  Ｌｉｑｕｉｄ−Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｓｕｂｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  ｒｅｓｏｎａｎｔ  Ｇｒａｔｉｎｇ  Ｆｉｌｔｅｒ）」において、利得媒質と、波長選択可能なミラーとして同調可能な液晶サブ波長共振格子とから成る同調可能なレーザが開示されている。
【００１４】
当該出願人は、液晶の性質は熱的変動に起因して変化するであろうから、同調可能なミラーの温度の安定化は、液晶を含む同調可能なミラーの場合、特に望ましいことが分かった。
【００１５】
外部キャビティレーザ装置が組み立てられるとき、レーザキャビティ内の光構成要素をレーザビームに対して慎重に整合させ、外部キャビティがレーザ作用に対し調節され且つキャビティ損失を減少させるようにする必要がある。ＷＤＭ及びＤＷＤＭ用途向けの同調可能なレーザにおける光構成要素は、全体として、ミクロン程度の整合許容公差又は更に、ミクロン以下の許容公差にて配置しなければならない。構成要素の精密な整合のためには、受動的又は能動的な光整合法を使用することができる。整合中又は整合後の構成要素の取り付けは、レーザ溶接法により又ははんだ又は接着剤を使用することにより実行することができる。
【００１６】
光構成要素は、保持部材又は整合部材の助けを受けてレーザの正面にて光学的に整合した位置に固定することができる。保持及び整合部材は、一般に、レーザ溶接によりプラットフォームに対して固定される。米国特許明細書６，６９０，７０８号には、半導体レーザモジュールが記載されており、ここで、レーザチップは基板上に固定され、第一のレンズ及び光アイソレータがレーザチップと光ファイバとの間に配設されて、レーザチップから放出された光を受け取る。第一のレンズと共に固定されたレンズホルダ及び光アイソレータと共に固定されたハウジングは、レンズホルダリテーナ及び光アイソレータリテーナの締結部分にそれぞれレーザ溶接され且つ固定されている。
【００１７】
変位シフトを回避するため、保持及び整合部材は、一般に、コーバー（Ｋｏｖａｒ）（登録商標名）、インバー（Ｉｎｖａｒ）（登録商標名）３６又はアロイ４２のような低熱膨張率を有する材料にて出来ている。
【００１８】
日本国特許出願明細書２０００−０１２９５５号には、出力光の一部をビームスピリッタに反射する位相共役型ミラーを有する自己投射同期型レーザが開示されている。位相共役型ミラーは、光学的距離が変化するとき、変化しない光を戻すから、ミラーの角度及び距離の調節は、不要であると言われている。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明は、利得媒質及び同調可能なミラーを備えており、少なくとも同調可能なミラーが熱伝導性プラットフォームと熱的に接触している、同調可能な外部キャビティレーザに関する。
【００２０】
好ましくは、利得媒質は半導体利得チップであるものとする。レーザダイオードは、作動中、レーザダイオード内にて発生された熱を放散し得るよう熱伝導性基部上に配置されることが好ましい。より好ましくは、利得媒質及び同調可能なミラーの双方は、光整合の精度を更に向上させ得るよう同一の熱伝導性プラットフォーム上に配置されるようにする。
【００２１】
好ましくは、同調可能なレーザは、チャネル割り当てグリッド要素を備えるものとする。チャネル割り当てグリッド要素は、複数の等間隔透過ピークを画成する構造及び形態とされたファブリ・ペロー（ＦＰ）エタロンであることが好ましい。ＷＤＭ又はＤＷＤＭ電気通信システムの用途において、透過ピークの間隔、すなわちグリッド要素の自由スペクトル範囲（ＦＳＲ）は、例えば、２００、１００、５０又は２５ＧＨｚのようなＩＴＵチャネルグリッドに相応する。
【００２２】
チャネル割り当てグリッド要素と共にレーザキャビティ内に存在するとき、同調可能なミラーは、チャネル割り当てグリッド要素のピークを判別する粗同調要素として作用する。単モードレーザ放出の場合、長手方向キャビティモードは、グリッド透過ピークの１つ（同調可能なミラーにより選ばれたもの）の最大値の上に配置しなければならない。このようにして、特定の周波数のみがグリッドを通過し、その他の競合する隣接するキャビティモードは抑制されよう。同調可能なミラーの波長の選択性は、電気信号により実現されることが好ましい。本発明の同調可能なミラーは、電気光学式に同調可能な材料、より好ましくは、液晶（ＬＣ）材料を備えることが好ましい。
【００２３】
同調可能なミラーは、実質的に互いに平行であることが好ましい２つの主要面を有する。２つの主要面の一方は、入射ビームを受け取る。１つの好ましい実施の形態において、同調可能なミラーは、基板と、基板上に形成された平面状導波路と、導波路と光学的に相互作用する回折格子とを有している。回折格子及び平面状導波路は共振構造体を形成する。光学的に同調可能な材料で出来たクラッディング層は平面状導波路上に配置される。
【００２４】
当該出願人は、同調可能なミラーを利得媒質の正面に取り付けるとき、マイクロラジアン（ｍｉｃｒｏｒａｄ）整合精度がしばしば必要とされることが分かった。同調可能なミラーをレーザビームに対して整合させ且つその位置に保持するためには、同調可能なミラーを収容する保持部材を採用することは、同調可能なミラーをレーザビームに対して実質的に直交する位置に維持するために極めて望ましいであろう。能動的な光整合及びレーザ溶接による固定は、所望の整合許容公差及び長期間の機械的安定性を実現することを許容する。エポキシのような接着剤又ははんだによる保持部材の取り付けは、接着剤又ははんだは、再現性及び長期間の機械的安定性を保証し得ないため、好ましくない。
【００２５】
高熱伝導率を有する材料は、全体として、レーザ溶接に適さず、それは、熱は熱源（すなわち溶接領域）から迅速に放散し、これにより比較的大きい溶接溶融プール部分を生じさせるからである。理想的には、低熱伝導率と共に、低熱膨張率を有する金属が、レーザ溶接に良好に適している。白金合金、コーバー（Ｋｏｖａｒ）（登録商標名）、インバー（Ｉｎｖａｒ）（登録商標名）、アロイ（Ａｌｌｏｙ）４２及びベリリウム銅のような多数の金属合金がこの範疇に属する。
