JP2001015856A - 多波長エタロンおよび同調可能レーザアセンブリ - Google Patents
多波長エタロンおよび同調可能レーザアセンブリInfo
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- 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
- H01S3/08—Construction or shape of optical resonators or components thereof
- H01S3/08018—Mode suppression
- H01S3/08022—Longitudinal modes
- H01S3/08031—Single-mode emission
- H01S3/08036—Single-mode emission using intracavity dispersive, polarising or birefringent elements
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
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- G01J9/02—Measuring optical phase difference; Determining degree of coherence; Measuring optical wavelength by interferometric methods
- G01J9/0246—Measuring optical wavelength
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- H01S5/00—Semiconductor lasers
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- H01S5/0687—Stabilising the frequency of the laser
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 1ナノメートル以下の精度で狭い範囲のレー
ザ出力周波数を正確に同調することが必要な高精度レー
ザ同調アプリケーションに適したステップエタロンを実
現する。 【解決手段】 エタロン30の公称厚さdは、透過ピー
クが、選択された光通信チャネル(例えば1550n
m)にほぼ等しい波長に現れ、次のピークが、隣の通信
チャネル(例えば、チャネル間隔がほぼ0.4nmのシ
ステムでは1550.4nm)にほぼ等しい波長に現れ
るように、選択される。複数のステップが、エタロン3
0の一方の側面14に形成される。ステップサイズΔd
は、チャネル間隔csより小さく、あるステップの領域
における透過曲線のピークまたは谷が、他のステップの
透過曲線の急勾配部分に重なるようにほぼ最適化され
る。
ザ出力周波数を正確に同調することが必要な高精度レー
ザ同調アプリケーションに適したステップエタロンを実
現する。 【解決手段】 エタロン30の公称厚さdは、透過ピー
クが、選択された光通信チャネル(例えば1550n
m)にほぼ等しい波長に現れ、次のピークが、隣の通信
チャネル(例えば、チャネル間隔がほぼ0.4nmのシ
ステムでは1550.4nm)にほぼ等しい波長に現れ
るように、選択される。複数のステップが、エタロン3
0の一方の側面14に形成される。ステップサイズΔd
は、チャネル間隔csより小さく、あるステップの領域
における透過曲線のピークまたは谷が、他のステップの
透過曲線の急勾配部分に重なるようにほぼ最適化され
る。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ光源の波長
を安定化させる際に用いられる多波長エタロンに関す
る。
を安定化させる際に用いられる多波長エタロンに関す
る。
【0002】
【従来の技術】多くのレーザアプリケーションでは、レ
ーザ光源の出力を特定の波長に正確に同調することが必
要である。特に、光ファイバ通信では、隣り合う伝送チ
ャネルどうしの間隔を密に(しばしば、0.4ナノメー
トルしか異ならない波長で)するために、通信レーザの
正確な同調が必要である。このように間隔が密なチャネ
ルでは、±0.1ナノメートル以下の精度でレーザの波
長を割り当てられたチャネルに同調しなければならな
い。正確なレーザ同調の方法の1つは、さまざまな入力
波長どうしを弁別するために適当な厚さを有するエタロ
ンを使用することである。精密な結果のために、エタロ
ンの厚さは非常に精密に制御されなければならない。
ーザ光源の出力を特定の波長に正確に同調することが必
要である。特に、光ファイバ通信では、隣り合う伝送チ
ャネルどうしの間隔を密に(しばしば、0.4ナノメー
トルしか異ならない波長で)するために、通信レーザの
正確な同調が必要である。このように間隔が密なチャネ
ルでは、±0.1ナノメートル以下の精度でレーザの波
長を割り当てられたチャネルに同調しなければならな
い。正確なレーザ同調の方法の1つは、さまざまな入力
波長どうしを弁別するために適当な厚さを有するエタロ
ンを使用することである。精密な結果のために、エタロ
ンの厚さは非常に精密に制御されなければならない。
【0003】図1に、従来のエタロン10を示す。エタ
ロンは、ある距離dだけ離れた2つの部分的に反射的な
平行な面12、14を有し、屈折率rの材料からなる。
