(57)【要約】調節可能な異なるスペクトル線間の相対パワー出力を有する多重スペクトル線ラマンレーザが提供される。レーザは、レーザ発振キャビティ、λ１及びλ２の波長を有する光をそれぞれ実質的に全て反射するキャビティのバックエンドに光結合された第１及び第２の反射器、及びλ１及びλ２の波長における光の相対パワー出力を制御するために単一応力源に応答してλ１及びλ２の波長を有する光を選択された比率で反射するキャビティのフロントエンドに光結合された可調型集成反射器を備える。レーザ発振キャビティはある直線状の１本の利得ファイバとすることができ、可調型反射器は台形の反射率プロファイルを有する単一のファイバブラッグ格子（ＦＢＧ）、または基板が曲げられたときに一方のＦＢＧが伸長し、他方のＦＢＧが圧縮されるように可撓性基板の両面上に取り付けられた一対のファイバブラッグ格子を有することができる。あるいは、レーザ発振キャビティはファイバリングキャビティとすることができ、集成反射器は曲げることができる波長選択性ファイバ結合器を備えることができる。
2006506815.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スペクトル線間の相対パワー出力の調節が可能な多重スペクトル線レーザにおいて、
レーザ発振キャビティ、
波長λ１及びλ２の光をそれぞれ実質的に全て反射する、前記キャビティのバックエンドに光結合された第１及び第２の反射器、及び
波長λ１及びλ２における光の相対パワー出力を制御するための単一応力源に応答して波長λ１及びλ２を有する前記光を選択された比率で反射する、前記キャビティのフロントエンドに光結合された可調型集成反射器、
を備えることを特徴とする多重スペクトル線レーザ。
【請求項２】
前記第１及び第２の反射器がそれぞれ前記波長λ１及びλ２において入射光の少なくとも９８％を反射することを特徴とする請求項１に記載の多重スペクトル線レーザ。
【請求項３】
前記レーザ発振キャビティがファイバリングキャビティであり、前記可調型集成反射器が、
入力導波路、
出力導波路、
前記ファイバリングキャビティのバックエンド、及び
前記ファイバリングキャビティのフロントエンド、
にそれぞれ接続された４つのポートをもつ４ポート波長選択性ファイバ結合器を備えることを特徴とする請求項１に記載の多重スペクトル線レーザ。
【請求項４】
前記可調型集成反射器が可調整ファイバブラッグ格子（ＦＢＧ）に基づき、前記可調整ＦＢＧベース反射器が前記波長λ２においてまたはその近傍で部分的に重なり合うスペクトル反射率プロファイルを有する一対の変形可能なＦＢＧを有することを特徴とする請求項２に記載の多重スペクトル線レーザ。
【請求項５】
前記単一応力源が、前記ＦＢＧがつくり込まれている光ファイバを伸長または弛緩させることにより、前記対の内の少なくとも１つのＦＢＧの物理長に変化を生じさせて、前記反射率プロファイルのスペクトルシフトをおこさせ、よって前記対の前記２つの格子の前記反射率プロファイルのスペクトルの重なりの大きさ及び前記波長λ２における実効反射率の大きさを変えることを特徴とする請求項４に記載の多重スペクトル線レーザ。
【請求項６】
前記対の内の前記少なくとも１つのＦＢＧが可撓性基板上に取り付けられ、前記単一応力源が前記基板に曲げを生じさせ、よって前記ＦＢＧを伸長及び弛緩させることを特徴とする請求項４に記載の多重スペクトル線レーザ。
【請求項７】
前記対の前記ＦＢＧが可撓性基板の両面上に取り付けられ、前記単一応力源が前記基板に曲げ力を印加して一方の前記ＦＢＧを伸長させ、同時に他方の前記ＦＢＧを圧縮することを特徴とする請求項４に記載の多重スペクトル線レーザ。
【請求項８】
前記単一応力源がモーター及び前記モーターのシャフトの回転運動を前記可撓性基板の曲げに変換する歯車列を有することを特徴とする請求項７に記載の多重スペクトル線レーザ。
【請求項９】
前記単一応力源が電圧の印加に応答して伸出し及び引込みを行う圧電型駆動器を有することを特徴とする請求項５に記載の多重スペクトル線レーザ。
【請求項１０】
