JP3530404B2 - 波長選択可能なレーザ源 - Google Patents
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- 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
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
- H01S3/06—Construction or shape of active medium
- H01S3/063—Waveguide lasers, i.e. whereby the dimensions of the waveguide are of the order of the light wavelength
- H01S3/067—Fibre lasers
- H01S3/0675—Resonators including a grating structure, e.g. distributed Bragg reflectors [DBR] or distributed feedback [DFB] fibre lasers
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04B—TRANSMISSION
- H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
- H04B10/50—Transmitters
- H04B10/501—Structural aspects
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Description
【０００１】
【発明の分野】本発明は複数波長レーザ源、特に、ポン
ピング源の波長を制御することでレーザ出力の波長が選
択できる多重波長レーザ源に関する。
ピング源の波長を制御することでレーザ出力の波長が選
択できる多重波長レーザ源に関する。
【０００２】
【発明の背景】選択可能な波長で光を発光することがで
きるレーザ源は通信、光記録および光再生、光記憶への
応用等、広範な応用において役立つ。調整可能な半導体
レーザは小型であり、安価で広範囲にわたって電気的に
調整可能であるが、長波長および出力の安定性が貧弱に
なりがちである。固体状態導波レーザ(solid state wav
eguide laser)は良好な周波数安定性を有するが、調整
が困難である。従って、半導体レーザの便利な広範囲に
わたる電気的調整可能性と固体状態導波レーザの高度な
周波数安定性を組み合わせた新しい波長選択可能なレー
ザ源が必要となる。
きるレーザ源は通信、光記録および光再生、光記憶への
応用等、広範な応用において役立つ。調整可能な半導体
レーザは小型であり、安価で広範囲にわたって電気的に
調整可能であるが、長波長および出力の安定性が貧弱に
なりがちである。固体状態導波レーザ(solid state wav
eguide laser)は良好な周波数安定性を有するが、調整
が困難である。従って、半導体レーザの便利な広範囲に
わたる電気的調整可能性と固体状態導波レーザの高度な
周波数安定性を組み合わせた新しい波長選択可能なレー
ザ源が必要となる。
【０００３】
【発明の概要】本発明によれば、波長選択可能レーザ源
は、調節可能なポンプ源、異なる各波長で光を発光する
導波レーザのアレイ、ポンプ源を適切な導波レーザ(wav
eguidelaser)に向けるルータからなる。第２ルータは全
レーザ出力を共通の出力導波路に向けるのに使用でき
る。好ましい実施例では、ルータは稠密波長分割マルチ
プレクサ（Dense Wavelength-Division Multiplexers：
ＤＷＤＭｓ）であり、導波レーザは希土類がドーピング
されたファイバレーザであることが望ましい。代替的な
実施例において、ポンピング源を元とする様々な方法を
提供する。
は、調節可能なポンプ源、異なる各波長で光を発光する
導波レーザのアレイ、ポンプ源を適切な導波レーザ(wav
eguidelaser)に向けるルータからなる。第２ルータは全
レーザ出力を共通の出力導波路に向けるのに使用でき
る。好ましい実施例では、ルータは稠密波長分割マルチ
プレクサ（Dense Wavelength-Division Multiplexers：
ＤＷＤＭｓ）であり、導波レーザは希土類がドーピング
されたファイバレーザであることが望ましい。代替的な
実施例において、ポンピング源を元とする様々な方法を
提供する。
【０００４】
【発明の詳細な記述】図１は複数のポンプ波長λｐ１、
λｐ２、・・・、λｐｎを調整可能なポンプ源10、それ
