(57)【要約】  本発明は外部キャビティレーザ(ECL)を備えるレーザ装置(200)に関し、光信号はレーザ出力信号を周波数にて変調する目的で、電気的変調信号により変調される。周波数における変調は、レーザ出力信号の強度の変調を生み、また振幅変調(AM)も示す。利得媒体(205)と、変調によって誘導される可変透過率を有する位相要素(206)と、スペクトル選択性光フィルタ(209)とを備え、AM振幅を一定の所定値より低く選択し、保つか、またはこの値を最小にするECLにより放出される信号のAM振幅を制御する。位相要素(206)に印加される変調により生じる透過率の変動が、変調により誘導されるレーザキャビティのループ利得の変動を抑えるか、または最小にするために、利得媒体の利得電流の対応する変動により補償されるように、ECLの利得媒体の利得に作用することで、出力パワーのAM成分の抑制が達成される。
2011517110.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも1つの中心チャネル光周波数で出力光信号を放出するようになされており、利得媒体と、スペクトル選択性光フィルタと、その位相が第1の制御パラメータにより制御可能な第1の光位相要素とを含む外部キャビティを備えるレーザを動作させるための方法であって、
光周波数偏位と、前記出力光信号の振幅変調とをもたらす変調深さにより、前記キャビティの光路長の変調を生成するために、電気的変調信号を前記第1の制御パラメータに印加するステップにおいて、前記第1の光位相要素は、前記変調信号によって誘導される少なくとも前記第1の制御パラメータの変動内に光透過率の変動を示し、前記スペクトル選択性フィルタは、前記電気的変調信号によって誘導される少なくとも前記光周波数偏位の対応において可変の光透過率を有する、ステップと、
前記出力光信号の前記変調の前記振幅を検出するステップと、
前記光周波数偏位内の前記周波数に関するその第1の導関数が、前記レーザ出力信号の前記変調振幅を抑えるために、前記第1の制御パラメータの変動の間隔内で前記第1の位相要素の前記透過率の前記第1の導関数と比較して、実質的に逆符号を有するように、前記スペクトル選択性フィルタの前記透過率を選択するために前記キャビティの光路長を調整するステップと
を含む方法。
【請求項２】
前記キャビティの光路長を調整する前記ステップは、前記出力光信号の前記変調振幅を最小にするように実行される、請求項1に記載の方法。
【請求項３】
前記第1の制御パラメータの変動内の前記第1の光位相要素の前記光透過率の前記変動は、単調である、請求項1または2に記載の方法。
【請求項４】
前記第1の制御パラメータの変動間隔内の前記第1の位相要素の前記透過率の前記第1の導関数は、負である、請求項3に記載の方法。
【請求項５】
光路長を調整する前記ステップは、前記第1の光位相要素の位相を調整することによって実行される、請求項1から4のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
利得電流を前記利得媒体に与えるステップをさらに含み、前記利得媒体は、半導体タイプであり、光路長を調整する前記ステップは、前記利得電流を調整することによって実行される、請求項1から4のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
光路長を調整する前記ステップは、第2の制御パラメータにより制御可能な第2の光位相要素の位相を調整することによって実行される、請求項1から4のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記第2の光位相要素は、前記光周波数偏位内に前記光周波数から実質的に独立の光透過率を有する、請求項7に記載の方法。
【請求項９】
前記出力光信号の前記振幅を検出する前記ステップと、前記キャビティの光路長を調整する前記ステップとを結合するフィードバックループを作動させるステップをさらに含む、請求項1から8のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記スペクトル選択性フィルタは、複数の透過帯域を定めるFabry-Perotフィルタである、請求項1から9のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
前記スペクトル選択性フィルタは、FWHMが3GHzと20GHzとの間に含まれる少なくとも1つの透過帯域を有する、請求項1から10のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
前記スペクトル選択性フィルタは、FWHMが5GHzと10GHzとの間に含まれる少なくとも1つの透過帯域を有する、請求項1から11のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
前記レーザは、動作周波数間隔内で選択可能な中心チャネル周波数で、出力光信号を放出するようになされている同調可能レーザであり、前記方法は、前記中心周波数で同調可能光フィルタを同調させるステップを含む、請求項1から12のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
前記同調可能光フィルタは、前記中心周波数上に同調可能なように、選択されるようになされている少なくとも1つの透過または反射帯域を有する通過帯域フィルタである、請求項13に記載の方法。
【請求項１５】
前記同調可能フィルタの前記少なくとも1つの透過または反射帯域は、40GHzと100GHzとの間に含まれるFWHMを有する、請求項14に記載の方法。
【請求項１６】
前記同調可能光フィルタを同調させる前記ステップは、前記同調可能フィルタの前記透過または反射帯域を、前記スペクトル選択性光フィルタの前記少なくとも1つの透過帯域に位置合わせするステップを含む、請求項10から12のいずれか一項に依存する請求項14に記載の方法。
【請求項１７】
前記第1の制御パラメータの変動間隔内の前記第1の位相要素の前記透過率の前記第1の導関数は、実質的に負であり、光路長を調整する前記ステップは、前記スペクトル選択性フィルタの前記少なくとも1つの透過帯域のピークに対応する前記周波数よりも低い光周波数に、前記中心チャネル周波数を位置決めするステップを含む、請求項16に記載の方法。
【請求項１８】
少なくとも1つの中心チャネル周波数で、出力光信号を放出するようになされている外部キャビティレーザを備えるレーザ装置であって、前記外部キャビティレーザのキャビティは、
キャビティ光軸に沿ってキャビティ内に光ビームを放出するようになされている利得媒体と、
前記キャビティ光軸に沿って配置されるスペクトル選択性光フィルタと、
その位相が第1の制御パラメータにより制御可能であり、前記キャビティ光軸に沿って配置される第1の光位相要素と、
光周波数偏位と、前記出力光信号の振幅変調とをもたらす変調深さにより、前記キャビティの光路長の変調を生成するために、電気的変調信号を前記第1の光位相要素に与えるようになされている変調ジェネレータ素子を備える制御回路と
を備え、
前記第1の位相要素は、前記変調信号によって誘導される少なくとも前記第1の制御パラメータの変動内に可変の光透過率を有し、前記スペクトル選択性フィルタは、前記変調信号によって誘導される少なくとも前記光周波数偏位の対応において可変の光透過率を有し、前記制御回路は、
前記出力光信号の前記変調の振幅を検出するようになされている検出器素子と、
前記光周波数偏位内の前記周波数に関するその第1の導関数が、前記第1の制御パラメータの変動の間隔内で前記第1の位相要素の前記透過率の前記第1の導関数と比較して、実質的に逆符号を有するように、前記スペクトル選択性フィルタの前記透過率を選択するために前記キャビティの光路長を調整するようになされているレギュレータ素子と、
前記レギュレータ素子および前記検出器素子と通信するようになされ、制御信号を生成して、前記レーザ出力信号の前記変調振幅を制御するようになされているコントローラと
をさらに備える、
レーザ装置。
【請求項１９】
前記コントローラは、フィードバックループを生成して、前記出力光信号の前記変調振幅を最小にするまで光路長を調整するようになされている、請求項18に記載の装置。
【請求項２０】
前記コントローラは、フィードバックループを生成して、前記出力光信号の前記変調振幅を一定の所定値より低く抑えるまで光路長を調整するようになされている、請求項18に記載の装置。
【請求項２１】
光路長の前記レギュレータ素子は、前記第1の制御パラメータにより前記第1の光位相要素の位相の調整を実行するようになされている、請求項18から20のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２２】
前記外部キャビティは、第2の制御パラメータにより制御可能な第2の光位相要素を含み、前記レギュレータ素子は、前記第2の制御パラメータにより前記第2の光位相要素の位相の調整を実行するようになされている、請求項18から20のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２３】
前記コントローラは、前記検出器素子によって検出された前記振幅の値と、前記第1または前記第2の制御パラメータの値とを監視し、制御信号を前記レギュレータ素子に与えて、前記出力光信号の前記振幅の値を最小にするようになされている、請求項21または22に記載の装置。
【請求項２４】
前記第2の光位相要素は、前記光周波数偏位内に前記光周波数から実質的に独立している光透過率を有する、請求項22に記載の装置。
【請求項２５】
前記外部キャビティレーザは、動作周波数間隔内で選択可能な中心チャネル周波数で、出力光信号を放出するようになされている同調可能レーザであり、前記スペクトル選択性フィルタは、前記動作周波数に実質的に位置合わせされた複数の透過帯域を定め、前記キャビティは、前記キャビティ光軸に沿って配置され、前記透過帯域のうちの1つを同調可能なように、選択するようになされている周波数同調可能フィルタをさらに備える、請求項18から24のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２６】
前記スペクトル選択性フィルタは、FWHMが3GHzと20GHzとの間に含まれる少なくとも1つの透過帯域を有する、請求項18から25のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２７】
前記同調可能フィルタは、FWHMが40GHzと100GHzとの間に含まれる少なくとも1つの透過または反射帯域を有する、請求項25に記載の装置。
【請求項２８】
中心レーザ周波数で出力光信号を放出し、半導体利得媒体と、その位相が制御パラメータにより制御可能な位相要素とを含む外部キャビティを備えるレーザを動作させるための方法であって、
変調周波数で、および光周波数偏位と、前記出力光信号の振幅変調とをもたらす第1の変調深さにより、前記キャビティの光路長の変調を生成するために、第1の電気的変調信号を前記制御パラメータに印加するステップと、
同時に、前記変調周波数で、および第2の変調深さで、第2の電気的変調信号を前記利得媒体に印加するステップと、
前記出力光信号の前記変調振幅を検出するステップと、
前記レーザ出力信号の前記変調振幅の分析に基づいて、前記第2の変調深さを調整するステップと
を含む方法。
【請求項２９】
前記第1の位相要素は、前記第1の変調信号によって誘導される少なくともその変動内に、前記制御パラメータにおける増加とともに実質的に減少する光透過率を有し、前記第1の変調信号は、実質的に前記第2の変調信号による位相にある、請求項28に記載の方法。
【請求項３０】
前記位相要素は、前記第1の変調信号によって誘導される前記制御パラメータの少なくとも前記変動内に、実質的に負の符号の第1の導関数を含む光透過率を有し、前記第1の変調信号は、実質的に前記第2の変調信号による位相にある、請求項28に記載の方法。
【請求項３１】
前記位相要素は、前記第1の変調信号によって誘導される少なくともその変動内に、前記制御パラメータにおける増加とともに実質的に増加する光透過率を有し、前記第1の変調信号は、前記第2の変調信号と比較して、実質的に位相対立にある、請求項28に記載の方法。
【請求項３２】
前記位相要素は、前記第1の変調信号によって誘導される前記制御パラメータの少なくとも前記変動内に、実質的に正の符号の第1の導関数を含む光透過率を有し、前記第1の変調信号は、前記第2の変調信号と比較して、実質的に位相対立にある、請求項28に記載の方法。
【請求項３３】
前記第2の変調信号の前記第2の変調深さは、前記第1の変調信号の前記第1の変調深さのパーセント値と比較して、約1/5以下の前記パーセント値を有する、請求項28から32のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３４】
前記第2の変調信号の前記第2の変調深さは、前記第1の変調信号の前記第1の変調深さのパーセント値と比較して、1/8以下の前記パーセント値を有する、請求項28から32のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３５】
前記第1の変調深さの前記パーセント値は、50%から90%の範囲に含まれる、請求項28から34のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３６】
前記外部キャビティレーザは、動作周波数に実質的に位置合わせされた複数の透過帯域を定めるスペクトル選択性フィルタを備える動作周波数間隔内で選択可能な中心チャネル周波数で、出力光信号を放出するようになされている同調可能レーザであり、前記方法は、前記スペクトル選択性フィルタの前記透過帯域のうちの1つを同調可能なように選択することによって、同調可能フィルタを周波数で同調させるステップをさらに含む、請求項29から35のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３７】
前記出力光信号の平均パワー値を監視するステップと、前記出力光信号の前記平均パワーを最大にするために、前記キャビティの光路長を調整するステップと
をさらに含む、請求項36に記載の方法。
【請求項３８】
前記位相要素は、前記利得媒体に光学的に結合された位相部である、請求項28から37のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３９】
前記位相部は、前記利得媒体に隣接して配置され、前記利得媒体および前記位相部は、半導体光増幅器に属する、請求項38に記載の方法。
