(57)【要約】【課題】出力が安定で、かつ、出力波長の較正が可能なレーザーを提供する。【解決手段】所定の雰囲気を有する外部共振器レーザを開示する。１実施形態では、レーザシステムは、印加された電流に応答して光を放出する利得媒質（２１０）と、利得媒質から放出された光を共振させるよう構成された波長選択性反射器（２４０）と、所定の雰囲気を収容するチャンバ（２０５，３０５，５０５，７０５，９０５）とを備える。チャンバは、利得媒質から放出された光がチャンバを通過するように、利得媒質と波長選択性反射器に光学的に接続される。【選択図】図２
2004015055.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザーシステムであって、
印加した電流に応答して光を放射する利得媒質（２１０）と、
前記利得媒質から放射された光を共振させるよう構成された波長選択性反射器（２４０）と、
所定の雰囲気を収容するチャンバ（２０５、３０５、５０５、７０５、９０５）であって、前記利得媒質から放射された光が前記チャンバを通過するように前記利得媒質及び前記波長選択性反射器に光学的に結合されるチャンバ
を備える、レーザーシステム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は一般にレーザーの分野に関し、更に詳しくは、外部共振器レーザー（ｅｘｔｅｒｎａｌ　ｃａｖｉｔｙ　ｌａｓｅｒ）に関する。
【０００２】
【従来の技術】
波長分割多重（ＷＤＭ）の場合、１本のファイバを使用し、中心波長が異なる複数の搬送信号によってデータを同時に伝送する。単一の光ファイバで伝送できる搬送信号の数は、それぞれの搬送信号の線幅と、各搬送信号の中心波長をどの程度正確に制御できるかの関数である。光通信の帯域幅に対する需要の増大に応えるため、ファイバ当たりの光チャネル数は大幅に増加しており、高密度波長分割多重（ＤＷＤＭ）システムにおける光チャネル間の波長間隔はより小さなものになっている。
【０００３】
複数の搬送信号の相互干渉を防止しつつ、１本のファイバに多重化できる搬送信号数を最大にするには、レーザーから光ファイバに出力する搬送信号の波長を正確に制御する必要がある。ＤＷＤＭシステムの搬送信号の生成に使用可能なレーザーの１つのタイプに外部共振器レーザーがある。図１は、従来技術による外部共振器レーザー１００の１例を示している。外部共振器レーザー１００は、光利得媒質１１０、第１のレンズ１３０、回折格子１４０、部分反射ミラー（ｐａｒｔｉａｌｌｙ　ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ　ｍｉｒｒｏｒ）１２０、及び第２のレンズ１５０を含んでいる。この外部共振器レーザー１００は、動作時に光出力１７０を生成する。既知の外部共振器レーザーの場合、利得媒質１１０と回折格子１４０間の共振器は無制御の雰囲気（雰囲気とは例えば、周囲の気体やガス体である）にさらされる。このような無制御の雰囲気は、レーザー性能を劣化させる好ましくない波長依存性の吸収特性を有している場合がある。例えば、雰囲気が空気の場合には、様々なレベルで光を吸収する水蒸気が含まれており、水分が吸収する波長における出力パワーが変化することになる。又、既存の外部共振器レーザーの使用においては、レーザー出力波長の較正は困難である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
１本のファイバに多重化する搬送信号の数を更に増やしたいという要望に鑑み、中心波長が安定していると共に、外部共振器レーザーを較正するための簡単且つ正確な技術を組み込んだ外部共振器レーザーが必要とされている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
レーザーシステムは、印加電流に応答して光を放射する利得媒質と、この利得媒質から放射された光を共振させるべく構成された波長選択性反射器と、所定の（設定された）雰囲気を収容するチャンバとを含み、チャンバは、利得媒質から放射された光がチャンバ内を通過するよう、利得媒質と波長選択性反射器に光学的に接続される。
