(57)【要約】本発明は同調可能な垂直キャビティ式レーザ増幅器に関し、キャビティ（２５）の中にレーザ増幅器の波長（λ）に同調するように設計された少なくとも１つの電気光学素子を備え、この電気光学素子の少なくとも１つは横方向の面内で等方性の材料を含む。本発明は同調可能なレーザ増幅器を含む電気通信システム、複数のレーザ増幅器を含むアレイ、及びそれらを製造する方法にも関係する。
2004528733.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
垂直キャビティ式レーザ増幅器であって、
前記キャビティ（２５）の内部において、前記レーザ増幅器の波長（λ）に同調するように設計された、横方向の面内に等方性材料を含む少なくとも１つの電気光学素子を備えることを特徴とするレーザ増幅器。
【請求項２】
請求項１に記載の同調可能な垂直キャビティ式レーザ増幅器が、前記レーザ増幅器（１０）に印加された少なくとも１つの電圧（Ｖ1，Ｖ2，．．Ｖm）の関数として、前記電気光学素子に可変の電界を印加する手段（２３，２４１，２４２，２４３，１５，１４）も備えることを特徴とするレーザ増幅器。
【請求項３】
前記レーザ増幅器であって、前記少なくとも１つの電気光学素子のそれぞれが横方向の面内で等方性の材料から全面的に作られることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のレーザ増幅器。
【請求項４】
前記レーザ増幅器であって、前記電気光学素子の少なくとも１つがナノＰＤＬＣ形の材料を含むことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１つに記載のレーザ増幅器。
【請求項５】
前記レーザ増幅器が増幅器のように動作することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１つに記載のレーザ増幅器。
【請求項６】
前記レーザ増幅器が、少なくとも１つのレーザビームを発生するレーザのように動作することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１つに記載のレーザ増幅器。
【請求項７】
前記レーザ増幅器が、前記少なくとも１つの電界を前記電気光学素子に加えることができ、前記レーザビームが自身を通過することができる透明又は半透明の電極（２３，２４１，２４２，２４３）を備えることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１つに記載のレーザ増幅器。
【請求項８】
前記レーザ増幅器であって、前記電極がＩＴＯ形の電極であることを特徴とする請求項７に記載のレーザ増幅器。
【請求項９】
前記レーザ増幅器が、前記キャビティを電気的にポンピングできる少なくとも１つの電極も備えることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１つに記載のレーザ増幅器。
【請求項１０】
構成要素のマトリックスが、請求項１から請求項９のいずれか１つに記載の少なくとも２つのレーザ増幅器を備えることを特徴とするマトリックス。
【請求項１１】
構成要素のマトリックスであって、前記マトリックスの各レーザが前記レーザに関連した波長を同調させるために電界を加える手段を備え、前記マトリックスがいくつかの波長を同調することができることを特徴とする請求項１０に記載のマトリックス。
【請求項１２】
高速電気通信システムであって、レーザ増幅器（１０）が放射した少なくとも１つの光ビームを放射するための少なくとも１つの光ファイバー（１１）と協同する、請求項１から請求項９のいずれか１つに記載の少なくとも１つの前記レーザ増幅器を備えることを特徴とする高速電気通信システム。
【請求項１３】
垂直キャビティ式レーザ増幅器を製造する工程であって、
少なくとも１つの第１の電極を含む、前記レーザ増幅器の第１の部分を製造するステップ（４０）と、
少なくとも１つの第２の電極を含む、前記レーザ増幅器の第２の部分を製造するステップ（４１）と、
前記第１及び第２の部分が組み立てられるサブステップの中で得られたキャビティ自体を製造するステップ（４２）と、
前記キャビティが少なくとも１つの電気光学素子により充填されるステップ（４３）と、
を含むことを特徴とする工程。
【請求項１４】
前記組立て及び前記充填するために、前記レーザの前記部分の少なくとも１つの上に素子を蒸着するステップ（４０４）をさらに含むことを特徴とする請求項１３に記載の工程。
【請求項１５】
前記電気光学素子の少なくとも１つが横方向の面内で等方性の材料を含むことを特徴とする請求項１３または請求項１４に記載の工程。
【請求項１６】
前記電気光学素子の少なくとも１つがナノＰＤＬＣ形の材料を含むことを特徴とする請求項１３から請求項１５のいずれか１つに記載の工程。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に高速の光ネットワーク用の光学部品の分野に関する。
【０００２】
より正確に言うと、本発明は同調可能な波長を有するレーザ増幅器に関する。
【背景技術】
【０００３】