多重スペクトル線レーザであって、前記スペクトル線間でパワー出力の調節が可能な多重スペクトル線レーザにおいて、
波長λ１からλｎにおいて光の増幅を与える媒質が入っているレーザ発振キャビティ、ここでｎは≧２の整数である、
波長λ１,...,λｎを有する光をそれぞれ実質的に全て反射する、前記キャビティのバックエンドに光結合されたｎ個の反射器、及び
波長λ１,...,λｎにおける光の相対パワー出力を制御するための、ｎ−１個の応力源に応答して、波長λ１,...,λｎを有する前記光を選択された比率で反射する、前記キャビティのフロントエンドに光結合された可調型集成反射器、
を備えることを特徴とする多重スペクトル線レーザ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は全般的にはラマンレーザに関し、特に多重スペクトル線ラマンレーザに関する。
【背景技術】
【０００２】
ラマン光増幅器にともなう多くの利点の結果、光電気通信ネットワークにおいてラマン増幅器が使用されることが多くなっている。そのような増幅器は、当業界でＳＲＳ効果として知られる誘導ラマン散乱を使用する。そのような増幅器においては、ポンピング光源が１本の利得ファイバに結合される。ポンピング光子は利得ファイバの格子媒質の振動モードエネルギー相当分だけ散乱し、より低エネルギー（より長波長）の信号光子にコヒーレントに加わる。エルビウムドープファイバ増幅器と異なり、ラマン増幅器に用いられる利得ファイバは伝送ファイバ自体とすることができる。さらに、ＳＲＳ効果はドーパントのエネルギー準位構造に依存しないから、対応するポンピング光源が利用できれば、本質的にいかなる波長においても利得を得ることができる。
【０００３】
これらの利点にもかかわらず、ラマン増幅器の実用は、一般に有用な利得を達成するに必要な（ＳＲＳ効果が非線形光学効果であるという事実によって生じる）極めて高いポンピング光パワー及びそのような増幅器の、信号伝送スペクトルを当然制限する比較的狭いスペクトル出力によって限られている。
【０００４】
高いポンピングパワーの問題は、１Ｗより大きな出力パワーを有する多段ラマンレーザの開発によってほとんど解決されている。標準的構成において、多段ラマンレーザは高パワーの二重クラッド型ＮｄファイバレーザまたＹｂファイバレーザでポンピングされ、１４２０〜１４９０ｎｍスペクトル範囲の光を発生する。次いで、この光を、利得ファイバとして機能するファイバ伝送線路に後方投射することができ、ファイバスパンの残り２０ｋｍ程度の線路にわたって行われる光信号の分布ラマン増幅が得られる。現行のシステム設計の多くにおいて、そのようなラマン増幅はエルビウムドープファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）と両者の利点、すなわち分布ラマン増幅器の低い実効雑音指数及びＥＤＦＡの高効率、を利用するために併用される。
【０００５】
残念ながらそのような多段ラマンレーザでは、ＹｂファイバレーザまたはＮｄファイバレーザポンピング光の５次または６次ストークス線に対応するただ１つの狭いスペクトル線しか発生されないから、狭いスペクトル出力は未だに問題である。対照的に、間隔がほぼ２５ｎｍの（一般には約１４２９ｎｍ及び１４５５ｎｍにある）２本のスペクトル線が、比較的一様な、すなわち、約１５３５〜１５６５ｎｍの間に相当するＣバンドスペクトル範囲において約１デシベルより大きく利得が波長にともなって変化することがない、利得曲線を達成するに必要である。約１５３５〜１６１０ｎｍの間のスペクトル範囲をカバーするＣバンド及びＬバンド兼用増幅器に対して一様な増幅が望ましければ、少なくとも３本の異なるスペクトル線が必要である。上記のような多段ラマンレーザにともなう挟スペクトル問題が２本またはそれより多くのスペクトル線の発生によって解決されるとしても、発生されるパワーの相対量をスペクトル線間で動的に調節する何らかの手段が、増幅器によって伝送されるチャネルのパワー間に生じ得る‘チルト’または‘リップル’を補償するために必要である。