【請求項４０】
前記出力光信号の前記光周波数偏位を監視し、実質的に所定値に対応する値に前記光周波数偏位を保つために、前記第1の変調信号の前記第1の変調深さを調整するステップをさらに含む、請求項28から39のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４１】
前記レーザ出力信号の光周波数偏位の前記所定値は、0.5GHz以上である、請求項40に記載の方法。
【請求項４２】
少なくとも1つの中心チャネル周波数で出力光信号を放出するようになされている外部キャビティレーザを備えるレーザ装置において、前記外部キャビティレーザのキャビティは、
光軸に沿ってキャビティ内に光ビームを放出するようになされている利得媒体と、
その位相が制御パラメータにより制御可能であり、前記キャビティ光軸に沿って配置される光位相要素と、
電気変調周波数で、および光周波数偏位と、前記出力光信号の振幅変調とをもたらす第1の変調深さにより、前記キャビティの光路長の変調を生成するために、第1の電気的変調信号を前記光位相要素に与えるようになされている第1の変調ジェネレータ素子を備える制御回路と、
前記変調周波数で、および第2の変調深さにより、第2の電気的変調信号を前記利得媒体に与えるようになされている第2の変調ジェネレータ素子と、
前記出力光信号の前記変調振幅を検出するようになされている検出器素子と、
前記第2の変調深さを調整するようになされているレギュレータ素子とを備え、コントローラは、前記レギュレータ素子および前記検出器素子と通信するようになされ、制御信号を生成して、前記出力光信号の前記変調振幅を制御するようになされている、
レーザ装置。
【請求項４３】
前記コントローラは、フィードバックループを生成して、前記レーザ出力信号の前記変調振幅を最小にするまで前記第2の変調深さを調整するようになされている、請求項42に記載の装置。
【請求項４４】
前記コントローラは、フィードバックループを生成して、前記レーザ出力信号の前記変調振幅を一定の所定値より低く抑えるまで前記第2の変調深さを調整するようになされている、請求項42に記載の装置。
【請求項４５】
前記コントローラは、前記検出器素子によって検出された前記振幅の値と、前記第2の変調深さの値とを監視し、制御信号を前記レギュレータ素子に与えて、前記レーザ出力信号の前記振幅の値を最小にするようになされている、請求項42から44のいずれか一項に記載の装置。
【請求項４６】
前記外部キャビティレーザは、動作周波数間隔内で選択可能な中心チャネル周波数で、出力光信号を放出するようになされている同調可能レーザであり、前記キャビティは、前記動作周波数に実質的に位置合わせされた複数の透過帯域を定めるスペクトル選択性フィルタと、前記光軸に沿って配置され、前記透過帯域のうちの1つを同調可能なように、選択するようになされている周波数同調可能フィルタとをさらに備える、請求項42から45のいずれか一項に記載の装置。
【請求項４７】
前記位相要素は、前記第1の変調信号によって誘導される少なくともその変動内に、前記制御パラメータの増加とともに実質的に減少する光透過率を有し、前記第1の変調信号は、実質的に前記第2の変調信号による位相にある、請求項42から46のいずれか一項に記載の装置。
【請求項４８】
前記位相要素は、前記第1の変調信号によって誘導される前記制御パラメータの少なくとも前記変動内に、実質的に負の符号の第1の導関数を含む光透過率を有し、前記第1変調信号は、実質的に前記第2の変調信号による位相にある、請求項42から46のいずれか一項に記載の装置。
【請求項４９】
前記位相要素は、前記第1の変調信号によって誘導される少なくともその変動内に、前記制御パラメータの増加とともに実質的に増加する光透過率を有し、前記第1の変調信号は、前記第2の変調信号と比較して、実質的に位相対立にある、請求項42から46のいずれか一項に記載の装置。
【請求項５０】
前記位相要素は、前記第1の変調信号によって誘導される前記制御パラメータの少なくとも前記変動内に、実質的に正の符号の第1の導関数を含む光透過率を有し、前記第1の変調信号は、前記第2の変調信号と比較して、実質的に位相対立にある、請求項42から46のいずれか一項に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、光ファイバ通信システムに関するものである。詳細には、本発明は誘導ブリルアン散乱の効果が抑制されるか、または抑止される外部キャビティレーザを備える送信器によって生成された光信号を伝送するための方法および装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバ通信システムにおいて、レーザ光源によって生成された光信号がファイバに沿って伝送されるときに生じ得る問題は、誘導ブリルアン散乱(SBS)である。誘導ブリルアン散乱は、伝送媒体の非直線効果によって起こり得るファイバ内を伝搬する音響波と、光波との間の相互作用の知られている非弾性プロセスである。熱的に励起された音響波(フォノン)は、電気歪により屈折率の周期変調をもたらす。SBSは、ファイバ内部を伝搬する光の一部の後方反射や、その周波数の同時抑制(ブリルアンシフト)をもたらす。光周波数の減少は、シリカファイバについては10GHz〜20GHz程度である。
【０００３】
実際のところ、誘導ブリルアン散乱は、光パワーの一定の閾値(本明細書では以降、SBS閾値と呼ぶ)を超過すると、この閾値を上回る光パワーの大部分が、伝送装置に向かって逆戻りに反射されるので信号を伝送するのに利用可能な最大光パワーを制限する。反射された光の一部分は、ファイバ内を伝送されるパワーを抑えることに加えて、光学システム性能を低下させて送信器に戻る。
【０００４】
光学システムの種々の特性は、信号の波長など、SBSパワー閾値、ならびに使用される伝送光ファイバの特性、例えば、その有効エリア値、その材料およびそのドーピングプロファイルを定める。
【０００５】
一般に、電気通信用のレーザ源は、無変調のレーザによって発せられた信号は有限直線幅を有するという意味において、単色放射線を放出しない。加えて、伝送に有用な信号を伝達する目的で光搬送波に動作する変調は、(一般に、単位周波数当たりの、または単位光波長当たりの光パワーと定められる)放出パワーの直線幅をさらに拡大する傾向がある。光学システムについての外部キャビティレーザの出力信号の直線幅の一般値は、10MHzと100MHzとの間に含まれる。
【０００６】
SBSを抑えるための方法は、単位周波数に対して平均光パワーのレベルを抑えるために、伝送レーザのパワースペクトル密度、そのためスペクトル放出幅を人工的に増加させることを必要とする。
【０００７】
米国特許第6,661,814号明細書には、SBSを抑止する特性を有するレーザ出力信号を生成する装置について記載されている。外部キャビティレーザによって生成される光信号の帯域幅は、SBSを抑止するようになされている帯域幅を含む周波数の偏位を有する波長で変調される出力を生成するように、レーザキャビティの光路長を変調することによって増大する。利得要素と、反射要素と、レーザキャビティの光路長を調整するための要素と、光路長を調整するための励起入力を生成して、光路長の変調を誘導するコントローラとを含むレーザが記載されており、その目的は、スペクトル幅および変調周波数を有するレーザ信号を出力にもたらして、このレーザ信号が入力される光ファイバ接続におけるSBSを抑止することである。
【０００８】
米国特許第6,813,448号明細書には、SBSを抑止するための送信器が記載されている。この送信器は、光信号を受信するようになされている入力と、振幅において変調された電気信号を受信するようになされている振幅変調入力と、位相変調入力と、出力とを有する非線形素子を含む。この送信器はまた、非線形素子の位相変調入力に結合される第1の発振器および第2の発振器と、非線形素子の出力に結合される増幅器とを有するSBS発振器/ドライバも含む。レーザが、非線形素子の光入力に接続される。
【０００９】
近年、同調可能光レーザ源を有することに対する関心が、特に、複数の個別データフローが同時に単一の光ファイバ内を伝送され、すべてのチャネルが、レーザによって放出される適切な周波数または波長の光を変調することによって生成される、波長分割多重(略して、WDM)システム、および高チャネル密度WDMシステム、DWDM(高密度波長分割多重)における送信器として使用するために増加している。加えて、同調可能レーザは、例えば、波長アドレス指定に基づく仮想プライベートネットワークにおいて使用可能である。
【００１０】
単一長手方向モードでその動作を達成する目的で、およびほとんどのアプリケーションが必要とするスペクトル純度および周波数安定性を保証するために、広く使用される技術的な解決策は、優れた柔軟性を示す構成外部キャビティのものであり、なぜならレーザパラメータの最適化が、レーザキャビティ内に挿入可能な種々の光学要素の類型、数、および関連仕様の適切な選択に委ねられ得るからである。さらには、高出力パワーは、一般に、容易に得ることができる。
【００１１】
米国特許出願第2005/0213618号明細書には、外部キャビティレーザ向けの半集積設計が記載されている。この外部キャビティレーザは、導波路によって接続される前部ファセットと、後部ファセットとを有する集積構造を備え、このような構造は、利得部と、この利得部に隣接して、位相制御部を通る導波路の一部分の光学経路を変調する位相制御部と、この制御部に隣接して、変調器部を通る導波路の一部分を通る光出力を変調する変調器部とを含む。記載されている解決策の態様によれば、レーザ信号の波長ロッキングが、この位相制御部の変調によって達成される。
【００１２】
米国特許出願第2007/0133647号明細書には、集積構造を備える同調可能外部キャビティレーザが記載されており、その構造は、利得部と、この利得部に導波路を通じて結合される前部ミラーと、利得部および前部ミラーの間に結合される位相制御部とを含む。このレーザは2つの波長間で変調され、一方の波長は吸収されるが、他方の波長は光データ信号として伝送される。
【００１３】
米国特許第7,209,498号明細書は、フィードバックループを使用して、制御する同調可能レーザに関するものである。該明細書に記載されている方法および装置は、レーザキャビティ内の同調可能要素と、光ビームの経路内に定められる光通過帯域とともに動作するフィードバック回路とを含む。同調可能要素は、この通過帯域と比較して、キャビティの光路長を調整することが可能である。
【００１４】
外部キャビティレーザ(ECL)からの出力信号の波長または周波数の選択は、一般に、例えば熱光学機構、電気光学機構、または圧電機構のような様々な機構によって、同調可能フィルタを使用して達成される。
【００１５】
国際特許出願第2005/041372号明細書には、電気光学材料を有する同調可能アクティブミラーを備える外部キャビティレーザを制御する方法が記載されており、波長における選択性は、電気信号、具体的には交流電圧により達成される。この同調可能ミラーは、すべての入射波長の中で、共振波長だけを反射する共振構造を含む。放出波長の正確な選択が、同調可能ミラーに印加された交流電圧によって誘導される変調信号の分析によって導出可能である。
【００１６】
IEEE Photonics Technology Letters, Vol. 18, No.10, 1191〜1193頁に発行された論文「A compact External Cavity Wavelength Tunable Laser Without an Intracavity Etalon」では、キャビティ内にエタロンがなく、位相集積部および液晶同調可能ミラーを有する半導体光増幅器内にのみ存在する同調可能外部キャビティレーザ構成が記載されている。
【００１７】
本願発明者は、誘導ブリルアン散乱を抑止するためのレーザに接続された電子素子および/または光学素子を備える送信器構成は、装置費用を増大させ、そのため経済的でないことに気付いた。
【００１８】
近年、光通信システムの市場においては、例えば10dBm〜15dBmよりも高い比較的高出力パワーを放出する使用可能な送信器を得ることが必要となっている。SBS効果は、光学システムのファイバ内に導入される光パワーにリンクされるので、一定の閾値パワーが、ファイバおよびシステムのパラメータによって定められると仮定すると、レーザの出力パワーを増大させるための必要性は、送信器によって放出される信号のスペクトル幅を増大させる必要性につながり得る。例として、単一モードSMF光ファイバに沿って伝送される光信号についての約19dBmのSBSパワー閾値に対して、送信器の出力信号のスペクトル幅約1.0GHz〜1.2GHzの拡大が対応し得る。
【００１９】
レーザの出力信号のスペクトル幅の拡大は、例えば、周波数変調信号(ディザ)をレーザ利得媒体の供給電流に印加することによって達成可能である。あるいは、ディザをキャビティ内に存在する位相光学要素に供給する電流に印加することが可能である。位相要素は、印加電圧、温度、またはMEMSもしくは圧電アクチュエータによって誘導される微小機械運動のような制御パラメータにおける変動に応答して、その光路長(または光位相)を変える。
【００２０】
ディザ周波数は、一般に、データ信号を伝送するために使用される周波数とは異なるように選択されて、信号重複を避ける。ディザ周波数は、例えば、1kHzと300kHzとの間に含まれることが可能である。この周波数は、加えて、シグナリングに専用のサービスチャネルにおいて伝送するために使用される周波数との干渉を引き起こさないように選択可能になる。
【００２１】
ディザ信号は、レーザの外部キャビティの光路長の対応変調をもたらす。これは、放出される光信号の周波数変調を招く変調位相の変動効果を生む。周波数変調はひいては、レーザ出力信号の強度(パワー)の変調、また、以下に示すように、レーザキャビティ内部のループ利得の変動によって生じる当該振幅変調(AM)をもたらす。この生成された振幅変調は、信号それ自体のパワーの変調をもたらす出力におけるレーザ信号に重畳される。
【００２２】
本願発明者は、出力光パワーの強度におけるこの振動は、それがデータ信号および/またはシグナリング信号に重畳され、それらの信号を正確に受信することが危ぶまれるので、光学システムの性能の悪化につながる可能性があることに気付いた。
【００２３】
レーザの半導体利得媒体の利得(または注入)電流の直接変調の場合における結果として生じる振幅変調は、利得媒体を通る電流を変えて、利得それ自体が、したがって出力パワーが、ある変動を経験するので、特に注目すべきことであり得る。