波長λのコリメートされた光がエタロンを通ると、光の
一部は面12、14から反射される。複数回反射された
光線は、互いに強めあい、または、弱めあって干渉し、
エタロン10を通る光の全強度を変える。最大透過は、
反射面12、14どうしの間の距離の2倍がエタロン中
の波長λの整数倍であるときに起こる。すなわち、2d
×r/λ=x(ただし、xは整数)である。エタロン1
0の透過特性を、図2のaおよび図2のbのグラフに示
す。図示のように、透過特性は波長の周期関数であり、
部分的反射面12、14の反射率Rの関数である。エタ
ロンの厚さdおよび屈折率rは、与えられた波長の周り
のピークどうしの間の距離を決定する。反射率Rは、エ
タロン壁によって反射される光の割合を決定する。これ
は、強めあうおよび弱めあう干渉に利用可能な光の量を
規定し、従って、透過ピークがどのくらい狭いかまたは
広いかを規定する。
ロンは、ある距離dだけ離れた2つの部分的に反射的な
平行な面12、14を有し、屈折率rの材料からなる。
波長λのコリメートされた光がエタロンを通ると、光の
一部は面12、14から反射される。複数回反射された
光線は、互いに強めあい、または、弱めあって干渉し、
エタロン10を通る光の全強度を変える。最大透過は、
反射面12、14どうしの間の距離の2倍がエタロン中
の波長λの整数倍であるときに起こる。すなわち、2d
×r/λ=x(ただし、xは整数)である。エタロン1
0の透過特性を、図2のaおよび図2のbのグラフに示
す。図示のように、透過特性は波長の周期関数であり、
部分的反射面12、14の反射率Rの関数である。エタ
ロンの厚さdおよび屈折率rは、与えられた波長の周り
のピークどうしの間の距離を決定する。反射率Rは、エ
タロン壁によって反射される光の割合を決定する。これ
は、強めあうおよび弱めあう干渉に利用可能な光の量を
規定し、従って、透過ピークがどのくらい狭いかまたは
広いかを規定する。
【0004】光源の周波数に同調するためにエタロンを
使用するには、透過光の強度が決定されなければならな
い。通常、これは、光検出器16を用いることにより行
われる。光検出器16により測定される出力光の強度
を、参照ビームの強度と比較し、その差を用いて誤差信
号を発生し、これを用いて、例えばレーザの動作温度を
変えることによって、レーザにより出力される光の波長
を調整する。
使用するには、透過光の強度が決定されなければならな
い。通常、これは、光検出器16を用いることにより行
われる。光検出器16により測定される出力光の強度
を、参照ビームの強度と比較し、その差を用いて誤差信
号を発生し、これを用いて、例えばレーザの動作温度を
変えることによって、レーザにより出力される光の波長
を調整する。
【0005】小さい波長変化でエタロンの透過強度が大
きく変化するとき波長に対する最適制御が実現される。
すなわち、最適制御は、図2のaの領域20のように、
透過曲線の勾配が最も急であるときに実現される。領域
22のように、曲線の勾配がピークから谷に向かって小
さくなるにつれて、透過強度は波長の波長の変化ととも
に小さくなり、強度測定は限界的な制御しか提供しなく
なる。透過曲線のほぼピークまたは谷24の波長では、
透過強度は波長の変化とともにわずかしか変化せず、エ
タロンからは有用な制御はほとんどまたは全く得られな
い。従って、入力光源の周波数を構成する際に従来のエ
タロンが有用であるためには、反射面どうしの間の距離
dを非常に高い精度で制御して、注目する波長λ0が透
過曲線の急勾配領域20に入るようにしなければならな
い。
きく変化するとき波長に対する最適制御が実現される。
すなわち、最適制御は、図2のaの領域20のように、
透過曲線の勾配が最も急であるときに実現される。領域
22のように、曲線の勾配がピークから谷に向かって小
さくなるにつれて、透過強度は波長の波長の変化ととも
に小さくなり、強度測定は限界的な制御しか提供しなく
なる。透過曲線のほぼピークまたは谷24の波長では、
透過強度は波長の変化とともにわずかしか変化せず、エ
タロンからは有用な制御はほとんどまたは全く得られな
い。従って、入力光源の周波数を構成する際に従来のエ
タロンが有用であるためには、反射面どうしの間の距離
dを非常に高い精度で制御して、注目する波長λ0が透
過曲線の急勾配領域20に入るようにしなければならな
い。
【0006】従来のアプリケーションでは、エタロンの
厚さdに100万分の1以上の高い精度を要求すること
もまれではない。厚さをこの精度で制御したエタロンを
製造すると一般に製造歩留まりが低くなる。デバイスの
全厚さの非常にわずかな変化でも大きな影響が出るから
である。さらに、エタロンの動作特性は温度依存性が高
い。従って、使用時には、熱膨張による厚さの変化を防
ぐために、エタロンの温度を精密に制御しなければなら
ない。同調されるレーザの波長がレーザの動作温度を制
御することによって調整されるようなシステムでは、エ
タロンは、レーザと同じ熱容器に収納することはできな
い。温度変化もまた、エタロンの透過特性に影響を及ぼ
すからことになるからである。その代わりに、エタロン
は、所定の温度にエタロンを維持する専用の熱的に制御
された容器に収納しなければならない。これは、エタロ
ンによるレーザ同調アセンブリのコストおよび複雑さを
いずれも増大させる。さらに、エタロンの相対的厚さは
入射光の角度に依存するため、入射光が面に垂直になる
ようにエタロンを正確に配置する必要があるが、その作
業の困難さは、レーザおよびエタロンが別々に収納され
るときには増大する。