ぞれ異なる波長λｓ１、λｓ２、・・・、λｓｎで発光
可能なｎ個の導波レーザ11のアレイ、及び２つの波長ル
ータ１２、１３からなる波長選択可能なレーザ源の第１
の実施例である。ルータ１２はその波長に基づき光をポ
ンピング源１０から適切な導波路１１に向け、ルータ１
３はレーザ１１のそれぞれから共通の出力導波路１４内
へ光を向ける。便宜上、ポンプ波長λｐiは導波レーザ
をポンプし、λｓｉで発光すると仮定する。利点とし
て、出力信号λｓ（約１％）の一部はタップ１５により
出力導波路１４からタップ(tap)され、フォトダイオー
ド１６により検出され、制御回路にフィードバックされ
る。制御回路１７は調整およびポンプ源１０のバイアス
の調節を可能にし、望ましい出力波長および出力を維持
する。この装置はファイバ導波路、平板導波路、または
これらの組み合わせを使用して実現できる。
λｐ２、・・・、λｐｎを調整可能なポンプ源10、それ
ぞれ異なる波長λｓ１、λｓ２、・・・、λｓｎで発光
可能なｎ個の導波レーザ11のアレイ、及び２つの波長ル
ータ１２、１３からなる波長選択可能なレーザ源の第１
の実施例である。ルータ１２はその波長に基づき光をポ
ンピング源１０から適切な導波路１１に向け、ルータ１
３はレーザ１１のそれぞれから共通の出力導波路１４内
へ光を向ける。便宜上、ポンプ波長λｐiは導波レーザ
をポンプし、λｓｉで発光すると仮定する。利点とし
て、出力信号λｓ（約１％）の一部はタップ１５により
出力導波路１４からタップ(tap)され、フォトダイオー
ド１６により検出され、制御回路にフィードバックされ
る。制御回路１７は調整およびポンプ源１０のバイアス
の調節を可能にし、望ましい出力波長および出力を維持
する。この装置はファイバ導波路、平板導波路、または
これらの組み合わせを使用して実現できる。
【０００５】好ましい具体例では、ポンピング源はInGa
AsPなどの半導体材からなる調整可能な分散ブラグリフ
レクタ(Distributed Bragg Reflector：ＤＢＲ)レーザ
などの調整可能なポンプレーザである。波長ルータは、
ファイバブラッグ格子、薄膜干渉フィルタ、またはアレ
イド導波格子を含む各種商用技術を使用して構成できる
稠密波長分割マルチプレクサ（DWDMs）である。通信ア
プリケーションでは、導波レーザは1550nm帯域（1535-1
565nm）における信号出力波長λsのためのErがドーピン
グされた分散型フィードバック（DFB）ファイバ格子レ
ーザであり、典型的なポンプ波長λpが532,980および14
80nmであることが望ましい。
AsPなどの半導体材からなる調整可能な分散ブラグリフ
レクタ(Distributed Bragg Reflector：ＤＢＲ)レーザ
などの調整可能なポンプレーザである。波長ルータは、
ファイバブラッグ格子、薄膜干渉フィルタ、またはアレ
イド導波格子を含む各種商用技術を使用して構成できる
稠密波長分割マルチプレクサ（DWDMs）である。通信ア
プリケーションでは、導波レーザは1550nm帯域（1535-1
565nm）における信号出力波長λsのためのErがドーピン
グされた分散型フィードバック（DFB）ファイバ格子レ
ーザであり、典型的なポンプ波長λpが532,980および14
80nmであることが望ましい。
【０００６】図２は、フォトダイオード１６への大きな
フィードバック信号を可能にし、タップ１５および出力
信号のドレインを除去できる波長選択可能なレーザ源の
具体例を示す。ここでは、ポンプ波長λpおよび出力波
長λsを分離する波長分割マルチプレクサ（Ｗavelength
Ｄivision Ｍultiplexer：ＷＤＭ）２０はポンプ源１
０およびルータ１２間に配置される。他の場合には失わ
れてしまう伝搬λs信号はフィードバック信号として使
用される。
フィードバック信号を可能にし、タップ１５および出力
信号のドレインを除去できる波長選択可能なレーザ源の
具体例を示す。ここでは、ポンプ波長λpおよび出力波
長λsを分離する波長分割マルチプレクサ（Ｗavelength
Ｄivision Ｍultiplexer：ＷＤＭ）２０はポンプ源１
０およびルータ１２間に配置される。他の場合には失わ
れてしまう伝搬λs信号はフィードバック信号として使
用される。
【０００７】図３は、空胴内ポンピングを使用する波長
選択可能なレーザ源の具体例を示す。この装置は、ポン
プ源１０がポンプリフレクタ３０により提供される調整
可能なファイバ外部空胴レーザである点で図１と異な
る。リフレクタ３０は調整可能なブラグ格子などの単一
のリフレクションピークを有する調整可能なリフレクタ
でもよい。各希土類ファイバレーザ１１は、ポンプレー