【００２４】
より詳細には、利得媒体が半導体レーザダイオードである場合、出力パワーPOUTは、以下の関係式により利得(または注入)電流IGに比例し:
【００２５】
【数１】
2011517110.tif 000003
【００２６】
ただし、Ithは、レーザダイオードの閾値電流であり、ηiは、レーザダイオードキャビティの内部量子効率であり、hは、プランク定数であり、νは、光周波数であり、eは、電子電荷であり、Rは、レーザキャビティの端部におけるミラーの反射率であり、αは、外部キャビティの透過率であり、Lは、レーザキャビティの光路長である。関係式(1)(数1)から、利得電流の変動(IG-Ith)に対して、出力パワーPOUTの変動が、比例して対応することが導出可能である。
【００２７】
光信号の直線幅は、印加されるディザ信号の変調深さとの関係:  変調深さの増加に対して直線幅の増加が対応する、にある。本願発明者は、印加されるディザ変調のスペクトル拡大と、振幅との間の一般的な関係が、200MHz/mA〜300MHz/mAであることに気付いた。
【００２８】
本願発明者は、利得要素とは異なるキャビティ下方位相要素に印加された周波数変調によって生成されるAM変調は、利得電流の直接変調の場合に生成されることになるAM変調よりも大幅に低いことを考慮した。しかしながら、本願発明者は、位相要素に印加されるディザ信号の場合もやはり、「残留」AM変調が、受け入れられない可能性がある出力信号内に存在し、そのため、約13dBm〜15dBmよりも高い送信器パワーと、SBSの抑止または抑制とが必要とされるWDM光学システムにおける用途に受け入れられないことに気付いた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２９】
【特許文献１】米国特許第6,661,814号明細書
【特許文献２】米国特許第6,813,448号明細書
【特許文献３】米国特許出願第2005/0213618号明細書
【特許文献４】米国特許出願第2007/0133647号明細書
【特許文献５】米国特許第7,209,498号明細書
【特許文献６】国際特許出願第2005/041372号明細書
【特許文献７】国際特許出願公開第2005/064365号明細書
【非特許文献】
【００３０】
【非特許文献１】IEEE Photonics Technology Letters, Vol. 18, No.10, 1191〜1193頁に発行された論文「A compact External Cavity Wavelength Tunable Laser Without an Intracavity Etalon」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００３１】
本発明の目的は、キャビティの光路長の変調によって生成されるスペクトル直線の拡大を示す外部キャビティレーザの出力光信号における振幅変調を抑制することである。
【００３２】
本発明のさらなる目的は、外部キャビティレーザの出力信号におけるSBS効果を抑制、または抑止することである。
【課題を解決するための手段】
【００３３】
好ましい態様においては、ECLは、同調可能レーザである。同調可能外部キャビティレーザにおいては、出力信号の波長(または周波数)は、WDMおよびDWDM光学システムにおける用途では、標準ITU(国際電気通信連合)によって定められた伝送チャネルの光周波数に対応する動作波長の範囲内で選択可能である。波長は、チャネルセレクタ、概して、同調可能光フィルタによって選択され、そのフィルタは、選択された波長に対応するピークを有する透過スペクトルまたは反射スペクトルを示す。
【００３４】
ITUチャネルのグリッドは、チャネル間の距離に対応する間隔でキャビティの長手方向周期モードを選択し、隣接モードを拒否するグリッドジェネレータ光フィルタ、例えばFabry-Perot(FP)フィルタ、また当該エタロンによって、しばしば形成される。チャネルセレクタは、グリッドジェネレータとともにキャビティレーザ内に存在する場合、グリッドジェネレータフィルタの透過ピークの中で識別する粗同調可能要素として動作する。好ましい実施形態においては、例えば半値全幅(FWHM)によって示される同調可能フィルタの光学帯域の幅は、グリッドジェネレータフィルタの透過ピークの帯域幅よりも高い。単一モードレーザ放出の場合、キャビティ長手方向モードが、グリッドの透過ピークのうちの1つの最大値(同調可能要素によって選択されたもの)に位置決めされる。
【００３５】
グリッドジェネレータを備えていない同調可能外部キャビティレーザの場合には、波長選択は、キャビティモードが同調可能フィルタの透過ピークまたは反射ピークに位置決めされるように、例えば、同調可能フィルタを所望の波長で位置決めし、続いて、キャビティの位相を調整することによって行うことができる。
【００３６】
キャビティモードの周波数と、選択されたチャネルの周波数との間の位置合わせの条件は、時間的に出力されるレーザのパワーを監視し、放出される光パワーを最大にするレーザの1つまたは複数のパラメータに作用することによるキャビティの光学位相に対するいくつかのわずかな調整を行うことによって、達成および維持可能である。それほど高くない変調深さを有するディザ信号の場合には、レーザの周波数と、選択されたチャネルの周波数との間の位置合わせの条件に近づくと、レーザ信号のピーク・ツー・ピーク振幅は減少し、この位置合わせ条件で最小値になることが分かった。
【００３７】
しかしながら、本願発明者は、レーザの周波数と、チャネルの周波数とが一致する条件でのレーザ信号のAM変調の振幅値は、例えば、約0.5GHz以上の、特には約0.8GHz以上のSOA内に集積化された位相部に誘導される変調の場合には、比較的高い値をとっても、または光学システムの定格に、特に、大きな直線幅を有するレーザ信号の定格に適合しない値をとってもよいことに気付いた。しかし、このような閾値は、具体的には、その光学成分のいくつかの送信器パラメータに依存している。
【００３８】
本願発明者は、位置合わせ条件での同一要素の光位相の変調によって、キャビティ長の変調が印加され、誘導される光位相要素を備える外部キャビティレーザにおいて、それは出力信号のAM変調のピーク・ツー・ピーク振幅の最小値の条件に対応しないか、または少なくとも常に対応するとは限らないことが分かった。言い換えると、AM変調の最小値の条件に対応するキャビティの光位相値は、特定のチャネルに対するキャビティの位置合わせの条件を定める位相値とは異なってよい。比較的低い、例えば約30%〜40%未満の変調深さ有するディザ電流の場合には、位置合わせの条件は、概して、AM変調の最小値の条件と一致するか、またはほとんど一致する。しかしながら、例えば約0.5GHz〜0.8GHzよりも大きいレーザ直線拡大を達成するためにしばしば必要なより高い変調深さにおいては、AM振幅の最小値は、レーザ信号のパワーの相対的最大値の位置とは異なり、したがって、それは、位置合わせ条件から外れることが分かった。
【００３９】
本願発明者は、出力信号が、放出スペクトル幅、具体的には、SBS閾値を増加させる目的で、周波数で変調される外部キャビティレーザを備える方法および装置を考案し、レーザ信号のAM振幅は、最小にされるか、または少なくとも所望値より下に抑えられる。
【００４０】
本願発明者は、具体的には、そのキャビティが、ディザ信号およびスペクトル選択性光フィルタが加えられる位相要素を備える外部キャビティレーザにおいて、キャビティの位相は、AM成分をキャビティモードの周波数と、選択されたチャネルの周波数との間の位置合わせ条件に対応する値よりも低い値に抑えるように、適切に選択可能であることを実現した。
【００４１】
本願発明者は、さらには、そのキャビティが、利得媒体と、変調によって誘導される変動内に透過率の変動をもたらすディザ信号が印加される位相要素とを備える外部キャビティレーザにおいて、利得要素に適切な変調を印加することにより、レーザ出力信号の変調の振幅を抑えるか、または最小にすることが可能であることを実現した。
【００４２】
第1の態様によれば、本発明は、少なくとも1つの中心チャネル光周波数で出力光信号を放出するようになされており、利得媒体と、スペクトル選択性光フィルタと、その位相が第1の制御パラメータにより制御可能な第1の光位相要素とを含む外部キャビティを備えるレーザを動作させるための方法を対象とし、この方法は、
光周波数の偏位と、出力光信号の振幅変調とをもたらす変調深さにより、キャビティの光路長の変調を生成するために、電気的変調信号を第1の制御パラメータに印加するステップにおいて、第1の光位相要素は、変調信号によって誘導される少なくとも第1の制御パラメータの変動内に光透過率の変動を示し、スペクトル選択性フィルタは、電気的変調信号によって誘導される光周波数の少なくとも当該偏位の対応において可変の光透過率を有する、ステップと、
出力光信号の変調の振幅を検出するステップと、
光周波数の偏位内の周波数に関するその第1の導関数が、レーザ出力信号の変調振幅を抑えるために、当該第1の制御パラメータの変動の間隔内で第1の位相要素の透過率の第1の導関数と比較して、実質的に逆符号を有するように、スペクトル選択性フィルタの透過率を選択するためにキャビティの光路長を調整するステップと
を含む。
【００４３】
第2の態様によれば、本発明は、少なくとも1つの中心チャネル周波数で、出力光信号を放出するようになされている外部キャビティレーザを備えるレーザ装置を対象とし、当該外部キャビティレーザのキャビティは、
キャビティ光軸に沿ってキャビティ内に光ビームを放出するようになされている利得媒体と、
当該キャビティ光軸に沿って配置されるスペクトル選択性光フィルタと、
その位相が第1の制御パラメータにより制御可能であり、当該キャビティ光軸に沿って配置される第1の光位相要素と、
光周波数の偏位と、出力光信号の振幅変調とをもたらす変調深さにより、キャビティ光路長の変調を生成するために、電気的変調信号を当該第1の光位相要素に与えるようになされている変調ジェネレータ素子を備える制御回路と
を備え、
第1の位相要素は、変調信号によって誘導される少なくとも第1の制御パラメータの変動内に可変の光透過率を有し、スペクトル選択性フィルタは、変調信号によって誘導される少なくとも光周波数の当該偏位の対応において可変の光透過率を有し、当該制御回路は、
出力光信号の変調の振幅を検出するようになされている検出器素子と、
光周波数の偏位内の周波数に関するその第1の導関数が、当該第1の制御パラメータの変動の間隔内で第1の位相要素の透過率の第1の導関数と比較して、実質的に逆符号を有するようにして、スペクトル選択性フィルタの透過率を選択するためにキャビティの光路長を調節するようになされているレギュレータ素子と、
当該レギュレータ素子および当該検出器素子と通信するようになされ、制御信号を生成して、レーザ出力信号の変調振幅を制御するようになされているコントローラとを
さらに備える。
【００４４】
第3の態様によれば、本発明は、レーザ中心周波数で出力光信号を放出し、半導体利得媒体と、その位相が制御パラメータにより制御可能な位相要素とを含む外部キャビティを備えるレーザを動作させるための方法を対象とし、この方法は、
変調周波数で、および光周波数の偏位と、出力光信号の振幅変調とをもたらす第1の変調深さにより、キャビティの光路長の変調を生成するために、第1の電気的変調信号を制御パラメータに印加するステップと、
同時に、当該変調周波数で、および第2の変調深さで、第2の電気的変調信号を利得媒体に印加するステップと、
出力光信号の変調振幅を検出するステップと、
レーザ出力信号の変調振幅の分析に基づいて、第2の変調深さを調整するステップと
を含む。
【００４５】
第4の態様によれば、本発明は、少なくとも1つの中心チャネル周波数で出力光信号を放出するようになされている外部キャビティレーザを備えるレーザ装置を対象とし、当該外部キャビティレーザのキャビティは、
光軸に沿ってキャビティ内に光ビームを放出するようになされている利得媒体と、
その位相が制御パラメータにより制御可能であり、当該キャビティ光軸に沿って配置される光位相要素と、
電気変調周波数で、および光周波数の偏位と、出力光信号の振幅変調をもたらす第1の変調深さにより、キャビティの光路長の変調を生成するために、第1の電気的変調信号を当該光位相要素に与えるようになされている第1の変調ジェネレータ素子を備える制御回路と、
当該変調周波数で、および第2の変調深さにより、第2の電気的変調信号を当該利得媒体に与えるようになされている第2の変調ジェネレータ素子と、
出力光信号の変調振幅を検出するようになされている検出器素子と、
第2変調深さを調整するようになされているレギュレータ素子とを備え、当該コントローラは、当該レギュレータ素子および当該検出器素子と通信するようになされ、制御信号を生成して、出力光信号の変調振幅を制御するようになされている。
【００４６】
さらなる特徴および利点は、図面と併せてなされる詳細な説明によって明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の実施形態による外部キャビティレーザの概略図(等縮尺でない)である。
【図２】本発明のさらなる実施形態による外部キャビティレーザの概略図(等縮尺でない)である。
【図３】利得媒体の利得電流の関数として図1および図2に示すタイプのレーザについての出力光信号のパワーの例示的な測定を記録したグラフである。
【図４】位相部に印加される直流バイアス電流の関数として出力光信号の光周波数の変動の実験的測定を記録したグラフである。
【図５】位相部に印加されるバイアス電流(直流成分)の関数として測定された位相部の正規化透過率を示すグラフである。
【図６】Fabry-Perotフィルタの光周波数の関数として透過帯域を一例として示すグラフである。
【図７】レーザ出力信号のパワーの直流成分と、出力光パワーのAM変調のパーセント値とが、レーザキャビティの位相の離調の関数として計算される数値シミュレーションの結果を記録したグラフである。
【図８】本発明の実施形態によるレーザ制御方法を示すプロセス流れ図である。
【図９】レーザキャビティの位相の離調と、第1および第2の調和の変調への寄与のスペクトル密度の対応するパワーとの関数として、図7の光パワーのAM変調のパーセント値を記録したグラフである。
【図１０】本発明のさらなる実施形態によるレーザ制御方法を示すプロセス流れ図である。
【図１１】本発明の実施形態によるレーザ装置の概略図(等縮尺でない)である。
【図１２】本発明のさらなる実施形態によるレーザ装置の概略図(等縮尺でない)である。