厚さdに100万分の1以上の高い精度を要求すること
もまれではない。厚さをこの精度で制御したエタロンを
製造すると一般に製造歩留まりが低くなる。デバイスの
全厚さの非常にわずかな変化でも大きな影響が出るから
である。さらに、エタロンの動作特性は温度依存性が高
い。従って、使用時には、熱膨張による厚さの変化を防
ぐために、エタロンの温度を精密に制御しなければなら
ない。同調されるレーザの波長がレーザの動作温度を制
御することによって調整されるようなシステムでは、エ
タロンは、レーザと同じ熱容器に収納することはできな
い。温度変化もまた、エタロンの透過特性に影響を及ぼ
すからことになるからである。その代わりに、エタロン
は、所定の温度にエタロンを維持する専用の熱的に制御
された容器に収納しなければならない。これは、エタロ
ンによるレーザ同調アセンブリのコストおよび複雑さを
いずれも増大させる。さらに、エタロンの相対的厚さは
入射光の角度に依存するため、入射光が面に垂直になる
ようにエタロンを正確に配置する必要があるが、その作
業の困難さは、レーザおよびエタロンが別々に収納され
るときには増大する。
【0007】他のエタロン構造もまた比較的複雑で高価
である。例えば、ある程度の温度補償を行うために、一
方の反射面の位置を物理的に調整する機構を有するホロ
ー(凹形)エタロンや、2つのエタロンどうしの間の位
置を調整する機構を有するマルチエタロンデバイスが用
いられる。しかし、これらは製造・制御が複雑であり、
それぞれ、数万ドルもかかることがある。同様に、くさ
び形エタロンは、くさびの幅にわたるさまざまな厚さを
提供するが、正確なくさび角で製造するのが困難であ
り、所望の厚さの領域に当たるようにくさびへの光の入
射点を制御するデバイスもまた複雑かつ高価である。
である。例えば、ある程度の温度補償を行うために、一
方の反射面の位置を物理的に調整する機構を有するホロ
ー(凹形)エタロンや、2つのエタロンどうしの間の位
置を調整する機構を有するマルチエタロンデバイスが用
いられる。しかし、これらは製造・制御が複雑であり、
それぞれ、数万ドルもかかることがある。同様に、くさ
び形エタロンは、くさびの幅にわたるさまざまな厚さを
提供するが、正確なくさび角で製造するのが困難であ
り、所望の厚さの領域に当たるようにくさびへの光の入
射点を制御するデバイスもまた複雑かつ高価である。
【0008】エタロンは特定の波長のみの光を透過する
ため、エタロンは、与えられた光ビーム中にある波長の
光が存在するときを示すスペクトルセンサとしても用い
られる。単一のデバイスがいくつかの異なる周波数の光
を検出するために使用可能なように、エタロンにステッ
プ(階段)状の面を設けることが知られている。この種
のステップ分光エタロン構成は、米国特許第4,82
2,998号(発明者:Yokota et al.)および米国特
許第5,144,498号(発明者:Vincent)に記載
されている。分光分析で用いられるエタロンは、広範囲
の波長(通常、数百ナノメートルの波長差のオーダー)
にわたる弁別を行うように設計される。これを実現する
ため、エタロンステップサイズは比較的大きくなければ
ならず、その結果、隣り合うステップどうしの間の主透
過ピークは遠く離れ、通常、少なくとも数十ナノメート
ルとなる。
ため、エタロンは、与えられた光ビーム中にある波長の
光が存在するときを示すスペクトルセンサとしても用い
られる。単一のデバイスがいくつかの異なる周波数の光
を検出するために使用可能なように、エタロンにステッ
プ(階段)状の面を設けることが知られている。この種
のステップ分光エタロン構成は、米国特許第4,82
2,998号(発明者:Yokota et al.)および米国特
許第5,144,498号(発明者:Vincent)に記載
されている。分光分析で用いられるエタロンは、広範囲
の波長(通常、数百ナノメートルの波長差のオーダー)
にわたる弁別を行うように設計される。これを実現する
ため、エタロンステップサイズは比較的大きくなければ
ならず、その結果、隣り合うステップどうしの間の主透
過ピークは遠く離れ、通常、少なくとも数十ナノメート
ルとなる。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】スペクトルレンジ内の
波長の正確な検知を可能にするためには、鋭い、分離し
た検出信号を得るために、各ステップに対応する透過ピ
ークもまた、適当に規定され、互いに分離していなけれ
ばならない。この種のスペクトル検知エタロンは広い範
囲の波長にわたり動作するように最適化されるため、1
ナノメートル以下の精度で狭い範囲のレーザ出力周波数
を正確に同調することが必要な高精度レーザ同調アプリ
ケーションには不向きである。
波長の正確な検知を可能にするためには、鋭い、分離し
た検出信号を得るために、各ステップに対応する透過ピ
ークもまた、適当に規定され、互いに分離していなけれ
ばならない。この種のスペクトル検知エタロンは広い範
囲の波長にわたり動作するように最適化されるため、1
ナノメートル以下の精度で狭い範囲のレーザ出力周波数
を正確に同調することが必要な高精度レーザ同調アプリ
ケーションには不向きである。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、レーザ
通信システムを同調する際の使用に最適化された厚さお
よびステップサイズが、ステップエタロンに設けられ
る。エタロンの公称厚さは、透過ピークが、選択された
光通信チャネル(例えば、1550nm)にほぼ等しい
