JP2006060206A - 複数の安定したモードを有する外部共振器レーザ - Google Patents
複数の安定したモードを有する外部共振器レーザ Download PDFInfo
- Publication number
- JP2006060206A JP2006060206A JP2005220548A JP2005220548A JP2006060206A JP 2006060206 A JP2006060206 A JP 2006060206A JP 2005220548 A JP2005220548 A JP 2005220548A JP 2005220548 A JP2005220548 A JP 2005220548A JP 2006060206 A JP2006060206 A JP 2006060206A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- spectral characteristic
- laser
- external resonator
- fsr1
- fsr2
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 claims abstract description 49
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 44
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 24
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims description 14
- BJQHLKABXJIVAM-UHFFFAOYSA-N bis(2-ethylhexyl) phthalate Chemical compound CCCCC(CC)COC(=O)C1=CC=CC=C1C(=O)OCC(CC)CCCC BJQHLKABXJIVAM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 6
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 claims description 5
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 4
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims description 3
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 3
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 claims description 2
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 claims 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 27
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 6
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 4
- 239000008186 active pharmaceutical agent Substances 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 238000012885 constant function Methods 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 2
- 238000002310 reflectometry Methods 0.000 description 2
- 229910013641 LiNbO 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000003750 conditioning effect Effects 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
- H01S5/14—External cavity lasers
- H01S5/141—External cavity lasers using a wavelength selective device, e.g. a grating or etalon
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/06—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
- H01S5/068—Stabilisation of laser output parameters
- H01S5/0683—Stabilisation of laser output parameters by monitoring the optical output parameters
- H01S5/0687—Stabilising the frequency of the laser
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
- H01S5/1039—Details on the cavity length
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
- Mechanical Light Control Or Optical Switches (AREA)
Abstract
【課題】
複数のモードで安定して共振する外部共振器を備えたレーザ装置を提供すること。
【解決手段】
本発明は外部共振器レーザに関する。安定したマルチモード・レーザビーム(3)を生成するために、レーザ装置は、利得媒質(10)によって励起誘導されたレーザビーム(3)を生成するための光路を備えた第1のスペクトル特性(FSR1)を有する共振器(2)と、前記光路上に取り付けられた第2のスペクトル特性(FSR2)を有するモード選択フィルタ(30)とを含む。第1のスペクトル特性(FSR1)と第2のスペクトル特性(FSR2)を互いに調節し、レーザビームが少なくとも2つの選択されたモードを有するようにする。