【０００６】
ラマンレーザにおいて多重スペクトル線出力を発生するための一手法は、ＹｂファイバレーザまたはＮｄファイバレーザの出力をほぼ等しい比率でいくつかに分け、これらを、それぞれがそれ自体のスペクトル出力線をもつ、いくつかの多段ラマン波長コンバータをポンピングするために用いることである。しかし、全てのコンバータにおいて閾パワー値条件が満たされる必要があるから、そのような手法における総合効率は限られている。さらに、多重スペクトル線を達成するに必要なコンポーネントの数は実効的に２倍または３倍になり、したがって、パッケージ寸法が大きくなり、複雑さが増し、費用が増加する。
【０００７】
別の手法は、２本の異なるスペクトル線においてパワー出力を発生させるために、多段ラマン共振器における反射器として２対の可調型ファイバブラッグ格子（ＦＢＧ）を使用する。２対の格子を同時に伸縮することにより、バックエンド反射器のスペクトルプロファイルとフロントエンド反射器のスペクトルプロファイルの間に制御された波長の不整合を発生させることができ、よって光のフィードバック量、したがって２本のレーザ発振線に供給されるパワーを変えることができる。しかし、反射器の不整合化は、フロントエンドから発生される比率と同じ比率の共振光がレーザ発振キャビティのバックエンドから漏出し得るため、効率低下の原因ともなる。
【０００８】
上述の手法の変形例では、温度調整型ＦＢＧからの可変反射が用いられる。比較的長い出力ＦＢＧが厚さが変化する電気抵抗加熱ヒータで被覆される。不等加熱によりＦＢＧに‘チャープ’が生じ、最大反射量が減少する。同時に、最大反射波長がシフトし、このため、波長シフトを補償するためにＦＢＧを一様に伸縮する、第２の厚さが一様な電気抵抗加熱ヒータが必要となる。この特定の手法では多重スペクトル線及びそれぞれの線に存在する相対パワー量の調節するための手段のいずれもが提供されるが、それぞれの出力ミラーの反射量を変えるための２つの別々のパラメータの調節、すなわち、ＦＢＧに‘チャープ’を生じさせ、同時に最大反射波長のシフトを補正するための、一様ではない電気加熱ヒータ及び一様な電気加熱ヒータのいずれの調節も必要となる。そのようなヒータの二重調節は面倒であるだけでなく、時間もかかる。最後に、この手法は格子周期へのチャープの導入に依存するから、得られる反射帯の幅が変化することがあり、その結果として反射帯幅の変化はバックエンド反射器とフロントエンド反射器の間の望ましくない不整合を生じさせ、したがってレーザ発振効率を低下させ得る。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
必要とされているのは、構造及び動作が簡単で低費用の、異なる出力スペクトル線の相対パワー出力を動的に制御するための手段を有する、多重スペクトル線ラマンレーザであることは明らかである。そのようなラマンレーザは、得られる利得が比較的一様であるようなパワー出力にある少なくとも３本のスペクトル線を発生させることができることが理想的である。最後に、スペクトル線間で相対パワーを動的に制御するための機構はレーザ発振効率を実質的に低下させる光損失を生じさせるべきではない。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
一般的にいえば、本発明は上述した従来技術にともなう欠点を克服するかあるいは少なくとも改善する多重スペクトル線ラマンレーザである。この目的のため、本発明のレーザは、レーザ発振キャビティ、λ１及びλ２の波長を有する光の実質的に全てをそれぞれが反射する、キャビティのバックエンドに光結合された第１及び第２の反射器、及び、それぞれの波長における光の相対パワー出力を制御するために、単一応力源に応答して波長λ１及びλ２を有する光を選択された比率で反射する、キャビティのフロントエンドに光結合された可調型集成反射器を備える。
【００１１】