ザ空胴がファイバレーザ１１を取り囲むことができるよ
うに狭帯域または広帯域リフレクタなどのポンプリフレ
クタ３１をポンピング波長λpiにて備える。レーザ１１
は複数パス、空胴内ポンピングを使用することで、高い
ポンピング効率を実現する。
選択可能なレーザ源の具体例を示す。この装置は、ポン
プ源１０がポンプリフレクタ３０により提供される調整
可能なファイバ外部空胴レーザである点で図１と異な
る。リフレクタ３０は調整可能なブラグ格子などの単一
のリフレクションピークを有する調整可能なリフレクタ
でもよい。各希土類ファイバレーザ１１は、ポンプレー
ザ空胴がファイバレーザ１１を取り囲むことができるよ
うに狭帯域または広帯域リフレクタなどのポンプリフレ
クタ３１をポンピング波長λpiにて備える。レーザ１１
は複数パス、空胴内ポンピングを使用することで、高い
ポンピング効率を実現する。
【０００８】個々のリフレクタ３１については代わりに
単一の広帯域ポンプリフレクタを出力ファイバ１４（図
４を参照）内に配置することができる。その場合、ルー
ティングDWDMs１２、１３は同じでなければならない。
ポンプリフレクタ３０のピークは調整され、そのレーザ
を選択するためにDWDMsの通過帯域の１つとラインアッ
プする。
単一の広帯域ポンプリフレクタを出力ファイバ１４（図
４を参照）内に配置することができる。その場合、ルー
ティングDWDMs１２、１３は同じでなければならない。
ポンプリフレクタ３０のピークは調整され、そのレーザ
を選択するためにDWDMsの通過帯域の１つとラインアッ
プする。
【０００９】ポンプリフレクタ３０は、干渉計(interfe
rometer)、調整可能な標本化格子(tunable sampled gra
ting)、または調整可能な超格子構造(tunable superstr
ucture grating)などの、等しい距離で配置されたくし
状の反射ピークを持つ調整可能なリフレクタでも可能で
ある。くし状の空間位置は、一度に１つの反射ピークの
みがDWDM(「バーニヤ(vernier)」調整)の通過帯域の１
つとラインアップするようにくしが調整できるように、
ルータ通過帯域空間とはわずかに異なるよう設計によっ
て有利に選択される。前に述べたように、レーザ空胴用
の他のポンプリフレクタは、出力ファイバに配置される
ファイバレーザまたは広帯域ポンプリフレクタの後に配
置される狭帯域または広帯域リフレクタを使用できる。
rometer)、調整可能な標本化格子(tunable sampled gra
ting)、または調整可能な超格子構造(tunable superstr
ucture grating)などの、等しい距離で配置されたくし
状の反射ピークを持つ調整可能なリフレクタでも可能で
ある。くし状の空間位置は、一度に１つの反射ピークの
みがDWDM(「バーニヤ(vernier)」調整)の通過帯域の１
つとラインアップするようにくしが調整できるように、
ルータ通過帯域空間とはわずかに異なるよう設計によっ
て有利に選択される。前に述べたように、レーザ空胴用
の他のポンプリフレクタは、出力ファイバに配置される
ファイバレーザまたは広帯域ポンプリフレクタの後に配
置される狭帯域または広帯域リフレクタを使用できる。
【００１０】第３の実施例では、ポンプリフレクタ３０
は、結合ファセットなどの広帯域ポンプリフレクタでよ
く、他のポンプリフレクタ３１は、DWDMs１２、１３の
通過帯域内のポンピング波長とそれ以外のポンピング波
長を切り換えるように選択された狭帯域ポンプリフレク
タも可能であり、これにより「オン」状態と「オフ」状
態を切り換える。このように１つ以上のチャンネルが１
つ以上のリフレクタ３１を調整することで選択でき、反
射ピークはDWDMの１つ以上の通過帯域とラインアップで
きる。
は、結合ファセットなどの広帯域ポンプリフレクタでよ
く、他のポンプリフレクタ３１は、DWDMs１２、１３の
通過帯域内のポンピング波長とそれ以外のポンピング波
長を切り換えるように選択された狭帯域ポンプリフレク
タも可能であり、これにより「オン」状態と「オフ」状
態を切り換える。このように１つ以上のチャンネルが１
つ以上のリフレクタ３１を調整することで選択でき、反
射ピークはDWDMの１つ以上の通過帯域とラインアップで
きる。
【００１１】図４は図３を修正したものであり、ファイ
バレーザ内に複数の異なる固定波長格子３１を備える代
わりに、単一広帯域ポンプリフレクタ４０が出力導波路
１４内に配置される。この構造は図３と同様に空胴内ポ
ンピングを提供する。
バレーザ内に複数の異なる固定波長格子３１を備える代
わりに、単一広帯域ポンプリフレクタ４０が出力導波路