波長に現れ、次のピークが、隣の通信チャネル(例え
ば、チャネル間隔がほぼ0.4nmのシステムでは15
50.4nm)にほぼ等しい波長に現れるように、選択
される。複数のステップが、エタロンの一方の側面に形
成される。ステップサイズは、チャネル間隔より小さ
く、あるステップの領域における透過曲線のピークまた
は谷が、他のステップの透過曲線の急勾配部分に重なる
ようにほぼ最適化される。このようにして、特定の周波
数を有する入力光に対して、少なくとも1つのステップ
の透過曲線が、最大同調制御を提供する急勾配部分にあ
るようになる。ステップエタロンの側面の反射率Rは、
およそ5%〜95%の間にあり、曲線のステップ性と透
過のピークと谷の間のコントラストとの間の最良のバラ
ンスをとるのに最も好ましいのは、約40%である。
通信システムを同調する際の使用に最適化された厚さお
よびステップサイズが、ステップエタロンに設けられ
る。エタロンの公称厚さは、透過ピークが、選択された
光通信チャネル(例えば、1550nm)にほぼ等しい
波長に現れ、次のピークが、隣の通信チャネル(例え
ば、チャネル間隔がほぼ0.4nmのシステムでは15
50.4nm)にほぼ等しい波長に現れるように、選択
される。複数のステップが、エタロンの一方の側面に形
成される。ステップサイズは、チャネル間隔より小さ
く、あるステップの領域における透過曲線のピークまた
は谷が、他のステップの透過曲線の急勾配部分に重なる
ようにほぼ最適化される。このようにして、特定の周波
数を有する入力光に対して、少なくとも1つのステップ
の透過曲線が、最大同調制御を提供する急勾配部分にあ
るようになる。ステップエタロンの側面の反射率Rは、
およそ5%〜95%の間にあり、曲線のステップ性と透
過のピークと谷の間のコントラストとの間の最良のバラ
ンスをとるのに最も好ましいのは、約40%である。
【0011】動作時には、光検出器を用いて、各ステッ
プの領域においてエタロンを通る透過強度を測定する。
透過曲線の重なり合いのため、少なくとも1つのステッ
プは、指定されたチャネルの範囲内の特定の入力波長に
対して、急勾配領域にある透過曲線を有する。既知波長
の光源を用いて個々のステップエタロンを較正すること
により、特定の温度で、与えられた範囲の入力波長に対
して、最良の同調応答を与えるステップはどれかを示す
較正テーブルを作成することができる。
プの領域においてエタロンを通る透過強度を測定する。
透過曲線の重なり合いのため、少なくとも1つのステッ
プは、指定されたチャネルの範囲内の特定の入力波長に
対して、急勾配領域にある透過曲線を有する。既知波長
の光源を用いて個々のステップエタロンを較正すること
により、特定の温度で、与えられた範囲の入力波長に対
して、最良の同調応答を与えるステップはどれかを示す
較正テーブルを作成することができる。
【0012】このような較正テーブルが作成されると、
これを温度および入力波長範囲の情報とともに用いて、
レーザ光源を同調する際に使用する最良のステップを選
択することができる。選択されるステップは、エタロン
の温度の変化に応答して必要に応じて変えることが可能
である。この能力により、ステップエタロンをレーザと
同じ熱容器内で使用することが可能となる。選択される
ステップは、同調プロセス中に起こるレーザの温度変化
に応じて変えることができるからである。さらに、複数
のステップはエタロンの全厚さの製造変動を補償するた
め、絶対厚さを非常に高い精度で制御しなければならな
い従来のエタロンよりも、ずっと高い製造歩留まりを得
ることが可能となる。
これを温度および入力波長範囲の情報とともに用いて、
レーザ光源を同調する際に使用する最良のステップを選
択することができる。選択されるステップは、エタロン
の温度の変化に応答して必要に応じて変えることが可能
である。この能力により、ステップエタロンをレーザと
同じ熱容器内で使用することが可能となる。選択される
ステップは、同調プロセス中に起こるレーザの温度変化
に応じて変えることができるからである。さらに、複数
のステップはエタロンの全厚さの製造変動を補償するた
め、絶対厚さを非常に高い精度で制御しなければならな
い従来のエタロンよりも、ずっと高い製造歩留まりを得
ることが可能となる。
【0013】
【発明の実施の形態】図3のaに、光通信に使用される
レーザの同調に適した、本発明によるステップエタロン
30を示す。このエタロンは、公称厚さdを有し、少な
くとも注目する波長の範囲で透過的な、屈折率rを有す
る材料からなる。エタロンの一方の側面12は光学的に
平坦である。エタロンの反対側の面14には一連の小さ
いステップ14a、14b、14cが形成され、各ステ
ップは光学的に平坦で、側面12にほぼ平行である。公
称厚さdは最も下のステップ14aに関して示されてい
るが、この厚さは、いずれのステップに関して測定する
ことも可能である。側面12およびステップ14a、1
4b、14cの面は部分的に反射的であり、およそ5%
〜95%の間の反射率の範囲にある。好ましい実施例で
は、この反射率は40%である。
レーザの同調に適した、本発明によるステップエタロン
30を示す。このエタロンは、公称厚さdを有し、少な
くとも注目する波長の範囲で透過的な、屈折率rを有す
る材料からなる。エタロンの一方の側面12は光学的に
平坦である。エタロンの反対側の面14には一連の小さ
いステップ14a、14b、14cが形成され、各ステ
ップは光学的に平坦で、側面12にほぼ平行である。公
称厚さdは最も下のステップ14aに関して示されてい
るが、この厚さは、いずれのステップに関して測定する