本発明の一実施形態において、可調型集成反射器は、台形の反射率プロファイルを有する可伸縮ファイバブラッグ格子（ＦＢＧ）を有する。λ２の反射量はＦＢＧがつくり込まれている光ファイバに応力が印加されると実質的に線形に変化し、反射帯の幅は少なくとも４ｎｍである。さらに、波長λ１及びλ２の間隔は少なくとも４ｎｍ，最大で３０ｎｍである。単一応力源はＦＢＧを伸長するかまたは弛緩させる、圧電型駆動器のような機構を有する。
【００１２】
別の実施形態において、可調型集成反射器は可撓性基板の両面上に取り付けられた一対のファイバブラッグ格子（ＦＢＧ）を有する。単一応力源が基板に曲げ力を印加して一方のＦＢＧを伸長させ、同時に他方のＦＢＧを圧縮する。第１の実施形態と同様に、単一応力源は圧電型駆動器を有することができる。
【００１３】
上述した第１及び第２の実施形態のいずれにおいても、レーザ発振キャビティは線型であり、λ３とλ４の間の波長を有する光を選択された比率で反射するために、別のバックエンド反射器及び可調型集成反射器をそれぞれキャビティのバックエンド及びフロントエンドにさらに光結合することができる。
【００１４】
また本発明の第３の実施形態において、レーザ発振キャビティはファイバリングキャビティであり、可調型集成反射器はリングキャビティのバックエンド及びフロントエンドをそれぞれ入力導波路及び出力導波路に結合する波長選択性ファイバ結合器を有する。第１及び第２の反射器が入力導波路に結合され、第３及び第４の結合器が出力導波路に結合される。波長選択性ファイバ結合器は、機械的曲げ力の印加を受けて、λ１及びλ２の波長を有する光を可変比率で透過させる。本実施形態における可調型集成反射器の単一応力源は、歯車列を介して駆動ロッドを伸び出させたり引っ込ませたりするステップモーターを有することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
いくつかの図面の全てにわたり同様の参照数字は同様の構成要素を指す。ここで図１を参照すれば、本発明のラマンレーザ１は、ポンピング光源からの光９を受け取るための入口すなわちバックエンド７及び増幅光１３を透過させるための出口すなわちフロントエンド１０を有する１本の利得ファイバ５で形成されたレーザ発振キャビティ３を備える。レーザ発振は、ポンピング光９からの光子が利得ファイバ５の格子媒質の振動モードエネルギー相当分だけ散乱し、同時に、ファイバ５を通して伝送されるより低エネルギー（長波長）の信号光子をコヒーレントに増加させる誘導ラマン散乱によって達成される。
【００１６】
レーザ１は、図示されるように、レーザ１のバックエンド７に直列につくり込まれた２つのファイバブラッグ格子（ＦＢＧ）１５ａ，ｂを有する。ＦＢＧ１５ａ，ｂはいずれも、最大反射率が９９％より大きく、反射帯幅が約１ｎｍの標準的な、すなわち固定型ＦＢＧである。ＦＢＧ１５ａの反射率は１.４３０ｍｍに等しい波長λ１を中心とする範囲にあり、ＦＢＧ１５ｂの反射率は、本例では１.４５０ｍｍに相当するλ２を中心とする範囲にある。図２はＦＢＧ１５ｂの反射率プロファイルを示すが、ＦＢＧ１５ａのプロファイルの形状は同等であり、波長１.４３０ｍｍを中心としていることだけが異なる。本例においてＦＢＧ１５ａ及びＦＢＧ１５ｂの反射率の中心波長の間隔は２０ｎｍであるが、間隔の大きさは４ｎｍと３０ｎｍの間で変ることができ、それでも本発明の目的を達成することができる。
【００１７】
レーザ発振キャビティ３のフロントエンド１０は、光ファイバに直接つくり込まれている固定型ＦＢＧ反射器１９で形成された可調型集成反射器１７、及び可調型ＦＢＧ反射器機構２１を含んでいる。フロントエンドＦＢＧ反射器１９も、約１ｎｍの反射帯幅及びバックエンドＦＢＧ１５ａの中心反射波長と正確に同じ、すなわち１.４３０ｍｍの中心反射波長λ１を有する。図３に最もよく示されているように、可調型ＦＢＧ反射器機構は、図４のグラフに示される台形反射率プロファイルを有するＦＢＧ２３を含んでいる。ＦＢＧ２３は可撓性基板２５上または基板２５内に取り付けられ、可撓性基板の一端はカンチレバーマウント２７により確実に固定されている。伸出し及び引込みが可能な駆動器３１を有する単一応力源２９が可撓性基板２５のカンチレバー側とは反対側の末端に嵌合する。圧電型とすることができるモーター３５が、基板２５を曲げ、したがってＦＢＧ２３を伸長または弛緩させるために、駆動器３１を選択的に伸び出させるかまたは引き込ませる。