【図１３】媒体それ自体に供給される利得電流の関数として半導体レーザダイオードの利得を記録したグラフである。
【図１４】出力光パワーのAM変調のパーセント値(実線)が、本発明の実施形態による利得媒体に印加される変調信号の変調深さのパーセント値の関数演算として計算される数値シミュレーションの結果を記録したグラフである。また、光AMのパーセント値の第1および第2の調和の変調の寄与のスペクトル密度のパワーを記録したグラフである。
【図１５】本発明の実施形態によるレーザ制御方法を示すプロセス流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００４８】
本発明の好ましい実施形態によれば、外部キャビティレーザ(ECL)は、光ビームを生成する利得媒体と、利得媒体から出るビームの光学経路に沿って位置決めされた同調可能フィルタとを含む周波数同調可能レーザである。
【００４９】
好ましい実施形態の概略図を図1に示す。外部キャビティレーザモジュール120のレーザキャビティは、利得媒体102と、キャビティ下方コリメーションレンズ104と、スペクトル選択性光フィルタ105と、同調可能光ミラー100とを備える。キャビティ内の光学部品は、光軸131に沿って配置される。利得媒体102は、好ましくは、半導体レーザダイオード、例えばInGaAs/InPにおける多重量子井戸をベースにする。利得媒体は、レーザキャビティの2つの端部ミラーのうちの1つとして作用する部分反射前部ファセット101を含む。前部ファセットの反射率は、例えば5%から30%まで様々であってよい。
【００５０】
利得媒体は、例えば半導体材料の屈折率の変動により、キャビティの光学経路、そのため光位相を修正することが可能な位相要素103、例えば電流駆動の半導体素子に光学的に結合される。好ましくは、利得媒体102および位相要素103は、集積構造107、好ましくは、例えば、光学的に結合された半導体接合部と、利得部102とを備える、位相部103を有する半導体光増幅器(SOA)に属する。SOA107の実施形態は、これらの部分が共通の半導体基板上に形成されるモノリシックな集積構造を含むことが可能である。
【００５１】
位相部103は、前部ファセット101に対向する後部ファセット111を含み、それは、キャビティ下方ファセットであり、好ましくは、そのファセットでの反射を最小限にするための反射防止コーティングにより処理される。好ましくは、利得媒体は、後方反射をさらに抑えるために、後部ファセット111から出るビームの方向と比較して、前部ファセット101に対して、ある入射角を有するように、湾曲した導波路構造を含む。
【００５２】
光フィルタ105は、好ましくは、ITUグリッドの光周波数に対応する光周波数を有するキャビティの長手方向周期モードを選択し、隣接モードを拒否する光グリッドジェネレータである。同調可能フィルタは、波長のグリッド内で、あるチャネルを選択し、他のチャネルを拒否する。好ましくは、フィルタ105は、Fabry-Perot(FP)フィルタである。
【００５３】
同調可能ミラー100は、チャネルセレクタの機能を有し、すなわち、それは、レーザ信号の波長(周波数)を選択することが可能である。図1に示す実施形態においては、同調可能ミラーは、キャビティの端部ミラーを形成するアクティブな同調可能ミラーである。言い換えると、図1の実施形態においては、同調可能ミラー100は、レーザキャビティのための端部ミラーとしても、およびチャネルセレクタとしても作用する。この目的に使用可能になるアクティブな同調可能ミラーの例が、例えば、国際特許出願公開第2005/064365号に記載されているもののような液晶に基づいたミラーである。好ましくは、この同調可能ミラーは、FWHMが40GHzと100GHzとの間に含まれ、より好ましくは、80GHz以下の反射/透過ピークを含むスペクトル応答を有する。
【００５４】
別の実施形態においては(図示せず)、レーザキャビティは、キャビティ下方同調可能フィルタ、例えば、熱的に同調され得るFabry-Perotフィルタ、または(例えば、「Littrow」または「Littmann-Metcalf」構成の)機械的に同調可能な回折格子と、キャビティの端部を決める反射器とを含む。
【００５５】
SOA107によって放出され、レンズ104によってコリメートされた光ビーム(図1に矢印113で示す)は、FPフィルタ105に、次いで、同調可能ミラー100上に衝突し、利得媒体の前部ファセット101とともに、レーザキャビティの物理長を決める。同調可能ミラー100(または別の実施形態においては、キャビティ下方同調可能フィルタの下流に配置される反射器)は、矢印114で示す光ビームを利得媒体に向かって逆戻りに反射し、同調可能ミラーと、半反射ファセット101との間のキャビティ内に共振挙動をもたらす。言い換えると、前部ファセット101から同調可能ミラー100までの光学経路は、キャビティの光路長に反比例して依存する自由スペクトル領域(FSR)を有する共振器を形成する。ある実施形態によれば、キャビティFSRは、2GHzと5GHzとの間にわたる。
【００５６】
図示の実施形態の外部キャビティレーザは、特定のチャネル周波数または波長を放出するWDMまたはDWDM光学システムにおける送信器として用途を見出すことが可能である。この場合には、レーザは、WDMおよびDWDMシステムにおけるチャネルの周波数に対応する複数の等間隔の周波数の間で選択された周波数(または波長)で光パワーを放出するために構成されている。FPフィルタの透過ピークの周波数は、ITU標準グリッドによって定められたものに対応する。ある実施形態においては、レーザ120は、C帯域(1525nm〜1565nm)の波長、L帯域(1565nm〜1610nm)の波長、または両方(1525nm〜1625nm)の波長に同調され得る。
【００５７】
部分反射前部ファセット101を通ってレーザキャビティから出る光ビームは、出力光ビームにおける光をコリメートするコリメート用レンズ108を通過し、それは、ビームスプリッタ110を通過して、ごく一部分の(典型的には、約1%〜2%の)ビームが流出し、それにより、このような一部のレーザ出力は、光検出器109、例えばフォトダイオードによって測定可能になる。フォトダイオードによって生成される電流は、出力光ビームの強度に比例するので、より詳細に後述するように、例えば、時間的に出力パワーを監視することが可能である。
【００５８】
本発明によれば、外部キャビティレーザの出力信号のスペクトル幅は、周波数が変調した誘導レーザ放出をもたらすようにキャビティの光路長を変調することによって増大する。レーザ出力信号のパワースペクトルの幅を主に確定する変調信号の周波数の偏位は、好ましくは、望ましくないSBS効果を抑えるように選択される。
【００５９】
図1の実施形態においては、光スペクトルの拡大は、周波数電気的変調信号(ディザ)を位相要素103に印加することによって達成される。例えば、交流が、直流バイアス電流Iphに重畳可能な(電気)周波数fdで位相要素103に印加される。位相要素がSOAの位相部である場合、バイアス電流は、位相部に含まれる半導体接合部にバイアスをかける。
【００６０】
好ましくは、ディザによって生じるレーザ信号の光周波数の偏位は、キャビティモードの距離よりも低い。例えば、キャビティのFSRが3GHz〜4GHzである場合、出力信号の直線幅を確定する光周波数の偏位は、好ましくは、約1.5GHz以下であるように選択される。
【００６１】
いくつかの実施形態においては、等しいスペクトル拡大において、正弦波信号に対応する閾値と比較して、より高いSBS閾値をもたらすことが可能な三角波形を有する変調電流を印加することは有利であり得る。
【００６２】
図2は、別の実施形態による外部キャビティレーザの概略図である。同一の参照符号は、図1に示すものに対応するECLの要素に指定される。図1の実施形態と比較すると、外部キャビティレーザ130は、キャビティの光位相を同調させるようになされているさらなるキャビティ下方位相要素115(位相同調要素)を備え、その光路長は、温度または電圧のような制限パラメータにより制御可能である。
【００６３】
図2の実施形態においては、位相同調要素は、例えばC帯域および/またはL帯域における少なくとも対象の波長の間隔で、それを交差する光ビームの波長から実質的に独立している光透過率を示すように形作られる。言い換えると、位相要素は、いずれの著しい光学的損失をも導入せず、そのため、キャビティ内の光ビームとのその相互作用において実質的に透明な要素である。例えば、少なくとも光ビームと相互作用する部分に位相要素115を形成する材料または複数の材料は、対象の波長の間隔では常に光学的に透明である。
【００６４】
したがって、図2の実施形態においては、レーザキャビティは、2つのキャビティ下方位相要素、すなわち、位相部103と、位相同調要素115とを含む。図2の実施形態においては、位相同調要素は、FPフィルタ105と、同調可能ミラー100との間に位置決めされる。しかしながら、別の実施形態においては、位相要素115は、コリメータレンズ104と、フィルタ105との間に配置可能である。
【００６５】
有利には、制御パラメータにより制御可能な位相同調要素を導入することは、キャビティの位相を精巧に同調させることを可能にする。
【００６６】
ECLの出力ではドリフトが、レーザダイオードのエージングなど、エージング、キャビティの光学要素の集合体における機械的変動の理由から起こる可能性がある。ECLの動作条件が、レーザが安定する温度とは大きく異なる外部温度である場合、ドリフトが起こる可能性がある。レーザの動作温度の安定化は、典型的には、例えば熱電気冷却器(略してTEC)により達成される。この最も起こりそうにない条件は、例えば、外部温度と、安定温度との間の温度勾配が約20℃より高い場合、生じることがあり得ることになる。比較的高い温度勾配は、TECの支持平面のいくつかの機械的な変形を誘導する可能性があり、それはひいては、キャビティの光路長における変動につながる。エージングの結果として、レーザ出力パワーは、位置合わせの条件を維持することと、初期パワー値を再度確立することとが同時にもはや可能でなくなるほど、時間的に、時としてかなりの程度まで減少する。好ましい実施形態によれば、位相同調要素は、素子のエージングまたは外部温度の比較的高い変動の理由による出力パワーの降下を補償する位相の変動をキャビティ内に導入することができる。位相同調要素を制御する外部パラメータは、例えば、パワーを初期値に近い値に導くために増加可能である。
【００６７】
好ましい実施形態においては、位相要素は、熱的に制御可能であり、すなわち、このような要素の位相遅延は、温度の変動に応じて変化する。好ましくは、位相要素は、温度により変化する屈折率を有する材料を含む。
【００６８】
好ましい実施形態によれば、位相同調要素は、シリカ膜である。シリカは、比較的、わずかな温度の変動に対して、例えば数ケルビンに対して、著しく変化する屈折率を有する利点を持つ。波長1550nmのとき、300Kでの屈折率nSi、それは3.477であり、dnSi/dTは、4.6×10-5である。加えて、シリカは、光通信が動作する赤外波長に透明である。シリカの比較的高い熱伝導率(約125W/mK)は、膜の均一な加熱を可能にする。シリカの別の利点は、材料がより安く、その容易な製造可能性である。
【００６９】
入射光ビームの波長によるシリカの屈折率の変動を考慮する必要はあるが、実際にはこれらの変動は、同調可能ECLが典型的に動作する波長の間隔では重要でない。
【００７０】
熱制御可能位相要素の最大温度変動は、その寿命時間中、ECLのエージングを補償することが望ましいか、または必要なレーザキャビティの位相のサイクル数Nに応じて選択可能(すなわち、2Nπ)である。
【００７１】
一例として、総変動3.8℃が、厚さ1.25nmのシリカ膜では2πの位相サイクルまでを生成することが可能である。同一のシリカ膜の場合、温度の変動と、位相のサイクルとの間の関係は、ほぼ直線的である。その場合、位相サイクル4πは、温度変動7.6℃に対応する。
【００７２】
利得媒体とは異なって、位相同調要素は、その動作中、最大温度の特定値に制約されず、したがって、位相のサイクル数Nは、原則的には、1よりも高いことが可能であることが分かる。ECLが設計されるとき、例えばコンピュータシミュレーションにより、素子の寿命の間のエージング効果を評価し、これらから、このような効果を補償するために必要な位相のサイクル数を抽出することが可能である。この数から、同時にエージングの逆効果を補償するキャビティの光位相の調節を達成するために必要な温度の最大変動を導出することが可能である。
【００７３】
(位相要素115が、温度に依存する位相遅延を有する場合の)図2に示すレーザキャビティの位相条件は、以下の関係式:
2ΦG(IG)+2Φph(Iph)+2ΦFS+2ΦFP+2ΦPE(IH)+ΦR2=2Nπ(2)
が満たされる場合、達成され、
ただし、Nは、ゼロとは異なる整数であり、ΦGは、レーザダイオード102によって導入される(注入電流IGによって決まる)位相遅延であり、Φphは、位相部103によって導入される(その中を流れる電流Iphによって決まる)位相遅延であり、ΦFPは、エタロンによって導入される位相遅延であり、ΦFSは、自由空間によって導入される位相遅延であり、ΦPEは、位相要素115によって導入される(例えば、それに熱的に結合された加熱器内を流れる電流からのその温度によって決まる)位相遅延であり、ΦR2は、同調可能ミラーによって導入される位相遅延である。
【００７４】
概して、その中でキャビティの光学的損失および利得が補償するレーザの閾値でのレーザ条件(エネルギーバランスの条件)は、関係式
rf・rbα・Gth・exp(iΦ)=1(3)
によって表すことができ、
ただし、rfは、利得要素の前部ミラーの反射率であり、rbは、キャビティのもう一方の端部に設けられたミラーの反射率であり、Φ、それは、関係式(2)で表したキャビティ内の光学要素の光位相の合計である。パラメータαは、例えば、FPフィルタ(αFP)、位相部(αP)、コリメート用レンズ(αlens)などの、往復でキャビティ内に存在する光学要素の透過率の積:
α=(αFP・αph・αlens…)2(4)
によって与えられるキャビティの総光透過率である。
この2乗関数は、ループ利得の計算では、光ビームがキャビティの要素をダブル通過したという事実の跡を残している。
パラメータGthは、利得媒体の純利得であり、
【００７５】
【数２】
2011517110.tif 000004
【００７６】
と定義され、ただし、Lgは、利得媒体の物理長であり、gは、単位長さに対する利得である。
【００７７】