ことも可能である。側面12およびステップ14a、1
4b、14cの面は部分的に反射的であり、およそ5%
〜95%の間の反射率の範囲にある。好ましい実施例で
は、この反射率は40%である。
【0014】エタロン30の公称厚さd(ステップの効
果を考慮しない)は、代表的な光通信チャネルの波長、
代表的チャネル波長と隣のチャネル波長との間のチャネ
ル間隔cs、および、エタロンの屈折率rに従って選択
される。公称厚さdは、透過曲線において、与えられた
チャネル波長λと、隣のチャネル波長λ+csとの両方
に透過ピークがあるように選択される。最大透過は、エ
タロン厚さdが、半波長の整数倍に等しいときに起こ
る。すなわち、d=(1/2)x・λ/r(ただし、x
は整数)である。透過ピークがλおよびλ+csの両方
で起こるような厚さdについて解くと d=λ(λ+cs)/(2・r・cs) (1) となる。具体例では、同調されるべき光チャネルの波長
は1550nmであり、次のチャネル波長との間のチャ
ネル間隔は約0.4nmである。屈折率r=1.5の場
合、エタロン30の公称厚さdは約2mmとなる。
果を考慮しない)は、代表的な光通信チャネルの波長、
代表的チャネル波長と隣のチャネル波長との間のチャネ
ル間隔cs、および、エタロンの屈折率rに従って選択
される。公称厚さdは、透過曲線において、与えられた
チャネル波長λと、隣のチャネル波長λ+csとの両方
に透過ピークがあるように選択される。最大透過は、エ
タロン厚さdが、半波長の整数倍に等しいときに起こ
る。すなわち、d=(1/2)x・λ/r(ただし、x
は整数)である。透過ピークがλおよびλ+csの両方
で起こるような厚さdについて解くと d=λ(λ+cs)/(2・r・cs) (1) となる。具体例では、同調されるべき光チャネルの波長
は1550nmであり、次のチャネル波長との間のチャ
ネル間隔は約0.4nmである。屈折率r=1.5の場
合、エタロン30の公称厚さdは約2mmとなる。
【0015】また、図3のaには、それぞれステップ1
4a、14b、および14cと整列した光検出器16
a、16b、および16cを有する光検出器アレイ32
も示されている。コリメートされた光ビーム60がエタ
ロン30に入射すると、光61a、61b、61cは、
それぞれのステップ14a、14b、14cの領域での
エタロン30の正味の厚さ(すなわち、d、d+Δ
d1、およびd+Δd1+Δd 2)、波長λ、およびエタ
ロンの面の反射率に依存する強度で透過する。透過光6
1a、61b、61cの強度は光検出器アレイによって
検出され、強度信号i 1、i2、およびi3で表される。
4a、14b、および14cと整列した光検出器16
a、16b、および16cを有する光検出器アレイ32
も示されている。コリメートされた光ビーム60がエタ
ロン30に入射すると、光61a、61b、61cは、
それぞれのステップ14a、14b、14cの領域での
エタロン30の正味の厚さ(すなわち、d、d+Δ
d1、およびd+Δd1+Δd 2)、波長λ、およびエタ
ロンの面の反射率に依存する強度で透過する。透過光6
1a、61b、61cの強度は光検出器アレイによって
検出され、強度信号i 1、i2、およびi3で表される。
【0016】ステップサイズ(Δd1、Δd2など)は、
チャネル間隔より小さくなるように選択され、好ましく
は、各ステップに対応する透過曲線のピークが互いにシ
フトして、あるステップの領域での透過曲線が、他のス
テップの透過曲線の急勾配部分に重なるように、最適化
される。図3のaの、このように選択されたステップサ
イズを有するエタロン30に対する透過特性のグラフを
図4に示す。
チャネル間隔より小さくなるように選択され、好ましく
は、各ステップに対応する透過曲線のピークが互いにシ
フトして、あるステップの領域での透過曲線が、他のス
テップの透過曲線の急勾配部分に重なるように、最適化
される。図3のaの、このように選択されたステップサ
イズを有するエタロン30に対する透過特性のグラフを
図4に示す。
【0017】図4に示すように、代表的波長λ0におい
て、ステップ14aの領域での透過(曲線i3で示され
る)は、低勾配領域24におけるピーク付近にある。こ
の領域では、透過光の大きさは波長の変化に対してほと
んど変化しないため、λ0付近の入力波長の高精度の同
調のための有用な手段にならない。ステップ14cの領
域での透過(曲線i1で示される)は、谷付近の比較的
低い勾配の領域22にある。この領域では、透過光の大
きさは波長の変化に対してある程度変化するが、λ0付
近の入力波長の高精度の同調のためには一般に十分では
ない。しかし、周波数λ0は、ステップ14bに対する
透過曲線i2上の急勾配領域20内に入っている。この
領域では、λ0付近の入力周波数の比較的小さい変化で
も、透過光の大きさに大きなシフトが生じる。従って、
このような条件の下では、ステップ14bでの透過は、
高精度同調での使用に適した手段を与える。認識される
ように、異なる動作条件の下では、異なるステップに対
応する透過強度のほうが適当な同調手段を与える可能性
がある。
て、ステップ14aの領域での透過(曲線i3で示され
る)は、低勾配領域24におけるピーク付近にある。こ
の領域では、透過光の大きさは波長の変化に対してほと
んど変化しないため、λ0付近の入力波長の高精度の同
調のための有用な手段にならない。ステップ14cの領
域での透過(曲線i1で示される)は、谷付近の比較的
低い勾配の領域22にある。この領域では、透過光の大