【００１８】
図４のグラフは、ラマンレーザ１に対して二重のスペクトル線出力の間の相対パワーをＦＢＧ２３の伸長または弛緩によってどのように調節できるかを示す。ＦＢＧ２３の台形反射率プロファイルは少なくとも５ｎｍの反射帯幅と、設計値Ｙ％に対して＋Ｘ％から−Ｘ％ずれる波長の関数としての最大反射率の線形変化とによって調節を提供し、ここでＹ％は２本のスペクトル線の間にほぼ等しい出力パワーを生じさせるために必要な反射率である。
【００１９】
固定型バックエンドＦＢＧ１５ｂがフロントエンド反射器の台形反射率プロファイルの‘赤’極限（長波長）端に相当する中心波長λ２を有していれば、本例においてλ２に対するミラー損失量はほぼ１−Ｙ＋Ｘ％である。出力反射器はＦＢＧ２３の長さを単に伸ばすことによって比較的容易に少なくとも５ｎｍ（λ２が約１.４５０ｍｍであれば、λ２の−０.３５％）の調整を行うことができる。ＦＢＧ２３が調整されると、λ２に対するミラー損失量は１−Ｙ−Ｘ％に達するまで減少するであろう。すなわち、台形反射率プロファイルをもつＦＢＧ２３の応力調整により、出力波長λ２に対するフロントエンドミラーの反射率を±Ｘ％だけ変えることができる。Ｘの大きさは、反射率がＹ＋Ｘ％であるときにλ２だけがレーザ発振し、反射率がＹ−Ｘ％であるときにλ１だけがレーザ発振するように選ばれる。λ１及びλ２を中心とするスペクトル線に対するいかなる与えられたパワーバランスも、中間の反射率値に対して達成することができる。一般的な多段ラマンレーザの場合、１０％のＸで十分であろう。
【００２０】
留意すべき重要な点は、λ２におけるバックエンド反射器の反射帯幅が１ｎｍ以内である、一対のＦＢＧを４つのヒータと組み合わせて利用する従来技術とは異なり、フロントエンド反射器の台形プロファイルの反射率が数％しか変化しないことである。よってレーザ発振線は必ずλ２を中心とし、したがってほぼ１００％のバックエンド反射器の反射を受け、そのような従来技術構成にともなう望ましくない光損失が回避されるであろう。
【００２１】
３本のスペクトル線出力が望ましければ、別の固定型バックエンドＦＢＧ反射器及び別の可調型ＦＢＧ反射器機構からなるＦＢＧ対をさらに付け加えることができ、さらにスペクトル線が必要であれば、さらにＦＢＧ対を付け加えることができる。いかなる与えられた数の出力波長の場合も、与えられた出力パワー分布の達成に必要な（本発明では単一応力源の数である）制御パラメータ数は、スペクトル線出力の内の１つは固定型反射器によって達成されるとされているから、与えられた出力波長数より１つ少ない。
【００２２】
ＦＢＧ２３の必要な台形反射率プロファイルを生じさせるため、格子の長さに沿う格子強度の変化の導入を意味する、アポダイゼイションと呼ばれる手法を用いることができる。格子２３が位相マスクによってつくり込まれる場合、格子のつくり込みに用いられる紫外線ビームをマスクすることによってアポダイゼイションを与えることができる。図４は、３ｎｍ/ｍｍの線形周期チャープ及び線形関数の８次ガウス関数との、
【数１】
2006506815.tif 000003
【００２３】
の形の積で与えられるアポダイゼイションプロファイルＡをもつ２０ｍｍ長ＦＢＧについての数値シミュレーション結果を表し、ここで、格子長であるＬは２０ｍｍに等しく、ｘは長さに沿う座標である。図４からわかるように、得られる格子反射率はほぼ８ｎｍ幅の中心領域内で約４３％から約１７％まで線形に変化し、両端で降下する。この格子をその元の長さの約０.５％引き伸ばすことによって格子を８ｎｍ調整することができ、これは図３に示される単一応力源２９を用いて安全に行うことができる。
【００２４】