この説明の目的上、レーザ増幅器とはレーザ源及び／又は増幅器のような動作をするレーザを意味する。レーザに対するエネルギー入力が部品に対するレーザ励起用しきい値の仕様を超える場合、このレーザは通常レーザ源のような挙動をする。他の状態では、レーザは単独の増幅器のような動作をする。
【０００４】
同調可能なレーザは、２つの主要なファミリーグループに分けることができる、すなわち、
−エッジ放射レーザ（edge emitting laser）、及び
−垂直キャビティ式レーザ（vertical cavity laser）、である。
【０００５】
同調可能な半導体レーザ増幅器は通常、ＤＢＲ（分布形ブラッグ反射器）形のエッジ放射レーザを用いて得られる。ＤＢＲについては、２０００年４月にP. Heywoodが執筆した「Tune In!」という資料の中で説明され、www.lightreading.comというサイト上で見ることもできる。従来技術による構造の主な不都合の１つは、基本形状では同調可能な範囲が小さいこと（１０ｎｍ程度）である。
【０００６】
上記の P. Heywoodによる資料は、より大きな値（例えば、４０ｎｍ）が、ＳＳＧ（スーパー構造のグレーティング（Super Structure Grating））及びＧＣＳＲ（サンプルされた反射器付きグレーティング使用の共通方向カップラ）のＤＢＲを用いて得ることができることを示している。それにもかかわらず、この技術の１つの不都合は、特に高速の通信に対して、また特にＷＤＭ（波長分割多重方式）に対して製造原価が高いことである。
【０００７】
これに関連して、ＶＣＳＥＬ（垂直キャビティ面放射レーザ）及び／又はＶＣＡ（垂直キャビティ増幅器）は対応するエッジ放射レーザと比較すると、（特にRaj、Oudar及びBensoussanにより執筆され、米物理学会により１９９４年１０月にApplied Physical Letters journalの中で公表された論文「Vertical cavity amplifying photonic switch」の中で示されているように）特に、大きなスペクトル選択性、放射ビームが円形でごく僅か発散する性質のためファイバとの様式適合が優れていること、単一モードの横方向及び縦方向の動作、マトリックス形式の配列が可能なこと、比較可能な特性に対して特に製造原価が著しく低いこと、及び入力及び出力信号間のほぼ３０ｄＢ程度のゲインの増幅器の可能性を含む多くの利点を有する。
【０００８】
特に下記の項目で説明されるような構成及び様々な技術を用いて、波長を同調できることは実証されている、すなわち、
−特にL. Fan及びM.C. Wuにより執筆され、Electronics Letters journal（第３０巻、Ｎｏ．１７、ページ１４０９〜１４０１、１９９４年）の中で公表された論文「10.1 nm range continuous wavelength-tuneable vertical-cavity surface-emitting lasers」、及び
−特にT. Wipiejewski及びK. Panzlaffにより執筆されIEEE Photonics Technology Letters journal（第５巻、Ｎｏ．８、ページ８８９〜８９２、１９９３年）の中で公表された論文「Tuneable Extremely Low Threshold Vertical-Cavity Laser Diodes」。
【０００９】
しかしながら、調整可能な範囲では、わずかな動作しかできない。キャビティ内に不活性領域を挿入して調整機能を実行することによって、性能を向上させることができる。この原理に基づいて、主に下記のようないくつかの具体化が提案されている、すなわち、
−「2 mW CW single mode operation of a tuneable 1550 nm VCSEL, with 50 nm tuning range」という資料の中でD. Vakhshooriが説明し、IEEE Photonics Technology Letters journal（第３５巻、ページ９００〜９０１、１９９９年）の中で公表された、ＭＥＭＳ（マイクロ電気機械システム）を用いたＶＣＳＥＬ技術、及び
−IEEE Photonics Technology Letters journal（第１０巻、Ｎｏ．９、ページ１１９９〜１２０１、１９９８年）の中の「Continuously Tuneable Photopumped 1.3 μm Fibre Fabry-Perrot Surface Emitting Lasers」という論文の中でK. Hsu及びC.M. Millerが説明したＦＦＰＳＥＬ（線維状面放射レーザ）。
【００１０】
ＭＥＭＳ技術は、ＤＢＲのマイクロミラーを使用することに基づいている。このマイクロミラーでは、機械的な変位が空気層の厚さを修正する。
【００１１】
ＭＥＭＳ技術には、特に、極めて複雑なこと、費用が高いこと及び機械的に脆いことと言ったいくつかの不都合がある。
【００１２】
ＦＦＰＳＥＬ装置も、ＤＢＲ、量子井戸の使用及び空気の厚さに基づいている。
【００１３】