【０００６】
１実施形態において、チャンバは、利得媒質と波長選択性反射器を内部に封入している。この実施形態では、チャンバは、不活性な雰囲気（すなわち、不活性なガス体など）を収容することができる。不活性な雰囲気を利用して、無制御の雰囲気中で動作する外部共振器レーザーの特徴である好ましくないスペクトル吸収の問題を軽減することができる。
【０００７】
別の実施形態では、チャンバは、共振光の光路内に位置決めされる。この実施形態では、チャンバは、既知のスペクトル特性を有する波長選択性の雰囲気を収容することができる。例えば、この雰囲気は、所与の１つ又は複数の波長の光を吸収することが知られているものであってよい。このような雰囲気を使用して、レーザーシステムを較正することができる。
【０００８】
本発明のその他の局面及び利点は、本発明の原理を例示する添付の図面並びに以下の詳細な説明を参照することにより、明らかになるであろう。
【０００９】
【発明の実施の形態】
所定の雰囲気を利用する安定かつ較正可能な外部共振器レーザーを開示する。このレーザーシステムは、印加電流に応答して光を放射する利得媒質と、この利得媒質から放射された光を共振させるべく構成された波長選択性反射器と、所定の雰囲気を収容するチャンバとを含み、チャンバは、利得媒質から放射された光がチャンバ内を通過するよう、利得媒質と波長選択性反射器に光学的に接続される。
【００１０】
図２は、チャンバ２０５に封入されたレーザーシステム２００の１実施形態を示している。このレーザーシステムは、利得媒質２１０、第１のレンズ２３０、波長選択性反射器２４０、部分反射ミラー２２０、及び第２のレンズ２５０を含んでいる。利得媒質２１０は、印加電流に応答して光を生成し、放射する。１実施形態では、利得媒質２１０から放射された光は、第１のレンズ２３０内を通過する。この第１のレンズ２３０は、利得媒質２１０から放射された光を集束させることができる。波長選択性反射器２４０は、第１のレンズ２３０内を通過した光を反射し、部分反射ミラー２２０（第１の光反射器）と波長選択性反射器２４０（第２の光反射器）の間において選択した波長で光を共振させる。図２の実施形態では、波長選択性反射器は、レーザーシステムを異なる波長にチューニングするために回転させる、即ち、調節することが可能な回折格子である。ここでは、波長選択性反射器を回折格子として説明しているが、それは、その他のどのようなタイプの波長選択性反射器であってもよい。他の波長選択性反射器の例には、透過型回折格子（ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　ｇｒａｔｉｎｇ）、微小電子機械システム（ＭＥＭＳ）アクチュエータ上のミラー、分布ブラッグ反射器（これら各々、または、組み合わせたもの）が含まれる。部分反射ミラー２２０は、波長選択性反射器２４０に向けて光を反射し、共振波長が生成される。１実施形態では、共振エネルギーが所定の強度に達すると、光が部分反射ミラー２２０を透過して第２のレンズ２５０に向かうようになる。部分反射ミラー２２０を通過したこの光は、第２のレンズ２５０によって収束され、集束（した）光出力となる。これらの第１のレンズ２３０及び第２のレンズ２５０よりも更に多くの、またはこれらよりも更に少ないレンズを使用することも可能である。図２を参照して特定タイプの外部共振器レーザーについて説明しているが、その他のタイプのレーザーも考慮されている。
【００１１】
図２の実施形態では、チャンバ２０５は利得媒質２１０、波長選択性反射器２４０、部分反射ミラー２２０、第１のレンズ２３０、及び第２のレンズ２５０を封入している（または包み込んでいる）。しかしながら、チャンバ２０５には、他の構成も考慮されている。例えば、１実施形態では、チャンバ２０５は、第２のレンズ２５０を収容していない。又、チャンバ２０５は、空気やガスに対する機密性を有するものであってよい。
【００１２】