注目すべきことに、バックエンドＦＢＧ１５ｂは、格子周期に３ｎｍ/ｍｍチャープを生じさせる同じ位相マスクを用いてつくり込むことができる。図２からわかるように、ガウス型アポダイゼイションプロファイル及び３×１０−３の最大屈折率変調深さをもつ４ｍｍ長格子は、ほぼ１ｎｍ幅のスペクトル帯内で９９.５％より大きな反射率を与えるであろう。
【００２５】
図５は本発明の第２の実施形態の可調型ＦＢＧ反射器機構３７を示し、本実施形態は図１に関して説明した実施形態に対して形は異なるが同等である。この場合、可撓性基板４１の前面４３及び背面４５の上に取り付けられた一対のＦＢＧ３９ａ、ｂで、台形反射率プロファイルを有する単一のＦＢＧ２３が置き換えられている。カンチレバーマウント２７の代りに、可調型ＦＢＧ反射器機構３７は基板４３の背面４５の両端に嵌合する一対の支持ピン４６ａ，ｂを有する。単一応力源４７が基板４１の前面４３に対して中央に配置され、圧電型とするかまたはステップモーター及び歯車列の組合せで形成することができるモーター５０によって作動する、伸出し及び引込みが可能な駆動器４９を有する。
【００２６】
ＦＢＧ３９ａ，ｂは光学的に互いに同等であり、レーザ発振キャビティのフロントエンドを形成する光ファイバにつくり込まれる。ＦＢＧ３９ａ，ｂはＵ字形光ファイバループ４０を用いて直列に相互接続され、基板４１の前面４３及び背面４５上に例えば接着剤を用いて貼り付けられるか、または（図に示されるように）前面及び背面の直下に埋め込まれる。好ましい実施形態において、ファイバ格子３９ａ，ｂはほぼ５インチ（約１２７ｍｍ）離しておかれ、約１ｎｍ幅で、それらの反射率の約１/２において互いに交差する、スペクトル反射率プロファイルを有する。図６は、可撓性基板４１が図５に示されるような曲げられていない位置にある場合の２つの格子３９ａ，ｂの結合反射係数を示す。そのような状況の下での２つの反射率の合計が個々の格子３９ａ，ｂのそれぞれの反射率と同じ最大値、すなわち約２５％を有するであろうことに注意されたい。
【００２７】
単一応力源のモーター５０を作動させて駆動器４９を伸び出させると、基板４１は２つの支持ピン４６ａ，ｂの間で曲げられる。同時に、基板４１の背面上に取り付けられた格子３９ａは伸長させられ、基板４１の前面４３上に取り付けられた格子３９ｂは圧縮される。背面格子３９ａの伸長により格子周期が長くなるから、格子の反射率ピークは長波長側すなわち右側に移動する。逆に、前面格子３９ｂは圧縮されるから、格子周期は短くなり、格子の反射率ピークは短波長側すなわち左側に移動する。これらのピークは互いに近づき、最終的には、図８に示されるように互いに重なり合う。
【００２８】
総合反射率、すなわち２つのＦＢＧ３９ａ，ｂの個々の反射率の合計は約５０％，すなわち基板４１が駆動器１９によって曲げられる前の２倍の高さになる。したがって、ただ１つのパラメータ−駆動器４９によって基板４１に印加される曲げの量−を変えることによって約２５％から５０％の間でピーク反射率を調整できる集成反射器が得られる。本発明の第２の実施形態の利点は、ＦＢＧ３９ａ，ｂが台形反射率プロファイルを有する単一のＦＢＧ２３よりも設計が簡単であり、容易に作成できることである。ＦＢＧ３９ａ，ｂは物理的に極めて短く（すなわち２ｍｍと３ｍｍの間に）することができ、したがって、格子をつくり込むためにシリカファイバが紫外光で照射されるときに、より長い格子では必ず存在する過剰損失を最小限に抑えることができる。格子３９ａ，ｂは基板４１の曲げにより調整されるから、総合反射率プロファイルの中心波長λ２は事実上変らないままであろうことに注意されたい。対応するバックエンドＦＢＧ反射器は同じ中心波長λ２を（９９％をこえる）高率で反射するようにつくられるべきである。
【００２９】