【００２６】
レーザビームに対して整合させた光要素に対する支持構造体を形成する材料に対し低熱膨張率であることは、熱変動に起因する整合誤差を最小にするため望ましく、この熱変動は、温度を安定化させるためＴＥＣが使用されるとき、レーザパッケージ体内にても小規模に生じる可能性がある。
【００２７】
当該出願人は、低熱伝導率を有する支持部材（例えば、レーザ溶接に適した材料で出来ている）がミラーとプラットフォームとの間に配置されるならば、同調可能なミラーと熱伝導性プラットフォームとの間の熱的接触は、著しく阻止されるであろうことが分かった。当該出願人は、特に、液晶を含む同調可能なミラーの場合、液晶の性質は、熱的変動に起因して変化する可能性があるから、同調可能なミラーの温度の安定化が極めて重要であることが分かった。好ましくは、同調可能なミラーにおける熱的変動は、レーザ作動中の波長及びパワーの変動を最小限にし得るよう−１０ないし７０℃の温度範囲にて０．５℃を超えないようにしなければならない。１つの好ましい実施の形態において、０．２℃以内の熱的変動は、５０ＧＨｚのチャネル間隔に対し全体として許容可能である約±４ＧＨｚ以下の周波数のシフトに相応する。
【００２８】
当該出願人は、熱伝導性プラットフォーム上にて実質的に水平に同調可能のミラーを配置することは、同調可能なミラーとプラットフォームとの熱的接触を顕著に向上させることが分かった。この点にて、同調可能なミラーをプラットフォーム上に実質的に水平に配置することは、ミラーはその主要面の１つがプラットフォームの主要面と同一平面に沿って位置し又は、プラットフォームの主要面に対して数度以内に位置することを意味する。同調可能なミラーは、熱伝導性プラットフォームと直接接触するようにするか又は熱伝導性材料で出来た基板（又はホルダ）を同調可能なミラーとプラットフォームとの間に配置することができることを理解すべきである。
【００２９】
利得媒質からのレーザビームは、そのビーム又はその大部分を同調可能なミラーの主要面の１つに向けて偏向する偏向器によって同調可能なミラーに向けられ、該同調可能なミラーは、熱伝導性プラットフォームに対して実質的に水平に取り付けられる。このため、形成されるレーザキャビティは折り畳んだキャビティである。
【００３０】
同調可能なミラーは、該ミラーをレーザビームに対して整合させることを必要とせずに、特に、整合に適した支持構造体を使用することを必要とせずに、熱伝導性プラットフォーム上に直接取り付けることができる。例えば、同調可能なミラーは、その後側（主要）面をプラットフォームに又は該プラットフォームに固定されたミラーホルダ／基板に接着することにより、プラットフォーム上に固定される。一方、同調可能なミラーは、ホルダ／基板に接着することができる。これと代替的に、同調可能なミラー又はミラーホルダ／基板の後側面の少なくとも一部を例えば、金めっきによって金属被覆し、次に、プラットフォームの面にはんだ付けすることができる。
【００３１】
本発明に従ったレーザの設計の範囲内にて、好ましくは能動的な光整合状態を採用することにより偏向器をレーザビームに整合させる必要がある。全体として、整合する間、同調可能なミラーを取り囲み又は支持する必要がある低熱伝導率の構造体を保持し且つ整合させることは、レーザビームに対する整合が不必要であるため、不要である。その結果、同調可能なミラーと熱伝導性プラットフォームとの間の良好な熱的接触を実現することができる。
【００３２】
熱伝導性プラットフォームは、プラットフォームに対する熱的制御を実現するＴＥＣに熱的に結合されることが好ましい。
１つの好ましい実施の形態において、偏向器は、入射光の一部を偏向させ且つ残りの部分を透過するビームスプリッタである。当該出願人は、ビームスプリッタを偏向器として使用することにより、よりコンパクトなレーザ組立体を実現することが可能であることが分かった。本発明の１つの好ましい実施の形態に従い、ビームスプリッタを透過した光の部分は、出力レーザビームを形成する。換言すれば、外部キャビティレーザは、波長選択可能な要素（同調可能なミラー、また、存在するならば、チャネルグリッド）の側、すなわち、レーザダイオードの前側小面の側にてレーザビームを出力する。このレーザの設計により、出力レーザビームをコリメートするコリメートレンズは不要であり、それは、キャビティ内コリメートレンズは、利得媒質から、また、ビームスプリッタを透過したビームから放出されたビームの双方に対するコリメートレンズとして機能するからであり、該ビームスプリッタは、例えば、光ファイバのような出力光学素子に結合される。好ましくは、ビームスプリッタは、相対的に高レーザ出力パワーを保証し得るように７０ないし９０％の範囲の透過率を有するものとする。
【００３３】
出力光がレーザ外部キャビティの端部ミラーの１つを形成する半導体利得チップ（利得媒質）の反射する後側小面から放出されるとき、例えば、ビームスプリッタのような部分偏向器をレーザダイオードの正面側にてレーザキャビティの外部に配置することにより、レーザ出力のパワーの制御が全体として行われる。偏向器は、ファイバに結合する直前に、出力光をモニタ光検出器に向ける。当該出願人は次のことが分かった。レーザダイオードの後側小面は、典型的に、外部キャビティに対する端部ミラーとして効果的に機能し得るよう約８０ないし９０％の透過率を示す。ビームスプリッタがパワーの監視のため後側小面から放出されたビームを偏向し得るよう配置されるならば、光出力部から漏れたビーム強度の部分は、出力パワーを損失しないよう可能な限り少なくなければならない。例えば、レーザダイオードの正面側のビームスプリッタは、９８％／２％の分割比を有することができる、すなわちビーム強度の２％が光検出器に向けられる試験ビームを構成する。その結果、光検出器に入射する光パワーは、相対的に低く、これは、パワー監視の精度を犠牲にして得られる。光制御システムを使用することによりレーザビームの波長の較正が行われるならば、試験ビームの相対的に低い光パワーは、特に不利益であり、該光制御システムは、少なくとも１つの光検出器により波長に依存する透過率又は利得減衰を有するフィルタを通してフィルタ処理された光を分析する。