図2に記録した実施形態においては、レーザキャビティは、ディザ信号が印加される位相要素(103)と、キャビティの光位相の調整を可能にする位相同調要素(115)とを含むが、本発明は、制御パラメータの調整によりキャビティ位相を調節するための位相要素が、出力レーザ信号の直線拡大をもたらすためのディザ信号が印加されるのと同じ位相要素である実施形態を含む。ディザ信号が、例えば利得媒体に光学的に結合される位相部に印加され、その位相は、バイアス電流の調整により制御可能である。
【００７８】
本発明は、加えて、レーザキャビティが、利得媒体に光学的に結合されるか、または集積される位相部を含むのでなく、その位相が、制御パラメータ、例えば供給電圧または温度により制御可能な、かつディザ信号が印加される別のキャビティ下方位相要素を備える実施形態を含むことが可能である。
【００７９】
キャビティ内に2つの別個の位相要素が存在することは、(一般に採用される)kHz程度の周波数で変調を生成するのに十分高い位相変動の応答時間と、1より高いいくつかの位相サイクルによる位相の調節とをともに持つ位相要素を有することができない場合、有利であり得る(が、必ずしもというわけではない)。
【００８０】
最後に、ECLのレーザキャビティは、ディザ信号が出力光周波数の変調を誘導するために印加される位相要素を備え、キャビティ光位相は、利得媒体に供給される利得電流IGの調整によって調節される実施形態が企図される。         
【００８１】
図3は、レーザダイオードの利得(または注入)電流IGの関数として、図1または図2のレーザの出力パワーの例示的な測定を記録している。出力パワーの極大値(2つの極大値を図3に例としてM1およびM2で示す)は、選択されたエタロンのピークにより実質的に中心に置かれたキャビティモードの位置合わせ条件に対応し、極小値(m1およびm2で示す)は、モードホッピング条件に対応する。モードホッピング条件においては、レーザ信号のモードは、長手方向キャビティモード間で跳ね上がり、レーザ出力の波長およびパワーにおける急激で、連続的でない変動を招く。
【００８２】
周波数におけるチャネルセンタリングおよび安定性は、出力パワーを監視し、パワーを最大値に導く利得媒体の注入電流のように、キャビティの位相を制御するレーザパラメータにわずかな調整を起こすことによって達成可能である。注入電流における変動が、利得媒体の屈折率における変動、そのため、レーザキャビティの位相の変動を誘導する。制御アルゴリズムが、極大値の点で(すなわち点M2で)動作するように注入電流を調整することによって、選択されたチャネルのセンタリングを維持することが可能である。あるいは、および例として常に、光路長に対する調整は、例えば、熱制御可能位相要素の温度の制御により達成可能である。
【００８３】
本願発明者は、比較的低い(例えば、0.5GHz未満の)スペクトル拡大を有するレーザ信号の場合、レーザ信号のAM変調の振幅は、選択されたチャネルの周波数と、キャビティモードの周波数との間の位置合わせに対応する(例えば、点M2における)位置合わせ条件で最小値に達するまで減少するという観察により開始した。
【００８４】
しかしながら、本願発明者は、レーザの周波数と、チャネルの周波数とが一致する条件でのレーザ信号のAM変調の振幅値は、変調信号が比較的広い直線幅を有するレーザ信号を誘導するほどの変調深さを有する場合には特に、比較的高い、例えば、5〜6%より高いか、または光学システムの定格と適合しない値をとり得ることに気付いた。例えば、SOA内に集積された位相部において誘導される変調の場合、これは約0.5GHz以上の、特には約0.8GHz以上の直線幅を生成する変調に起こり得る。しかしながら、このような「閾」値はまた、変調信号が印加される位相要素の透過率曲線に依存し得ることが分かる。しかし、概して、この現象は、1GHz程度の直線幅を有する電気通信用途のためのECLによって生成されるレーザ信号において観測される。
【００８５】
図1および図2に示すタイプのECLの構成を参照すると、位相部内を流れる電流Iphは、それを構成する材料の屈折率の変動Δnを生成し、結果として、以下の近似的関係式:
【００８６】
【数３】
2011517110.tif 000005
【００８７】
により、レーザによって放出される光周波数の変動をもたらし、ただし、v0は、Iph=0に対する放出周波数であり、Δnは、(電流に依存している)位相部の屈折率の変動であり、Lphは、位相部の光路長であり、Lは、キャビティ全体の光路長である。Δnと、Iphとを互いにリンクするこの関数は、素子の物理的性質によって決まり、例えば、同一のものに対して行われる光学測定によって経験的に導出可能である。
【００８８】
図4は、位相部に印加される直流バイアス電流Iphの関数として、出力信号の光周波数の変動(実線)の実験的測定を記録している。開始状況(Iph=0)においては、外部キャビティレーザは、特定のレーザチャネルに対応する一定の光周波数v0で信号を放出するように動作する。そのため、周波数v0で、一定のキャビティ位相値と、一定の利得電流IGとが対応している。位相電流の直流成分Iphが増加するにしたがって、出力周波数の変動Δv=(v-v0)が縦座標に(実線)記録されている。電気周波数fdを有し、図4に波形140で概略的に示す変調電流が、バイアス電流Iphに重畳されると、波形141で示す光周波数における変調が、レーザ出力信号内に生成される。
【００８９】
バイアス電流の位相部103への印加は、主に、その中を流れる電流が変化するにつれて、媒体の透明度の変化につながる物理現象の理由から、位相の変動、したがって、放出レーザ信号の平均光周波数の変動のみならず、位相部の瞬間透過率の変動にも関係する。
【００９０】
図5は、位相部それ自体に印加されるバイアス電流(直流成分)Iphの関数として、測定された位相部の正規化透過率を示している。透過率は、バイアス電流が増加するにつれて、非直線的に減少し、それによって、Iphの値が増加するにつれて増加するキャビティの光学的損失を誘導することが認められ得る。位相部の透過率は、経験的関係式:
【００９１】
【数４】
2011517110.tif 000006
【００９２】
によって、位相電流の関数として表すことができ、ただし、aおよびbは、経験的係数である。
【００９３】
したがって、波形150で図に示す周波数変調信号が位相部に印加されると、位相要素それ自体の(そのため、キャビティ光路長の)変調のみならず、透過率の変調、そのため、波形151で図に示す光信号の強度変調も生成される。例えば、変調深さ約80%およびfd=10kHzを有する変調信号は、位相部の透過率の損失約20%により、レーザ信号におけるAM変調のパーセント値をもたらすことが可能である。
【００９４】
電気的変調深さのパーセント値は、電気信号の変調成分のピーク・ツー・ピーク振幅(この場合には、例えば、交流)と、信号の直流成分(この場合には、バイアス電流)との間の関係と定義される。概して、電気的変調信号のピーク・ツー・ピーク振幅として、変調深さを参照することになる。
【００９５】
レーザ信号の光AMのパーセント値は、ここでは、変調成分のピーク・ツー・ピーク振幅と、レーザによって放出される光パワーの直流成分との間の関係と定義される。本明細書においては以降、光AMのパーセント値またはレーザ信号のAM成分のピーク・ツー・ピーク振幅を参照することになる。概して、量のうちのいずれか1つを示すことが可能な光変調信号の振幅を参照することになる。レーザ出力信号のパワーの直流成分は、典型的には、平均パワーの検出値、すなわち、振動パワー値の平均値によって示され、このようなパワー振動は、信号の強度変調によって生じる。
【００９６】
本願発明者は、変調成分のピーク・ツー・ピーク振幅は、利得媒体に印加される電流IGが変化しても、大きく変化しないことに気付いた。出力信号との比較において、AM変調のパーセント値は、ファイバ内に導入される出力信号のパワー値POUTが減少するにつれて、大きくなるという結果になる。この効果は、出力パワーが、例えば、比較的十分な間隔、例えば5dBmから20dBmで使用される光学システムの定格に応じて変化することが可能な送信器を得ることが望ましい場合には、特に望ましくないことがあり得る。
【００９７】
本願発明者は、スペクトル選択性光フィルタを備え、したがって、キャビティ内に光学的損失を導入する外部キャビティレーザにおいて、例えば、キャビティ下方FPフィルタの場合であるように、フィルタそれ自体の存在が、ディザ信号の結果としてレーザ信号にAM変調を生成することが可能であることに気付いた。
【００９８】
FPフィルタの光透過関数は、一連の等しい間隔のピークを含む。図6は、例として、6GHzのFWHMを有するFPフィルタの単一透過帯域を示す。位置合わせ条件においては、同調可能フィルタによって選択された周波数(すなわち、選択されたチャネル)を有するキャビティモードは、フィルタの透過ピークの対応において位置決めされる。この条件は、POUTの(相対的)最大値に等しいキャビティの光位相を選択することと等価である。
【００９９】
キャビティの光路長の変調の存在は、電気的ディザ周波数fd(波形160で概略的に示す)に対応している出力光周波数の振動を誘導する。ひいてはこれは、波形161で図に概略的に示すFPフィルタによって導入される透過率の変調をもたらし、そのため、それは、レーザ出力信号におけるAM変調をもたらす。
【０１００】
好ましくは、スペクトル選択性光フィルタは、3GHzと20GHzとの間、好ましくは、4GHzと15GHzとの間、より好ましくは、5GHzと10GHzとの間に含まれるFWHMを有する。最大許容FWHMは、有利には、キャビティそれ自体の光路長Lとの関係にあるキャビティ共振モードの周波数距離(キャビティFSR)よりも小さい。
【０１０１】
関係式(4)を参照すると、光位相要素(例えば、位相部)と、スペクトル選択性光フィルタとを備えるキャビティの場合、外部キャビティの透過率は、変動Δαを受け、それは、位相部における透過率の損失による寄与関数として、およびエタロンにおける透過率の損失による寄与関数として変化し、関係式:
α+Δα=(αFP+ΔαFP)・(αph+Δαph)・αlens…(8)
によって表すことができる。ディザによる、そのため出力光パワーのAM変調によるレーザキャビティの透過率の変動を最小にする目的により、以下の関係式:
αFP・Δαph=-αph・ΔαFP(9)
が満たされなくてはならない(高次項ΔαFP・Δαphは、無視される)か、またはレーザ信号の光搬送波によって定められる光周波数の隣接値:
【０１０２】
【数５】
2011517110.tif 000007
【０１０３】
内になくてはならない。
【０１０４】
図7は、レーザ出力パワーPOUTの直流成分(実線、右側に縦座標)と、出力光パワーのAM変調のパーセント値(破線、左側に縦座標)とが、レーザキャビティの光位相の位相不整合または離調の関数ΔΦ=Φ-ΦDとして計算される数値シミュレーションの結果を記録しており、ただし、Φは、位置合わせ条件でのキャビティ位相値であり、ΦDは、入力位相値である。図では、塗り潰し三角が、AM成分に関する実験的測定の結果を示す。キャビティの位置合わせ条件は、選択されたチャネルでエタロンの最大透過率の条件に対応し、すなわち、キャビティモードは、選択されたチャネルの周波数でエタロンのピークより下に中心が置かれる。そのため、このような条件では、値Φに対して、パワーを示す実線の(相対的)最大値の点を対応させ、位相ずれ0%(ΦD=Φ)に横軸において対応している図7のMiで示す。前述したように、かつほんの一例として、レーザキャビティの位相を同調させるやり方のうちの1つは、利得媒体の注入電流の調整によるものであってよい。この場合に、図7は、POUTの相対的最大値の点を含む間隔で、図3の一部分を示すことが可能である。
【０１０５】
あるいは、位相不整合(または位置合わせ)は、SOAの利得部内に集積された位相部、または別の位相要素のようなキャビティ下方位相要素に作用することによって達成可能である。
【０１０６】
図7のグラフに記録した例示的な値は、1.2GHzに等しい光スペクトルの拡大を得るために、直流成分(バイアス)Iph=5MAおよび周波数fd=10KHzを含む交流成分を有する位相電流と、すべての点において最適化される変調深さとによって生成される信号に関する。利得部の電流は、IG=250MAに等しい。
【０１０７】
考慮される位相不整合間隔では、出力パワーの強度変調が、一定の位相不整合値ΦFに対応するaiで図に示す最小値をとることが認められる。値Miおよびaiは、横座標における同一の値に、したがって、レーザキャビティの光路長の同一の値に対応しない。図7の例では、最小値の点aiにおけるAM変調の値は、約3%に等しく、それはパワーの最大値Miの対応における約6%に等しい。
【０１０８】
光透過システムに典型的に使用されるECL構成の場合および約2GHz以下のレーザ信号の直線幅値の場合、AM振幅の最小条件は、出力パワーの最大値に近いままであり、例えば、出力周波数は、C帯域および/またはL帯域で動作するECLの場合、概して、約186THzと196THzとの間で変わるチャネル周波数とは異なり、キャビティを離調して、受け入れ可能な信号のAM成分を抑えるという理由から、出力信号におけるパワーの間接損失が数百MHzである。好ましくは、最大値と、光AMの最小化に対応する値との間のパワーにおける差は、1dBよりも低く、より好ましくは、0.5dBよりも低く、さらにより好ましくは、0.2dBよりも低い。図7の例では、パワー低減は0.1dBよりも低い。
【０１０９】
変調が加えられる位相要素と、スペクトル選択性フィルタとを備えるECLの場合、AM変調における最小条件は、スペクトル選択性光フィルタ、例えばFPフィルタによって生成されるAM変調への寄与を有する位相要素(例えば、位相部103)によって生成されるAM変調への寄与の少なくとも部分的な補償の結果であると考えられる。
【０１１０】
FPフィルタの透過率は、関係式
【０１１１】
【数６】
2011517110.tif 000008
【０１１２】
によって表すことが可能であり、ただし、νMは、それに対する(ピークの対応における)透過率の最大値がある光周波数であり、FWHMは、その下にレーザ用キャビティモードがあるフィルタの透過帯域の半値全幅である。関係式(9)から、単位周波数に対する透過率の変動、または導関数dαFP/dνが導出可能である。
【０１１３】
位相部によって生成される寄与dαFP/dνは、関係式(7)(数4)の導関数によって与えられる。図4に示すキャビティ位相変動の関数としての位相部の透過率の導関数は、考慮された間隔、具体的には、変調によって誘導された電流Iphの変動に対応する間隔において負である。エタロンの伝達関数の導関数は、ピーク周波数よりも低い周波数については正であり、より高い周波数については負である。