次に図９Ａ及び９Ｂを参照すれば、本発明の多重スペクトル線ラマンレーザの第３の実施形態５１は、第１及び第２の実施形態の線型レーザ発振キャビティの代りにファイバリングキャビティ５３を備える。ファイバリングキャビティ５３は、末端が図示されるように相互接続された光ファイバのコイル５５で形成される。レーザ５１はポンピング光５８の光源に連結される入口すなわちバックエンド５６を有する。ポンピング光源５８は、発光ダイオード、固体レーザ、希土類ドープファイバ、または別のラマンファイバレーザとすることができよう。実用的構成の１つは、リンケイ酸ガラスファイバの第１ストークス次における１.２７８ｍｍ光を発生するリンケイ酸ガラスファイバラマンレーザをポンピングする、１.０９３ｍｍで動作するＹｂドープクラッドファイバレーザであろう。その後、この１.２７８ｍｍ光は、ＧｅＯ２ファイバで形成され、第１ストークス次における１.３５６ｍｍの中間波長及びＧｅＯ２に関係する第２ストークス次における１.４２９ｍｍ及び１.４５５ｍｍにそれぞれ相当する２つの出力波長λ１及びλ２を発生する光ファイバコイル５５をポンピングするために用いることができる。
【００３０】
レーザ５１のバックエンド５６は、波長λ１及びλ２において光をそれぞれ少なくとも９９％反射する、光ファイバに直列につくり込まれた一対のブラッグ格子６２ａ，ｂを有する。レーザ５１のフロントエンド６０も、別の波長でのレーザ動作がない場合に波長λ１及びλ２におけるレーザ発振がほぼ同じ閾パワー値を有するように、５％と７０％の間の反射係数Ｒ１及びＲ２を有する、いずれも同じ形の、光ファイバに直列につくり込まれた一対のファイバブラッグ格子を有する。
【００３１】
レーザ５１はさらに、ＦＢＧポンピング光反射器６８及び波長選択性ファイバ結合器７０で形成された、可調型集成反射器６６を備える。ファイバリングキャビティ５３を閉じるファイバ結合器７０はリングキャビティ５３を出入りするポンピング光のほとんど全てを結合するように設計され、ポンピング光反射器６８は波長λ１及びλ２において出力を発生するために用いられないポンピング光の全てのほとんど１００％を後方反射するように設計される。同時に、ファイバ結合器７０は中間の一次ストークス光のほとんど全てを透過させるように設計され、よって、対応する波長の光は最小限の損失でファイバリングキャビティ５３内を循環できる。ポンピング光５８の光源により与えられるラマン利得が十分になると直ちに第１ストークス次におけるレーザ発振が開始され、発生した光が同様にフロントエンド６０をポンピングするであろう。ストークス次の自然スペクトル周期性及び図１０のグラフに示されるように同じく周期的であるように設計された結合器の透過関数により、出力波長λ１及びλ２における光のほとんどがリングから結合されるであろう。
【００３２】
本発明のこの実施形態の動作は、波長選択性ファイバ結合器７０がλ１及びλ２のちょうど中間に位置する最大結合波長を有することを考慮すれば、最もよく理解される。そのような状況の下では、λ１及びλ２のいくらかのほぼ等量の光が結合されず、代りにファイバリングキャビティ５３を循環し、少量の光フィードバックをフロントエンドＦＢＧ反射器６４ａ，ｂによって与えられる光フィードバックに加えてつくりだす。ファイバ結合器７０は、透過スペクトルが全体として短波長側または長波長側に向かって左または右に若干シフトするように調整できる。このことがどのように達成されるかは図９Ｂを参照することによって最もよく理解される。図から明らかなように、ファイバ結合器７０は、ファイバリングキャビティ５３を形成しているコイル５５のバックエンド及びフロントエンドに接続された４つのポート７１ａ〜ｄを有する。結合器は曲げることができるテーパ付区画７２をさらに有する。応力源７３によるテーパ付区画の若干の曲がりが透過スペクトルを全体として左または右への若干シフトさせる。この目的のため、応力源７３は、歯車列８０を介してステップモーター７８によって回転させられるシャフト７７を用いて回転させられる偏心円形カム７４の形態にある伸出し及び引込みが可能な駆動器７４を有する。カム７４によりテーパ付区画７２における圧力を強めるかまたは弱めることによって、テーパ付区画７２が曲がるかまたは弛緩する。
【００３３】
