JPH05206587A - 外部キャビティレーザ - Google Patents
外部キャビティレーザInfo
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- JPH05206587A JPH05206587A JP4280649A JP28064992A JPH05206587A JP H05206587 A JPH05206587 A JP H05206587A JP 4280649 A JP4280649 A JP 4280649A JP 28064992 A JP28064992 A JP 28064992A JP H05206587 A JPH05206587 A JP H05206587A
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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
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
- H01S3/13—Stabilisation of laser output parameters, e.g. frequency or amplitude
- H01S3/136—Stabilisation of laser output parameters, e.g. frequency or amplitude by controlling devices placed within the cavity
- H01S3/137—Stabilisation of laser output parameters, e.g. frequency or amplitude by controlling devices placed within the cavity for stabilising of frequency
-
- 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
- H01S5/06837—Stabilising otherwise than by an applied electric field or current, e.g. by controlling the temperature
-
- 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
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Landscapes
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Abstract
(57)【要約】
【目的】光通信とコヒーレント光の測定応用において大
きな利点を得られるように、三つの多モード動作のすべ
てを自動的に排除する外部キャビティレーザを提供する
こと。 【構成】レーザの多モード動作を抑制するために、エタ
ロンの角度を調整するサーボ機構８２１が用いられる。
この機構はビート周波数を検出するためにダイオード検
出器８０９を使用し、これは多モード動作の期間中に生
じるビート周波数を検出する。検出器の出力は増幅、比
較、積分され、制御信号を発生する。制御信号はエタロ
ンの角度を制御するために用いられる。それにより、レ
ーザの多モード動作を抑制する。本発明においては、１
個の素子のみが機械的に且つ自動的に調整される。
きな利点を得られるように、三つの多モード動作のすべ
てを自動的に排除する外部キャビティレーザを提供する
こと。 【構成】レーザの多モード動作を抑制するために、エタ
ロンの角度を調整するサーボ機構８２１が用いられる。
この機構はビート周波数を検出するためにダイオード検
出器８０９を使用し、これは多モード動作の期間中に生
じるビート周波数を検出する。検出器の出力は増幅、比
較、積分され、制御信号を発生する。制御信号はエタロ
ンの角度を制御するために用いられる。それにより、レ
ーザの多モード動作を抑制する。本発明においては、１
個の素子のみが機械的に且つ自動的に調整される。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は広義にはレーザに関し、
より詳細にはエタロンを使用して安定化する、回折格子
による同調型、外部キャビティ半導体レーザに関する。
より詳細にはエタロンを使用して安定化する、回折格子
による同調型、外部キャビティ半導体レーザに関する。
【０００２】
【従来技術とその問題点】ヘテロダイン法を用いる将来
の光通信システムには、同調可能な単周波数で線幅の小
さい半導体レーザが必要となる。かかるレーザシステム
は、離れた受信機に光エネルギを送出するために、変調
されそして光ファイバ・ケーブルに結合される。この種
のレーザ光学システムは現在使用されているシステムよ
り帯域幅の点で明らかにすぐれており、これは高ビット
レート・長距離の光通信システムに対しては魅力的なも
のである。
の光通信システムには、同調可能な単周波数で線幅の小