ＦＦＰＳＥＬ技術にも、特に、費用が高いこと、キャビティの位置合わせ及び安定性のために優れた制御が必要なこと、並びに波長を変更するために長い時間（１ミリセカンド程度）が必要なことといういくつかの不都合がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明の様々な態様の１つは、従来技術のこれらの不都合を克服することである。
【００１５】
より詳細には、本発明の１つの目的は、容易に同調できるレーザ増幅器を提供することである。
【００１６】
本発明の別の目的は、極めて小形で頑丈なレーザを提供することである。
【００１７】
本発明の別の目的は、優れた機械的な安定性を有するレーザを提供することである。
【００１８】
本発明の別の目的は、高速の電気通信の用途に特に良く適合したレーザ増幅器を提供することである。
【００１９】
そのようなレーザ増幅器は波長の選択性が極めて高いが、調整可能であるため、広い帯域をカバーできることに注意されたい。
【００２０】
本発明の別の目的は、低い製造原価及び据付費用でそのような同調可能なレーザ増幅器を提供することである。
【００２１】
本発明の別の目的は、構成部品の工業化を可能にして、その構成部品を安価にできるようにすることである。
【００２２】
本発明の別の目的は、波長を高速で変更できる同調可能なレーザ増幅器を提供することである。
【００２３】
本発明の追加の目的は、長さ方向の重なり率が良好な、同調可能なレーザ増幅器を提供することである。
【００２４】
本発明の別の目的は、レーザが増幅器のような動作をする場合、高いゲインを示すことができるレーザを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
これらの目的及び後で明白になる他の目的は、垂直キャビティ式レーザ増幅器を使用する本発明に基づいて実現される。この垂直キャビティ式レーザ増幅器は、レーザ増幅器の波長を同調するように設計されたキャビティ内に少なくとも１つの電気光学素子を含むことが注目に値する。
【００２６】
１つの特別な特徴によると、レーザ増幅器に加えられた少なくとも１つの電圧の関数として、電気光学素子に対して可変の電界を加える手段をも含むという点で、レーザ増幅器は優れている。
【００２７】
１つの特別な特徴によると、レーザ増幅器は、その電気光学素子の少なくとも１つが横方向の面内で等方性の材料を含むという点で優れている。
【００２８】
この場合、「横方向の面」は、その面を通過するレーザ光が伝搬する軸に垂直な面を意味することに注意されたい。
【００２９】
このため、特に増幅器モードでレーザを使用する場合、本発明を用いれば、好ましいことにレーザ入力の前に偏光を制御する必要がないか、又は偏光が無原則に発生する場合、偏光モードの分散を乗り越えるために出力において異なった偏光を分離する（これには別の部品が必要である）必要はない。
【００３０】
この場合、「等方性の材料」は、検討された波長において（言い換えると、レーザ増幅器が放射した波長において）等方性の材料を意味することに注意されたい。
【００３１】
この材料は横方向の面において等方性であることにも注意されたい。このことは、動作が偏光に対して影響を受けない増幅器を得るために十分である。
【００３２】
１つの特別な特徴によると、このレーザ増幅器は、電気光学素子の少なくとも１つがナノＰＤＬＣＣ形の材料を含む点で注目に値する。
【００３３】
結果として、それは良好な光学特性を有する好ましい材料であり、容易に実現できる。
【００３４】
１つの特別な特徴によると、このレーザ増幅器は、増幅器のように動作するという点で優れている。
【００３５】
１つの特別な特徴によると、このレーザ増幅器は、少なくとも１つのレーザ光を発生するレーザのように動作するという点で注目に値する。
【００３６】
このため、本発明は好ましいことに、バイアスをレーザのしきい値と比較した場合、特にそのバイアス次第（電気的又は光学的なバイアス）（ポンピングの形に応じて）で、増幅器単体、ビーム発生器のレーザ単体、又は増幅器及びビーム発生器のレーザとして使用できるレーザ増幅器の様々な可能な動作モードと両立できる。
【００３７】
１つの特別な特徴によると、このレーザ増幅器は、電界を電気光学素子に加えることができる透明又は半透明な電極を含み、またこれらの電極を光ビームが通過することができる点が注目に値する。
【００３８】
従って、レーザ増幅器が放射した光ビームが電極を通過することができるため、適当な電界を電気光学素子の中に作ることもできる。
【００３９】
１つの特別な特徴によると、このレーザ増幅器は、電極の種類がＩＴＯ（インジウム−錫の酸化物）である点が注目に値する。
【００４０】
その結果は都合が良いことに、例えば蒸着やエッチングによって製造できる、光学特性が優れた使い易い電極が生じる。
【００４１】
１つの特別な特徴によると、このレーザ増幅器は、キャビティを電気的にポンピングできる少なくとも１つの電極も含む点が注目に値する。
【００４２】
従って、このレーザ増幅器は製造が比較的容易であり、光学的なポンピングをそれに加える必要はない。このことは、据付費用を低くできることを意味する。
【００４３】
本発明は部品のマトリックスにも関係しており、このマトリックスが少なくとも２つのレーザ増幅器から構成される点が注目に値する。