前述のように、チャンバ２０５は、所定の雰囲気を収容している。この所定の雰囲気は、既知の化学的及び／又は光学的特性を有する制御された雰囲気である。利得媒質２１０から放射された光は、チャンバ、利得媒質、及び波長選択性反射器２４０間の光学的な接続を形成するチャンバ内に収容された所定の雰囲気内を通過する。図２の実施形態では、この所定の雰囲気内の光の通過は、共振プロセス中において、光が利得媒質２１０を出た直後、及び光がレーザー共振器から出力された後に発生する。別の実施形態では、光は、別の経路によって所定の雰囲気内を通過することができる。
【００１３】
１実施形態では、所定の雰囲気は不活性な雰囲気である。不活性な雰囲気とは、対象とする波長範囲においてスペクトル特性を持たない雰囲気のことである。不活性な雰囲気は、窒素やその他の不活性ガスなどの不活性ガスであってよい。このような不活性な雰囲気は、周辺の雰囲気による無制御の光吸収を低減することにより、レーザーシステムが出力する光のパワー及び／又は波長の変動を最小化するのに有用である。
【００１４】
別の実施形態では、所定の雰囲気は波長選択性を有する雰囲気である。波長選択性を有する雰囲気（波長選択性の雰囲気）とは、対象とする波長範囲において既知のスペクトル特性を有する雰囲気のことである。波長選択性の雰囲気として使用可能な波長選択性ガスの例には、アセチレン及びシアン化水素がある。アセチレンは、１５１０〜１５４５ｎｍの範囲にわたって間隔が均一な既知の吸収特性を示し、シアン化水素は、１５４５〜１５６０ｎｍの範囲にわたって間隔が均一な既知の吸収特性を示す。尚、その他の波長選択性ガスも考慮されている。又、特定のガスの選択は、レーザーを構成する各要素の化学的特性との適合性を考慮して行われる。
【００１５】
１実施形態では、波長選択性を有する雰囲気の既知のスペクトル特性を利用し、外部共振器レーザーを較正する。例えば、共振光のスペクトル特性を監視（モニタ）し、この監視結果に基づいてレーザーシステムの出力波長を較正することができる。この較正には、例えば、波長の関数として出力パワーを計測し、この計測結果に応答して波長選択性反射器２４０を回転させて共振波長を変更することが含まれる。既知のスペクトル特性には、通常、吸収特性が含まれるが、その他のスペクトル特性が存在する場合がある。
【００１６】
図３は、利得媒質から放射された光がチャンバ内を通過するよう、利得媒質２１０と波長選択性反射器２４０の間の光路内にチャンバ３０５を配置したレーザーシステム３００の１実施形態を示している。図３に示されているように、チャンバ３０５は、第１のレンズ２３０と波長選択性反射器２４０の間の光路内に配置されている。このチャンバ３０５は、図２を参照して上述したチャンバ２０５と同様に所定の雰囲気を収容している。尚、これと同様に、後述するチャンバ５０５、７０５、及び９０５もこのような所定の雰囲気を格納している。又、システムの他の要素に対するチャンバ２０５、３０５、５０５、７０５、及び９０５の位置が異なる場合も考慮されている。更に、チャンバ２０５、３０５、５０５、７０５、及び９０５が互いに同様の、または異なる機能を果たす場合も考慮されている。
【００１７】
図３に示すレーザーシステム３００には、光タップ（ｏｐｔｉｃａｌ　ｔａｐ）３１５、光パワーモニタ３２５、利得コントローラ３３５、及び較正システム３４５を含めることも可能である。１実施形態では、光タップ３１５は、出力ビーム２６０から光の一部を取得する。この光タップ３１５は、光パワーモニタ３２５に光学的に接続されており、光パワーモニタ３２５は、光タップ３１５から受け取った光に基づいてレーザーシステム３００が出力する光のパワーを監視する。利得コントローラ３３５は、光パワーモニタ３２５と利得媒質２１０に接続されている。１実施形態では、利得コントローラ３３５は、光パワーモニタ３２５から受け取った監視結果に応答して、利得媒質２１０に印加する電流を制御する。これを実施することにより、所定の雰囲気内での吸収によって発生する光パワー出力の落ち込みを最小化することができる。又、これに加えて、または、この代わりに、較正システム３４５を光パワーモニタ３２５に接続する。較正システム３４５は、光パワーモニタ３２５から受け取った監視結果を使用してレーザーシステムの出力波長を較正する。１実施形態では、較正システム３４５は、既知の波長における放射光でレーザーの出力パワーレベルの落ち込みを検出できるよう、対象とする波長範囲において既知のスペクトル特性を有する所定の雰囲気と共に使用される。この情報を使用してレーザー出力波長を較正することができる。尚、光パワーモニタ３２５、利得コントローラ３３５、及び較正システム３４５は、図２及び図４〜図１０を参照して説明するすべてのシステムに含めることができる。