【選択図】図1
複数のモードで安定して共振する外部共振器を備えたレーザ装置を提供すること。
【解決手段】
本発明は外部共振器レーザに関する。安定したマルチモード・レーザビーム(3)を生成するために、レーザ装置は、利得媒質(10)によって励起誘導されたレーザビーム(3)を生成するための光路を備えた第1のスペクトル特性(FSR1)を有する共振器(2)と、前記光路上に取り付けられた第2のスペクトル特性(FSR2)を有するモード選択フィルタ(30)とを含む。第1のスペクトル特性(FSR1)と第2のスペクトル特性(FSR2)を互いに調節し、レーザビームが少なくとも2つの選択されたモードを有するようにする。
【選択図】図1
Description
本発明は外部共振器レーザに関する。
外部共振器レーザは、利得媒質または活性媒体によって励起誘導されたレーザビームを共振させることが可能な光路を備えた共振器を有する。外部共振器レーザの光スペクトルは、利得媒質によって光利得が得られるスペクトル範囲に制限される。共振器の幾何学形状によっては、レーザ放射が、縦モードと呼ばれる特定のスペクトルモードを有する場合がある。このスペクトルモードは、光の様々な異なる波長または周波数に対応する。従って、レーザ共振器に許容される放射スペクトルは、利得カーブによって制限された種々のモード周波数の離散分布になる。外部共振器レーザの例は、特許文献1〜3に記載されている。
特許文献1は、半導体レーザチップと調節式回折格子とを備えた外部共振器レーザに使用される、調節式ファブリ−ペロー・エタロンを開示している。調節式回折格子はレーザ出力波長の大まかな測定に使用され、エタロンは微調節に使用される。
本発明の1つの目的は、選択された複数のモードにおいて安定した共振が可能な外部共振器を備えたレーザ装置を提供することである。この目的は、独立項に記載の発明により達成される。好ましい実施形態は従属項に記載している。
本発明によれば、レーザ装置は、利得媒質によって励起誘導されたレーザビームを生成するための光路を備えた外部共振器であって第1のスペクトル特性を有する外部共振器を備え、さらに、前記光路上に取り付けられた第2のスペクトル特性を有するモード選択フィルタを備える。このような構成のスペクトル応答は、共振器のスペクトルとモード選択フィルタ(複数の場合もあり)のスペクトルを乗算したものに対応する。従って、結果として得られるスペクトルの通過帯域に含まれる全てのモードが選択される。モード選択フィルタと外部共振器の整合を実現するために、例えば開ループ制御や閉ループ制御などの設計により第1の特性と第2の特性を相互調節し、レーザビームが少なくとも2つの選択されたモードを有するようにする。
選択されるモードはすべて実質的に同じ光パワーを有することが望ましい。
一実施形態において、レーザ装置は、第1の特性および第2の特性を調節(再調節または変更)するための調節装置を含む。
他の実施形態において、レーザ装置は、レーザ装置に関連する物理特性(例えば、レーザビームの光パワーなど)を判定するための測定手段と、調節装置へのフィードバックループとを含む。測定された物理特性に基づいて制御信号を生成し、調節装置を制御することにより、外部共振器とモード選択フィルタの整合が維持される。
狭帯域フィルタまたは精巧な周期フィルタを用いて少なくとも2つのモードでレーザを生成するためには、対応する通過帯域において一定の利得が必要とされる。本発明の利点は、レーザ装置特性の経時変化(環境条件の変化や時間経過によって起こる)によりスペクトル特性の不整合が発生し、モードパワーが減少し、光パワーが不安定になることを回避できる点にある。
他の実施形態において、調節手段は、外部共振器の幾何学形状(例えば、共振器の長さ)や光路の屈折率を変更すること、および/または、モード選択フィルタの幾何学形状を変更することにより、第1の特性および第2の特性を調節するように構成される。これらの特性の調節は、レーザビームを伝達する物質の屈折率を変更することにより行うことができる。
さらに他の実施形態において、モード選択フィルタは少なくとも1つの周期フィルタから構成され、第1の特性および第2の特性は、外部共振器の第1の共振周波数間隔(FSR1)およびモード選択フィルタの第2の共振周波数間隔(FSR2)としてそれぞれ表現される。調節手段は、上記2つの特性を調節し、第1の共振周波数間隔(FSR1)と第2の共振周波数間隔(FSR2)の比が実質的に有理数に、特に自然数になるようにする。なお、共振周波数間隔(FSR)はフリー・スペクトル・レンジまたは自由スペクトル領域などと呼ばれることもある。
さらに他の実施形態では、レーザビームの一部を受け取るための光電変換器を備える。レーザビームは、外部共振器の一端に設けられた高反射率のミラーによって外に出される。このミラーは、共振中のレーザビームのうちの大部分を反射し、僅かな部分(例えば5%など)だけを光電変換器へと通過させる。光電変換器は、レーザビームの実際のパワーに比例する電気検出信号を生成する。
さらに他の実施形態では、前記電気検出信号から電気出力信号を生成する帯域通過フィルタリング手段を備える。この電気出力信号は、前記電気検出信号のうちのダウンミックスされた周波数(すなわち、異なるレーザモードの周波数間の差の信号部分)だけを通過させ、オフセット電圧およびダウンミックスされていない高周波数を遮断することにより生成される。
さらに他の実施形態では、前記検出信号、または該検出信号から導出された信号(例えばフィルタリングによって導出される)を受信し、外部共振器とモード選択フィルタのうちの少なくとも一方を調節する(すなわち、そのスペクトル特性を調節する)ための制御信号を生成する制御装置を備える。
さらに他の実施形態において、外部共振器とモード選択フィルタのうちの少なくとも一方のスペクトル特性(FSR1、FSR2)を制御する前記制御信号は、選択されたピーク間の所望の波長変位に対応するオフセット値と、前記共振周波数間隔を調節するための調節信号とから構成される。このオフセット値は、検出信号と調節信号を乗算したものの平均値に基づいて決定される。
さらに他の実施形態では、温度や圧力などの環境条件を制御することにより、スペクトル特性の初期設定(FSR1、FSR2)が維持される。従って、検出器や制御装置を介して外部共振器やモード選択フィルタのアクチュエータまでフィードバックループを形成する必要はなく、スペクトル特性は間接的に制御される。この方法は、前記装置のフィードバック制御にも適用することができる。