さい半導体レーザが必要となる。かかるレーザシステム
は、離れた受信機に光エネルギを送出するために、変調
されそして光ファイバ・ケーブルに結合される。この種
のレーザ光学システムは現在使用されているシステムよ
り帯域幅の点で明らかにすぐれており、これは高ビット
レート・長距離の光通信システムに対しては魅力的なも
のである。
【０００３】ヘテロダイン信号分析のようなヘテロダイ
ン通信および他のコヒーレントな（単周波数）応用にと
って、モノリシック単周波数レーザの線幅（光学的帯域
幅）は許容可能なシステム性能を得るのに充分なだけ小
さくない場合がある。しかし、外部キャビティの、回折
格子による同調型半導体レーザはかかる応用（アプリケ
ーション）に必要な狭い帯域幅と同調範囲をもってい
る。
ン通信および他のコヒーレントな（単周波数）応用にと
って、モノリシック単周波数レーザの線幅（光学的帯域
幅）は許容可能なシステム性能を得るのに充分なだけ小
さくない場合がある。しかし、外部キャビティの、回折
格子による同調型半導体レーザはかかる応用（アプリケ
ーション）に必要な狭い帯域幅と同調範囲をもってい
る。
【０００４】外部キャビティレーザの狭い帯域幅は光学
ヘテロダイン・スペクトル分析装置において特に重要で
ある。これらのシステムでは、かかる装置に用いられる
局部発振器の線幅は試験される信号の線幅よりはるかに
小さくなければならない。さらに、局部発振器の縦サイ
ドモード（ｓｉｄｅｍｏｄｅ）抑制比は非常に高く、３
０ｄｂを越えていなければならない。これは、局部発振
器のいかなるサイドモードも試験される信号のスペクト
ルの特徴と区別することができないからである。
ヘテロダイン・スペクトル分析装置において特に重要で
ある。これらのシステムでは、かかる装置に用いられる
局部発振器の線幅は試験される信号の線幅よりはるかに
小さくなければならない。さらに、局部発振器の縦サイ
ドモード（ｓｉｄｅｍｏｄｅ）抑制比は非常に高く、３
０ｄｂを越えていなければならない。これは、局部発振
器のいかなるサイドモードも試験される信号のスペクト
ルの特徴と区別することができないからである。
【０００５】回折格子による同調型外部キャビティの半
導体レーザの設計は当該技術分野において周知である。
外部キュビティレーザの設計の一例が米国特許４、９４
２、５８３号に開示されている。
導体レーザの設計は当該技術分野において周知である。
外部キュビティレーザの設計の一例が米国特許４、９４
２、５８３号に開示されている。
【０００６】外部キャビティレーザの問題点の一つは、
同調の間、あるいはレーザ出力を最大とするためにバイ
アス電流を増大させるとき、二つあるいはそれ以上の縦
モート周波数（多モード）の間でホップする。（スイッ
チする）傾向があることである、多モード動作は外部キ
ャビティレーザの帯域幅が、一つの動作周波数以外を排
除するだけ十分に狭くないために発生する。
同調の間、あるいはレーザ出力を最大とするためにバイ
アス電流を増大させるとき、二つあるいはそれ以上の縦
モート周波数（多モード）の間でホップする。（スイッ
チする）傾向があることである、多モード動作は外部キ
ャビティレーザの帯域幅が、一つの動作周波数以外を排
除するだけ十分に狭くないために発生する。
【０００７】多モード動作には三つの一般的な型があ
る。常にそうであるわけではないが、これら三つの型の
多モード動作は、図１に示すように駆動電流範囲がしだ
いに高くなるにつれて発生する傾向がある。Ｉ型の多モ
ード動作とは半導体レーザのしきい値の最も近くで発生
する傾向がある。しかし、これは半導体の電流の上限値
まで伸びる場合がある。図２に示すように、Ｉ型多モー
ド状態は一つの強い主モードと二つの弱い対称サイドモ
ードを特徴とする。サイドモード比は約−１０ｄｂから
−３０ｄｂの間にある。これはレーザの多モード動作の
うち最も悪影響の軽い形態であり、主モードの線幅は単
振動モードのそれと同等である（約５０−１００キロヘ
ルツ“ＫＨｚ”）。図において、Ｃは光速を、Ｌは外部
キャビティ長を示す。
る。常にそうであるわけではないが、これら三つの型の
多モード動作は、図１に示すように駆動電流範囲がしだ
いに高くなるにつれて発生する傾向がある。Ｉ型の多モ
ード動作とは半導体レーザのしきい値の最も近くで発生
する傾向がある。しかし、これは半導体の電流の上限値
まで伸びる場合がある。図２に示すように、Ｉ型多モー
ド状態は一つの強い主モードと二つの弱い対称サイドモ
ードを特徴とする。サイドモード比は約−１０ｄｂから
−３０ｄｂの間にある。これはレーザの多モード動作の
うち最も悪影響の軽い形態であり、主モードの線幅は単
振動モードのそれと同等である（約５０−１００キロヘ
ルツ“ＫＨｚ”）。図において、Ｃは光速を、Ｌは外部
キャビティ長を示す。
【０００８】ＩＩ型多モード動作は図３に示すようにＩ
型より高い電流レベルで発生する傾向があるが、半導体
のしきい値電流で発生することもある。ほぼ等しいエネ
ルギ・レベルを有するいくつかのモードがあることもあ
り、また主モードと認識できるものがない場合もある。