【００３４】
当該出願人は、レーザキャビティ内にて偏向器としてビームスプリッタを使用することにより、ビームスプリッタにより透過された光は、１つ又はより多くの光検出器により監視することが可能であることが分かった。このことは、レーザ出力光がビームスプリッタを透過した光から発生するような形態とされたレーザ組立体の設計の場合、特に有益である。この場合、光検出器は、出力ビームの強度とほぼ同一の強度を有する光ビームを受け取る。特に、ビームスプリッタの透過率が７０ないし９０％の範囲にて選ばれるならば、相対的に高光パワーを有するビームを分析することにより、監視を実行することができる。更に、レーザビームを減衰させるため更なる偏向する光要素を追加せずに、監視を実現することができる。光検出器は、出力ビームに対して実質的に直交する光を受け入れ得るように配置することができる。例えば、フォトダイオードのような光検出器を例えばビームスプリッタの表面の１つに配置することができ、このビームスプリッタの面は、同調可能なミラーに面せず、また、利得媒質から発するレーザビームを受け取ることはない。
【００３５】
好ましくは、レーザ組立体の全ての要素は、共通の熱伝導性プラットフォーム上に取り付けられるものとする。１つの好ましい実施の形態において、収束レンズ及び光ファイバを有する出力光学素子はレーザ組立体と一体的である、すなわち、出力光学素子は、レーザ組立体が取り付けられるプラットフォーム上に取り付けられる。
【００３６】
好ましくは、同調可能なレーザは、相対的に短い、すなわち１２ｍｍ以下のキャビティ長さを有するものとする。
本発明に従って熱的に制御されたレーザシステムの同調時間は、０．２０ｍｓ以下とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
本発明の１つの好ましい実施の形態に従った同調可能なレーザシステムは、図１に概略図的に図示されている。該レーザシステム１は、光ファイバ、すなわちファイバピッグテール１５を挿入するためのブート１６を備える、例えば１４ピンバタフライパッケージのようなパッケージ７に嵌まるレーザ組立体を備えている。ガラス窓部１３は、レーザ組立体をファイバを挿入するブートから密閉的に閉塞する。レーザ組立体は、利得媒質２と、コリメートレンズ３と、チャネル割り当て格子要素４と、偏向器６と、同調可能なミラー８とを備えている。レーザシステムは、熱伝導性プラットフォーム１０を備えている。利得媒質２は、外部キャビティレーザ用途に対し特に設計された例えば、ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＰ多数量子ウェルファブリ・ペロー（ＦＰ）利得チップのような半導体ダイオードに基づくものである。ダイオードは、後側小面２２と、前側小面２３とを備えている。ダイオードの前側小面２３は、キャビティ内小面であり、また、反射防止被覆を有している。好ましくは、利得チップ導波路は曲げられており、該導波路は後方反射を更に減少させ得るように前側正面に角度を付けた入射を有する。後側小面２２は、部分反射型であり、外部キャビティの端部ミラーの１つとして作用する。後側小面の反射率は、相対的に高いレーザ出力パワーを許容し得るよう、例えば１０％ないし３０％の範囲とすることができる。
【００３８】
レーザキャビティ内にて、ダイオードの前側小面２３から現われるビームは、ビームをコリメートして光路２５を画成するコリメートレンズ３によってコリメートされる。コリメートしたビームはチャネル割り当て格子要素４に衝突する。
【００３９】
チャネル割り当てグリッド要素４は、例えば、中実又は空気離間したエタロンのようなＦＰエタロンであることが好ましい。レーザは、作動波長がＩＴＵチャネル格子と整合されるような態様にて設計することができる。この場合、レーザ波長は、複数の等間隔の透過ピークを画成する構造及び形態とされたＦＰエタロン４を介してＩＴＵグリッドに対して中心決めされる。ＷＤＭ又はＤＷＤＭ電気通信システムの用途において、透過ピーク間隔、すなわちグリッド要素のＦＳＲは、例えば２００、１００、５０又は２５ＧＨｚのようなＩＴＵチャネルグリッドに相応する。
【００４０】
好ましくは、コリメートレンズ３は、光路２５に実質的に直交するキャビティ内に配置されるものとする。好ましくは、ＦＰエタロン４は、光路２５に対する垂線に対して例えば、０．５°のような僅かな傾斜角度にてキャビティ内に配置され、ＦＰエタロンの反射光がレーザダイオードに戻るのを防止し得るようにする。
【００４１】
ＦＰエタロン４の後、レーザビームは、偏向器６を打撃し、該偏向器は、ビーム２５を光路２６に沿って同調可能なミラー８に偏向させる。同調可能なミラー８は、光信号を偏向器６に反射して戻す一方、該偏向器は、光信号を利得媒質２に偏向して戻す。偏向器６は、この実施の形態において、例えば、金被覆したシリコンスラブのような平面状ミラーである。
【００４２】
図１に図示しないが、偏向器６は、既知の技術により熱伝導性プラットフォーム１０に固定することのできるホルダ内に収容することができる。好ましくは、偏向器は、能動的な光整合技術によってレーザビームに対して整合されるものとする。
【００４３】
同調可能なミラー８は電気光学要素であり、この要素において、電圧依存の屈折率を有する材料、好ましくは液晶（ＬＣ）材料を使用することにより、同調可能性が実現される。同調可能なミラーは、ＦＰエタロンのピークを判別する粗同調要素として機能する。同調可能な要素のＦＷＨＭ帯域幅は、グリッドエタロンのＦＷＨＭ帯域幅よりも狭くない。長手方向の単モード作動の場合、特定のチャネル周波数に相応するＦＰエタロンの透過ピークは、単一キャビティモードを選ぶ、すなわち透過する必要がある。このため、ＦＰエタロンは、ＦＷＨＭにより分割されたＦＳＲとして規定される精度を有する必要があり、この精度は、各チャネルの間にてキャビティの隣接するモードを抑制する。単一モードレーザ放出の場合、長手方向キャビティモードは、エタロン透過ピークの１つ（同調可能な要素により選ばれたもの）の最大値の上に配置する必要がある。このようにして、特定の周波数のみがエタロンを通過し、その他の競合する隣接するキャビティモードは抑制されよう。ＬＣ材料を含む同調可能なミラーが機能するために提供される電気信号は、直流の応力に起因するＬＣの劣化を防止し得るよう交流電圧である。