１４内に配置される。この構造は図３と同様に空胴内ポ
ンピングを提供する。
【００１２】導波路１４において単一広帯域ポンプリフ
レクタ４０を使用せずに、導波路内に異なるポンプ波長
λpiで各固定反射波長を有する複数のブラッグ格子（図
示せず）を代わりに備えることができる。それが望まれ
る場合は、これらの格子は２つ以上の波長の制御可能ラ
ンチングに対して個別に切り換え可能にすることができ
る。
レクタ４０を使用せずに、導波路内に異なるポンプ波長
λpiで各固定反射波長を有する複数のブラッグ格子（図
示せず）を代わりに備えることができる。それが望まれ
る場合は、これらの格子は２つ以上の波長の制御可能ラ
ンチングに対して個別に切り換え可能にすることができ
る。
【００１３】図５は、導波格子ルータ(Ｗaveguide Ｇra
ting Ｒouter：ＷＧＲ)５０を１つ使用するだけでよ
い、経済的設計の波長選択可能なレーザ源を示す。この
設計は、ＷＧＲの入力ポートがシフトされると、出力ポ
ートが同じ数だけシフトし、最後のポートがラップアラ
ウンドされるという事実を利用する。
ting Ｒouter：ＷＧＲ)５０を１つ使用するだけでよ
い、経済的設計の波長選択可能なレーザ源を示す。この
設計は、ＷＧＲの入力ポートがシフトされると、出力ポ
ートが同じ数だけシフトし、最後のポートがラップアラ
ウンドされるという事実を利用する。
【００１４】動作においては、λｐｉでポンプ光がＷＧ
Ｒ５０に入り、かつ出力ポートｉ’にルートされ、そこ
でファイバ格子レーザはλｓｉでポンプされる。信号お
よび使用されないポンプパワーは入力ポートN+1-iにフ
ィードバックされる。λｐｉとλｓｉとは入力ポートN+
1-iから出力ポート０’にルートされる。信号はカップ
ルアウトされ、ポンプλｐｉはリフレクタ４０により逆
向きに同じパス上に反射される。
Ｒ５０に入り、かつ出力ポートｉ’にルートされ、そこ
でファイバ格子レーザはλｓｉでポンプされる。信号お
よび使用されないポンプパワーは入力ポートN+1-iにフ
ィードバックされる。λｐｉとλｓｉとは入力ポートN+
1-iから出力ポート０’にルートされる。信号はカップ
ルアウトされ、ポンプλｐｉはリフレクタ４０により逆
向きに同じパス上に反射される。
【００１５】図６は、２つのパッシブスターカプラ６
１、６２がポンプ波長格子６３と組み合わされてルータ
として使用される経済的設計の波長選択可能なレーザ源
を示す。特に、ポンプ波長格子６３は各導波レーザ１１
の入力部に提供され、レーザのアクティブ領域に入る前
に１ポンプ波長を除いたすべてのポンプ波長を反射す
る。格子６３は波長λsiの導波路アンプ６４へのλpiの
入力のみを許す。希土類がドープされた光導波路アンプ
６４は有利に出力導波路内に配置され、残りのポンプ光
を使用して出力信号を増幅する。このポスト増幅技術は
図１および２の波長選択可能なレーザ源でも使用でき
る。
１、６２がポンプ波長格子６３と組み合わされてルータ
として使用される経済的設計の波長選択可能なレーザ源
を示す。特に、ポンプ波長格子６３は各導波レーザ１１
の入力部に提供され、レーザのアクティブ領域に入る前
に１ポンプ波長を除いたすべてのポンプ波長を反射す
る。格子６３は波長λsiの導波路アンプ６４へのλpiの
入力のみを許す。希土類がドープされた光導波路アンプ
６４は有利に出力導波路内に配置され、残りのポンプ光
を使用して出力信号を増幅する。このポスト増幅技術は
図１および２の波長選択可能なレーザ源でも使用でき
る。
【００１６】操作においては、ポンピング源１０からの
ポンピング光はスターカプラ６１により分割され、各導
波レーザ１１に１つずつの複数のビームとなる。しか
し、ポンピング光波長に応じて、レーザ１１の１つのポ
ンピングビームのみが格子６３を貫通し、レーザアクテ
ィブ領域に到達する。残りのレーザに対するポンピング
ビームはすべて反射される。このようにポンプ波長λpi
はλsiの発光を引き起こす。
ポンピング光はスターカプラ６１により分割され、各導
波レーザ１１に１つずつの複数のビームとなる。しか
し、ポンピング光波長に応じて、レーザ１１の１つのポ
ンピングビームのみが格子６３を貫通し、レーザアクテ
ィブ領域に到達する。残りのレーザに対するポンピング
ビームはすべて反射される。このようにポンプ波長λpi
はλsiの発光を引き起こす。
【００１７】選択したレーザで発光された光は第２スタ
ーカプラ６２で共通出力経路１４内に向けられ、そこで
エルビウム（Erbuim）アンプ64により有利に増幅され
る。さらに効率的なポンピングは、レーザポンプ波長を
反射する高度反射格子（図示なし）を各レーザの後に配
置することで達成できる。これは導波レーザをポンプレ