【００４４】
１つの特別な特徴によると、この部品のマトリックスは、マトリックス内の各レーザがレーザに関連する波長をチューニングするための電界を加える手段を含み、このマトリックスがいくつかの波長と同調を取ることができる点が優れている。
【００４５】
このため、本発明により、低価格の部品を得る手段が提供される。
【００４６】
本発明は、互いに別々に同調されたいくつかの波長を有する１つ又は数個のレーザ光を発生及び／又は増幅することができる部品も提供する。
【００４７】
本発明は、レーザ増幅器が放射した少なくとも１つの光ビームを放射するための少なくとも１つの光ファイバーと協同する、前述したような少なくとも１つのレーザ増幅器を備えることを特徴とする高速電気通信システムにも関係する。
【００４８】
電気通信システムの利点はレーザ増幅器の利点と同じであるため、さらに詳細には説明しない。
【００４９】
さらに、本発明は、下記のステップを含むことを特徴とする、同調可能な垂直キャビティ式レーザ増幅器を製造する工程に関する、すなわち、
−少なくとも１つの第１の電極を備えるレーザ増幅器の第１の部分を作るステップ、
−少なくとも１つの第２の電極を備えるレーザ増幅器の第２の部分を作るステップ、
−第１及び第２の部品が組み立てられるサブステップの中で得られたキャビティ自身を作るステップ、
−キャビティが少なくとも１つの電気光学素子により充填されるステップ。
【００５０】
このため、容易に実現でき、信頼性が高くかつ安価なレーザ増幅器を作る好ましい方法が結果として生ずる。
【００５１】
１つの特別な特徴によると、製造工程は、組立て及び充填するためにレーザの少なくとも１つの部分上の素子を蒸着するステップも含むと言う点で注目に値する。
【００５２】
例えばポリイミド形の経済的で蒸着及びエッチングが容易な素子を使用することが好ましい。
【００５３】
本発明の別の特徴及び利点は、例証的であるが限定するものではない実施例及び添付の図面として与えられた以下の好ましい実施形態の説明を読めば、一層明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５４】
［本発明の一般原則］
本発明の一般原則は下記の組合せ、すなわち、
−例えば多重量子井戸形の能動素子、及び
−電気光学素子から成る位相シフト領域、
に基づいて、アセンブリーがキャビティを形成する。
【００５５】
この能動素子及び位相シフト領域は２つのＤＢＲミラー間に含まれて、ビームが通過するキャビティの光学的な厚さに依存する所定の波長の光ビームを発生及び／又は増幅する（光学的な厚さは物理的な厚さと媒体の指数との積であることを思い出してほしい）。
【００５６】
この位相シフト領域には、１つ以上の電界が加えられる。この動作は、電圧が制御される電極によって行われる。位相シフト領域の指数及びこれによるその光学的な厚さは、電極に加えられる電圧の関数として変化することができる。このため、波長の変化速度が早い（約１０μｓ程度）、安価で、信頼性が高い、小形の同調可能なレーザ増幅器が結果として生ずる。
【００５７】
そのようなマトリックス状の部品を得ることもできるため、別々の電極及び異なる電位を有して、これらの電極のそれぞれが位相シフト領域内で別個の電界を発生することにより、いくつかの波長を放射することができる。
【００５８】
［特性値］
本発明に基づいてレーザ増幅器を製造するには、特にレーザ増幅器の同調範囲に従って、いくつかのパラメータを正確に選択する必要がある。本発明の必要な機能及び実現を研究するために不可欠な特性式（波長の変動、自由スペクトル範囲（Free Spectral Range）（ＦＳＲ）、長手方向の重なり係数）が提示される。
【００５９】
［波長の変動］
位相シフト層の指数ｎの変動に続く構成要素の波長λの変動は、下記の式によって与えられる。
【数１】
2004528733.tif 000003
ここで、
−ｍ及びｐは、特に図２に関連して後で説明するキャビティ内の層の厚さを特徴付ける整数である。
−Ｌpen.iは波動透過長（wave penetration length）であり、ｎm.iは検討するｉ番目のブラッグのミラーの平均指数である（第１のブラッグのミラーでは、ｉは１と番号が付けられ、２番目の場合はｉは２と番号付けられる）。
【００６０】
指数が極めて異なった、その結果透過長が小さい材料による誘電体のブラッグのミラーの場合を考察した。
【００６１】
これにより、関係式（１）を下記の形式に書き直すことができる。
【数２】
2004528733.tif 000004
【００６２】
［自由スペクトル範囲］
構造体の自由スペクトル範囲（すなわち、ＦＲＳ）は、下記の式によって与えられる。
【数３】
2004528733.tif 000005
ここで、Ｌcav及びｎeffは、それぞれ、キャビティとミラー内の透過長とによって形成された有効なキャビティのキャビティ長及び平均指数である。
【００６３】
［長手方向の重なり係数］