【００４４】
図２は、スペクトル選択可能な損失要素としてＩＴＵチャネルグリッドに整合させた複数の通過帯域を有するＦＰエタロンを備えるレーザキャビティ内の色々なモードを示す線図である。（Ａ）において、共振外部キャビティにより誘発されたキャビティモードが示されている。（Ｂ）において、標準的なＩＴＵグリッドにロックされたピークの位置を有するＦＰエタロンのモードが示されている。（Ｃ）は同調可能な要素、すなわち同調可能なミラーの通過帯域である。図示した例において、ＦＰエタロンのＦＳＲは１００ＧＨｚＩＴＵグリッドのグリッド線の間の間隔に相応する。
【００４５】
図１を再度参照すると、レーザキャビティは、ある光路長さを有する折り畳んだ共振キャビティであり、この光路長さは、偏向器６と利得媒質の後側小面２２との間の光路２５と、偏向器と同調可能なミラー８との間の光路２６との合計値である。
【００４６】
レーザビームは、レーザダイオード２の部分反射型の後側小面２２により外部キャビティ外に結合されている。好ましくは、コリメートレンズ２０をレーザ出力ビームの光路に沿って配置することができるものとする。当該実施の形態において、レンズ２０の後側に配置された、例えば、９８％／２％タップのようなビームスプリッタ１８が試験ビームとして出力光の一部分を拾い上げ、この出力光はパワーの制御のため光検出器１９に向けられる。ファイバ収集レンズ１４は光アイソレータ１７を通過した光をファイバピッグテール１５内に導く。光アイソレータ１７を採用して後方反射した光が外部レーザキャビティ内に通過して戻るのを防止し、また、この光アイソレータは、全体として選択可能な要素である。
【００４７】
好ましい実施の形態において、レーザ組立体は、実質的に単一の長手方向、好ましくは、単一横方向モードの放射線を発生させる設計とされている。長手方向モードとは、レーザキャビティ内の幾つかの別個の周波数にて同時にレーザ作用することを意味する。横方向モードは、レーザ作用放射線の横方向に向けてビームの強度の断面の空間的変化に相応する。全体として、例えば、導波路を含む商業的に入手可能な半導体レーザダイオードのような利得媒質を適正に選択することは、単一の空間的又は単一の横方向モードの作動を保証することになる。
【００４８】
レーザは、ＷＤＭ又はＤＷＤＭシステム内の等しく隔たったチャネル周波数に適合する複数の等しく隔たった出力周波数の選んだ１つにて出力放射線を放出する形態とされている。レーザは、キャビティ内の光要素のスペクトル応答性及びキャビティの相に依存する単一の長手方向モード出力を放出するよう作用可能である。
【００４９】
レーザ組立体は、光要素に対する機械的基準基部として機能する一般的な熱伝導性プラットフォーム１０に基づくものである。一般的な光ベンチは設計上の複雑さを最小にし、また、同調可能なレーザの構成要素の間の整合状態を簡略化するため、この一般的な光ベンチを使用することが好ましい。プラットフォーム１０は、窒化アルミニウム（ＡＩＮ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）及び銅−タングステン（ＣｕＷ）のような任意の熱伝導性材料で出来たものとすることができる。
【００５０】
図１に図示していないが、レンズ３、２０は個別のマウントによりプラットフォームに取り付けられる。
同調可能なミラー８は、熱伝導性プラットフォーム１０の主要面の面に対して実質的に水平に位置している。１つの好ましい実施の形態において、同調可能なミラーは、熱伝導性基板に又は同調可能なミラーを収容することができるホルダ（図１にて参照番号９で表示）内に配置される。プラットフォーム１０が金属材料で出来ている場合、基板又はホルダ９は、同調可能なミラーが通常、レーザ作動中、偏倚されるため、同調可能なミラーとプラットフォームとの間の電気的接触を回避し得るよう電気絶縁性材料（大きい熱伝導率を有する）にて出来たものである必要がある。１つの好ましい実施の形態において、ホルダ９は、ＡＩＮ又はＳｉＣにて出来ている。
【００５１】
同調可能なミラーをプラットフォーム上に水平に配置することにより、レーザを組み立てる間、ミラーをレーザビームに対して能動的に整合させる必要はない一方、プラットフォームとの熱的接触は最大となる。好ましくは、レーザを組み立てる間、同調可能なミラーは、例えば、Ａｇ充填エポキシのような熱伝導性エポキシ又はシリコーン樹脂によって熱伝導性プラットフォームに接合される。これと代替的に、同調可能なミラーは、ホルダ内に収容し又は熱伝導性プラットフォームに接合された基板上に配置する。ミラーは、基板又はホルダに接着することができる。
【００５２】
好ましくは、光能動的整合技術によって偏向器６をレーザビームに対して整合させる必要がある。偏向器は、例えば、プラットフォーム１０（図１に図示せず）に対して固定された支持構造体によってキャビティ内に固定することができる。偏向器は、支持構造体に接着することができ、又は偏向器は、少なくとも部分的に金属被覆し、はんだ付けすることができる。
【００５３】
熱伝導性プラットフォームが例えば、Ａｕめっきセラミック基部のような反射性材料で出来ている場合、ＦＰキャビティは、同調可能なミラーとプラットフォームとの間に形成することができ、このことは、レーザの外部キャビティ内にてスプリアス反射を生じさせる。この問題点を最小にするため、同調可能なミラーをプラットフォームの主要な上面に対して僅かに傾動させ、同調可能なミラーの主要面の平面とプラットフォームの面に沿った平面との間に例えば、０．５°又は１°のような小さい角度が形成されるようにすることが好ましい。これと代替的に、プラットフォーム表面の反射率は、例えば、レーザカッティングによりプラットフォームの表面を粗面化することにより、同調可能なミラーの下方で且つ同調可能なミラーを取り囲む少なくとも領域内にて減少させてもよい。
【００５４】