外部共振器は、能動モード固定手段と受動モード固定手段のうちのいずれか一方を有することが好ましい。能動モード固定の場合、外部共振器の光学素子の電気的調節は、例えば利得媒質自体を調節することにより実施されるか、若しくは、外部共振器の光路上に配置された可変減衰器を調節すること(例えば、電界吸収型変調器(EAM)やマッハ・ツェンダー型変調器などを用いて)により実施される。
モード選択フィルタは、ファブリ−ペロー・エタロン、音響光学フィルタ、リング共振器、マイケルソン干渉計、およびマッハ・ツェンダー干渉計のうちのいずれか1つを含む場合、またはその1つだけから構成される場合がある。
本発明の一部または全部は、1以上の適当なソフトウェア・プログラムによって実現され、若しくは支えられている。そして、それらのソフトウェア・プログラムは、いかなる種類のデータ担体に記憶または提供することもでき、任意の適当なデータ処理装置で、若しくは任意の適当なデータ処理装置により実行することができる。
一実施形態では、次の方法を制御装置で実行するためのレーザ装置制御用のソフトウェア・プログラムまたは製品を備える。すなわち、その方法は、検出装置からレーザビームのパワーに比例する電気検出信号を受信し、外部共振器とモード選択フィルタのうちの少なくとも一方に関する調節手段に供給される制御信号を生成し、レーザビームが少なくとも2つの選択されたモードを有するようにすることからなる方法である。
本発明の種々の実施形態に関する他の目的および多数の付随的利点は容易に理解することができ、本発明の好ましい実施形態に関する下記の詳細な説明を添付の図面とともに参照することで、それらをより深く理解することができるであろう。実質的または機能的に同一または類似の特徴には、同じ参照符号が付されている。
次に図面を詳しく参照する。図1は、本発明の一実施形態によるレーザ装置1を示す概略図である。レーザ装置1は外部共振器2を備え、レーザ光は例えばレーザダイオードのような利得媒質10によって外部共振器2に供給される。ビーム3は、利得媒質10の第1の端部を形成する第1の共振器端部要素11と、第2の共振器端部要素40との間の光路に沿って進む。外部共振器2は、それら2つの共振器端部要素11および40によって形成される。これらの共振器端部要素はいずれも高い反射率を有する。第1のコリメート・レンズ20は、外部共振器2内の利得媒質10の第2の端部12の直ぐ近くに配置される。外部共振器2は、ビーム3の光路上に挿入された調節式モード選択フィルタ30をさらに備える。調節式モード選択フィルタ30は、ビーム3の種々の縦モードの中から2以上のモードを選択するためのものである。外部共振器2は、ビーム3の一部を出力ビーム4として放出するための出力をさらに備える。出力ビーム4は、第2のコリメート・レンズ50によって平行化され、光検出器60によって検出される。制御装置70は、光検出器60と調節式モード選択フィルタ30のそれぞれに電気接続される。
さらに、第2の共振器端部要素40の前の光路上に他の利得媒質を挿入してもよい(対応する他のコリメート・レンズと共に)。
外部共振器2は、ビーム3を幾つかの特定の波長またはラインで共振させることができる。すなわち、幾つかの特定のレーザモードを形成することができる。調節式モード選択フィルタ30は、それらの形成可能なレーザモードの中から少なくとも2つのモードを選択する。
広い波長範囲に渡って複数のモードを生成するためには、光路の色分散を最小限に抑えることが重要である。従って、利得媒質10とモード選択フィルタ30には、光路に色分散が実質的に発生しないようなものが選択される。あるいは、調節可能な負の分散を有する光デバイスを光路上にさらに挿入し、利得媒質および光学フィルタの分散を補償してもよい。
例えば、第1のモード周波数f1として190テラヘルツ(THz)を選択し、第2のモード周波数f2として190THz+12ギガヘルツ(GHz)を選択し、2つのモードを選択する。光検出器60は、出力ビーム4の一部を受け取り、ビーム3の光パワーに比例する電流を生成する。出力ビーム4の光パワーは、定数関数を複数の正弦関数と重ね合わせたような関数となる。例えば2モードの場合、この信号は次の5つの部分からなる。
−出力ビーム4の平均光パワーに相当する定数関数。
−第1のモード周波数の2倍の周波数(2×f1)を有する正弦関数。
−第2のモード周波数の2倍の周波数(2×f2)を有する正弦関数。
−第1のモード周波数と第2のモード周波数の和の周波数(f1+f2)を有する正弦関数。
−第1のモード周波数と第2のモード周波数の差の周波数(f2―f1)を有する正弦関数。いわゆる、混合信号。
−出力ビーム4の平均光パワーに相当する定数関数。
−第1のモード周波数の2倍の周波数(2×f1)を有する正弦関数。
−第2のモード周波数の2倍の周波数(2×f2)を有する正弦関数。
−第1のモード周波数と第2のモード周波数の和の周波数(f1+f2)を有する正弦関数。
−第1のモード周波数と第2のモード周波数の差の周波数(f2―f1)を有する正弦関数。いわゆる、混合信号。
光検出器60は、低域通過特性を有するので、実質的にはビーム3のパワーのうちの一定部分と混合部分だけを検出し、所定のオフセットを有する周波数差f2−f1(例えば上記の例の場合、12GHz)の正弦関数として検出信号DSを生成する。検出信号DSを受信する電線は、そのオフセットを抑制する帯域通過特性を有することが望ましい。その結果、単一の周波数を持つ正弦信号が生成される。この信号の周波数は非常に安定しているので、レーザ装置1は高品質の光電発振器を形成する。
しかしながら、外部共振器2とモード選択フィルタ30を整合させる制御を行わないと、環境変化(例えば、温度変化など)に起因した外部共振器のスペクトル特性のシフトや、モード選択フィルタ30のスペクトル特性のシフトにより、最初に選択されたモードのうちの1つが消失してしまうことがある。そのため、制御装置70を設けて、モード選択フィルタ30のスペクトル特性を制御し、選択されたモードにおいて確実に安定したレーザが生成されるようにする。従って、制御装置70は検出信号DSの評価に基づく制御信号CSを生成する。
モード選択フィルタ30は、例えばファブリ−ペロー(FP)・エタロン、リング共振器、音響光学フィルタ、マッハ・ツェンダー干渉計、またはマイケルソン干渉計などの周期フィルタとして実施することができる。