【００１８】
図４は、第１のチャンバ３０５と第２のチャンバ２０５を含むレーザーシステム４００の１実施形態を示している。第１のチャンバ３０５は、共振光の光路内に配置され、第２のチャンバ２０５は、利得媒質２１０、波長選択性反射器２４０、及び第１のチャンバ３０５を封入している（または、包み込んでいる）。利得媒質２１０、波長選択性反射器２４０、及び第１のチャンバ３０５のこの封入は、レーザーシステム自体の封入（またはカプセル化）と表現することも可能である。第１のチャンバ３０５は、第２のチャンバ２０５とは異なるタイプの所定の雰囲気を収容することができる。例えば、第１のチャンバ３０５には波長選択性の雰囲気を収容し、第２のチャンバ２０５には不活性な雰囲気を収容することができる。尚、これは一例に過ぎず、その他の所定の雰囲気の組み合わせも考慮されている。
【００１９】
図５は、第１のレンズ２３０と波長選択性反射器２４０を収容するチャンバ５０５を備えたレーザーシステム５００の１実施形態を示している。このチャンバは、所定の雰囲気を含んでおり、この雰囲気は、不活性な雰囲気、または波長選択性の雰囲気のいずれに設定することも可能である。
【００２０】
図６は、第１のチャンバ５０５及び第２のチャンバ２０５を備えたレーザーシステム６００の１実施形態を示している。第１のチャンバ５０５は第１のレンズ２３０と波長選択性反射器２４０を収容しており、第２のチャンバ２０５はレーザーシステム６００を封入している。尚、この第２のチャンバ２０５は、レーザーシステム６００の一部の要素のみを収容することも可能である。例えば、第２のチャンバ２０５は、利得媒質２１０と第１のチャンバ５０５のみを収容することができる。図４を参照して上述したチャンバ２０５とチャンバ３０５との関係と同様に、第２のチャンバ２０５と第１のチャンバ５０５は、異なるタイプの所定の雰囲気を収容することができる。
【００２１】
図７は、部分反射ミラー２２０と第２のレンズ２５０の間の光路内に配置されたチャンバ７０５を備えたレーザーシステム７００の１実施形態を示している。即ち、このチャンバは、レーザー共振器の外側の光路内に配置されている。チャンバ７０５をレーザー共振器の外側の光路内に配置することにより、レーザー共振器内に配置されたチャンバの場合と比べ、光出力に対する影響を軽減することができる。尚、チャンバ７０５は所定の雰囲気を収容している。
【００２２】
図８は、第１のチャンバ７０５と第２のチャンバ２０５を備えたレーザーシステム８００の１実施形態を示している。第１のチャンバ７０５は、部分反射ミラー２２０と第２のレンズ２５０の間の光路内に配置されており、第２のチャンバ２０５は、レーザーシステム８００を封入している（または包み込んでいる）。尚、第２のチャンバ２０５は、レーザーシステム８００の要素のあらゆる組み合わせを収容することができることも考慮されている。又、第２のチャンバ２０５は、チャンバ７０５とは異なる所定の雰囲気を収容することができる。
【００２３】
図９は、第１の部分反射ミラー２２０を介して出力され、第２の部分反射ミラー９１５によって反射された共振光の一部を受光するチャンバ９０５を備えたレーザーシステム９００の１実施形態を示している。図９に示されているように、チャンバ９０５は、共振光の通常の経路の外に配置されている。尚、共振光の一部をチャンバに供給する他の構成も考慮されている。
【００２４】