その温度を安定化させるため、ＦＰエタロン４は、熱伝導性ハウジング５内に収容してプラットフォーム１０との熱的接触を促進することが好ましい。エタロンのハウジング５は、１５０Ｗ／ｍＫ以上の熱伝導率を示し且つ、例えば、Ａｇ充填エポキシ樹脂、低温度はんだ付け合金又は熱伝導性エポキシを使用して染料付着法によってプラットフォーム上に直接はんだ付けされることが好ましい。例えば、エタロンホルダは、ＣｕＷ合金にて出来たものとすることができる。ＦＰエタロン又はそのホルダ（存在するならば）がプラットフォームに接着又ははんだ付けされるとき、コリメートレンズ３を能動的に整合させることにより、レーザビームに対するエタロンの光学的整合状態を調節することができる。
【００５５】
コリメートレンズ３は、レンズをレーザビームに対して整合させる作用を果たすこともできる支持構造体（図示せず）によりプラットフォーム１０に取り付けることができる。
利得チップ２は、例えば、接合によって熱伝導性サブマウント２１に配置し、放出されたビームをその他の光要素に対して便宜な高さに配置し且つ熱放散を更に向上させることが好ましい。熱伝導性サブマウント２１は、熱伝導性プラットフォーム１０上に配置される。
【００５６】
熱伝導性プラットフォーム１０は、プラットフォームに対する熱的制御を実行するＴＥＣ１１に熱的に結合されることが好ましい。例えば、プラットフォーム１０は、ＴＥＣ１１に接着し又ははんだ付けすることができる。熱伝導性プラットフォームの温度の監視は、サーミスタ又は熱電対のような熱センサ装置１２によって行われ、該サーミスタ又は熱電対は、プラットフォーム上に配置され且つプラットフォーム１０を冷却し又は加熱する制御信号を提供し得るようＴＥＣに作用可能に結合される。光要素の特定の熱的制御が望まれるならば、例えば、同調可能なミラー又はＦＰエタロンのようなレーザ組立体の１つ又はより多くの光要素上に追加的な熱センサ装置を選択的に配置することができる。
【００５７】
印加された電圧に起因する同調可能なミラーの放散した電力が５０ｍＷのように大きいときでさえ、−１０ないし７０℃の温度作動範囲に亙ってレーザ組立体の最大の温度変化は０．１℃以下のままであることが数値シミュレーションにより明らかにされている。
【００５８】
図３は、本発明の第二の好ましい実施の形態によるレーザ組立体の概略図である。レーザ組立体３０は、利得媒質３１と、コリメートレンズ３２と、ＦＰエタロン３３と、偏向器３４と、同調可能なミラー３５とを備えている。利得媒質３１は、後側小面４１と、前側小面４２とを備える半導体ダイオードに基づくものである。ダイオードの前側小面４２は反射防止被覆される一方、後側小面４１は部分反射性である。好ましくは、利得媒質は、後方反射を更に減少させ得るように前側小面に角度付き入射を有するように曲げられた利得チップ導波路を有する半導体利得チップであるものとする。この第二の実施の形態による折り畳んだレーザキャビティの偏向器は、ビームスプリッタ（ＢＳ）３４である。利得媒質３１から放出された光は、コリメートレンズ３２によりコリメートされ且つＦＰエタロン３３を通って進む。ＦＰエタロンを通過した後、光路３７に沿って進む光は、ＢＳ３４に衝突し、該ＢＳにて光は光路３８に沿って同調可能なミラー３５に部分的に偏倚される。同調可能なミラーに衝突する光の大部分（同調可能なミラーの反射率に依存する）は、ＢＳに反射して戻される一方、該ＢＳは、その一部をレーザダイオードに戻す。レーザ外部キャビティは、光路３７、３８の合計値である光路を有する折り畳んだキャビティである。レーザダイオード４１の後側小面及び同調可能なミラー４０の後側面は、レーザの外部キャビティの端部ミラーを形成する。
【００５９】
このように、ＢＳは、入射レーザビーム３７の一部分を反射し、この入射レーザビームは、同調可能なミラーに偏向され、その後、ＢＳに戻され、該ＢＳは、そのレーザビームをレーザダイオードに戻す。光の残り（好ましくは実質的な）部分は、ＢＳによって光路３９の方向に透過され且つレーザ出力ビームを構成する。好ましくは、ＢＳ３９の透過軸線は、レーザビームの光軸線、すなわち光路３７に対して実質的に平行であるものとする。例えば、ＢＳは、入射ビームを９０°にて反射する立方形ビームスプリッタである。好ましくは、ＢＳは、入射光の分極に対して影響を受けないものとする。
【００６０】
このレーザの設計において、ＢＳ３４は、相対的に大きい出力レーザパワー保証し得るよう、好ましくは７０％ないし９０％の範囲の相対的に高透過率を有することが好ましい。ビームスプリッタの透過率の最適な値は、キャビティの損失及び利得の変動を最小化することのやり繰りとして選ぶことができる。レーザダイオード３１の後側小面４１の反射率は、約１００％であることが好ましい。この好ましい実施の形態において、ＢＳから反射された光の部分は小さいように見えるが、例えば、少なくとも２００ｃｍ−１のような相違する利得を有する半導体利得チップのような、高パワー利得媒質を選ぶことにより、レーザ外部キャビティ内にて優れたレーザの増幅を実現することができることを理解すべきである。
【００６１】
図３の実施の形態に従い、ＢＳの第二の透過軸線は、実質的に垂直な入射ビームである。光路４３に沿ってＢＳを透過した光ビームは、例えば、フォトダイオードのような光検出器３６を光路４３に沿って配置するだけで、出力パワーを監視する試験ビームとして使用することができる。例えば、半導体フォトダイオードは、接着剤又ははんだ付けによってＢＳ構成要素に直接、取り付けることができる。
【００６２】
フォトダイオード３６は、光路３９に沿ってレーザ出力ビームとほぼ同一の強度を有する光ビームを受け取る。図３のレーザ設計におけるパワーの監視は、レーザビームの相対的に大きい部分が光検出器により検出され、これによりレーザ作動中のパワーの変化又は変動の制御の精度を増すことができるという利点を有する。
【００６３】
図４には、本発明の第三の実施の形態に従ったレーザシステムが示されている。図１に示したものに相応する同調可能なレーザの要素に対し同一の参照番号が与えられており、また、その詳細な説明は省略する。
【００６４】