例えばFPエタロンをモード選択フィルタ30として使用する場合、モード選択フィルタ30は、外部共振器2の光軸に対して垂直な旋回軸を中心として、アクチュエータ(図示せず)で旋回(図1に両端矢印で示す)させることができるように取り付けられる。アクチュエータは、エタロンを制御信号CSに従って所定の位置まで回転させる。エタロンを回転させると、エタロンの共振周波数間隔は変化する。入射角の変更によるFPエタロンの共振周波数間隔の調節の詳細については、特許文献1に記載されている。
モード選択フィルタ30を調節する代わりに、外部共振器2を調節してもよい。その場合、外部共振器2の第1のスペクトル特性FSR1をモード選択フィルタ30の第2のスペクトル特性FSR2に調節する(周期フィルタをモード選択フィルタ30として使用する場合、モード選択フィルタ30のスペクトル特性が、共振周波数間隔FSR2である)。例えば、第2の共振器端部要素40を電動式の圧電素子(図示せず)の一端に取り付け、第2の共振器端部要素40を光路に沿って移動させることにより、光路長を変更することができる。圧電素子の一端は可動にし、他端は共振器2に対して固定される。圧電素子に電圧を加えると、第2の共振器端要素40は光軸に沿って第1の共振器端部要素11に近づく方向または離れる方向に移動され、その移動に応じて第1の共振周波数間隔が変化する。一般に、第1のスペクトル特性の調節は、光路長の直接的変更(共振器要素の移動による)若しくは間接的変更(例えば、温度、圧力、電界または磁界などの調節による)、または異なる屈折率の光デバイスの追加、あるいは光路上の光デバイスの屈折率の調節などによって行なうことができる。従って、印加された電界に応じて屈折率が変化するLCDやLiNbO3などからなる光デバイスを使用することができる。
外部共振器2とモード選択フィルタ30のいずれか一方だけを調節する代わりに、両方のデバイスを調節してもよい。そのような構成によれば、より大きな柔軟性と広い調節範囲が得られる。
さらに他の方法として、装置の環境条件を制御することにより、外部共振器2のスペクトル特性とモード選択フィルタ30のスペクトル特性との間の整合を確保し、動作前(例えば構成段階や管理段階)に決定された装置の最適調節が、動作中も維持されるようにしてもよい。
外部共振器は、能動モード固定手段または受動モード固定手段(図1には図示せず)をさらに有することが好ましい。能動モード固定手段は、可変減衰器を含むものであってもよいし、減衰器制御信号により利得調節されるものであってもよい。この減衰器制御信号は制御装置70で生成してもよいし、独立した制御装置で生成してもよい。モード固定手段は、モード間の競合を防止し、選択されたモードを安定させるために使用される。
また、2つの共振器端部要素を備えた外部共振器2の代わりに、リング状の外部共振器を形成し、例えば3以上のミラーや湾曲させた導波管(例えばファイバなど)などによって形成される光路に沿ってビーム3を循環させてもよい。
さらに、1つの単一モード選択フィルタ30を使用する代わりに、2以上のフィルタ構成(例えば、直列に配置された2つのフィルタなど)を使用してもよい。フィルタを直列に配置した場合の通過スペクトルは、それらのフィルタの通過スペクトルを乗算した結果に等しくなる。
以下では、外部共振器2とモード選択フィルタ30の相互調節について、さらに詳しく説明する。
図2は、外部共振器2のフィルタスペクトル、モード選択フィルタ30のフィルタスペクトル、およびその結果得られるレーザビーム3の光強度(すなわち、ビーム4の光強度)のフィルタスペクトルを波長λ(横軸)の関数として示すグラフである。光強度は強度減衰で表現され、対数目盛A/dB(縦軸)で記入されている。上側の第1のグラフは、図1に示す外部共振器2の第1のスペクトルS1と、図1に示すモード選択フィルタ30の第2のスペクトルS2との間の最適な整合状態を示し、その整合状態において、レーザモードM1とレーザモードM2が、実質的に同じパワーになることを示している。下側の第2のグラフは、互いに実質的に異なるパワーを有する2つの変更されたモードM1’およびM2’を有するそれらのデバイスの次善の整合状態を示している。図2(および図3)に示すスペクトルS1およびS2の形状は、実際のデバイスの測定結果ではなく、単に本発明を説明する役割のものであることに注意して欲しい。
図1によれば、例えば、共振器のスペクトル特性S1は一定に保たれ、モード選択フィルタのフィルタ関数(すなわち一般に、1以上の光フィルタからなるモード選択フィルタ構成の通過スペクトルS2)は、その一定の通過スペクトルS1に応じて調節される。すなわち、その一定の通過スペクトルS1に一致させられる。
第1のグラフは、外部キャビティ2の第1のスペクトルS1が、実質的に等間隔に配置された幾つかの周波数f1、f2、f3、f4、・・・、fm、fm+1において第1のピークを有し、隣り合う2つの第1のピーク間が第1の周波数距離すなわち第1の共振周波数間隔FSR1を有し、第2のスペクトルS2が周波数f1およびfmにおいて第2のピークを有し、隣り合う2つの第2のピーク間が第2周波数距離すなわち第2の共振周波数間隔FSR2を有することを示している。例えば、第2のピークは第1のピークに比べて鋭く(幅が狭く)なっている。すなわち、モード選択フィルタのフィネスは、外部共振器2のフィネスに比べて大きい。第2の共振周波数間隔FSR2が第1の共振周波数間隔FSR1のちょうど倍数になっているので、スペクトルS1のピークとスペクトルS2のピークは両方とも、周波数f1および周波数fmを中心としている。従って、外部共振器2のフィルタ特性とモード選択フィルタ30のフィルタ特性は、最適に一致するように調節されている。
第2のグラフは、モード選択フィルタ30の共振周波数間隔(不整合状態の共振周波数間隔FSR2’とも呼ばれる)が、第1の共振周波数間隔FSR1(すなわち、第1のスペクトルS1のピーク間の共振周波数間隔)のちょうど倍数にはなっていない点で、第1のグラフとは異なる。従って、変更されたスペクトルS2のピークは、第mの周波数fmを中心としていない(また、第1の周波数f1にも、ピークのわずかなシフトがある可能性がある)。外部共振器2のフィルタ特性とモード選択フィルタ30のフィルタ特性が不整合状態にあるため、第2の選択されたモードS2’のパワーは大幅に低下している。ただし、ここで重要なのは、不整合問題の原因が主にパワーの経時変化によるものである点である。選択されたモードがすべて十分なパワーを有する限り、選択されたモードのパワーを等しくしたり、実質的に等しくする必要はない。