最後に、量子井戸上に配置されたキャビティ内、定常フィールド（intra-cavity stationary field）の割合を特徴付ける長手方向の重なり係数に関係し、これにより、レーザ放射の基礎である量子井戸から構成するゲイン媒体を特徴付けることができる。明らかに、この係数は位相シフト層の指数の変動と共に変化し、下記の式によって与えられる。
【数４】
2004528733.tif 000006
ここで、Ｅ（ｚ）はｚ（ビームの縦軸）における定常フィールドであり、ＱＷ（ｚ）は量子井戸上では１に等しく、他の場合は０の関数である。
【００６４】
この積分は、ミラー内への透過長を含むキャビティ全体にわたって行われる。
【００６５】
［ナノＰＤＬＣ変調器］
電気光学素子は、ポリマー分散液晶（ＰＤＬＣ）混合体から構成する。この混合体については特に、「Material Research Society Symposium Proceeding」の資料、第４５７巻、１９９７年の中で公表された論文「Nanosize fine droplets of liquid crystal for optical application」においてS. Matsumotoが説明している。
【００６６】
ナノＰＤＬＣ液晶の小滴の大きさは１００から２００ナノメータの間であり、小滴の大きさが数ミクロンの標準的なＰＤＬＣとは異なっている。
【００６７】
電界がない場合、ナノＰＤＬＣは全ての方向に対して等方的である。しかしながら、電界Ｅが加えられると、ナノＰＤＬＣの結晶は、電界に垂直な面内で等方的な方向に向けられる。
【００６８】
波長（約１５５０ｎｍ）に対して小滴の寸法を考慮すると、材料は横方向の面内（換言すると、構成要素が発生及び／又は増幅したレーザビームと同じ方向の電界に垂直な面内）では等方性材料のような動作をする。材料に加えられた電圧を用いて、指数を変更することができる。
【００６９】
ナノＰＤＬＣに対する指数の変調は、下記の関係式によって与えられる。
△ｎ＝ｋＥ2        関係式（５）
ここで、ＥはＶ／μｍで表され、ｋは小滴の寸法及び濃度に比例した定数である。ｋの値は、１．７１６に等しいｎｅ及び１．５１３に等しいｎｏに対して通常１０-5と２ｘ１０-4との間にある。３０Ｖ／μｍの電界については、２ｘ１０-4に等しいｋに対して１２％以上の、１０-5に等しいｋに対して０．６％以上の指数ｎｏの変調を得ることもできる。キャビティ幅ｌに対して、第１の近似として下記の関係式、
△λ／λ＝△ｎ／ｎ        関係式（６）
によって与えられた△λ／λが、量子井戸領域の幅Ｌに比べて極めて大きいと考える場合、結果として生ずる同調可能性は、１．５１３に等しい指数ｎｏに対する１．５５μｍにおいて９と１８０ｎｍとの間の波長△λにおける変動に相当する０．６％と１２％との間になる。
【００７０】
例として、印加された３０Ｖ／μｍの電界及び光学的厚さが６λのナノＰＤＬＣを考える場合、波長範囲全体を得るために必要なことは、０Ｖと１８５Ｖとの間の電圧を加えることだけである。
【００７１】
使用する材料は、一般に、
−巨視的に空間的に等方性である（特に、０ＶにおけるナノＰＤＬＣの場合）か、又は
−単に横方向の面内（言い換えると、レーザビームが伝搬する軸に垂直な面内）で等方性である（例えば、伝搬軸に沿った方向を向いた、電界が印加されるナノＰＤＬＣの場合）、ことに注意されたい。
【００７２】
電圧をいつまでも増加することはできない、このため、液晶の向き換えの飽和効果が指数の変動範囲を限定する。
【００７３】
［本発明によるレーザ増幅器の製造］
ここで図１を参照して、光ファイバー１１と結合した同調可能なレーザ増幅器１０の好ましい実施形態を提示する。
【００７４】
レーザ増幅器１０には、様々な電位が加えられることに注意されたい。１つの点１４には電位Ｖ1，Ｖ2，．．．Ｖn（ｎは１から数百まで変えることができる）が加えられ、ゼロの電位が他の点１５に加えられる。
【００７５】
レーザ増幅器１０はｎ個のファイバに接続される。はっきりさせるために、図１では１つのファイバしか示していない。
【００７６】
ファイバ１１はその端部の１つでレーザ増幅器１０と協同し、レーザ増幅器１０が放射したレーザビーム１７をその他の端部で放射することに注意してほしい。
【００７７】
ファイバ１２は、ファイバ１１を介してポンプ１６によりレーザ増幅器１０を付勢する。
【００７８】
本発明の第１の変形例によれば、ｎは１に等しく、１つのファイバしか構成要素１０に接続されず、また点１４には１つの電位Ｖが加えられている。
【００７９】
図２は、図１に示したようなレーザ増幅器の原理を、縦断面図の形式で図示している。
【００８０】
このレーザ増幅器は、下記のような２つのＤＢＲ形のミラー、すなわち、
−透明基板２７と接触して保持される８層の第１の誘電体ミラー２１、及び
−透明基板２８と接触して保持される７層の第２の誘電体ミラー２０、によって閉鎖されたキャビティを備える。
【００８１】
これらの２つのミラー２０及び２１は、レーザ光が放射される縦軸ｚに対して垂直である（それらのミラーは横方向の面内にある）。
【００８２】
レーザ増幅器１０は、第２のミラー２０によって光学的にポンピングされる。これにより、また適当な光学素子（例えば、結合用マイクロレンズ）を通ってレーザ放射の収集が可能にされる。
【００８３】
このため、これらのミラーは、