ーザ空胴内に配置し、効率的な空胴内ポンピングを行
う。
ーカプラ６２で共通出力経路１４内に向けられ、そこで
エルビウム（Erbuim）アンプ64により有利に増幅され
る。さらに効率的なポンピングは、レーザポンプ波長を
反射する高度反射格子（図示なし）を各レーザの後に配
置することで達成できる。これは導波レーザをポンプレ
ーザ空胴内に配置し、効率的な空胴内ポンピングを行
う。
【００１８】上記実施例は本発明の原理の適用を示すこ
とができる多くの可能な実施例のごく一部を示すものに
すぎないことを理解されたい。本発明の精神と範囲内で
本技術によって様々な組み合わせが可能である。
とができる多くの可能な実施例のごく一部を示すものに
すぎないことを理解されたい。本発明の精神と範囲内で
本技術によって様々な組み合わせが可能である。
【図１】波長選択可能なレーザ源の略図である。
【図２】代替的な実施例の略図である。
【図３】代替的な実施例の略図である。
【図４】代替的な実施例の略図である。
【図５】代替的な実施例の略図である。
【図６】代替的な実施例の略図である。
１０ ポンピング源
１１ 導波レーザ
１２ 波長ルータ
１３ 波長ルータ
１４ 出力導波路
１５ タップ
１６ フォトダイオード
１７ 制御回路
２０ 波長分割マルチプレクサ
３０ ポンプリフレクタ
６１ パッシブスターカプラ
６２ パッシブスターカプラ
６３ 格子
６４ 導波路アンプ
─────────────────────────────────────────────────────
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(72)発明者 ジョン エヴァン ジョンソン
アメリカ合衆国 07974 ニュージャー
シィ，ニュープロヴィデンス，チャーン
ウッド ロード 429
(56)参考文献 特開 平８−162697（ＪＰ，Ａ)
特開 平７−301723（ＪＰ，Ａ)
欧州特許出願公開435217（ＥＰ，Ａ
２)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01S 3/00 - 3/30
G02B 6/28
Claims (9)
- 【請求項１】 複数のポンピング波長λｐ１、λｐ２、
・・・、λｐｎに調整可能なポンプ源と、 該ポンピング波長のそれぞれに反応して、λｓ１、λ
ｓ２ 、・・・、λｓｎの各波長で光を発出する複数の
導波レーザと、 該ポンプ源と該複数の導波レーザとを相互接続する光ル
ータとからなり、各ポンピング波長λｐｉは、該ポンピ
ング波長に反応してλｓｉで光を発出する各々の導波レ
ーザへ前記光ルータを介して向けられており、それによ
り、ポンピング波長によって決定される波長を有するレ
ーザ発光の選択が行なわれることを特徴とする波長選択
可能なレーザ源。 - 【請求項２】 請求項１に記載のレーザ源において、該
レーザ源は第２の光ルータと共通出力導波路とを含み、
該複数の導波レーザと該共通出力導波路との間に相互接
続された該第２のルータは、該波長レーザの出力を該出
力導波路に向けることを特徴とするレーザ源。 - 【請求項３】 請求項２に記載のレーザ源において、該
レーザ源はλsのサンプルに反応して該調整可能ポンプ
源の波長λsを調整するフィードバック制御ユニットを
含むことを特徴とするレーザ源。 - 【請求項４】 請求項１に記載のレーザ源において、該
複数の導波レーザは希土類金属がドーピングされた光フ
ァイバレーザからなることを特徴とするレーザ源。 - 【請求項５】 請求項１に記載のレーザ源において、該
複数の導波レーザは複数の四分の一波長シフトＤＦＢフ
ァイバ格子レーザからなることを特徴とするレーザ源。 - 【請求項６】 請求項１に記載のレーザ源において、該
複数の導波レーザは、1540乃至1560nmの範囲の波長を発
することを特徴とするレーザ源。 - 【請求項７】 請求項１に記載のレーザ源において、該
光ルータは導波格子ルータであることを特徴とするレー
ザ源。 - 【請求項８】 請求項１に記載のレーザ源において、該
光ルータはスターカプラーとファイバ格子フィルタとか
らなることを特徴とするレーザ源。 - 【請求項９】 請求項１に記載のレーザ源において、該
ポンピング源が光学空胴を含むファイバ外部空胴レーザ
であり、少なくとも１つの該導波レーザが、該少なくと
も１つの導波レーザの空洞内ポンピングを行うために、
該光学空洞に配置されていることを特徴とするレーザ
源。
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-
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