ＦＰエタロン４を通過した後、光は、ビームスプリッタ（ＢＳ）４５に衝突し、光は該ビームスプリッタにて同調可能なミラー８に部分的に偏倚される。光検出器４６は、同調可能なミラーによってＢＳに戻され、次に、パワーを監視する試験ビームとして、ＢＳを透過したレーザ光の部分を受け取る。
【００６５】
レーザビームの光軸線の方向に沿ってＢＳ４５を透過したレーザ光、すなわちレーザ出力ビームは、光アイソレータ１７を通して導かれ、次に、レンズ１４によって光ファイバ１５内に収束される。図４の実施の形態に従ったレーザキャビティの設計は、第二のコリメートレンズとしてキャビティのコンパクトさを改良し、出力ビームを光出力組立体に対してコリメートし、光ファイバ（図１のレンズ２０）に結合することが不要であるという利点を有することを認識することが重要である。更に、パワーの監視を実現しようとするならば、出力パワーの漏れを生じる更なるＢＳは不要である。
【００６６】
好ましくは、図４のレーザの設計において、レーザダイオードの後側小面は９０％以上の反射率を有し、前側小面は選ばれなかったチャネル内にてレーザを放出させる可能性のある利得変動を最小にし得るよう１０−３以下の反射率を有するものとする。
【００６７】
図５（ａ）及び図５（ｂ）には、図４のビームスプリッタ４５に対する２つの可能な支持構造体が示されている。この実施の形態において、ＢＳは立方形ビームスプリッタである。本発明のその他の実施の形態に従ったビームスプリッタを保持し且つその位置に固定するため、支持構造体を使用することが可能であることを理解すべきである。同様の支持構造体を使用して、図１の平面状ミラーを保持し且つその位置に固定することもできる。図５（ａ）において、支持構造体８０は、ビームスプリッタ４５を保持するＵ字形のホルダ８１と、熱伝導性プラットフォーム１０上に取り付けられ且つその位置に固定されたＵ字形の矩形のフレーム８２とにより構成されている。ビームスプリッタ４５は、予めエポキシ又は接着剤によってホルダ８１に取り付けることができる。ホルダ８１は、レーザビームに対して整合させた後、矩形のフレーム８２に固定することができる。矩形のフレーム８２の内側部は、プラットフォーム１０上にて水平に位置する同調可能なミラー８に対する空間を残すように開放している。矩形のフレーム８２は、同調可能なミラー８を取り囲む一方、ホルダ８１は同調可能なミラーの上方に配置される。
【００６８】
図５（ｂ）には、ＢＳ４５に対する１つの代替的な支持構造体が示されている。支持構造体８５は、ビームスプリッタ４５を保持するＵ字形ホルダ８３と、同調可能なミラー８を取り囲むＵ字形の矩形のフレーム８６とを備えている。ホルダ８３及び矩形のフレーム８６は、Ｕボルト８７及びＵボルトの支持体８８により互いに固定されている。明確化のため、Ｕボルト８７は、支持構造体のその他の部分から分離した状態でも示されている。支持構造体８５の部分は、溶接箇所８４を通じてレーザ溶接によって固定されている。ビームスプリッタ４５は、エポキシ又は接着剤によって予めホルダ８３に取り付けることができる。支持構造体８５は、Ｕ字形の矩形のフレーム８６をプラットフォーム１０に固定した後、５度の自由度（軸方向３度及び半径方向２度）にて整合させることを許容する。矩形のフレーム８６は、接着剤、はんだ又はレーザ溶接によってプラットフォームに取り付けることができる。
【００６９】
支持構造体８０又は８５によるビームスプリッタの整合は、それ自体既知である能動的な光学的整合法により実施されることが好ましい。
図５（ａ）及び図５（ｂ）の支持構造体は、単に一例として掲げたものであり、偏向器の支持構造体に対して多数の異なる幾何学的形態が可能であることを理解すべきである。
【００７０】
１つの好ましい実施の形態において、同調可能なミラーは、基板上に形成された導波路と、例えば、導波路と同一の材料にて導波路上に形成された回折格子とを有する電気光学要素である。回折格子の上にて、回折格子の少なくとも隙間を充填するクラッディング層が形成されている。クラッディング層は、広範囲に渡る電気的に選択可能な屈折率を有する液晶材料で出来ている。その少なくとも一方が透明である２つの導電体が液晶層の両面上に配置されている。電圧又は電流源が２つの透明な導電体を渡って結合されている。同調可能なミラーの構造の一例は、米国特許明細書６，２１５，９２８号に示されている。導電体に印加された電圧又は電圧を渡る電流に依存して、同調可能なミラーは所定の波長（λＴＭ）の放射線のみを反射する。その他の全ての波長の放射線は、同調可能なミラーを通過する。このように、同調可能なミラーは同調可能なセレクタ要素及びキャビティの端部ミラーの双方として機能する。同調可能なミラーは、交流電圧ＶＴＭにて駆動されて直流応力に起因する液晶の劣化を防止する。印加された電圧の周波数は、２０ｋＨｚないし２００ｋＨｚの範囲とすることができる。同調可能なミラーのスペクトル応答はスペクトル線であり、線形状は、例えば、λＴＭに中心があるローレンツ曲線と同様であり、また、約５０ＧＨｚないし約２５０ＧＨｚの範囲、好ましくは７０ないし１００ＧＨｚの範囲とすることのできる（ＦＷＨＭ）のＴＭ帯域幅を有する。特定の実施の形態において、λＴＭは、８０ｎｍの範囲に亙って同調させることができる。
【００７１】
レーザのレーザ作用出力波長、すなわちレーザ作用チャネルは、同調可能なミラーの共振波長λＴＭに相応するよう選ばれる一方、この共振波長は、同調可能なミラーに印加された電圧ＶＴＭ大きさの値に相応する。
【００７２】
換言すれば、同調可能なミラーによる同調可能なレーザの放出波長（周波数）の選択は、印加された電圧ＶＴＭの相応する値を選ぶことにより実現される。波長の精密な調節は、例えば、同調可能なミラーに印加された電圧ＶＴＭを僅かに変化させ且つ出力パワーの最大値を求めることによりレーザ出力パワーを分析することから得ることができる。好ましくは、レーザ出力における光パワーの交流構成要素及びその関連した位相を測定してキャビティモード波長λＣＭと同調可能なミラーλＴＭのピーク波長との間の波長差、すなわちλ＝λＣＭ−λＴＭの程度及び符号を検査するものとする。波長差Δλを減少させ又は解消するため、電圧ＶＴＭを変化させることにより光パワーの交流構成要素の最小化が求められる。
【００７３】