例えば、第2のピークは第1のピークに比べて鋭くなっている。すなわち、モード選択フィルタ30のフィネスは、外部共振器2のフィネスに比べて大きい。通過帯域幅の性能指数であるフィネスFは次式によって定義される。
F=FSR/FWHM
上式で、FSRは干渉計またはエタロンの共振周波数間隔、FWHMはその50%のポイントにおける通過ピークの全幅である。周期的な光デバイス(フィルタまたは共振器)のFSRは、(周波数空間における)隣り合う通過ピーク間の距離として定義される。互いに平行な平面状の端部要素を有する共振器またはFP干渉計の場合、FSRは次式から得られる。
FSR=c/2nL
上式でcは光速、Lは反射端面間の間隔、nは反射端面間の材料の屈折率である。
次に、モード選択フィルタ30を周波数変調することにより生成ビームを振幅変調するフィルタ整合の制御原理の例について説明する。図3の左側は、幾つかのレーザモードの中から選択されたモードと、モード選択フィルタ30の一部を、波長λ(横軸)の関数として示している。選択されたモードは第1のピークP1を有し、モード選択フィルタ30の一部は第2のスペクトルS2の一部である第2のピークP2を有している。
下記の例では、例えば外部共振器の長さを変更することにより、外部共振器特性を調節する(モード選択フィルタ30を変更することにより、フィルタ特性を調節することも可能である)。第2のピークP2は第1の中心波長λC1を中心としていて、第1のピークP1は第2の中心波長λC2を中心にして変調されている。この変調は両端矢印で図示されている。この第1の例では、平均波長シフト、すなわち平均波長変位Δλ=λC2−λC1が正である。ピークP1およびピークP2は、図2の第2のグラフに示されている周波数fmを中心とするレーザモードM2’と、周波数fm−Δfを中心とする不整合状態のスペクトルS2’のピークにそれぞれ対応する場合がある(周波数と波長の関係は、関数:c/f=λによって規定される)。この場合も、縦軸のフィルタ減衰A/dBは、対数目盛で示されている。
図3はさらに、変位ΔλがΔλ>0である第1の例と変位ΔλがΔλ<0である第2の例のそれぞれについて、第1または第2の検出信号D1またはD1’、第1または第2の変調信号M1またはM1’、および第1または第2の結果信号R1またはR1’を示している。第1または第2の結果信号R1またはR1’は、対応する検出信号と変調信号を乗算し、その平均をとることによって得られる。
変位ΔλがΔλ>0である場合の例
第1の(フィルタ)変調信号M1は制御信号CSの正弦部分である。制御信号CSはさらに変調オフセットを有する。制御信号CSはモード選択フィルタ30のアクチュエータに供給され、外部共振器特性(この例では共振周波数間隔)FSR1の調節に使用される。すなわち、第2の中心波長λC2の調節に使用される。共振器特性FSR1とフィルタ特性FSR2の両方の実際の整合状態または調節具合のフィードバック情報を得るために、制御信号CSは、オフセット信号(この値は、外部共振器2が波長変位Δλを示すような値にする)と、周期関数(例えば1キロヘルツの周波数の正弦関数)とから構成され、第2の中心波長λC2は、第2の中心波長λC2を中心にして変調される。実際の波長変位が増大するほど、外部共振器内で共振するビーム3の光パワーは減少し、第1の検出信号D1の位相は、第1の変調信号M1に対して180度ずれた位相を有する。これらの信号を乗算し、その平均を求めることにより、負の結果関数R1が得られる(理想的な場合、この関数は一定値しか持たない)。次に、変調オフセットを第1の結果関数R1の関数(例えば、第1の結果関数に対して負の方向に比例する関数)として判定する(〜−R1)。
第1の(フィルタ)変調信号M1は制御信号CSの正弦部分である。制御信号CSはさらに変調オフセットを有する。制御信号CSはモード選択フィルタ30のアクチュエータに供給され、外部共振器特性(この例では共振周波数間隔)FSR1の調節に使用される。すなわち、第2の中心波長λC2の調節に使用される。共振器特性FSR1とフィルタ特性FSR2の両方の実際の整合状態または調節具合のフィードバック情報を得るために、制御信号CSは、オフセット信号(この値は、外部共振器2が波長変位Δλを示すような値にする)と、周期関数(例えば1キロヘルツの周波数の正弦関数)とから構成され、第2の中心波長λC2は、第2の中心波長λC2を中心にして変調される。実際の波長変位が増大するほど、外部共振器内で共振するビーム3の光パワーは減少し、第1の検出信号D1の位相は、第1の変調信号M1に対して180度ずれた位相を有する。これらの信号を乗算し、その平均を求めることにより、負の結果関数R1が得られる(理想的な場合、この関数は一定値しか持たない)。次に、変調オフセットを第1の結果関数R1の関数(例えば、第1の結果関数に対して負の方向に比例する関数)として判定する(〜−R1)。
変位ΔλがΔλ<0である場合の例
この例は、第2の検出信号D2の位相が第2の変調信号M2に対してずれていないという点で、第1の例とは異なる。これらの信号を乗算し、その平均を求めると、正の結果関数R2が得られ、従って負の変調オフセットが得られる。
この例は、第2の検出信号D2の位相が第2の変調信号M2に対してずれていないという点で、第1の例とは異なる。これらの信号を乗算し、その平均を求めると、正の結果関数R2が得られ、従って負の変調オフセットが得られる。
外部共振器2は、波長変位Δλが第1の共振周波数間隔FSR1の少なくとも一部になるところまで変調することができる。上記のような用途における最大許容波長変位Δλは、使用されるフィルタのフィルタ幅(FWHM)およびフィネス(F)によって決まる。
また、モード選択フィルタを制御して、波長変位ΔλをΔλ=0にすることも可能である。その場合、対応する検出信号と変調信号を乗算し、その平均を求めるとゼロになる。
このように、変調された送信信号は、外部共振器2とモード選択フィルタ30の選択されたピーク間の変位Δλの開ループ制御または閉ループ制御に使用される。変位Δλは、Δλ=0になるように制御してもよいし、Δλ=aになるように制御してもよい。ただし、aは使用される光デバイスのスペクトル特性と必要な信号の挙動によって決まる正または負の波長値である。
1 レーザ装置
2 外部共振器
3 ビーム
10 利得媒質
11、40 共振器端部要素
20、50 コリメート・レンズ
30 モード選択フィルタ
60 光検出器
70 制御装置
2 外部共振器
3 ビーム
10 利得媒質
11、40 共振器端部要素
20、50 コリメート・レンズ
30 モード選択フィルタ
60 光検出器
70 制御装置
Claims (14)