個々のモードの線幅はＩ型に比べていくぶん広く、約１
００ＫＨｚから約１０ＫＨｚである。ＩＩ型多モード状
態では、レーザ・エネルギはいくつかの周波数に拡散す
ることがあり、レーザシステムはコヒーレントなアプリ
ケーションではもはや機能しない。
型より高い電流レベルで発生する傾向があるが、半導体
のしきい値電流で発生することもある。ほぼ等しいエネ
ルギ・レベルを有するいくつかのモードがあることもあ
り、また主モードと認識できるものがない場合もある。
個々のモードの線幅はＩ型に比べていくぶん広く、約１
００ＫＨｚから約１０ＫＨｚである。ＩＩ型多モード状
態では、レーザ・エネルギはいくつかの周波数に拡散す
ることがあり、レーザシステムはコヒーレントなアプリ
ケーションではもはや機能しない。
【０００９】ＩＩＩ型多モード動作は半導体の最も高い
電流範囲で発生する。エネルギは図４に示すように多く
の周波数にだいたい均等に拡散し、それぞれのエネルギ
はＧＨｚあるいはそれ以上にわたって広げられる。ＩＩ
Ｉ型多モーザ動作は“コヒーレント崩壊”の領域にあ
る。この崩壊は一般的には一つの主モードが増幅される
ことのない外部キャビティにおける光学的カオス（ｃｈ
ａｏｓ）の始まりに起因する。
電流範囲で発生する。エネルギは図４に示すように多く
の周波数にだいたい均等に拡散し、それぞれのエネルギ
はＧＨｚあるいはそれ以上にわたって広げられる。ＩＩ
Ｉ型多モーザ動作は“コヒーレント崩壊”の領域にあ
る。この崩壊は一般的には一つの主モードが増幅される
ことのない外部キャビティにおける光学的カオス（ｃｈ
ａｏｓ）の始まりに起因する。
【００１０】多モード動作を防止すべく外部キャビティ
レーザを制御する試みが行なわれてきた。Ｍ．Ｏｈｔｓ
ｕ他が１９８９年１月の“Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｌｉ
ｇｈｔｗａｖｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ”Ｖｏ１．７、
Ｎｏ．１の“ＡＳｉｍｐｌｅＩｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔ
ｒｉｃ Ｍｅｈｔｏｄ ｆｏｒ Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ
Ｍｏｄｅ Ｈｏｐｐｉｎｇ ｉｎ Ｔｕｎａｂｌｅ
Ｅｘｔｅｒｎａｌ−Ｃａｖｉｔｙ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕ
ｃｔｏｒ Ｌａｓｅｒｓ”と題する論文にかかる試みの
一つを説明している。彼らの実験装置を図５に示す。
レーザを制御する試みが行なわれてきた。Ｍ．Ｏｈｔｓ
ｕ他が１９８９年１月の“Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｌｉ
ｇｈｔｗａｖｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ”Ｖｏ１．７、
Ｎｏ．１の“ＡＳｉｍｐｌｅＩｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔ
ｒｉｃ Ｍｅｈｔｏｄ ｆｏｒ Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ
Ｍｏｄｅ Ｈｏｐｐｉｎｇ ｉｎ Ｔｕｎａｂｌｅ
Ｅｘｔｅｒｎａｌ−Ｃａｖｉｔｙ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕ
ｃｔｏｒ Ｌａｓｅｒｓ”と題する論文にかかる試みの
一つを説明している。彼らの実験装置を図５に示す。
【００１１】Ｏｈｔｓｕその他の実験では、多モードを
抑制するために、電子・光学的サーボループを用いた自
動制御装置が構成された。ファイバー遅延線５０１を用
いて複数のレーザモードの時間的重複を増大させ、それ
によって得られる光学信号を増大した。局部発振器５０
３とミクサ５０５を用いて検出器５０７からのビート信
号を、代表的には数ＧＨｚから数ＭＨｚに下降変換し
た。この下降変換処理によって圧電変換器（ＰＺＴ）５
０９の制御に用いられる無線周波数（ＲＦ）信号が生成
される。
抑制するために、電子・光学的サーボループを用いた自
動制御装置が構成された。ファイバー遅延線５０１を用
いて複数のレーザモードの時間的重複を増大させ、それ
によって得られる光学信号を増大した。局部発振器５０
３とミクサ５０５を用いて検出器５０７からのビート信
号を、代表的には数ＧＨｚから数ＭＨｚに下降変換し
た。この下降変換処理によって圧電変換器（ＰＺＴ）５
０９の制御に用いられる無線周波数（ＲＦ）信号が生成
される。
【００１２】Ｏｈｓｔｕその他はモード・ビート信号の
存在をキャビティ長の変更に用いている。これは、ＰＺ
Ｔへの電圧を変化させ、それによって回折格子５１１を
動かすことによって達成される。回折格子の動きは光学
的フィードバックの通過帯域幅を変えず、フィードバッ
ク位相だけを変える。回折格子の位置の変化によってレ
ーザ出力が単一モードになる場合、ビート信号が消え、