−１．５５μｍにおける反射率が高い（第２のミラー２０に対する反射率は９９．５％、第１のミラー２１に対しては９９．８％）、及び
−９８０ｎｍにおいては透明である（反射率は５％以下）、と予測される。
【００８４】
ミラー２０及び２１のそれぞれで使用される材料に対する指数は、最低の指数に対しては１．４７，また他の指数に対しては２．２３に等しいと仮定される。
【００８５】
このキャビティは順に下記の素子から構成する、すなわち、
−ゼロの電位に接続された第１の電極２３、
−ナノＰＤＬＣ領域２５、
−互いに平行でｚ軸に対して垂直な長方形のモジュール形状（直径が１０から２０μｍのキャビティに電圧を印加できるように、長さ及び幅は概して２０μｍ以上である）の１組のｎ個の電極（分かり易くするために、その内３つの電極２４１，２４２及び２４３しか示していない）、及び
−量子井戸領域２２、から構成する。
【００８６】
ゼロでない電位Ｖ1，Ｖ2及びＶ3が電極２４１，２４２及び２４３に印加される。
【００８７】
第１の変形した実施形態によれば、３つの電極２４１，２４２及び２４３の組は、電位Ｖがゼロでない１つの電極に置き換えられる。
【００８８】
指数ｎｏが１．５１３に等しい場合は厚さが約６．１５μｍの光学的な厚さが６λのナノＰＤＬＣ領域２５は、電極２３とＩＴＯ形の電極２４１，２４２及び２４３との間に挟まれる。ｚ軸に平行で、それぞれ電圧Ｖ1，Ｖ2及びＶ3が加えられている電極２４１，２４２及び２４３と電極２３との間の領域２５の中に含まれた各平行六面体状のナノＰＤＬＣバンドは、それぞれＥ1，Ｅ2及びＥ3に等しいほぼ一定の電界が加えられると考えることができる（例えば、図２には、電極２４２と電極２３との間のバンドが、点線で区切られたバンド２９として示されている）。このため、これらのナノＰＤＬＣバンドの各々は、それぞれｎ１，ｎ２及びｎ３に等しい自分自身の指数を有し、１つの素子を用いて波長λ1，λ2及びλ3に対して別個に同調することができる。従って、正確な波長を有するビームをこの素子と結合したファイバの各々に対して放射することができ、この波長は他のビームの対応する電極に別個に加えられた電位Ｖiの関数として同調される。図２では結果として、波長が電極２４２（ビームの伝搬軸に沿って、ファイバ１１と整列している）によって同調されたレーザビームをファイバ１１が伝送することに注意されたい。
【００８９】
第１の変形した実施形態によれば、ナノＰＤＬＣ領域２５の全体には、Ｅに等しいほとんど一定の電界が加えられる。この場合、ナノＰＤＬＣ層は１つの指数を有し、１つの波長を同調させる。
【００９０】
電極は十分に薄い（数十ナノメータ）ため、透明と見なすことができる。
【００９１】
活性領域２２は、光学的な厚さが１．５λの４変数１．１８内に作られる。この光学的な厚さは、指数が３．３３に等しい場合は約０．７μｍである。
【００９２】
この活性領域２２は、位相シフト領域の偏光が中央の距離にある場合にキャビティ内の電界が最大になる位置に配置された複数の量子井戸（各複数の量子井戸に対して１０ｎｍの障壁を有する、５個の７ｎｍ幅の井戸）を含む。結果としてこのように周期的なゲインが得られる。
【００９３】
半導体／ナノＰＤＬＣの界面において反射が生じるという弱点のため、反射防止処理を回避する手段が提供される。この反射防止処理は、同じキャビティ長及び位相シフト領域に対して構造を複雑にし、長手方向の重なり係数を減少させることがある。
【００９４】
しかしながら、いくつかの実施形態では、反射防止処理を使用できる。
【００９５】
ポンピングは活性領域と同じ側で行われる。第２のミラー２０はファイバ１１と接触して保持され、その反射率は第１のミラー２１の反射率よりも小さい。その理由は、ナノＰＤＬＣによるポンピングの吸収を減らすために活性領域が配置される構造体の側で放射が容易に行われるようにするためである。一般に、反射率が小さいミラーは、放射が行われる側に選択される。
【００９６】
キャビティを構成する２つの素子の相対的な厚さは、下記の、すなわち、
−適度な重なり係数及びこれにより従来のレーザしきい値を得るための妥当な値の有効厚さ（言い換えると、十分に厚い厚さ）と、
−可能な最大の同調範囲を得るための可能な最大の位相シフト領域と、
の間の妥協を計ることによって選択される。
【００９７】
全体の厚さは、モードスキップ及び可能なナノＰＤＬＣの偏光電圧無しに、同調可能性と両立できるＦＳＲ（言い換えると、同調可能な帯域よりも大きなＦＳＲ）を得るために十分薄くなるように選択される。上記の関係式（３）によれば、このＦＳＲはキャビティ長に逆比例する。このため、キャビティが短いため、ＦＳＲは十分に大きい。
【００９８】
下記のパラメータは、レーザ増幅器１０を特徴付ける、すなわち、
−ガラス指数（基板）：１．５、
−ＤＢＲの高い指数：２．２３、
−ＤＢＲの低い指数：１．４７、
−第４の指数（quaternary index）：３．３３、
−ＩｎＧａＡｓ指数（量子井戸）：３．５６、
−ナノＰＤＬＣのｎｏ指数：１．５１３、
−ｐ：３、
−ｍ：１２、
−ＤＢＲ２０の対の数：７、
−ＤＢＲ２１の対の数：８、
−ｋ：５．５．１０-5、及び
−印加された電界：３０Ｖ／μｍ.