- 安定したマルチモード・レーザビーム(3)を生成するためのレーザ装置(1)であって、
利得媒質(10)によって励起誘導されたレーザビーム(3)を生成するための光路を備えた外部共振器(2)であって、第1のスペクトル特性(FSR1)を有する外部共振器(2)と、
前記光路上に配置された第2のスペクトル特性(FSR2)を有するモード選択フィルタ(30)と
からなり、前記第1のスペクトル特性(FSR1)と前記第2のスペクトル特性(FSR2)が互いに調節され、前記レーザビーム(3)が少なくとも2つの選択されたモードを有する、レーザ装置。 - 前記第1のスペクトル特性(FSR1)と前記第2のスペクトル特性(FSR2)を互いに再調節するように構成された調節装置(30)をさらに含む、請求項1に記載のレーザ装置。
- 前記レーザ装置(1)に関する物理特性を判定し、対応する制御信号(CS)を生成するように構成された測定装置(60)と、
前記制御信号に従って前記第1のスペクトル特性(FSR1)と前記第2のスペクトル特性(FSR2)を互いに調節するように構成された調節装置(30)と、
をさらに含む、請求項2に記載のレーザ装置。 - 前記調節装置(30)は、前記外部共振器(2)と前記モード選択フィルタ(30)のうちの少なくとも一方について、その幾何学形状と屈折率のうちの少なくとも一方を変更することにより、前記第1のスペクトル特性(FSR1)および前記第2のスペクトル特性(FSR2)を調節するように構成される、請求項2または請求項3に記載のレーザ装置。
- 前記第1のスペクトル特性(FSR1)と前記第2のスペクトル特性(FSR2)がそれぞれ、前記外部共振器(2)の第1の共振周波数間隔と前記モード選択フィルタ(30)の第2の共振周波数間隔であり、
前記調節装置(30)は、前記第1の共振周波数間隔(FSR1)と前記第2の共振周波数間隔(FSR2)の比が実質的に有理数に、特に自然数になるように前記スペクトル特性を調節するように構成される、請求項1〜4のうちのいずれか一項に記載のレーザ装置。 - 前記測定装置は、レーザビーム(3)を受け取り、該レーザビーム(3)の実際のパワーに比例する電気検出信号(DS)を生成するように構成された光電変換器(60)である、請求項3〜5のうちのいずれか一項に記載のレーザ装置。
- 前記電気検出信号(DS)のうちのダウンミックスされた周波数だけを通過させ、オフセット電圧およびダウンミックスされていない高周波数を遮断することにより、前記電気検出信号(DS)から電気出力信号を生成するように構成された帯域通過フィルタリング手段(5)をさらに含む、請求項6に記載のレーザ装置。
- 前記電気検出信号(DS)または該電気検出信号(DS)から導出された信号を受信し、前記外部共振器(2)と前記モード選択フィルタ(30)のうちの少なくとも一方に供給される制御信号(CS)を生成し、前記第1のスペクトル特性(FSR1)および前記第2のスペクトル特性(FSR2)を調節するように構成された制御装置(70)を含む、請求項6または請求項7に記載のレーザ装置。
- 前記制御装置(70)は、選択されたピーク間の所望の波長変位(Δλ)に対応するオフセット値と、前記共振周波数間隔を調節するための変調信号(M1,M1’)とからなる制御信号(CS)を生成するように構成され、
前記オフセット値は、前記電気検出信号(DS)と前記調節信号(MS,MS’)を乗算したものの平均値に基づいて決定される、請求項8に記載のレーザ装置。 - 前記制御装置(70)は、環境条件を制御し、前記スペクトル特性(FSR1,FSR2)の初期設定を維持するように構成される、請求項8に記載のレーザ装置。
- 前記外部共振器(2)は、能動モード固定手段と受動モード固定手段のうちの一方をさらに含む、請求項1〜10のうちのいずれか一項に記載のレーザ装置。
- 前記モード選択フィルタ(30)は、ファブリ−ペロー・エタロン、音響光学フィルタ、リンク共振器、マイケルソン干渉計、およびマッハ・ツェンダー干渉計のうちのいずれか1つを含む、請求項1〜11のうちのいずれか一項に記載のレーザ装置。
- 利得媒質(10)によって励起誘導されたレーザビーム(3)を受け取るための光路を備えた第1のスペクトル特性(FSR1)を有する外部共振器(2)と、前記光路上に配置された第2のスペクトル特性(FSR2)を有するモード選択フィルタ(30)とを有するレーザ装置(1)を制御する方法であって、
前記レーザ装置(1)に関する物理特性を測定するステップと、
前記外部共振器(2)と前記モード選択フィルタ(30)の少なくとも一方に関する前記物理特性に基づいて、前記第1のスペクトル特性(FSR1)および前記第2のスペクトル特性(FSR2)を互いに調節し、レーザビーム(3)が少なくとも2つのレーザモードを有するようにするステップと、
からなる方法。 - 第1のスペクトル特性(FSR1)を有する外部共振器(2)と、該外部共振器(2)の光路上に配置された第2のスペクトル特性(FSR2)を有するモード選択フィルタ(30)とを有するレーザ装置(1)を制御するための、好ましくはデータ担体に格納されたソフトウェア・プログラムまたは製品であって、制御装置(70)のデータ処理システム上で実行されたときに、
前記レーザ装置(1)の物理特性(3)に基づく電気検出信号(DS)を受け取るステップと、
前記外部共振器(2)と前記モード選択フィルタ(30)のうちの少なくとも一方に関する調節手段に供給される制御信号(CS)を生成し、前記外部共振器(2)内で共振するレーザビーム(3)が少なくとも2つの選択されたモードを有するようにするステップとからなる方法を実施する、ソフトウェア・プログラムまたは製品。
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
EP04103969A EP1628374A1 (en) | 2004-08-18 | 2004-08-18 | External cavity laser with multiple stabilized modes |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2006060206A true JP2006060206A (ja) | 2006-03-02 |
Family
ID=34929460