ＰＺＴへの現在の電圧が維持され、それによってフィー
ドバック位相が適正な値に維持される。
存在をキャビティ長の変更に用いている。これは、ＰＺ
Ｔへの電圧を変化させ、それによって回折格子５１１を
動かすことによって達成される。回折格子の動きは光学
的フィードバックの通過帯域幅を変えず、フィードバッ
ク位相だけを変える。回折格子の位置の変化によってレ
ーザ出力が単一モードになる場合、ビート信号が消え、
ＰＺＴへの現在の電圧が維持され、それによってフィー
ドバック位相が適正な値に維持される。
【００１３】発明者の実験結果からは、キャビティ長を
調整することによってはこれら三つの型の多モード動作
は抑制されないことがわかっている。キャビティ長の変
更によってＩ型の多モード動作は抑制されるが、ＩＩモ
ードの抑制には部分的に有効であるにすぎず、ＩＩＩ型
モード動作は抑制されない。さらに、キャビティ長は、
レーザ電流が、それが有効である一つの特定の多モード
動作範囲内であっても、変更される場合には再調整しな
ければならないことがある。
調整することによってはこれら三つの型の多モード動作
は抑制されないことがわかっている。キャビティ長の変
更によってＩ型の多モード動作は抑制されるが、ＩＩモ
ードの抑制には部分的に有効であるにすぎず、ＩＩＩ型
モード動作は抑制されない。さらに、キャビティ長は、
レーザ電流が、それが有効である一つの特定の多モード
動作範囲内であっても、変更される場合には再調整しな
ければならないことがある。
【００１４】１９８７年４月の“Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ
Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ”Ｖｏ
１．ＬＴ−５、Ｎｏ．４において、Ｎ．Ａ．Ｏｌｓｓｏ
ｎ等によって“Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ Ｃｈａｒａｃ
ｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ １．５ ｕｍ Ｅｘｔｅｒ
ｎａｌ Ｃａｖｉｔｙ ＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒＬ
ａｓｅｒｓ ｆｏｒ Ｃｏｈｅｒｅｎｔ Ｏｐｔｉｃａ
ｌ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ”と題する論文が発表
されている。この論文では、ＰＺＴでキャビティ長を制
御するためのフィードバックを用いる外部キャビティレ
ーザ・システムを説明している。また、キャビティの通
過帯域を狭めるキャビティ内エタロンを説明している。
エタロンの角度を変更してレーザの複数の内部モード間
での同調が行われる。当該技術分野で周知の通り、エタ
ロンがキャビティ内ビームの中でしだいに傾斜するにつ
れて回折格子の光学的通過帯域幅を周期的に狭める。Ｏ
ｌｓｓｏｎ等のシステムを図６および図７に示す。
Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ”Ｖｏ
１．ＬＴ−５、Ｎｏ．４において、Ｎ．Ａ．Ｏｌｓｓｏ
ｎ等によって“Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ Ｃｈａｒａｃ
ｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ １．５ ｕｍ Ｅｘｔｅｒ
ｎａｌ Ｃａｖｉｔｙ ＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒＬ
ａｓｅｒｓ ｆｏｒ Ｃｏｈｅｒｅｎｔ Ｏｐｔｉｃａ
ｌ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ”と題する論文が発表
されている。この論文では、ＰＺＴでキャビティ長を制
御するためのフィードバックを用いる外部キャビティレ
ーザ・システムを説明している。また、キャビティの通
過帯域を狭めるキャビティ内エタロンを説明している。
エタロンの角度を変更してレーザの複数の内部モード間
での同調が行われる。当該技術分野で周知の通り、エタ
ロンがキャビティ内ビームの中でしだいに傾斜するにつ
れて回折格子の光学的通過帯域幅を周期的に狭める。Ｏ
ｌｓｓｏｎ等のシステムを図６および図７に示す。
【００１５】Ｏｌｓｓｏｎ等の外部キャビティレーザの
基本要素の構成は図６から最もよく理解できる。レーザ
ダイオード６０１からの光はレンズ６０３によって平行
調整され、エタロン６０５を通して投影され、回折格子
反射器６０７によってレーザに逆反射される。ＰＺＴ要
素６０９が反射器６０７に機械的に結合され、光路の長
さの調整に用いられる。
基本要素の構成は図６から最もよく理解できる。レーザ
ダイオード６０１からの光はレンズ６０３によって平行
調整され、エタロン６０５を通して投影され、回折格子
反射器６０７によってレーザに逆反射される。ＰＺＴ要
素６０９が反射器６０７に機械的に結合され、光路の長