【００９９】
［構成部品の別の部分の製造］
図３Ａはレーザ増幅器１０の分離された端部をより正確に示し、図４Ｂはその実施形態を説明する。
【０１００】
部品の分離された端部（図２の右側の部分）を製造するステップ４０は、いくつかのステップを必要とする。
【０１０１】
第１のステップ４０１の間に、第１の誘電体のブラッグのミラー２１が、真空蒸着によって光学特性ガラスのプレート２７上に蒸着される。
【０１０２】
次に、ステップ４０２において、ナノＰＤＬＣ層を偏光する第１の電極を構成する薄いＩＴＯの層が蒸着される。
【０１０３】
次に、ステップ４０３の間に、ＩＴＯ層がエッチングされて、別個に偏光されることができる電極のバンド（２４１，２４２，２４３）を作る。このため、このステップは別個の部品のストリップを作るが、より一般的に言うと、別個の部品のマトリックスを作る手段を提供する。
【０１０４】
次に、ポリイミドの犠牲層（２６）が、ステップ４０４においてスピナーを用いて、その厚さが２％以内に制御されるように蒸着される。
【０１０５】
次に、ステップ４０５において、この層はパッドを残すように選択的にエッチングされ、次に、これらのパッドは、厚さがキャビティ内の２％以下に制御された空間を残して、この部分をレーザ増幅器１０の第２の部分に貼り付けるために使用される。このキャビティはナノＰＤＬＣで充填される。
【０１０６】
図３Ｂは、レーザビームが放射されるレーザ増幅器１０の端部をより一般的に説明し、図４Ｃはそれがどのように作られるかを示す。
【０１０７】
部品の絶縁されない端部（図２の左側の部分）は、いくつかのステップの中で製造される（４１）。
【０１０８】
第１のステップ４１１の間に、第２の誘電体のブラッグのミラー２０が、真空蒸着によって光学特性ガラスのプレート２８上に蒸着される。
【０１０９】
次に、ステップ４１２の間に、部品の活性部分２２がレジュームドエピタキシー（resumed epitaxy）によって成長される。
【０１１０】
次に、ステップ４１３において、薄いＩＴＯの層が蒸着されて、電極２３を形成する。
【０１１１】
図４Ａは、レーザ増幅器１０の製造をより全体的に説明する。
【０１１２】
最初の２つのステップ４０及び４１の間に、図４Ｂ及び図４Ｃを参照して説明したように、部品の２つの部分が作られる。
【０１１３】
次に、ステップ４２の間に、このように作られた部品の２つの部分が張り合わされる。
【０１１４】
次に、ステップ４３の間に、２つの部分を一体に組み立てることによって形成されたキャビティは、液体のポリマー内に分散された液晶の小滴の形状のナノＰＤＬＣによって充填される。このポリマーは重合するままにされる。
【０１１５】
ステップ４２の後では、それぞれの結晶の小滴の特性は１つの面内では等方性であるが、その光学指数は垂直方向では異なっていることに注意されたい。それにもかかわらず、このキャビティは巨視的に見ると等方性である。このため、このキャビティはどのような光学的な偏光も取り入れない。
【０１１６】
位相シフト層の厚さについての誤差がシミュレートされ、誤差が５％を超えない場合は、共振波長に約１ｎｍの相違が厚さの各誤差パーセントに対して発見された。このため、同調可能性の損失は１ナノメータ程度であり、これは考察する帯域と比較した場合は無視できる。その結果、２％以下と考えられた厚さの誤差は、部品が正しく動作することに対して無視できる（同調可能性を制御する領域の指数（１．５１３）がＭＥＭＳ形の構造体の指数（空隙を変調することによって得られる同調可能性）よりも大きいにもかかわらず無視できる）。
【０１１７】
レーザ増幅器１０は、伝搬マトリックスプロダクト法（propagation matrices product method）を用いてシミュレートされた。図５は、放射の中心が１．５５μｍにあるような位相シフト領域の偏光による部品の反射率のスペクトル５０を示す。横軸はナノメータで示した波長を示し、一方縦軸は輝度の反射率を示す。
【０１１８】
ピーク（反射率はほぼ０）は、レーザ増幅器１０が増幅できる波長に相当する。共振ピーク５１を１．５５μｍで観察できる。４５ｎｍより大きいＦＳＲ（上記で定義した自由スペクトル範囲）（共振ピーク５１に関連した波長と最も近い共振ピーク５２又は５３に関連した波長との間の差に相当する）が観察される。
【０１１９】
図６は、ナノＰＤＬＣ層の指数の関数として構成要素１０の放射波長の変化６０を示す（縦軸はナノメータで示されている）。約４０ｎｍの同調可能範囲を観察できる。このため、ＦＳＲ（４５ｎｍ以上）は、図６に示した同調可能範囲と具合良く両立する。
【０１２０】
この同調可能性の曲線は指数に対してほぼ直線性を有することが観察できる。選択された指数の変動はその値の３％を超える。これは、５．５ｘ１０-5に等しいｋ値、印加された３０Ｖ／μｍの電界及び１．５１３のナノＰＤＬＣ指数に相当する。この場合、モードスキップ現象がないことが観察できる。これは、キャビティのＦＳＲが高いためである。同じ印加された電界に対して、式（６）が有効で、式（５）で与えられた飽和領域が適用されない場合は、それは１０-5から２ｘ１０-4まで変化するｋ値に対して約９ｎｍから１８０ｎｍまで変化することができる。
【０１２１】
図７は、偏光電圧（横軸上でボルトで示される）の関数として、構成要素の放射波長の変化７０（縦座標軸上でナノメータで示される）を示す。曲線７０は、前図面の曲線６０と同じ条件のもとで計算される。要求された同調可能範囲を得るためには、１８５Ｖ以下の電圧で十分である。