レーザーシステム９００には、光タップ９２０及び光パワーモニタ９２５も含めることができる。光タップ９２０は、チャンバ９０５から放射される光の一部を取り出す。この光タップ９２０は光パワーモニタ９２５に光学的に接続されている。光パワーモニタ９２５は、光タップ９２０からの光の一部を受け取り、出力パワーを観測することにより、共振光のスペクトル特性を監視する。尚、図３を参照して上述したように、レーザーシステム９００には、利得媒質に印加する電流を制御してレーザーシステムの出力波長を較正するための利得コントローラ及び較正システムを含めることも可能である。
【００２５】
図１０は、第１のチャンバ９０５と第２のチャンバ２０５を備えたレーザーシステム１０００の１実施形態を示している。第１のチャンバ９０５は、第１の部分反射ミラー２２０を介して出力され、第２の部分反射ミラー９１５によって反射された共振光の一部を受光し、第２のチャンバ２０５は、レーザーシステム１０００を封入している（または包み込んでいる）。図１０の実施形態では、チャンバ９０５は、チャンバ２０５の外側に配置されている。尚、これらの第１のチャンバ９０５と第２のチャンバ２０５は、異なる所定の雰囲気を収容することができる。
【００２６】
図１１は、図２〜図１０のレーザーシステムの動作方法の１実施形態を示すフローチャートである。ブロック１１１０において、光が放射される。ブロック１１２０において光が共振し、ブロック１１３０において、光が所定の雰囲気内を通過する。１実施形態では、光は利得媒質から放射される。別の実施形態では、光は利得媒質の外側の共振器内で共振する。代替実施形態では、共振光の一部が所定の雰囲気を収容しているチャンバ内に反射される。
【００２７】
図１２は、図２〜図１０のレーザーシステムの動作方法の別の実施形態を示すフローチャートである。ブロック１２１０において、光が放射される。ブロック１２２０において光が共振する。ブロック１２３０において、光が所定の雰囲気内を通過し、ブロック１２４０において、対象とする波長範囲において既知のスペクトル特性を有する雰囲気が所定の雰囲気として提供される。ブロック１２５０において、共振光のスペクトル特性を監視し、ブロック１２６０において、監視した共振光のスペクトル特性を所定の雰囲気の既知のスペクトル特性と比較する。そして、ブロック１２７０において、この比較結果に基づいてレーザーシステムの出力波長を較正する。又、代替実施形態では、好ましくないスペクトル吸収に関連する問題を軽減するために、対象とする波長範囲においてスペクトル特性を持たない雰囲気が所定の雰囲気として提供される。
【００２８】
本発明の特定の実施形態を説明及び図示したが、本発明は、説明及び図示した構成部分の特定の形態や構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲によってのみ限定される。
【００２９】
以下においては、本発明の種々の構成要件の組み合わせからなる例示的な実施態様を示す。
１．レーザーシステムであって、
印加した電流に応答して光を放射する利得媒質（２１０）と、
前記利得媒質から放射された光を共振させるよう構成された波長選択性反射器（２４０）と、
所定の雰囲気を収容するチャンバ（２０５、３０５、５０５、７０５、９０５）であって、前記利得媒質から放射された光が前記チャンバを通過するように前記利得媒質及び前記波長選択性反射器に光学的に結合されるチャンバ
を備える、レーザーシステム。
２．前記チャンバ（２０５）は、前記利得媒質（２１０）と前記波長選択性反射器（２４０）を封入する、上項１記載のレーザーシステム。
３．前記チャンバ（２０５、３０５、５０５、７０５、９０５）内に収容された前記所定の雰囲気は、不活性な雰囲気である、上項２記載のレーザーシステム。
４．前記チャンバ（２０５、３０５、５０５、７０５、９０５）は、前記共振光の光路内に配置される、上項１記載のレーザーシステム。
５．前記チャンバ（２０５、３０５、５０５、７０５、９０５）内に収容された前記所定の雰囲気は、波長選択性を有する雰囲気である、上項４記載のレーザーシステム。
６．前記チャンバ（２０５、３０５、５０５、７０５、９０５）内に収容された前記所定の雰囲気は、アセチレンとシアン化水素からなるグループから選択される、上項５記載のレーザーシステム。