【０１１４】
関係式(9)および(10)(数5)は、位相部によるAM変調の抑制は、関係式(10)(数5)の右項の値が必ずしもヌルとは限らない最小値に達したとき、達成可能であるので、キャビティの透過率の変動の最小理想条件を示すが、それは必ずしもというわけではない。例えば、2つの寄与を(例えば、2つの光成分の伝達関数の差という理由で)完全に消去することはできなくなる。この2つの寄与の補償が、部分的ではあっても、レーザ信号の光AMの抑制につながる。
【０１１５】
図6に記録した例では、dαph/dνの値と比較すると、逆符号の、したがって正のdαFP/dνの値は、スペクトル選択性フィルタの透過帯域のピークに対応するものと比較すると、より低い周波数で得られる。キャビティモード(矢印)は、ピーク周波数と比較すると、わずかに低い周波数で位置決めされるように示されている。
【０１１６】
変動間隔内に正の第1の導関数を有する透過率を示す変調信号が印加される位相要素の場合、キャビティの透過率の変動の少なくとも部分的な補償が、光周波数の偏位内に負の第1の導関数を有するスペクトル選択性フィルタの透過率値を選択することによって達成されることが分かる。
【０１１７】
位相要素と、スペクトル選択性フィルタの透過率の導関数は、それらが2つの寄与の少なくとも部分的な補償をもたらすために、実質的に逆符号である限り、変調による透過率の偏位に対応する間隔のすべての点でそれらが等しい符号である必要はない(たとえ好ましくても)という意味で、実質的に逆符号であることが可能である。
【０１１８】
ちなみに、比較的小さい変調深さによる変調の場合、変調によって誘導される透過率の変動は、それほど大きくなく、そのため、実質的にFPフィルタのピークより下にキャビティモードを位置決めすることによって達成される位置合わせ条件は、ECLの所望の動作条件を示すことが可能であることが分かる。
【０１１９】
本願発明者は、変調によって誘導される可変の透過率を有する位相要素と、スペクトル選択性光フィルタとを備え、一定の所望値を下回るAM振幅を選択し、維持するECLによって放出される信号におけるAM振幅の制御の方法を実装することが可能であることが分かった。所望の最大振幅値は、ECLを備える送信器がその中に実装される光学システムの特徴または仕様によって決まることが可能である。制御は、例えば、5〜6%以下、または4%以下、また光学システムの仕様に応じて、AM振幅のパーセント値を保つように実行可能である。好ましい実施形態によれば、制御方法は、出力パワーのAM成分を最小にするように、キャビティの位相に作用する。
【０１２０】
図1および図2の実施形態においては、スペクトル選択性フィルタは、FPフィルタ105であり、そのピークは、同調可能フィルタのスペクトルの帯域幅よりも低い帯域幅を有する。例えば、FPフィルタは、FWHMが6GHzに等しい透過帯域を含む周期性スペクトルを有し、同調可能フィルタは、約70GHzの透過(または反射)帯域を有する。
【０１２１】
別の実施形態(図示せず)によれば、レーザキャビティは、出力信号チャネル選択要素として、同調可能フィルタのみを含み、グリッドジェネレータを含まない(すなわち、FPフィルタは、このキャビティ内には存在しない)。この最も起こりそうにない場合には、同調可能フィルタは、スペクトル選択性光フィルタとして作用し、ディザ変調が関与した光周波数の間隔で位相要素の透過率の第1の導関数と比較すると、逆符号の透過率の第1の導関数を有する通過帯域の少なくとも一部分を有することが必要である。好ましくは、この構成においては、同調可能フィルタは、FWHMが5GHzと20GHzとの間に含まれる透過スペクトルまたは反射スペクトルを有する。
【０１２２】
図8は、本発明の好ましい実施形態による同調可能レーザ制御方法を示すプロセス800の流れ図を示している。この方法は、ループを使用して、出力パワーの変調成分の最小化または抑制に対応する条件にこの位相を保つ制御アルゴリズムにおいて実装可能である。
【０１２３】
プロセスステップ801で、レーザは、オンになる。位相電流を生成するディザ信号のバイアス値Iphは、入力値としてアルゴリズムに入力される(ステップ802)。次いで、周波数変調信号が変化し、例えば、周波数fd(例えば、交流ACの形態で)正弦波信号または三角信号が、バイアス信号に重畳される(プロセスステップ803)。所望のレーザ出力パワーの目標値が、入力として挿入される。出力パワーの値は、外部キャビティレーザが送信器としてその中で動作するWDM光学システムの仕様により定められた間隔で選択可能である。例えば、目標出力パワーは、間隔5dBm〜20dBm内で選択可能である。目標パワーの入力値から開始して、制御アルゴリズムが、ルックアップテーブルに保存されている変換係数に基づいて、キャビティの出力パワーを監視するフォトダイオードについての電流の目標値IPDを計算する。次いで、このルックアップテーブル内に保存されているレーザダイオード(利得媒体)応答曲線の閾値および勾配値に基づいて、アルゴリズムは、目標フォトダイオード電流に対応する利得電流の値IGを確定する(ステップ804)。フィードバックループが、この測定されたフォトダイオード電流と、利得電流との間のプロセスのこのステップにおいて実装可能であり、それにより、出力パワー値は目標値に近いままになり、これは、出力パワー、また下流でのAM振幅に関する制御が、目標値から一定の間隔(例えば、±0.2dB)の外にそれないようにするためである。出力光信号が振幅変調を示すので、パワー目標値は、典型的には、最大および最小のパワー振動値を平均化した平均パワー値を検出して、監視される。
【０１２４】
後続ステップ(ステップ805)として、同調可能ミラーに印加される供給電圧の値VTMは、選択された(初期)チャネルの周波数に対応して確立される。制御アルゴリズムは、フォトダイオード電流の最近最大値(したがって、最近出力パワー最大値)をサーチするチャネル周波数で同調可能ミラーを維持するように、同調可能フィルタに印加される電圧を調節するループを予測することが可能である。別の実施形態においてはもちろん、同調可能フィルタによってフィルタリングされる周波数を同調させるパラメータ(例えば、温度)は、使用される同調可能フィルタのタイプによっては異なってもよい。
【０１２５】
ステップ806で、ディザ信号の変調深さは、所望のレーザ信号直線幅を得るためなどの値に選択される。例えば、90%の変調深さが、約1GHzの信号の直線幅を得るために選択される。外部から制御可能なパラメータによるキャビティの位相の初期値PH0が、固定され、それは、キャビティ下方位相要素に対する位相変動PHを誘導する(ステップ807)。このような値は、機械公差およびエージングの公差が、レーザのパワーアップ時に、選択されたチャネルの周波数に対する位置合わせ条件に対応する正確なキャビティ長を認識できなくする可能性があるので、任意に選択可能である。
【０１２６】
入力値の挿入に、または入力値を最適化し、かつ/もしくは入力値を維持するための可能なフィードバックループに関するステップ802〜807はもちろん、別の順序で実行可能である。
【０１２７】
以下のプロセス段階においては、ループアルゴリズムを使用して、パワーのAM成分がそれに対して最小にされるか、または所望値より低く抑えられるレーザキャビティの動作条件でレーザを求め、維持するように、キャビティ位相を調節する。これまで論じたように、ECLにおいて、約2GHz以下の直線幅を生成する変調の場合、このアルゴリズムによって制御されるレーザ出力は、「ほぼ位置合わせ」の条件で、したがって、出力パワーが適時に安定した条件で、考慮され得る。キャビティの位相は、外部パラメータPHに作用して調節され、それは、キャビティ内に存在する位相要素の光路長を制御し、そのため、レーザキャビティの光路長を制御する。キャビティ位相の精巧な同調は、例えば、熱制御可能位相要素と接触している加熱器に印加されるパワーを調節することによって実行可能である。キャビティの位相を調整する外部パラメータは、例えば、キャビティ位相が、液晶またはポリマなどの電気光学材料を備える位相要素に印加される供給電圧のような、別の機構により変化する場合には、異なることもあり得ることは明らかである。あるいは、位相は、利得要素の注入電流に作用することによって調節可能である。
【０１２８】
制御パラメータの初期値PH0は、初期値の近傍におけるパワー値PH0±ΔPHを監視するために、ステップΔPHから変化する(プロセスステップ808、例えば、パラメータが電気パワーである場合、増加は0.1mWになるように選択可能になる)。例えば、まず、パワーは、値P+=PH0+ΔPHに固定される(プロセスステップ809)。値P+に対応するフォトダイオード電流が読み取られ(ステップ810)、この電流の読取り値からレーザ信号のAM変調の振幅AM+が計算される(ステップ811)。信号の変調の振幅(光AMのピーク対ピーク振幅またはパーセント値)を得るあるやり方は、信号の正弦波(または三角)形を再構成するために、近接した時間間隔で(例えば、10マイクロ秒毎)、フォトダイオード電流をサンプリングすることである。市販の電子回路は、非常に高い計算スピードを可能にし、そのため、変調信号の再構成には、制御ループの応答速度と適合可能な時間を必要とすることが分かる。
【０１２９】
続いて、PHの値は、P-=PH0-ΔPHで設定され(ステップ812)、値P-に対応するフォトダイオード電流は同様に読み取られ(ステップ813)、変調成分の振幅AM-が計算される(ステップ814)。ステップ815では、ステップ811で計算された値AM+と、ステップ814で計算されたAM-が比較される。AM+>AM-である場合、ステップ818で、新規値PHはP-に設定され、アルゴリズムは、ポイント816においてループを閉じ、この新規初期値から、新規値P+およびP-が計算される。そうではなく、AM+<AM-である場合、新規値PHはP+に設定され(ステップ817)、アルゴリズムは、値P+およびP-を計算するループの初期ポイント816に戻り、新規値PHから開始する。この手順を繰り返して、アルゴリズムは、変動ステップPH、すなわちΔPHによって定められる間隔内でAMについての最小点に達する。
【０１３０】
別の実施形態においては、変動のステップは、フィードバックループのそれぞれの反復において可変なように選択可能になり、例えば、それは、値P+と値P-との間の差が、一定の所定値を下回る場合には、減少することが可能になる。
【０１３１】
プロセス段階804および805に関連して説明したアルゴリズムループは、レーザ出力信号におけるAM成分を抑えるための制御ループと並行して、かつそれから独立して実行可能である。
【０１３２】
本願発明者は、電気変調周波数fdにおける光振幅の変調の調波分析を実行して、より高い調波における周波数変調2fd、3fdなどから周波数変調fdに対する寄与を分解することが可能であることに気付いた。図9は、キャビティ位相不整合の関数として図7に示す出力光パワーのAM変調のパーセント値を記録している(実線、右側縦座標)。このグラフはまた、10kHz(一点鎖線)に等しい例におけるfd(第1の調波)での、および2fd=20kHz(第2の調波、破線)での変調の寄与のスペクトル密度のパワーも示している。第2の調波よりも高い調波によって生成される成分は、概して、本目的にとって無視できるほどの寄与をAM振幅に与える。AM振幅において最小値を生成する際の支配的成分は、周波数fdにおける成分であるが、より高次の調波による成分は、有意な最小値を示さないことが分かる。また、fdにおけるスペクトル成分の最小値は、全AM振幅の場合の差と比較して、より大きい湾曲の最小値および最大値の間の差により非常に顕著であることも分かる。そのため、本願発明者は、AM変調振幅の第1の調波の成分の値を分析することによって、周波数fdで変調される信号におけるAM変調を抑えるための制御方法を実行することが可能であることに気付いた。
【０１３３】
周波数fdにおけるただ1つの成分の測定は、例えば、当該周波数で共振するフォトダイオードの下流に配置された電気フィルタにより実現可能である。代替の方法が、例えば、フォトダイオードによって生成される信号のサンプルから開始する数値フィルタにより実現可能である。
【０１３４】
図10は、レーザ出力信号のAM成分の最適化のためのパラメータとして、位相部を変調する電気信号の第1の調波に対応する周波数の識別を含む本発明の好ましい実施形態による同調可能レーザ制御方法を示す流れ図900を示している。同一の参照符号は、図8に示したものに対応するプロセス段階に与えられ、それらの詳細な説明をここでは省略する。
【０１３５】
位相制御パラメータの初期値PH0がそれにより変化するようになされるステップに関する値ΔPHが選択されると(ステップ808)、このようなパラメータは値P+に設定され(ステップ909)、フォトダイオード電流が読み取られる(ステップ910)。フォトダイオード電流から、(fdでの)第1の調波の成分H+が、例えば前述の電気フィルタにより抽出される。続くステップ(912)で、値PHは値P-に設定され、対応するフォトダイオード電流は再度、読み取られ(ステップ913)、これから、第1の調波H-の成分が計算される(ステップ914)。2つの値H+およびH-が、ステップ915で比較される。H+>H-である場合、新規値PHはP-に設定され(ステップ917)、逆にH+<H-である場合、新規値PHはP+に設定される(プロセスステップ916)。プロセスステップ918で、ループは閉じられ、新規値P+およびP-は、電流値PHから計算される。この手順を繰り返して、アルゴリズムは、最小化ステップΔPHによって定められた公差により、電気信号の第1の調波の最小値におけるレーザの動作点につながる。
【０１３６】
図8および図10をともに参照すると、ステップ809〜811(ステップ909〜911)の順序はもちろん、ステップ811〜813(ステップ912〜914)の順序と交換可能である。
【０１３７】
図11は、キャビティ光路長の精巧な同調が、利得電流IGのわずかな変動により達成され、(出力信号の周波数における変調を誘導するディザ信号によって生じる)光路長の変調が、利得媒体に光学的に結合された位相部へのディザ信号の印加により達成される本発明の実施形態によるレーザ装置の概略図である。
【０１３８】