【０１２２】
図８は、対応する指数によって特徴付けられた別の部品のレーザ内のキャビティ内定常フィールドの強度の変化８０を示す。
【０１２３】
ＰＤＬＣ領域２５は強度の大きな部分を「消費」し、それに対応して重なり係数を減少させることが分かる。この領域の指数が小さい場合、この領域の強度は、同じ光学的な厚さに対してより大きな最小値及びより大きな物理的な厚さのために大きくなり、これにより、閉じ込め係数（confinement factor）をさらにより小さくさせるであろう。このことは、空気領域を通して同調された構造体に対してこの構造体の利点を明確に示している。その結果、放射の中心が１．５５μｍの場合、閉じ込め係数Γは０．００５に等しくなり、一方位相シフト層がＭＥＭＳにおけるように空気から構成される場合に得られる値Γは０．００１５になる。
【０１２４】
本発明が上記の実施例に限定されないことは明白である。
【０１２５】
特に、当業者は、指数領域が可変の構成のレーザ増幅器の構造の形態で、多くの変形例を作ることができる。
【０１２６】
同様に、この製造方法は前述した方法に限定されるものではなく、レーザと光ビームの伝搬方向に垂直な面に沿って好ましくは等方性であり、また少なくとも１つの電界を光ビームが伝搬する軸に沿って印加することができる電気光学材料との組合せを可能にできる限り、どのような製造方法も使用できる。
【０１２７】
本発明は、放射及び／又はポンピングをレーザの両端で行うことができる場合、又はポンピングをレーザの一端で行い放射を他端で行う場合にも適用できる。
【０１２８】
本発明は、電気光学領域がナノＰＤＬＣではないが、横方向の面内で等方性的な電気光学特性を有する場合にも等しく適用できる。
【０１２９】
本発明は、電極の形状が前述した形状とは異なる場合（それらの形状がレーザビームが伝搬する軸に平行に電界を印加できる場合に限る）、及び／又は電極がＩＴＯ形ではないがレーザビームに対して透明又は半透明な材料から構成される場合にも適用できることは明らかである。
【０１３０】
本発明は、レーザ部品の他の部分、特に活性領域又は端部に対する部分が説明した実施形態のものと異なる場合にも適用することができる。特に、これらの端部は、ガラスファイバ又は基板の材料とは異なる材料から作ることができ、また特に、レーザ放射が行われ、該当する場合ポンピングが行われる端部においては透明又は準透明なものとすることができる。
【０１３１】
例えば、本発明によれば、ブラッグのミラーは必ずしも誘電体のＤＢＲでなくとも良く、半導体のＤＢＲとすることもできる。
【０１３２】
本発明は、構成要素が１つ若しくはいくつかのファイバに、又は１つ若しくはいくつかのコリメータから構成するインターフェース（光ネットワーク又は結合レンズの形状）に直接結合される場合（このとき構成要素はファイバに十分に接近して、空気の回折効果を無視できる）だけでなく、特に自由大気のような任意の他のレーザビーム透過媒体に結合される場合（この場合は、所定の角度だけわずかに移動された、構成要素内に入る前に平行マイクロレンズを通過して平行にされたポンプを使用できる；偏光ポンプで偏光されたセパレータキューブ（separator cube）又は光ポンプを構成要素の中に挿入できる任意の他の方法も使用できる）にも適用できる。
【０１３３】
本発明は、キャビティを光学的にポンピングする事例に限定されない。本発明は、他の電極によるキャビティの電気的なポンピングにも適用できる。特に、この電極は、レーザの放射端部におけるＤＢＲと量子井戸との間に配置することができる。量子井戸に印加された電圧により与えられたエネルギーも電気的エネルギーであり、高価なレーザのポンピングを使用する必要がない。構成要素が電気的なポンピングを用いて作られる場合、例えば、陽子の注入（キャビティの回りに絶縁領域を形成すること）による又は材料のディスクを酸化させずに構成要素の層を選択的に酸化することによる、キャビティを形成するステップが必要である。
【０１３４】
本発明は電気通信の分野の用途（特に、低速及び高速データの送信やマルチモードファイバ上のデータの送信など）及びレーザビームを使用する他の多くの分野にも使用される。
【図面の簡単な説明】
【０１３５】
【図１】本発明による光ファイバーに関連したレーザ増幅器の１つの特定の実施形態の全体的な斜視図である。
【図２】図１のレーザ増幅器の原理図である。
【図３Ａ】図１及び図２のレーザ増幅器の部分をより詳細に説明する図である。
【図３Ｂ】図１及び図２のレーザ増幅器の部分をより詳細に説明する図である。
【図４Ａ】上記の図面の中のレーザ増幅器を作る工程を示す図である。
【図４Ｂ】上記の図面の中のレーザ増幅器を作る工程を示す図である。
【図４Ｃ】上記の図面の中のレーザ増幅器を作る工程を示す図である。
【図５】図１及び図２の同調可能なレーザ増幅器の反射率のスペクトルを示す図である。
【図６】図２に示したナノＰＤＬＣ層のインデックスの関数として放射波長を示す図である。
【図７】図２に示したナノＰＤＬＣ層の偏光電圧の関数として放射波長を示す図である。
【図８】図２で定義された構成内におけるキャビティ内定常フィールドの変形例の実施例を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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