さの調整に用いられる。
【００１６】レーザを安定化させるために、図７に示す
ようにフィードバックシステムが設けられている。この
フィードバックシステムはビート検出器７０１、検出器
７０１の出力を低い周波数に変換するミクサ７０３、ミ
クサ出力をＤＣ（直流）制御レベルに変換するローパス
フィルタ７０５、およひＤＣ制御レベルをＰＺＴ（図示
せず）の駆動に必要な高電圧に増幅する高電圧増幅器７
０７を用いる。
ようにフィードバックシステムが設けられている。この
フィードバックシステムはビート検出器７０１、検出器
７０１の出力を低い周波数に変換するミクサ７０３、ミ
クサ出力をＤＣ（直流）制御レベルに変換するローパス
フィルタ７０５、およひＤＣ制御レベルをＰＺＴ（図示
せず）の駆動に必要な高電圧に増幅する高電圧増幅器７
０７を用いる。
【００１７】Ｏｌｓｓｏｎ等の外部キャビティレーザの
同調は、粗同調、中間同調、および微同調に分けられ
る。粗同調は、回折格子反射器６０７を回転し、所望の
波長に最も近い内部モードを選択することによって行わ
れる。これによって約９００Å（オングストローム）の
同調範囲が提供される。内部モード（複数個）とは、外
部キャビティのないレーザダイオードの縦モードを指
す。これらの内部モードはレーザ・ファセット上の反射
防止コーティングが不完全であるために現れる。中間同
調はレーザの内部モード間の同調であり、その範囲は約
１９Åである。この同調はキャビティ内エタロン６０５
の手動調整と回折格子反射器６０７の微回転の組合せに
よって行われる。微同調はメガヘルツ領域内でレーザ周
波数を変化させる外部キャビティの長さの調整によって
行われる。ＰＺＴ６０９はこの調整を容易にするために
反射器６０７に接続される。
同調は、粗同調、中間同調、および微同調に分けられ
る。粗同調は、回折格子反射器６０７を回転し、所望の
波長に最も近い内部モードを選択することによって行わ
れる。これによって約９００Å（オングストローム）の
同調範囲が提供される。内部モード（複数個）とは、外
部キャビティのないレーザダイオードの縦モードを指
す。これらの内部モードはレーザ・ファセット上の反射
防止コーティングが不完全であるために現れる。中間同
調はレーザの内部モード間の同調であり、その範囲は約
１９Åである。この同調はキャビティ内エタロン６０５
の手動調整と回折格子反射器６０７の微回転の組合せに
よって行われる。微同調はメガヘルツ領域内でレーザ周
波数を変化させる外部キャビティの長さの調整によって
行われる。ＰＺＴ６０９はこの調整を容易にするために
反射器６０７に接続される。
【００１８】０１ｓｓｏｎ等の外部キャビティレーザ・
システムは多数の手動調整によってこれら三つの型の多
モード動作のすべてを排除することができるが、これら
三つの型の他モード動作のすべてを自動的に排除するこ
とができるレーザシステムが必要とされている。
システムは多数の手動調整によってこれら三つの型の多
モード動作のすべてを排除することができるが、これら
三つの型の他モード動作のすべてを自動的に排除するこ
とができるレーザシステムが必要とされている。
【００１９】
【発明の目的】本発明の目的は光通信とコヒーレントの
測定アプリケーションに用いて大きな利点を得られるよ
うに、三つの型の多モード動作のすべてを自動的に排除
する外部キャビティレーザを提供することである。さら
に、本発明の目的は従来の技術で必要であった複数の要
素の調整に代わって一つの要素の調整によって多モード
動作の排除を達成し、それによってレーザシステムの設
計を簡略化するものである。
測定アプリケーションに用いて大きな利点を得られるよ
うに、三つの型の多モード動作のすべてを自動的に排除
する外部キャビティレーザを提供することである。さら
に、本発明の目的は従来の技術で必要であった複数の要
素の調整に代わって一つの要素の調整によって多モード
動作の排除を達成し、それによってレーザシステムの設
計を簡略化するものである。
【００２０】
【発明の概要】本発明は半導体レーザを用いてコヒーレ
ントな光ビームを発生する。エタロンが検流計に取り付
けられ、そして半導体レーザと逆反射回析格子の間の光
路内に配置される。よってビームがエタロンを通り回析
格子によってレーザ半導体に反射される。
ントな光ビームを発生する。エタロンが検流計に取り付
けられ、そして半導体レーザと逆反射回析格子の間の光
路内に配置される。よってビームがエタロンを通り回析
格子によってレーザ半導体に反射される。
【００２１】フィードバック回路を用いて検流計の制御
が行われ、それによってエタロンの角度が制御される。
このフィードバック回路は多モード（ビート周波数）検
出器からの出力を検流計の駆動に用いられる制御電流に
変換することによってこの動作を行う。検流計が移動す
るにつれて、レーザビームに対するエタロンの角度が多
モード動作が排除されるまで変化する。
が行われ、それによってエタロンの角度が制御される。
このフィードバック回路は多モード（ビート周波数）検
出器からの出力を検流計の駆動に用いられる制御電流に