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2005220548A Pending JP2006060206A (ja) | 2004-08-18 | 2005-07-29 | 複数の安定したモードを有する外部共振器レーザ |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US7496119B2 (ja) |
EP (1) | EP1628374A1 (ja) |
JP (1) | JP2006060206A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7639717B2 (en) | 2006-08-11 | 2009-12-29 | Seiko Epson Corporation | Laser source device and projector equipped with the laser source device |
JP2011222766A (ja) * | 2010-04-09 | 2011-11-04 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体レーザダイオードの測定装置 |
JP2017511613A (ja) * | 2014-04-16 | 2017-04-20 | ディレクトフォトニクス インダストリーズ ゲーエムベーハーDirectphotonics Industries Gmbh | レーザー光の波長を調整するためのレーザー光発生装置及び方法 |
Families Citing this family (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2007004509A1 (ja) * | 2005-07-01 | 2007-01-11 | Nec Corporation | 外部共振器型波長可変レーザ装置および光出力モジュール |
EP1920278A1 (en) | 2005-08-24 | 2008-05-14 | Agilent Technologies, Inc. | Polarization maintaining optical delay circuit |
DE112007003102A5 (de) | 2006-12-18 | 2009-12-24 | Toptica Photonics Ag | Laserlichtquelle |
WO2009060365A1 (en) * | 2007-11-07 | 2009-05-14 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Extended cavity semiconductor laser device with increased intensity |
JP5738271B2 (ja) * | 2009-04-03 | 2015-06-24 | エグザロス・アクチェンゲゼルシャフトExalos Ag | 光モジュール |
CN102780158B (zh) * | 2011-05-09 | 2014-08-06 | 中国科学院深圳先进技术研究院 | 可调谐外腔半导体激光器 |
WO2013063586A1 (en) * | 2011-10-28 | 2013-05-02 | Ofs Fitel, Llc | Distributed feedback (dfb) brillouin fiber lasers |
US10109983B2 (en) | 2016-04-28 | 2018-10-23 | Hewlett Packard Enterprise Development Lp | Devices with quantum dots |
US10566765B2 (en) | 2016-10-27 | 2020-02-18 | Hewlett Packard Enterprise Development Lp | Multi-wavelength semiconductor lasers |
US10680407B2 (en) | 2017-04-10 | 2020-06-09 | Hewlett Packard Enterprise Development Lp | Multi-wavelength semiconductor comb lasers |
US10396521B2 (en) | 2017-09-29 | 2019-08-27 | Hewlett Packard Enterprise Development Lp | Laser |
Family Cites Families (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0552394B1 (en) * | 1992-01-24 | 1994-10-26 | Hewlett-Packard GmbH | Method and apparatus for adjusting the wavelength in an optical device and laser using the method |
US5392308A (en) * | 1993-01-07 | 1995-02-21 | Sdl, Inc. | Semiconductor laser with integral spatial mode filter |
JP3526671B2 (ja) * | 1995-08-25 | 2004-05-17 | アンリツ株式会社 | レーザ光源装置 |
US6853654B2 (en) * | 1999-07-27 | 2005-02-08 | Intel Corporation | Tunable external cavity laser |
US7120176B2 (en) * | 2000-07-27 | 2006-10-10 | Intel Corporation | Wavelength reference apparatus and method |
WO2002075874A1 (en) * | 2001-03-16 | 2002-09-26 | Intel Corporation (A Corporation Of Delaware) | Method and apparatus for tuning a laser |
EP1202409B1 (en) | 2001-06-01 | 2003-04-16 | Agilent Technologies, Inc. (a Delaware corporation) | Tuning a laser |