７．前記利得媒質、前記波長選択性反射器、及び前記チャンバを封入する第２チャンバ（２０５）を更に有する、上項４記載のレーザーシステム。
８．外部共振器レーザーの動作方法であって、
光を放射するステップ（１１１０）と、
前記光を共振させるステップ（１１２０）と、
前記光を所定の雰囲気内を通過させるステップ（１１３０）
を含む、方法。
９．前記所定の雰囲気として、対象とする波長範囲において既知のスペクトル特性を有する雰囲気を提供するステップ（１２４０）を更に含む、上項８記載の方法。
１０．前記共振光のスペクトル特性を監視するステップ（１２５０）と、
前記共振光のスペクトル特性を前記所定の雰囲気の既知のスペクトル特性と比較するステップ（１２６０）と、
前記比較結果に基づいて前記レーザーの出力波長を較正するステップ（１２７０）
を更に含む、上項８記載の方法。
【００３０】
本発明は、所定の雰囲気（またはガス体）を有する外部共振器レーザに関する。１実施形態では、レーザシステムは、印加された電流に応答して光を放出する利得媒質（２１０）と、利得媒質から放出された光を共振させるよう構成された波長選択性反射器（２４０）と、所定の雰囲気を収容するチャンバ（２０５，３０５，５０５，７０５，９０５）とを備える。チャンバは、利得媒質から放出された光がチャンバを通過するように、利得媒質と波長選択性反射器に光学的に接続される。
【００３１】
【発明の効果】
本発明によれば、出力が安定であり、かつ、出力波長の較正が可能なレーザーを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術による外部共振器レーザーを示す。
【図２】チャンバに封入されたレーザーシステムの１実施形態を示す。
【図３】チャンバが共振光の光路内に配置されたレーザーシステムの１実施形態を示す。
【図４】共振光の光路内に配置された第１のチャンバと、利得媒質、波長選択性反射器、及び第１のチャンバを封入した第２のチャンバを含むレーザーシステムの１実施形態を示す。
【図５】第１のレンズ及び波長選択性反射器を収容したチャンバを備えたレーザーシステムの１実施形態を示す。
【図６】第１のレンズ及び波長選択性反射器を収容した第の１チャンバと、レーザーシステムを封入した第２のチャンバを備えたレーザーシステムの１実施形態を示す。
【図７】レーザー共振器の外側の光路内に配置されたチャンバを備えたレーザーシステムの１実施形態を示す。
【図８】レーザー共振器の外側の光路内に配置された第１のチャンバと、レーザーシステムを封入した第２のチャンバを備えたレーザーシステムの１実施形態を示す。
【図９】第１の部分反射ミラーを介して出力され、第２の部分反射ミラーによって反射された共振光の一部を受けるチャンバを備えたレーザーシステムの１実施形態を示す。
【図１０】第１の部分反射ミラーを介して出力され、第２の部分反射ミラーによって反射された共振光の一部を受ける第１のチャンバと、レーザーシステムを封入した第２のチャンバを備えたレーザーシステムの１実施形態を示す。
【図１１】図２〜図１０のレーザーシステムの動作方法の１実施形態を示すフローチャートである。
【図１２】図２〜図１０のレーザーシステムの動作方法の別の実施形態を示すフローチャートである。
【符号の説明】
２１０　利得媒質
２４０　波長選択性反射器
２０５、３０５、５０５、７０５、９０５　チャンバ
【図１】
2004015055.tif 000003
【図２】
2004015055.tif 000004
【図３】
2004015055.tif 000005
【図４】
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【図５】
2004015055.tif 000007
【図６】
2004015055.tif 000008
【図７】
2004015055.tif 000009
【図８】
2004015055.tif 000010
【図９】
2004015055.tif 000011
【図１０】
2004015055.tif 000012
【図１１】
2004015055.tif 000013
【図１２】
2004015055.tif 000014