変換することによってこの動作を行う。検流計が移動す
るにつれて、レーザビームに対するエタロンの角度が多
モード動作が排除されるまで変化する。
【００２２】外部キャビティレーザの一つの構成要素だ
けが調整されるため、レーザシステムの設計、製造およ
び使用が大幅に簡略化される。
けが調整されるため、レーザシステムの設計、製造およ
び使用が大幅に簡略化される。
【００２３】
【実施例】図８に示すように、本発明は同調可能な外部
キャビティレーザにより実施される。半導体レーザ８０
１は光路８０３に沿って第１のレーザビームを、また光
路８０５に沿って第２のレーザビーム発生する。第１の
レーザビームはレンズ８０６によって集束され、ファイ
バー光学スプリッタ８０７を通過し、このスプリッタが
ビームを二つの部分に分割する。一方の部分はビート検
出器８０９に結合され、他方の部分はレーザ出力８１１
になる。
キャビティレーザにより実施される。半導体レーザ８０
１は光路８０３に沿って第１のレーザビームを、また光
路８０５に沿って第２のレーザビーム発生する。第１の
レーザビームはレンズ８０６によって集束され、ファイ
バー光学スプリッタ８０７を通過し、このスプリッタが
ビームを二つの部分に分割する。一方の部分はビート検
出器８０９に結合され、他方の部分はレーザ出力８１１
になる。
【００２４】第２のレーザビームはコリメータレンズ８
１３を通過する。このレンズ８１３はエタロン８１５を
介して逆反射器回析格子８１７上にビームを集束する。
検流計８１９がエタロン８１５に機械的に結合され、こ
れを回転させることができる。このエタロンは厚さが約
５ｍｍであり、１３００ｎｍ（ナノメートル）において
面あたり約Ｒ＝４％の反射コーティングを有する。
１３を通過する。このレンズ８１３はエタロン８１５を
介して逆反射器回析格子８１７上にビームを集束する。
検流計８１９がエタロン８１５に機械的に結合され、こ
れを回転させることができる。このエタロンは厚さが約
５ｍｍであり、１３００ｎｍ（ナノメートル）において
面あたり約Ｒ＝４％の反射コーティングを有する。
【００２５】エタロン８１５を調整するためにフィード
バックシステム８２１が設けられている。このフィード
バックシステムは、Ａｖａｎｔｅｋ ＡＭＧ ４０４６
Ｍ等の増幅器８２３に接続されたＡＴ＆Ｔ製の電子アバ
ランシェ・ホトダイオード（ＡＰＤ）等のビート検出器
８０９を含む。増幅器８２３からの出力は包絡線検出回
路８２５に接続されており、この包絡線検出回路８２５
は積分器８２７に接続されている。ＩＬＸ Ｌｉｇｈｔ
ｗａｖｅ ＬＤＸ−３２０７等の電圧−電流変換器８２
９は積分器８２７に接続され、変換器８２９の出力は検
流計８１９に接続される。
バックシステム８２１が設けられている。このフィード
バックシステムは、Ａｖａｎｔｅｋ ＡＭＧ ４０４６
Ｍ等の増幅器８２３に接続されたＡＴ＆Ｔ製の電子アバ
ランシェ・ホトダイオード（ＡＰＤ）等のビート検出器
８０９を含む。増幅器８２３からの出力は包絡線検出回
路８２５に接続されており、この包絡線検出回路８２５
は積分器８２７に接続されている。ＩＬＸ Ｌｉｇｈｔ
ｗａｖｅ ＬＤＸ−３２０７等の電圧−電流変換器８２
９は積分器８２７に接続され、変換器８２９の出力は検
流計８１９に接続される。
【００２６】レーザが多モードで動作する場合、異なる
複数の周波数が混合し、ビート周波数がビート検出ダイ
オード８０９によって検出される。ダイオード８０９か
らの出力は通常増幅器８２３によって増幅されるマイク
ロ波信号である。包絡線検出器８２５はしきい値検出器
の機能を果たす。検出器８２５が設定レベルを越える増
幅器８２３からの信号を受け取ると、検出器８２５は積
分器８２７に直流電圧を出力する。検出器８２５からの
出力はオンあるいはオフの二つのレベルを有する。
複数の周波数が混合し、ビート周波数がビート検出ダイ
オード８０９によって検出される。ダイオード８０９か
らの出力は通常増幅器８２３によって増幅されるマイク
ロ波信号である。包絡線検出器８２５はしきい値検出器
の機能を果たす。検出器８２５が設定レベルを越える増
幅器８２３からの信号を受け取ると、検出器８２５は積
分器８２７に直流電圧を出力する。検出器８２５からの
出力はオンあるいはオフの二つのレベルを有する。
【００２７】積分器８２７は検出器８２５が直流電圧を
出力する時間長に比例した出力電圧を出力する。この時
間が長くなるにつれて積分器８２７によって生成される
出力電圧が増大する。この出力電圧は電圧−電流変換器
８２９によって電流に変換される。電圧が高いほど高い
電流に変換される。
出力する時間長に比例した出力電圧を出力する。この時
間が長くなるにつれて積分器８２７によって生成される
出力電圧が増大する。この出力電圧は電圧−電流変換器
８２９によって電流に変換される。電圧が高いほど高い
電流に変換される。
【００２８】Ｇｅｎｅｒａｌ Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｇ１
２０Ｄが検流計８１９として用いられ、検流計８１９の
回転は電圧−電流変換器８２９からの電流によって制御