レーザキャビティ内にてモードをより安定化させるためには、λＣＭにおけるキャビティモードをλＦＰにおけるエタロンの透過ピークの中心との整合が実現されなければならない。レーザ作用モードを選んだエタロンピークと整合させるための閉ループ制御は、例えば、レーザダイオードのような、利得媒質の注入電流ＩＬＤを調節することにより実施することができる。レーザダイオードの注入電流の変化は、利得媒質の屈折率の変化を誘発し、このため、レーザ出力の相の変化を誘発する。エタロンピークをキャビティモードと中心決めすることは、ＩＬＤを調節し且つレーザ出力パワーを監視することにより実現することができる。エタロンモードのピークに基づいてキャビティモードを精密に調節するためレーザ出力パワーを最大にするアルゴリズムを具体化することができる。
【００７４】
好ましくは、同調可能なミラーを選んだキャビティモードと整合させるため、出力パワーの交流構成要素が分析される一方、キャビティモードをエタロンピークに整合させるため集積化した出力パワーの最大化が求められる。上述したように、出力レーザビームから拾い上げた試験ビームから光検出器によってレーザ出力パワーを測定することができる。１つの好ましい実施の形態において、同調可能なミラーをキャビティモードに整合させ及びキャビティモードをエタロンピーク値に整合させる双方のためレーザ出力パワーを監視することは、図３及び図４に示した形態のフォトダイオードによって実施される。この目的のため、連続的に作動する２つの制御アルゴリズムを具体化することができる。
【００７５】
ＩＴＵグリッド上の全てのチャネルに対する初期の作動点は、検索表に記憶される。検索表において、各チャネルは、同調可能なミラーに印加された電圧ＶＴＭと関係付けられ、従って、選択可能なチャネル波長λＴＭと関係付けられる。検索表は、また、チャネルの周波数と関係付けられた注入電流ＩＬＤの初期の作用可能な値を記憶することもできる。
【００７６】
ループコントローラは、周波数及びモードの制御のため制御アルゴリズムを具体化することができる。ループコントローラは、例えば、ドライバ光フィードバック回路を有し、該ドライバは、適宜なプログラムコード及び検索表を有するプロセッサを含む。
【００７７】
レーザが作動され、すなわちチャネルがスイッチオンされると、ドライバは、検索表からレーザダイオードに印加すべき電流ＩＬＤを、また、同調可能なミラーに印加すべき電圧ＶＴＭを読み取る。当該出願人は、所定のレーザ作用チャネルに相応するパラメータは、検索表内に記憶させたパラメータに対して変化することがあることを知った。レーザが例えば、老化又は環境条件の変化に起因する何らかの理由のため、変動するならば、記憶させた値は、選んだチャネルの周波数に相応しないであろう。これは、特に、レーザシステムが相対的に長い不作動期間の後に、始動されたとき、また、特に、レーザシステムがそのシステムが最初に較正されたときの温度と著しく相違する温度にてスイッチオンされる場合に生じるであろう。
【００７８】
本発明の第４の実施の形態は、レーザ作用チャネルの周波数の値に対する絶対的な基準値を得ることを可能にする。図６には、本発明の第４の実施の形態によるレーザ組立体の一部分が示されている。同調可能なミラー５２及びＢＳ５３は、レーザ組立体の要素として示されている。上述したように、ＢＳに入射するレーザ光の一部分は、同調可能なミラー５２に向けて伝搬する方向と反対方向５５に伝送される。第一のフォトダイオード５１は、方向５５に沿って偏向された光の部分を受け取り且つ、光パワーを監視する。レーザ光の波長を監視するため、フィルタ５４は、レーザ光を受け取り且つ、波長と共に変化する透過率を有するフフィルタ処理した光を出力する。より具体的には、フィルタ５４は、波長の関数である利得減衰を有し、例えば、利得は、増大する波長と共に直線状に増大する。フィルタ処理した光は第二の光検出器５０によって受け取られる。第二の光検出器が受け取ったレーザ光の大きさと第一の光検出器が受け取ったレーザ光の大きさとの比を監視することにより、レーザ作用波長を妥当な精度にて決定することができる。レーザ作用周波数を知ることにより、レーザ作用チャネルを求めることができる。
【００７９】
好ましくは、第一及び第二の光検出器はフォトダイオードであるものとする。レーザ組立体のコンパクトさを向上させるため、第一のフォトダイオード５１及びフィルタ５４を接着剤によってビームスプリッタの表面に取り付けることができる。第二のフォトダイオード５０は、フィルタ５４の裏面に接着することができる。
【００８０】
図６に示した形態によってレーザ作用波長を決定するためには、フォトダイオードに入射するレーザ光の光パワーが相対的に大きく、例えば、Ｃ帯域のような対象とする波長範囲に亙って波長を検査するとき、十分な精度が得られるようにすることを必要とすることを認識すべきである。その理由は、フィルタ処理した光の透過率又は減衰率は波長に依存するから、すなわち、フィルタの利得は、特定の波長に相応して著しく減衰される可能性もあるからである。例えば、１０ｄＢｍ程度のパワーを有するレーザ出力ビームの場合、ビームスプリッタに入射する光の少なくとも約１０％は、試験ビームにて偏倚され、これは、９０％／１０％以下の分割比を有するＢＳに相応する。９０％／１０％以下の分割比を有するＢＳを使用することは、光出力組立体が図１に示した実施の形態におけるよう（すなわち、試験ビームがレーザダイオードの後側小面の前方に配置されたビームスプリッタによりレーザ出力ビームから偏倚される状態）に配置される場合、殆んど許容できない。それは、このことは、レーザ出力パワーを顕著に損出することになるからである。
【００８１】