きさは波長の変化に対してある程度変化するが、λ0付
近の入力波長の高精度の同調のためには一般に十分では
ない。しかし、周波数λ0は、ステップ14bに対する
透過曲線i2上の急勾配領域20内に入っている。この
領域では、λ0付近の入力周波数の比較的小さい変化で
も、透過光の大きさに大きなシフトが生じる。従って、
このような条件の下では、ステップ14bでの透過は、
高精度同調での使用に適した手段を与える。認識される
ように、異なる動作条件の下では、異なるステップに対
応する透過強度のほうが適当な同調手段を与える可能性
がある。
【0018】好ましい実施例では、ステップサイズは、
透過ピーク(または谷)が透過曲線の波長のほぼ4分の
1に等しいだけ互いにずらされるように選択される。こ
の場合、上記のような構成のエタロンでは、透過曲線の
1波長は、注目する特定波長におけるチャネル間隔cs
に等しい。公称波長λにおいて、nステップ(nは1よ
り大きい)の場合、最初の透過曲線はλにピークを有
し、残りの曲線はcs/2nの間隔でピークを有する。
公称波長1550nm、チャネル間隔0.4nmの上記
の例を用いると、2ステップエタロン30は、第1のス
テップでは1550nmにピークを有し、第2のステッ
プでは1550.1nmにピークを有するように設計さ
れる。3ステップシステムでは、ピーク間隔は0.4n
m/6となり、およそ1550nm、1550.066
nm、および1550.133nmに透過ピークを有す
る。
透過ピーク(または谷)が透過曲線の波長のほぼ4分の
1に等しいだけ互いにずらされるように選択される。こ
の場合、上記のような構成のエタロンでは、透過曲線の
1波長は、注目する特定波長におけるチャネル間隔cs
に等しい。公称波長λにおいて、nステップ(nは1よ
り大きい)の場合、最初の透過曲線はλにピークを有
し、残りの曲線はcs/2nの間隔でピークを有する。
公称波長1550nm、チャネル間隔0.4nmの上記
の例を用いると、2ステップエタロン30は、第1のス
テップでは1550nmにピークを有し、第2のステッ
プでは1550.1nmにピークを有するように設計さ
れる。3ステップシステムでは、ピーク間隔は0.4n
m/6となり、およそ1550nm、1550.066
nm、および1550.133nmに透過ピークを有す
る。
【0019】このように密な間隔の透過ピークを設ける
ため、ステップサイズは、エタロン内の公称波長より小
さくなるように選択される。好ましい実施例では、ステ
ップどうしの間の幅の差Δdは、エタロンの公称波長λ
/rの2分の1を、さらにステップ数で割ったものとな
る。すなわち、 Δd=λ/(2rn) (2) である。上記の例の2ステップシステムでは、エタロン
ステップサイズΔdは約258nmである。3ステップ
システムでは、ステップサイズΔdは約172nmであ
る。図3のaには3個のステップのみが図示されている
が、実際には、与えられたアプリケーションに対して必
要に応じた数のステップを設けることが可能である。
ため、ステップサイズは、エタロン内の公称波長より小
さくなるように選択される。好ましい実施例では、ステ
ップどうしの間の幅の差Δdは、エタロンの公称波長λ
/rの2分の1を、さらにステップ数で割ったものとな
る。すなわち、 Δd=λ/(2rn) (2) である。上記の例の2ステップシステムでは、エタロン
ステップサイズΔdは約258nmである。3ステップ
システムでは、ステップサイズΔdは約172nmであ
る。図3のaには3個のステップのみが図示されている
が、実際には、与えられたアプリケーションに対して必
要に応じた数のステップを設けることが可能である。
【0020】好ましくは、各ステップのステップサイズ
はほぼ等しい。しかし、式(2)に示されるように、各
ステップサイズの厚さは、考えている波長に依存する。
従って、各ステップのステップサイズは、そのステップ
に対する透過ピークが起こる特定の波長に関して最適化
することが可能である。しかし、一般に、チャネルのレ
ンジにわたるさまざまな波長に対する最適ステップサイ
ズの差はわずかであり、無視できる。
はほぼ等しい。しかし、式(2)に示されるように、各
ステップサイズの厚さは、考えている波長に依存する。
従って、各ステップのステップサイズは、そのステップ
に対する透過ピークが起こる特定の波長に関して最適化
することが可能である。しかし、一般に、チャネルのレ
ンジにわたるさまざまな波長に対する最適ステップサイ
ズの差はわずかであり、無視できる。
【0021】本発明によるステップエタロン30は、当
業者に周知の従来の光製造技術を用いて製造可能であ
る。さまざまな材料が使用可能であるが、エタロン30
の本体は好ましくは二酸化ケイ素(SiO2)で形成さ
れる。その屈折率は約1.5である。本体は、成長、エ
ッチング、または研削・研磨のような従来技術を用い
て、公称厚さdを有するように形成される。好ましく
は、ステップは、エタロン30の一方の側面14の選択
された部分に追加の光学的に平坦な層を成長させること
により形成される。この追加層は、エタロン透過関数を
保存するように、エタロンの本体に用いられる材料に少
なくとも近い屈折率を有する材料で形成される。SiO
2で形成された本体の場合、ステップは、SiO2および
SiNの層から形成することが可能である。SiO2お
よびSiNに対するさまざまな成長技術が、当業者に周
知であり、比較的安価であり、成長層の厚さを非常に高
い精度で制御することが可能である。別法として、ステ
ップは、制御エッチング技術を用いて形成することも可
能である。