される。検流計の回転にともなってエタロン８１５が回
転する。エタロン８１５のある回転角で、キャビティの
通過帯域は多モード動作を抑制するのに充分なだけ狭め
られる。ビート周波数が消え、包絡線検出器８２５の入
力にはもはや信号が存在しない。入力信号がないと、包
絡線検出器８２５からの出力はオフ状態に切り換わる。
これにより積分器８２７からの出力電圧が一定となる。
積分器８２７の出力電圧は電圧−電流変換器８２９の入
力として動作する。変換器８２９〜の一定入力電圧によ
り、変換器８２９の出力は一定のままであり、それによ
ってエタロン８０５の角度が一定に保たれる。
２０Ｄが検流計８１９として用いられ、検流計８１９の
回転は電圧−電流変換器８２９からの電流によって制御
される。検流計の回転にともなってエタロン８１５が回
転する。エタロン８１５のある回転角で、キャビティの
通過帯域は多モード動作を抑制するのに充分なだけ狭め
られる。ビート周波数が消え、包絡線検出器８２５の入
力にはもはや信号が存在しない。入力信号がないと、包
絡線検出器８２５からの出力はオフ状態に切り換わる。
これにより積分器８２７からの出力電圧が一定となる。
積分器８２７の出力電圧は電圧−電流変換器８２９の入
力として動作する。変換器８２９〜の一定入力電圧によ
り、変換器８２９の出力は一定のままであり、それによ
ってエタロン８０５の角度が一定に保たれる。
【００２９】レーザシステムを異なる周波数に同調する
には、当該技術分野において周知の通り逆反射器回析格
子８１７を回転させて角度を変更する。また、積分器８
２７はリセットされ、積分器８２７からの出力電圧が最
小値になり、この結果エタロン８１５が最小角度に回転
する。そして積分器８２７はリセット状態から解放さ
れ、フィードバックシステム８２１がレーザシステムを
新しい周波数で安定させる。
には、当該技術分野において周知の通り逆反射器回析格
子８１７を回転させて角度を変更する。また、積分器８
２７はリセットされ、積分器８２７からの出力電圧が最
小値になり、この結果エタロン８１５が最小角度に回転
する。そして積分器８２７はリセット状態から解放さ
れ、フィードバックシステム８２１がレーザシステムを
新しい周波数で安定させる。
【００３０】もちろん、当該技術に精通する者には本発
明の範囲内でこのフィードバック回路を変更することが
可能である。たとえば、積分器８２７はここに開示する
ようにビート信号の振幅が減少するとき出力電圧を一定
に保持する。積分器８２７が出力電圧を保持しないよう
に変更することができることは明らかである。この変更
によってフィードバック回路は多モード動作を低減する
ようにエタロン８１５の角度を連続的に調整する。エタ
ロンは約４％の反射率を有するものとして説明したが、
当該技術に精通する者にはコーティングされていないエ
タロンあるいはより高い反射率を有するエタロンをこの
アプリケーションに適合させることが可能であろう。
明の範囲内でこのフィードバック回路を変更することが
可能である。たとえば、積分器８２７はここに開示する
ようにビート信号の振幅が減少するとき出力電圧を一定
に保持する。積分器８２７が出力電圧を保持しないよう
に変更することができることは明らかである。この変更
によってフィードバック回路は多モード動作を低減する
ようにエタロン８１５の角度を連続的に調整する。エタ
ロンは約４％の反射率を有するものとして説明したが、
当該技術に精通する者にはコーティングされていないエ
タロンあるいはより高い反射率を有するエタロンをこの
アプリケーションに適合させることが可能であろう。
【００３１】
【発明の効果】以上の説明のように、本発明によれば全
ての多モード動作を自動的に排除することができる。そ
してこれは単に１個の要素を自動調達することにより行
なわれる。よってレーザシステムの簡単化が図られる。
したがって光通信システムやコヒーレント光を用いた測
定分野に使用して極めて多大な効果を発揮する。
ての多モード動作を自動的に排除することができる。そ
してこれは単に１個の要素を自動調達することにより行
なわれる。よってレーザシステムの簡単化が図られる。
したがって光通信システムやコヒーレント光を用いた測
定分野に使用して極めて多大な効果を発揮する。
【図１】レーザ光強度対レーザ電流との関係を示した図
である。
である。
【図２】レーザのＩ型多モード動作を示した図である。
【図３】レーザのＩＩ型多モード動作を示した図であ
る。
る。
【図４】レーザのＩＩＩ型多モード動作を示した図であ
る。
る。
【図５】従来技術による外部キャビティレーザのブロッ
ク図である。
ク図である。
【図６】従来技術による外部キャビティレーザのブロッ
ク図である。
ク図である。
【図７】従来技術による外部キャビティレーザに使用さ
れるフィードバック回路のブロック図である。
れるフィードバック回路のブロック図である。
【図８】本発明による外部キャビティレーザのブロック
図である。
図である。
Claims (4)
- 【請求項１】レーザビームを発生するレーザ光源と、前
記レーザビームを前記レーザ光源に反射させる回折格子