US6901088B2 (en) * | 2001-07-06 | 2005-05-31 | Intel Corporation | External cavity laser apparatus with orthogonal tuning of laser wavelength and cavity optical pathlength |
US6631146B2 (en) * | 2001-07-06 | 2003-10-07 | Intel Corporation | Tunable laser control system |
US6816517B2 (en) * | 2001-09-25 | 2004-11-09 | International Business Machines Corporation | Micro-electromechanical devices for wavelength tunable lasers |
US6658032B2 (en) * | 2001-10-05 | 2003-12-02 | Pranalytica, Inc. | Automated laser wavelength selection system and method |
US6947218B2 (en) * | 2002-08-30 | 2005-09-20 | Research Electro-Optics, Inc. | Fabry-perot etalon with independently selectable resonance frequency and free spectral range |
US7061946B2 (en) * | 2002-11-13 | 2006-06-13 | Intel Corporation | Intra-cavity etalon with asymmetric power transfer function |
-
2004
- 2004-08-18 EP EP04103969A patent/EP1628374A1/en not_active Withdrawn
-
2005
- 2005-06-10 US US11/149,780 patent/US7496119B2/en not_active Expired - Fee Related
- 2005-07-29 JP JP2005220548A patent/JP2006060206A/ja active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7639717B2 (en) | 2006-08-11 | 2009-12-29 | Seiko Epson Corporation | Laser source device and projector equipped with the laser source device |
JP2011222766A (ja) * | 2010-04-09 | 2011-11-04 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体レーザダイオードの測定装置 |
JP2017511613A (ja) * | 2014-04-16 | 2017-04-20 | ディレクトフォトニクス インダストリーズ ゲーエムベーハーDirectphotonics Industries Gmbh | レーザー光の波長を調整するためのレーザー光発生装置及び方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US20060039424A1 (en) | 2006-02-23 |
EP1628374A1 (en) | 2006-02-22 |
US7496119B2 (en) | 2009-02-24 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP2006060206A (ja) | 複数の安定したモードを有する外部共振器レーザ | |
JP4992073B2 (ja) | 外部空洞同調可能レーザの位相制御 | |
US7257142B2 (en) | Semi-integrated designs for external cavity tunable lasers | |
US8619824B2 (en) | Low white frequency noise tunable semiconductor laser source | |
US9436022B2 (en) | Modulated light source | |
US6959024B2 (en) | Laser Tuning by spectrally dependent spatial filtering | |
JP2007505496A (ja) | チューナブルレーザのための透過ピークにロックするための探索及び追従制御 | |
CN113316876A (zh) | 用于无模跳变波长调谐的基于集成光学的外腔激光器 | |
JP4713073B2 (ja) | 波長可変レーザ及びその制御方法 | |
US7711019B2 (en) | Variable wavelength light source | |
JP6831774B2 (ja) | 波長掃引光源 | |
JP3976756B2 (ja) | 光周波数コム発生器制御装置 | |
JPH0496386A (ja) | 波長安定化レーザ装置 | |
RU2811388C1 (ru) | Способ стабилизации узкополосных источников неклассических состояний света, получаемых внутрирезонаторной генерацией спонтанного параметрического рассеяния света, и устройство для его осуществления | |
CN114424416A (zh) | 激光波长稳定装置 | |
JP2020136359A (ja) | 波長可変レーザ装置およびその波長制御方法 | |
JP2010534353A (ja) | 波長変換光パッケージにおける変換効率の拡大 | |
WO2003075078A2 (en) | Laser tuning by spectrally dependent spatial filtering | |
JP2009302488A (ja) | 波長可変レーザ光源装置 |