結合器７０の曲がりまたは弛緩が透過スペクトルを（短波長側に向けて）左にシフトさせると、結合器７０を透過してファイバリングキャビティ５３から結合されない、λ１が少なくなり、λ２が多くなって、λ２に対する選択的なフィードバックが与えられるであろう。結合器７０の曲がりまたは弛緩が透過スペクトルを右にシフトさせれば、状況が逆転する。ＧｅＯ２ドープファイバリングに対する結合器調整及び２０ｎｍより大きく間隔がとられた選択された波長λ１及びλ２によってつくられる実効ミラー損失の大きさは容易に±１０％をこえることができ、これは、総合出力パワーを同じレベルに維持しながら、２つの波長における出力パワー間のいかなる所望のバランスも達成するに十分である。パワーバランスを変えるため調節する必要がある制御パラメータは１つだけ（すなわち結合器のテーパ付区画７２における曲げの大きさ）であることが有利である。
【００３４】
本発明を３つの好ましい実施形態に関して説明したが、当業者には本発明への様々な改変及び付加が明白になるであろう。そのような変形、改変及び付加の全ては、本明細書に添付される特許請求の範囲によってのみ限定される、本特許の範囲内に包含されるものとする。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明のラマンレーザの第１及び第２の実施形態の略図である
【図２】図１に示されるレーザのファイバブラッグ格子（ＦＢＧ）バックエンド反射器の１つの透過率及び反射率スペクトルを示すグラフである
【図３】本発明の第１の実施形態の可調型ＦＢＧ反射器機構を示す
【図４】第１の実施形態の可調型ＦＢＧの台形反射率プロファイルのグラフである
【図５】本発明の第２の実施形態の可調型ＦＢＧ反射器機構を示す
【図６】弛緩状態にある図５記載の可調型ＦＢＧ反射器機構の２つのＦＢＧの反射率プロファイルである
【図７】第２の実施形態の可調型ＦＢＧ反射器機構の単一応力源がどのように動作して、基板への応力印加によって２つのＦＢＧが取り付けられている基板を曲げるかを示す
【図８】図７に示される応力印加状態にある第２の実施形態の可調型ＦＢＧ反射器機構の２つのＦＢＧの反射率プロファイルである
【図９Ａ】レーザ発振キャビティがファイバリングキャビティである本発明の第３の実施形態を示す
【図９Ｂ】第３の実施形態の可調型集成反射器の波長選択性結合器が単一応力源によってどのように曲げられるかを示す
【図１０】異なる波長λ１及びλ２の結合器透過率が結合器のテーパ付端の曲げによってどのように変化するかを示すグラフである
【符号の説明】
【００３６】
１    ラマンレーザ
３    レーザ発振キャビティ
５    利得ファイバ
７，５６    入口すなわちバックエンド
９，５８    ポンピング光
１０，６０    出口すなわちフロントエンド
１３，６１    増幅光
１５，６２    ＦＢＧバックエンド反射器 ａ，ｂ
１７，６６    可調型集成反射器
１９    固定型ＦＢＧ反射器
２１，３７    可調型ＦＢＧ反射器機構
２３    台形反射率プロファイルをもつＦＢＧ
２５，４１    可撓性基板
２７    カンチレバーマウント
２９，４７，７３    単一応力源
３１，４９    伸出し／引込みが可能な駆動器
３５，５０    圧電型モーター
３９    ＦＢＧ ａ，ｂ
４０    コネクタ
４３    表面
４５    背面
４６    支持ピン ａ，ｂ
５１    第３の実施形態
５３    ファイバリングキャビティ
５５    光ファイバコイル
６４    ＦＢＧフロントエンド反射器 ａ，ｂ
６８    ＦＢＧポンピング光反射器
７０    波長選択性ファイバ結合器
７１    ポート ａ〜ｄ
７２    テーパ付区画
７４    カム
７５    結合器のテーパ付区画
７６    接着性コネクタ
７７    シャフト
７８    ステップモーター
８０    歯車列
【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１０】
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【国際調査報告】
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