と、前記回折格子と前記レーザ光源との間に配置されて
レーザビームが通過するエタロンと、前記レーザビーム
を受信するレーザビーム多モード検出器と、前記検出器
の出力信号に応答して前記レーザビームに対する前記エ
タロンの角度を調整するエタロン角度調整手段とを含
み、前記検出器がレーザビーム多モード動作を検出する
と、前記エタロン角度調整手段は、一つ以外の他の全て
のモードの増幅が減少されるように前記エタロンを自動
的に動かすようにした外部キャビティレーザ。 - 【請求項２】前記エタロン角度調整手段はガルバノメー
タを含む請求項１に記載の外部キャビティレーザ。 - 【請求項３】前記レーザビーム多モード検出器はホトダ
イオードを含む請求項１に記載の外部キャビティレーザ - 【請求項４】レーザビームを発生するレーザ光源と、前
記レーザビームを前記レーザ光源に反射させる回折格子
と、前記回折格子と前記レーザ光源との間に、前記レー
ザ光源から前記回折格子へのレーザビームと前記回折格
子から前記レーザ光源への反射レーザビームとが通過す
るように配置されたエタロンと、前記レーザビームを受
信し、レーザモード多モード動作が検出された時出力信
号を発生するレーザビーム多モード検出器と、角度制御
入力を有し、前記レーザビームに対する前記エタロンの
角度を調整するエタロン角度調整手段と、前記エタロン
角度調整手段の出力を受信し、前記角度制御入力に制御
信号を与え、レーザ多モード動作が減少するまでエタロ
ン角度を調整する電気的多モード動作制御手段とを含む
外部キャビティレーザ。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US766595 | 1991-09-26 | ||
| US07/766,595 US5161165A (en) | 1991-09-26 | 1991-09-26 | Multimode stabilized external cavity laser |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05206587A true JPH05206587A (ja) | 1993-08-13 |
| JP3459081B2 JP3459081B2 (ja) | 2003-10-20 |
Family
ID=25076914
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28064992A Expired - Fee Related JP3459081B2 (ja) | 1991-09-26 | 1992-09-25 | 外部キャビティレーザ |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5161165A (ja) |
| EP (1) | EP0534305B1 (ja) |
| JP (1) | JP3459081B2 (ja) |
| DE (1) | DE69206557T2 (ja) |
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| JP2000174368A (ja) * | 1998-12-04 | 2000-06-23 | Photonetics Sa | 多数波長レ―ザ源 |
| WO2016152404A1 (ja) * | 2015-03-25 | 2016-09-29 | 株式会社アマダホールディングス | 半導体レーザ発振器 |
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| US6188705B1 (en) | 1997-05-16 | 2001-02-13 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Fiber grating coupled light source capable of tunable, single frequency operation |
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- 1991-09-26 US US07/766,595 patent/US5161165A/en not_active Expired - Lifetime
-
1992
- 1992-09-16 DE DE69206557T patent/DE69206557T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1992-09-16 EP EP92115842A patent/EP0534305B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1992-09-25 JP JP28064992A patent/JP3459081B2/ja not_active Expired - Fee Related
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