業者に周知の従来の光製造技術を用いて製造可能であ
る。さまざまな材料が使用可能であるが、エタロン30
の本体は好ましくは二酸化ケイ素(SiO2)で形成さ
れる。その屈折率は約1.5である。本体は、成長、エ
ッチング、または研削・研磨のような従来技術を用い
て、公称厚さdを有するように形成される。好ましく
は、ステップは、エタロン30の一方の側面14の選択
された部分に追加の光学的に平坦な層を成長させること
により形成される。この追加層は、エタロン透過関数を
保存するように、エタロンの本体に用いられる材料に少
なくとも近い屈折率を有する材料で形成される。SiO
2で形成された本体の場合、ステップは、SiO2および
SiNの層から形成することが可能である。SiO2お
よびSiNに対するさまざまな成長技術が、当業者に周
知であり、比較的安価であり、成長層の厚さを非常に高
い精度で制御することが可能である。別法として、ステ
ップは、制御エッチング技術を用いて形成することも可
能である。
【0022】側面12およびステップ14a、14b、
14cの面は、銀またはアルミニウムの薄層を付ける
か、または、誘電体層を堆積することなどによって、当
業者に周知の方法を用いて部分的に反射的になるように
処理される。好ましくは、反射コーティングは、5%〜
95%の範囲の反射率を有する。図2のbに示したよう
に、ピークと谷の間の透過曲線のステップ性、および、
ピークと谷の間の強度コントラストは、屈折率に依存す
る。従って、比較的急勾配の領域の幅もまた屈折率に依
存する。屈折率Rは、与えられたアプリケーションおよ
びステップ数に対して、曲線のステップ性と、ピーク・
谷間コントラストとの間の最良のバランスを与えるよう
に選択される。ビーム品質、他のシステム項目、および
特定の性能条件も、与えられたアプリケーションに対す
る最適な反射率を決定する際に考慮されなければならな
い。光通信レーザの波長を同調する際の使用に適したス
テップエタロンに対して、入射光が十分にコリメートさ
れているとき、透過曲線のステップ性と、ピーク・谷間
コントラストの間の最適なバランスを与えるのは、約4
0%の面反射率であることが決定された。
14cの面は、銀またはアルミニウムの薄層を付ける
か、または、誘電体層を堆積することなどによって、当
業者に周知の方法を用いて部分的に反射的になるように
処理される。好ましくは、反射コーティングは、5%〜
95%の範囲の反射率を有する。図2のbに示したよう
に、ピークと谷の間の透過曲線のステップ性、および、
ピークと谷の間の強度コントラストは、屈折率に依存す
る。従って、比較的急勾配の領域の幅もまた屈折率に依
存する。屈折率Rは、与えられたアプリケーションおよ
びステップ数に対して、曲線のステップ性と、ピーク・
谷間コントラストとの間の最良のバランスを与えるよう
に選択される。ビーム品質、他のシステム項目、および
特定の性能条件も、与えられたアプリケーションに対す
る最適な反射率を決定する際に考慮されなければならな
い。光通信レーザの波長を同調する際の使用に適したス
テップエタロンに対して、入射光が十分にコリメートさ
れているとき、透過曲線のステップ性と、ピーク・谷間
コントラストの間の最適なバランスを与えるのは、約4
0%の面反射率であることが決定された。
【0023】上記の好ましい実施例では、エタロン30
は、単一の材料ブロックからなる。しかし、本発明は、
図3のbに示すエアギャップエタロン構成30′のよう
な、他の構成のエタロンにも適用可能である。エアギャ
ップエタロン30′は、少なくとも注目する波長の範囲
で透過的な材料からなる少なくとも2個の分かれたコン
ポーネント30a、30bを有する。エタロン30′
は、向かい合う平坦な内側面12およびステップ状の内
側面14を有し、これらはギャップ13により分離さ
れ、前述のものと同様に構成される。また2個のブロッ
ク30a、30bは、それぞれ外側面12′および1
4′を有し、これらは、好ましくは内側面に対して傾斜
し、入射光の反射を制限するために反射防止コーティン
グが施される。側面12および14によって区切られる
ギャップ13は、エタロン30′の活性部分を形成す
る。エタロン30′の透過特性は、2つの側面12、1
4の間の距離と、ギャップ内の気体の屈折率によって決
定される。
は、単一の材料ブロックからなる。しかし、本発明は、
図3のbに示すエアギャップエタロン構成30′のよう
な、他の構成のエタロンにも適用可能である。エアギャ
ップエタロン30′は、少なくとも注目する波長の範囲
で透過的な材料からなる少なくとも2個の分かれたコン
ポーネント30a、30bを有する。エタロン30′
は、向かい合う平坦な内側面12およびステップ状の内
側面14を有し、これらはギャップ13により分離さ
れ、前述のものと同様に構成される。また2個のブロッ
ク30a、30bは、それぞれ外側面12′および1
4′を有し、これらは、好ましくは内側面に対して傾斜
し、入射光の反射を制限するために反射防止コーティン
グが施される。側面12および14によって区切られる
ギャップ13は、エタロン30′の活性部分を形成す
る。エタロン30′の透過特性は、2つの側面12、1
4の間の距離と、ギャップ内の気体の屈折率によって決
定される。
【0024】好ましい実施例では、エタロン30の隣り
合うステップ14どうしの間の遷移は急峻ではなく、そ
の代わりに、急な遷移領域があることにより生じる回折
縞などの光学効果を低減するために「ゆるやかに」され
る。このようなゆるやかなステップ領域100a、10