図７には、本発明の更なる実施の形態に従った同調可能なレーザシステムが示されている。図４に示したものに相応する同調可能なレーザ要素に対し同一の参照番号が与えられており、それらの詳細な説明は省略する。光制御システム６０は、第一の光検出器６１と、第二の光検出器６２と、波長に依存する透過率を有するフィルタ６３とを備えている。光制御システム６０の形態は図６に関してより詳細に説明した形態と同様である。光制御システム６０はビームスプリッタ上に配置されることが好ましい。図７のレーザシステムは、レーザ出力ビームの波長の整合及び安定性を保証し得るよう閉ループ制御を許容するフィードバックシステムを有する。例えば、サーミスタのような熱センサ装置１２を使用して温度フィードバック信号６９をマイクロプロセッサ６８に提供することにより、熱伝導性プラットフォームの熱的制御が実現される。サーミスタ１２により検出された温度変化又は外部入力に応答して、フィードバック信号７１により提供されたＴＥＣ１１及び可変電流発生器６６の温度制御を通じてプラットフォーム１０の冷却又は加熱に関する制御命令が与えられる。レーザダイオード２の注入電流ＩＬＤはフィードバック信号７０を通して可変電流発生器６７により制御される。波長の同調は、同調可能なミラー８に印加された電圧６４を変化させることにより実行され且つフィードバック信号７３によりマイクロプロセッサによって制御される。圧電基板６９が同調可能なミラー８の下方にて且つ熱伝導性プラットフォーム１０と熱的に接触した状態に配置され、例えば、圧電基板は、プラットフォーム上にて実質的に水平に位置する。圧電基板は、例えば、圧電セラミックのような熱伝導性とし、同調可能なミラーとプラットフォームとの間の良好な熱接触状態を保証するようにする。例えば、圧電セラミックは、数ｍｍの厚さを有するチタン酸ジルコン酸鉛（ＰｂＺｒＴｉＯ３）で出来た単一層セラミックシートである。圧電材料に印加された電圧ＶＰＺの変化は、典型的に、数１０ボルトの電圧に対して材料内にて数１０分の１ミクロン程度の機械的変形を誘発する。このことは、外部レーザキャビティの光路長さを変化させる、すなわち、光路長さを圧電材料に対する電気入力に応答して変化させることができる。このため、この実施の形態において、エタロンピークをキャビティモードに対して中心決めすることは、ＶＰＺを調節し、レーザ出力パワーを監視することにより得ることができる。レーザ出力パワーを最大にするアルゴリズムは、キャビティモードをエタロンモードのピークに基づいて同調するため具体化することができる。この目的のため、フィードバック信号７２は、マイクロプロセッサ６８の制御の下、圧電基板６９に対する可変電源６５を作動させることができる。検索表は、チャネル周波数と関係付けられたＶＰＺの初期作動値を記憶することができる。このようにして、キャビティモードを同調すべくレーザダイオードの注入電流ＩＬＤを調節することは不要となる、しかし、ＩＬＤを使用して、出力パワーを制御することができる。ＶＰＺの調節は、キャビティモードをエタロンピークに整合させるため行うことができる一方、ＩＬＤの調節を同時に実行して出力パワーを最適にすることができる。連続的に作用する２つの制御アルゴリズムをこの目的のため具体化することができる。ＶＰＺ及びＩＬＤの双方を調節することによる出力の制御は、キャビティモードの中心決め及び出力パワーを最適にするため更なる自由度を許容する。このようにして、チャネルを亙るパワーの均一さを得ることができる。
【００８２】
当該出願人は、レーザ組立体を取り囲むパッケージ体（図７にて参照番号７）に加わる機械的応力の結果、光ファイバ１５とレーザ出力信号との間の光学的結合が減少し、これにより出力光パワーを減少するに至る可能性があることが分かった。レーザシステムの機械的安定性を向上させるため、光出力組立体は、熱伝導性プラットフォーム１０に取り付けることができ、本発明の１つの好ましい実施の形態に従って、図８に示すように、レーザキャビティの光要素が該熱伝導性プラットフォーム上に取り付けられる。光アイソレータ７５及び収束レンズ７７が熱伝導性プラットフォーム１０上に固定された保持構造体７６上に取り付けられる。保持構造体７６に固定されたフェルール７８は、光ファイバ１５を保持する。このため、当該実施の形態に従い、出力光学素子の光要素は波長選択要素（４、８）及びレーザキャビティの利得媒質（２）と一体的であり、このため、レーザ出力ビームと出力ビームを光ファイバ内に収束させる出力光学素子との間の整合誤差は最小となる。更に、この設計によれば、光出力組立体の要素の熱的安定性を保証することができる。好ましくは、光ファイバ１５は、ガラスはんだのような密閉的シーラントによってフェルール７８内にはんだ付けされるものとする。パッケージ体７と一体であり又はパッケージ体に固定された外部ブート７９は、フェルール７８内にはんだ付けしたファイバを取り囲み、ファイバを更に機械的に支持し且つ歪みを除去する。好ましくは、フェルール７８は、密閉的シーラントによって外部ブート７９にはんだ付けされ、ファイバフェルール及び外部ブートが密閉的光フィードスルーを形成するようにする。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】本発明の第一の実施の形態に従った同調可能なレーザ装置の概略図である。
【図２】外部長手方向キャビティモード（Ａ）と、チャネル割り当てグリッドの伝送モード（Ｂ）と、チャネルセレクタ、すなわち同調可能なミラーの帯域幅（Ｃ）とを示す、グラフ図である。
【図３】本発明の第二の実施の形態に従ったレーザ組立体のブロック図である。
【図４】本発明の第三の実施の形態に従った同調可能なレーザ装置の概略図である。
【図５】５（ａ）は、本発明の１つの実施の形態に従ったレーザシステム内の偏向器の支持構造体を示す図である。５（ｂ）は、本発明の別の実施の形態に従ったレーザシステム内の偏向器の支持構造体を示す図である。
【図６】本発明の第四の実施の形態に従ったレーザ組立体の一部を示すブロック図である。
【図７】本発明の第五の実施の形態に従った同調可能なレーザ装置の概略図である。
【図８】本発明の第六の実施の形態に従った同調可能なレーザ装置の概略図である。
【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（ａ）】
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【図５（ｂ）】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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