具体的には、図11は、台座201を画定するパッケージ、例えば「バタフライ」タイプのパッケージに収容されるレーザシステムを備えるレーザ装置200の概略的な側方図(等縮尺でない)を含む。このパッケージは、素子を光ファイバ203に、例えば標準単一モード方式SMFファイバに結合させるための光コリメータ202を含む。ガラス窓204が、コリメータ202に対してレーザシステムを堅く閉じる。レーザキャビティは、位相部206内に集積された利得部205を備えるSOA220と、コリメート用レンズ208と、FPフィルタ209と、同調可能ミラー210とを含む。破線257は、キャビティの光成分がそれに沿って配置されているキャビティ光軸を示す。レーザキャビティは、プラットフォーム211上に配置され、それはまた、光学要素のための参照ベースとしても作用する。一般的なプラットフォームを使用することが好ましく、それは、設計の複雑さを最小限にし、同調可能レーザの成分間の位置合わせを単純にするからである。しかしながら、要素が、2つ(または3つ以上)の異なるプラットフォーム上に配置される構成もまた企図可能になる。
【０１３９】
プラットフォーム211は、窒化アルミニウム(AIN)、シリカカーバイド(SiC)、または銅タングステン(CuW)などの熱伝導性材料から形成される。プラットフォームは、レーザキャビティを熱安定させるため、熱電冷却器(TEC)212上に配置される。例えば、プラットフォームは、例えばペルチエセルであってよいTEC212の上面に接着されるか、またははんだ付けされる。
【０１４０】
プラットフォーム211の温度の制御は、プラットフォーム211上に配置されるサーミスタのような熱センサ素子224によって達成される。
【０１４１】
動作中その温度を安定化させる目的で、エタロン209は、好ましくは、エタロンと、熱的に安定化されたプラットフォーム211との間の熱的接触を促進するために、熱伝導性筐体213内に収容される。
【０１４２】
好ましくは、SOA220は、光ビームと比較して適切な高さでSOAを位置決めし、さらには熱散逸を高めるために、好ましくは熱導電性のサブマウント207上に配置される。サブマウント207は、例えばシリカカーバイドから形成可能である。コリメート用レンズ208は、組立構成部214上に取付け可能である。
【０１４３】
明瞭にするために図11には示していないが、同調可能ミラー210は、支持構造によってプラットフォームに貼付け可能である。ある実施形態によれば、同調可能ミラーは、例えば国際特許出願公開第2006/002663号に記載されていることにより、プラットフォーム211上に水平に支持可能である。その場合には、レーザキャビティは、光ビームを偏向する偏向器を同調可能ミラー上に含む。
【０１４４】
光ビームは、利得部205の前部ファセット215によって外部キャビティの外に結合される。好ましくは、コリメート用レンズ216は、出力光ビームの光学経路に沿って配置される。放出ビームと比較して、コリメート用レンズ216の後に配置される、例えば98%/2%タップのビームセパレータ218は、テストビームとして光ビームのごく一部分を流出させ、それは、出力パワーを監視するためのフォトダイオード219上に向けられる。
【０１４５】
プラットフォーム211は、外部コリメート用レンズ216およびビームセパレータ218が、図に概略化された組立構成部217および221それぞれによりそれに取り付けられるように、ビームの光学経路の主方向に沿って延在することが可能である。
【０１４６】
台座201から生じる光ビームは、絶縁体222を通過した後、集束レンズ223からファイバ203上に焦点を合わせられる。レンズ223および絶縁体222は、コリメータ202内に収容可能である。絶縁体は、概して、ビームが後方反射しないように、およびキャビティ内に再度入射しないように働く光学要素である。
【０１４７】
図11は、本発明のある実施形態により、レーザモジュール200のレーザキャビティの位相の制御方法を実装する制御回路230の設定を概略的に示している。例えば、このような制御回路は、例えばバタフライタイプのパッケージの外部ピンにより、パッケージに電子的に接続された電子カード内に収容可能である。
【０１４８】
例えばレーザ信号の目標出力パワー、および(初期に)選択されたチャネルの周波数に対応する同調可能フィルタに印加される供給電圧の値のような外部入力データは、コントローラ231に加えられる。コントローラ231は、制御信号を受信し、それをECLの成分に送信するようになされている従来の論理プログラム可能プロセッサであってよい。レーザ出力信号パワーは、フォトダイオード232のモニタ、例えば信号条件付け回路を通じてデータを取り出すことによって、フォトダイオード219の電流からコントローラ231内で計算される。この目的のために、コントローラ231は、レーザ信号パワーとフォトダイオード電流との2つの物理値をリンクする関数を含む。
【０１４９】
利得部205および位相部206は、ドライバモジュール233および237それぞれを通じて給電される。ドライバモジュール233は、コントローラ231によって駆動される注入電流IGを制御するための回路を収容する。同様に、ドライバモジュール237は、位相部の供給電流Iphを、およびそれに対して重畳された電流変調(ディザ)を制御するための回路を含む。この目的のために、制御回路は、発振器(図示せず)を含むことが可能であり、その発振器は、周期信号を生成し、駆動モジュール237に接続される。コントローラ231は、ドライバ233および237を通じて、SOA220を動作させるための直流および交流の値を設定し、ドライバ自体によって送信される電気信号を通じてその動作を制御する。
【０１５０】
ドライバモジュール235は、同調可能ミラーに、この例では、電気光学要素に、レーザチャネルの周波数に対応する絶対値における一定値で交流電圧を供給する。このような電圧は、コントローラ231によって駆動され、そのコントローラは、対象の周波数間隔でチャネルの周波数に対応する電圧値が保存されているルックアップテーブルを含む。
【０１５１】
図11のECLは、TEC212により熱的に安定化され、レーザキャビティの光学要素が配置されるTECに熱的に結合されるプラットフォーム211の温度は、温度センサ224を通じてサーミスタモニタモジュール237によって検出され、それは、適切な信号をコントローラ231に送信する。TEC212は、ドライバモジュール236を通じて給電され、またコントローラ231によって駆動される。
【０１５２】
例えば、サーミスタモニタ237は、コントローラ231向けに意図されるデジタル信号にこのような値を変換するサーミスタによって導入される抵抗を測定する信号条件付け回路である。このコントローラは、プラットフォームの温度が実質的に一定に保たれることを制御し、例えば、ある値を、例えば30℃±0.1℃、または25℃±0.2℃前後に変動させる。このような温度値は、利得媒体の熱散逸要件を満たすことに加えて、有利には、ITU標準によって定められる透過グリッドの周波数により位置合わせされるエタロン209の透過ピークを保つ。
【０１５３】
図12は、本発明の実施形態によるレーザ装置の概略図であり、光路長は、ディザが印加される位相要素とは異なるキャビティ下方位相要素の位相の変動により調整され、当該変動は、温度、電気刺激、またはMEMSもしくは圧電素子により加えられる機械的変形のような制御パラメータに作用することによって達成される。具体的には、図12の実施形態においては、位相要素は、それを通過するレーザビームに対して、実質的に、光学的に透明な熱制御可能要素である。
【０１５４】
制御回路260の設定が、レーザモジュール250のレーザキャビティの位相の制御方法を実装する。図12の同一参照符号は、図11に示したものに対応するECLモジュールの要素に指定される。具体的には、コントローラ251(例えば、従来のプロセッサ)は、図11に関連して説明したものに類似するように、モジュール232、233、235〜237を制御し、駆動する。
【０１５５】
レーザモジュール250のレーザキャビティは、プラットフォーム211上に配置されているサブマウント255上に置かれた熱制御可能位相要素253を含む。サブマウント255およびプラットフォーム211からの熱流経路の熱抵抗は、好ましくは、この要素に印加される熱効率を高めるために、プラットフォームから、したがってTECから少なくとも部分的に位相要素を熱的に分離するように選択される。
【０１５６】
熱効率は、位相要素の熱抵抗に加えて、支持体の熱抵抗と関係している。好ましくは、支持体と位相要素との構成体の熱抵抗は、80K/Wと180K/Wとの間、より好ましくは、100K/Wと160K/Wとの間に含まれる。サブマウント255の熱抵抗は、サブマウントの厚さ、および材料によって決まる。サブマウントは、例えばKovar(登録商標)から形成可能である。好ましい実施形態によれば、位相要素は、3K/Wと8K/Wとの間に含まれる熱抵抗を有する。
【０１５７】
要素253の熱制御は、要素自体と熱的に接触している加熱器要素254を置くことによって達成される。加熱器要素は、例えば、SMD抵抗器など、抵抗要素であってよい。電流が、抵抗器ドライバ252を通じて抵抗器に供給され、このような電流は、抵抗器を通じて、加熱器要素の電気抵抗によって決まる消散パワーを生成する。したがって、ジュール効果によって熱が生成され、抵抗器の温度を増加させる。抵抗器と熱的に接触している位相要素の温度は、抵抗器を流れる電流に対して比例をもたらす。電流と位相との間の関係を保存するコントローラ251は、抵抗器に供給された電流の信号を受信し、制御アルゴリズムを通じて、その位相を、したがってキャビティ光路長を調節するために、その制御信号を抵抗器ドライバに送信する。
【０１５８】
本発明の態様によれば、出力パワーのAM成分の抑制は、レーザキャビティのループ利得(往復利得)の変動を抑えるか、または最小にするために、位相要素に印加されるディザ変調によって生じる透過率の変動が、利得媒体の利得電流の対応する変動によって少なくとも部分的に補償されるように、ECLの利得媒体の利得に作用して達成される。
【０１５９】
図5を参照すると、一定の周波数fd(波形150)におけるディザ変調は、位相要素の透過率を、最小値と最大値との間で周期的に振動させる(波形151)。位相電流が図5でのように増加すると、減少する位相要素の伝達関数の場合には、バイアスIphと比較して位相要素へのより大きい電流の対応において、すなわち変調信号の正の半波の対応においては、透過率は減少するが、負の変調半波の対応においては、透過率は増加し、位相電流の直流成分によって設定される透過率平均値と常に比較される。
【０１６０】
本願発明者は、変調信号がディザ信号と同一の変調周波数を有する利得媒体の利得電流に印加される場合、ディザによって位相要素内に誘導された透過率変調を少なくとも部分的に補償し、したがって、レーザ出力信号のAM変調を抑えるか、または最小にすることが可能であることに気付いた。
【０１６１】
図13は、媒体自体に供給される注入電流IGの関数として、ECL内の利得媒体として使用可能な半導体レーザダイオードの利得を記録している。利得は、注入電流が増加するにしたがって、非直線的に増加する。波形180で図面に概略的に示す利得媒体に印加される電流変調が、波形181で示す利得自体の変調をもたらす。レーザダイオードの利得の変調がひいては、キャビティ光路長の変調をもたらす。
【０１６２】
本願発明者は、制御パラメータが(少なくとも、変調によって生じる透過率偏位内で)増加するにつれて、減少する伝達関数を有する位相要素の場合には、バイアスと比較して位相要素へのより大きい電流(正の半波)の対応においては、利得要素に対する電流を増加させることが必要であることに気付いた。バイアスと比較して位相要素に対するわずかな電流(負の半波)の対応においては、利得要素に対する電流を減少させることが必要である。言い換えると、値IGが、レーザ信号の光周波数偏位内で、利得が電流とともに増加するように選択される場合、正の半波に対応する位相要素の透過率における損失は、キャビティ利得の増加によって少なくとも部分的に補償可能であり、負の半波に対応する時間間隔での透過率の増加は、利得の減少によって補償可能である。
【０１６３】
前述したように、利得電流の変調によって生成される光路長の変調を利用して、特にスペクトル直線の大きい拡大が必要とされる場合には、光AMの変調が高いという代償を払ってでも、スペクトル直線の拡大を生成することが可能である。好ましい実施形態によれば、出力レーザ直線の周波数拡大は、ディザ信号を周波数fdで位相要素に印加することによって達成され、このような信号は、所望の直線幅を達成するために選択される変調深さを有する。同時に、利得媒体の利得の変調が、位相要素によって生じるキャビティ透過率における変動を少なくとも部分的に補償する目的で、ディザ変調に印加される。
【０１６４】
好ましい実施形態によれば、位相電流のバイアス電流は、ディザ変調を生成する位相電流の偏位の対応において、透過率は、電流が増加するにつれて、減少するように選択される。電気的変調信号が、同一の電気周波数fdで、および好ましくは実質的に同一の位相により、ディザ信号の利得媒体に印加される。利得バイアス電流(直流成分IG)は、利得変調を生成する位相電流の偏位の対応において、利得自体が、電流の増加とともに増加するように選択される。本実施形態を実装するECL構成が、図11および図12に関連して説明可能であり、制御回路は、振動信号を周波数fdで生成する発振器(図示せず)を含み、その信号は、位相部に対する変調と、利得部に対する「逆変調」とを生成するために、ドライバモジュール233およびドライバモジュール237の両方に供給される。好ましくは、利得媒体の変調信号は、位相要素の変調信号と同一の位相を有する。言い換えると、ディザ信号のゼロは、実質的には、利得変調信号のゼロに対応する。しかしながら、2つの電気的変調信号の位相間のわずかな偏差、例えば約μ/10以下は許容可能である。
【０１６５】
図14は、数値シミュレーションの結果を記録しており、出力光パワーのAM変調のパーセント値(実線、右側縦座標)が、利得変調深さのパーセント値の関数として計算され、利得信号変調成分のピーク対ピーク振幅と、その直流成分の値IGとの間の関係と定められる。このシミュレーションにおいては、ECLが、図5に示すタイプの透過率を有する位相部により、および図13に示すタイプの利得関数を有する利得媒体により考慮されている。このシミュレーションにおいては、利得バイアス電流IGは250mAに等しく、その電流に対して、利得変調信号が、図7に記録したものに類似する透過率挙動により位相部に印加されるディザ信号の電気周波数に等しい電気周波数fd=10kHzで印加される。ディザ変調は、(例えば、約90%に等しい)1.2GHzの直線幅を生成するためなどの変調深さを有する。
【０１６６】
図14にはまた、10kHzに等しいfd(第1の調波、破線)での、および2fd=20kHz(第2の調波、点線)での変調寄与のスペクトルパワー密度(左側縦座標)も記録されている。図は、利得変調深さ値の間隔は、出力信号のAM振幅が最小値を示す内側に存在することを示している。図14の例では、レーザ出力信号のAM振幅の著しい抑制を可能にする利得変調深さの値の間隔は、約4.5%から7%に及ぶ。
【０１６７】
AM成分の第1の調波の最小値は、総AM振幅の最小値をもたらすのと同一の利得変調深さ値には対応していないことが分かる。これは恐らく、位相要素の透過プロファイルと、利得プロファイルとの不完全な相補性によるものである。
【０１６８】
図5および図13に関連する説明では、ECLは、利得媒体に加えて、ディザ変調が印加される制御パラメータの増加とともに、減少する透過率を有する位相要素を備えることが考慮されている。本発明はまた、変調信号によって生じる変動間隔においては少なくとも、制御パラメータが変化するにつれて変化し、かつこのような間隔内でもなお、例えば、制御パラメータの増加とともに増加する正の第1の導関数を有する透過率を示す位相要素が含まれるECLの場合を含む。利得媒体は、図13と関連して説明するものに類似する利得曲線を示すことが可能であり、すなわち、この利得は、利得電流IGの増加とともに増加する。したがって、利得媒体の利得の第1の導関数と、位相要素の透過率とは、ディザ変調に対応する偏位の間隔においては少なくとも、同一符号を有する。
【０１６９】
本願発明者は、(対応する利得変動の第1の導関数と同一符号を持つ第1の導関数を有するこの場合に、)ディザによって位相要素内に誘導される透過率変調を少なくとも部分的に補償すること、したがって、変調信号がディザ信号と同一の周波数fdを有するが、実質的には、ディザ信号に対して位相対立πで利得媒体に印加される場合、レーザ出力信号のAM変調を抑えるか、または最小にすることが可能であることが分かった。このように、値IGは、レーザ信号の光周波数の偏位内で、利得が電流とともに増加するように選択された場合、正の半波に対応する位相要素の透過率の増加は、ディザ信号と比較して、位相対立における信号の負の半波により、キャビティ利得の減少によって補償可能であり、負の半波に対応する時間間隔における透過率の減少は、利得の増加(正の半波)によって補償可能である。好ましい実施形態においては、2つの変調信号は位相対立にあり、すなわち、それらは位相差πを有する。しかしながら、2つの電気的変調信号の位相に関する差πのわずかな偏差、例えば約π/10以下は許容可能である。
【０１７０】
本実施形態を実装するECL構成が、図11および図12に関して説明可能であり、この制御回路は、振動信号を周波数fdで、および一定の位相で生成する発振器(図示せず)を含む。発振器は、振動信号をドライバモジュール233およびドライバモジュール237の両方に供給する。利得媒体のドライバモジュール233は、振動信号の位相不整合πの位相反転を得るために反転増幅器を含むことが可能である。
【０１７１】
上述した関係式(3)を参照すると、本発明の本態様によれば、変調を受けるキャビティ位相要素の透過率が変動することによるキャビティ透過率αの変動は、関係式(3)の左側の積ができるだけ変化しないままであるように、利得媒体の利得変動によって少なくとも部分的に補償可能である。
【０１７２】
前述したように、利得電流の変調によって生じる光路長の変調を利用して、特にスペクトル直線の大幅な拡大が必要とされる場合には、光AMの高い変調が高いという代償を払ってでも、スペクトル直線の拡大を生成することが可能である。利得要素とは異なった位相要素に対するディザ変調によって誘導されるAM振幅を抑えるために、利得媒体への利得変調の印加に関して説明する場合、AM振幅を抑えるか、または最小にするために必要な変調は、ディザ変調と比較して、概して、振幅が著しく低い。好ましくは、利得信号の変調深さのパーセント値は、少なくとも5の係数の、より好ましくは、少なくとも8の係数のディザ信号の変調深さのパーセント値よりも低い。これらの条件下で、利得変調によって誘導される直線拡大は、位相要素によって誘導されるものと比較して、概して、はるかに小さい。しかしながら、所望値に対して直線幅の可能な変動を補償するために、例えば、1GHz±0.1GHzでほぼ一定の直線幅を維持するように、スペクトル拡大に関する制御を実装することが好ましい。
【０１７３】
好ましくは、位相要素の電気的変調信号の変調深さのパーセント値は、50%から90%、より好ましくは70%から90%まで様々である。
【０１７４】
有利には、グリッド生成フィルタと、同調可能フィルタとを備える同調可能ECL装置の場合には、レーザは、位置合わせの条件で動作し、すなわち、キャビティモードの周波数は、同調可能フィルタによって選択されるグリッド生成フィルタのピークより下に中心がある。このような条件は、レーザ出力信号の(平均)パワーの最大値を求める制御アルゴリズムにより達成可能である。
【０１７５】
図15は、本発明の好ましい意実施形態によるレーザ制御方法を示すプロセス流れ図300を示している。この方法は、ループを使用して、出力パワーの変調成分の最小化に、または抑制に対応する条件で位相を保つ制御アルゴリズムにおいて実装可能である。この方法は、例えば、図11および図12と関連して説明するレーザ装置において実装可能である。
【０１７６】
プロセスステップ301で、レーザは、オンになる。位相要素に印加される位相電流を生成するディザ信号のバイアス値Iphは、入力値としてアルゴリズムに入力される(ステップ302)。次いで、周波数変調信号がオンになり、例えば、正弦波信号が、ディザ周波数fdで、ピーク対ピーク振幅により位相電流Iph-ACのバイアス信号上に重畳される  (プロセスステップ303)。ディザ信号の変調深さは、レーザ信号の所望の直線幅を得るほどの値で選択される。例えば、変調深さ80%が、信号直線幅約1GHzを得るために選択される。
【０１７７】
アルゴリズムは、キャビティ出力パワーを監視するフォトダイオードの目標電流IPDに対応する利得電流IG0のバイアス値を確定する(ステップ304)。このような値が、レーザ出力パワーの目標値と関連付けられる。ステップ305では、利得変調信号が、ピーク対ピーク振幅IG-ACによりオンになり、このような信号は、fdに等しい変調周波数で利得媒体に印加される。アルゴリズムは、明らかに、ピーク対ピーク振幅ではなく、変調深さの振幅パーセント値を含むことが可能である。概して、量のうちのいずれか1つを示すことが可能な変調信号の振幅を参照することになる。
【０１７８】
次のステップ(ステップ306)として、同調可能ミラーに印加される供給電圧VTMの値は、(初期に)選択されたチャネルの周波数に対応して設定される。制御アルゴリズムは、フォトダイオード電流に最も近い最大値(したがって、出力パワーに最も近い最大値)を求めるチャネル周波数で同調されたミラーを維持するように、同調可能フィルタに印加される電圧を調節するループを予測することが可能である。別の実施形態においてはもちろん、同調可能フィルタによってフィルタリングされる周波数を同調させるパラメータ(例えば、温度)は、使用される同調可能フィルタのタイプによっては異なってもよい。
【０１７９】
ステップ307で、キャビティの位相は、キャビティ下方位相要素に対する位相変動を誘導する外部から制御可能なパラメータPHにより最適化され、フォトダイオード電流IPDを最大にし、そのため、チャネル周波数と、レーザ出力周波数との間の位置合わせの条件でキャビティを位置決めする。アルゴリズムは、位相要素に、またはフォトダイオード電流の最大値を求める利得媒体に印加されるパラメータPHを調節するフィードバックループをステップ307で予測することが可能である。FPフィルタを含むECL構成では、この条件は、同調可能フィルタによって選択されたFPフィルタのピークより下のモードキャビティの位置合わせ条件に対応する。
【０１８０】
入力値の挿入に、または入力値を最適化し、もしくは入力値を維持するための可能なフィードバックループに関するステップ302〜307はもちろん、別の順序で実行可能である。
【０１８１】
続くプロセス段階においては、ループアルゴリズムを使用して、パワーのAM成分がそれに対して最小にされるか、または所望値より低く保たれるレーザキャビティの動作条件でレーザを求め、維持するように、キャビティの位相を調節する。
【０１８２】
プロセスステップ309で、位相電流の変調成分の値Iph-ACは、ステップ303で選択された目標値に出力信号の直線幅を保つように調節される。
【０１８３】
プロセスステップ305で選択された利得電流の変調成分のピーク対ピーク振幅の初期値IG-ACは、初期値の近傍における変調電流IG-AC±ΔIG-ACの値を監視するために、ステップΔIG-ACから変わる(プロセスステップ311、例えば、増加は0.1mAであるように選択可能になる)。例えば、まず、振幅IG-ACは、値I+=IG-AC+ΔIG-ACに設定される(プロセスステップ312)。値IG+に対応するフォトダイオード電流は読み取られ(ステップ313)、この電流読取り値から、レーザ信号のAM変調の振幅AC+が計算される(ステップ314)。レーザ出力信号の変調の振幅を導出するあるやり方は、信号の正弦波(または三角)形を再構成するために、近接した時間間隔で(例えば10マイクロ秒毎)、フォトダイオード電流をサンプリングすることである。
【０１８４】
続いて、値IG-ACがI-=IG-AC-ΔIG-ACに設定され(ステップ315)、当該値に対応するフォトダイオード電流は、同様に読み取られ(ステップ316)、続いて、変調成分の振幅AC-を計算する(ステップ317)。ステップ318では、ステップ314で計算された値AC+と、ステップ317で計算された値AC-とが比較される。AC+>AC-である場合、ステップ319で、新規値IGはI-に設定され、アルゴリズムは、ステップ308においてループを閉じ、次いで、ステップ311で、それは、新規値I+およびI-を計算する。そうではなく、AC+<AC-である場合、新規値IG-ACはI+に設定され(ステップ320)、アルゴリズムは、ループの開始ポイント308に戻り、新規値IG-ACから開始する値I+およびI-を計算する。この手順を繰り返して、アルゴリズムは、利得電流の変調の振幅変動ステップΔIG-ACによって定められる近接値におけるレーザ出力信号の振幅AMの最小点に達する。
【０１８５】
別の実施形態においては、変動ステップΔIG-ACは、フィードバックループのそれぞれの反復において可変なように選択可能になり、例えば、それは、値AC+と値AC-との間の差が一定の所定値を下回る場合には、減少することが可能になる。
【０１８６】
利得電流の変調の振幅変動が、レーザ直線幅における変動をもたらし、したがって、ステップ309で、アルゴリズムは、直線幅に対して制御を行い、必要に応じて、所望の目標値に導くようにその幅を調整する。位相変調と、利得変調とはともに、直線幅に影響を及ぼすが、主な寄与は、典型的には、特に得られるべき所望の出力信号直線幅が0.5GHz〜0.8GHzよりも高い場合に、位相要素に印加される電流によって誘導される変調によって与えられることが分かる。好ましくは、利得媒体に加えられる利得変調深さのパーセント値は、位相要素の変調深さのパーセント値と比較して1/5以下である。より好ましくは、利得変調深さのパーセント値は、位相要素の変調深さのパーセント値と比較して1/8以下である。
【０１８７】
プロセス段階306および307に関して説明するアルゴリズムループは、レーザ出力信号におけるAM成分を抑えるための制御ループ310と並行して、かつそれから独立して実行可能である。
【０１８８】
図14を参照すると、より高い調波2fd、3fdなどから変調周波数fdにおける寄与を分解することによって、電気変調周波数fdにおける光学振幅の変調の調波分析を行うことが可能である。
【０１８９】
本発明の好ましい実施形態によれば、レーザ出力信号のAM成分を最適化するためのパラメータとして、位相部を変調する電気信号の第1の調波に対応する周波数の識別を含む制御アルゴリズムを実装することが可能である。この場合には、ステップ313および316におけるフォトダイオード電流の読取り値から、AM振幅の(fdにおける)第1の調波の成分は、ステップ314および317それぞれにおいて、総振幅の代わりに計算される。次いで、AM振幅の第1の調波の成分は、ステップ318で行われることに類似して比較され、fdにおけるAM成分を最小にする値を求める。
【符号の説明】
【０１９０】
100  同調可能光ミラー
101  前部ファセット
102  利得媒
103  位相要素
104  キャビティ下方コリメーションレンズ
105  スペクトル選択性光フィルタ
107  半導体光増幅器(SOA)
108  コリメート用レンズ
109  光検出器
110  ビームスプリッタ
111  後部ファセット
113  矢印
114  矢印
115  キャビティ下方位相同調要素
120  外部キャビティレーザモジュール
130  外部キャビティレーザ
131  光軸
140  波形
141  波形
150  波形
151  波形
160  波形
161  波形
180  波形
181  波形
200  レーザ装置
201  台座
202  光コリメータ
203  光ファイバ
204  ガラス窓
205  利得部
206  位相部
207  サブマウント
208  コリメート用レンズ
209  FPフィルタ
210  同調可能ミラー
211  プラットフォーム
212  熱電冷却器(TEC)
213  熱伝導性筐体
214  組立構成部
215  前部ファセット
216  コリメート用レンズ
217  組立構成部
218  ビームセパレータ
219  フォトダイオード
220  SOA
221  組立構成部
222  絶縁体
223  集束レンズ
224  熱センサ素子
230  制御回路
231  コントローラ
232  フォトダイオード
233  ドライバモジュール
237  ドライバモジュール
235  ドライバモジュール
236  ドライバモジュール
237  サーミスタモニタモジュール
250  レーザモジュール
251  コントローラ
252  抵抗器ドライバ
253  熱制御可能位相要素
254  加熱器要素
255  サブマウント
257  破線
260  制御回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【国際調査報告】
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