0bを図3のcおよび図3のdに示す。この種のゆるや
かな遷移領域を形成するためにさまざまな方法が利用可
能であり、本願が優先権主張する米国特許出願と同日の
米国特許出願(発明の名称:"Stepped Etalonhaving So
ftened Step Transitions"、譲受人も同じくLucent Tec
hnologies, Inc.)に詳細に記載されている。
合うステップ14どうしの間の遷移は急峻ではなく、そ
の代わりに、急な遷移領域があることにより生じる回折
縞などの光学効果を低減するために「ゆるやかに」され
る。このようなゆるやかなステップ領域100a、10
0bを図3のcおよび図3のdに示す。この種のゆるや
かな遷移領域を形成するためにさまざまな方法が利用可
能であり、本願が優先権主張する米国特許出願と同日の
米国特許出願(発明の名称:"Stepped Etalonhaving So
ftened Step Transitions"、譲受人も同じくLucent Tec
hnologies, Inc.)に詳細に記載されている。
【0025】簡単に説明すれば、ゆるやかなステップ遷
移は、いくつかの方法で形成可能である。例えば、最初
のステップを形成した後、エタロン30のステップ状側
面全体を化学エッチングすることが可能である。ステッ
プの鋭い角は表面積が大きく応力が高いため、角は平坦
なステップ面よりも速い速度でエッチングされ、ゆるや
かな遷移領域が形成される。別法として、ステップ状領
域を、ガラス入りエポキシなどのようなスピンオンガラ
スなどの材料(エタロンガラスの屈折率に近い屈折率を
有する)でコーティングすることが可能である。スピン
オン材料は、ステップの上では薄いコーティングを形成
し、ステップ遷移領域では厚いコーティングを形成し
て、急峻な内角を充填するとともに外角をまるめる。さ
らに別法として、エタロンを選択的にアニールすること
も可能である。ステップ遷移領域に十分な熱を選択的に
加えて局所的な溶融を起こすことにより、溶融したエタ
ロンガラスが流れて再固化する際にゆるやかな遷移エッ
ジが形成される。
移は、いくつかの方法で形成可能である。例えば、最初
のステップを形成した後、エタロン30のステップ状側
面全体を化学エッチングすることが可能である。ステッ
プの鋭い角は表面積が大きく応力が高いため、角は平坦
なステップ面よりも速い速度でエッチングされ、ゆるや
かな遷移領域が形成される。別法として、ステップ状領
域を、ガラス入りエポキシなどのようなスピンオンガラ
スなどの材料(エタロンガラスの屈折率に近い屈折率を
有する)でコーティングすることが可能である。スピン
オン材料は、ステップの上では薄いコーティングを形成
し、ステップ遷移領域では厚いコーティングを形成し
て、急峻な内角を充填するとともに外角をまるめる。さ
らに別法として、エタロンを選択的にアニールすること
も可能である。ステップ遷移領域に十分な熱を選択的に
加えて局所的な溶融を起こすことにより、溶融したエタ
ロンガラスが流れて再固化する際にゆるやかな遷移エッ
ジが形成される。
【0026】また、ゆるやかな遷移は、ステップ製造プ
ロセス中に形成することも可能である。ある方法では、
ステップは、反応性イオンエッチングのような、方向性
のある「研磨性」エッチングプロセスによりエッチング
される。エッチングビームを、エッチングされる面に対
してある角度(例えば45度)でエタロンに当てる。結
果として得られるステップどうしの間の遷移領域は、そ
のエッチング角にほぼ等しい角を有することになる。別
の製造技術として、ステップ遷移領域に腐食性フォトレ
ジストマスクを使用するものも、ゆるやかなエッジを形
成するのに使用可能である。
ロセス中に形成することも可能である。ある方法では、
ステップは、反応性イオンエッチングのような、方向性
のある「研磨性」エッチングプロセスによりエッチング
される。エッチングビームを、エッチングされる面に対
してある角度(例えば45度)でエタロンに当てる。結
果として得られるステップどうしの間の遷移領域は、そ
のエッチング角にほぼ等しい角を有することになる。別
の製造技術として、ステップ遷移領域に腐食性フォトレ
ジストマスクを使用するものも、ゆるやかなエッジを形
成するのに使用可能である。
【0027】次に、図5のaに、ステップエタロン30
を同調レーザ52で較正するため、または、較正された
ステップエタロン30を用いてレーザ52を同調するた
めに適したアセンブリ50を示す。アセンブリ50は、
出力光ビーム54、および、コリメータ58に向かうサ
ンプル光ビーム56を生成する同調可能レーザ52を有
する。コリメートされた光60は、ステップエタロン3
0に向かう。実施例では、出力光ビーム54およびサン
プル光ビーム56は、レーザ52の両側で放出される。
別法として、サンプル光ビームは、適当に配置されたビ
ームスプリッタやスプリットファイバカプラによるよう
な当業者に周知のさまざまな技術を用いて生成すること
も可能である。
を同調レーザ52で較正するため、または、較正された
ステップエタロン30を用いてレーザ52を同調するた
めに適したアセンブリ50を示す。アセンブリ50は、
出力光ビーム54、および、コリメータ58に向かうサ
ンプル光ビーム56を生成する同調可能レーザ52を有
する。コリメートされた光60は、ステップエタロン3
0に向かう。実施例では、出力光ビーム54およびサン
プル光ビーム56は、レーザ52の両側で放出される。
別法として、サンプル光ビームは、適当に配置されたビ
ームスプリッタやスプリットファイバカプラによるよう
な当業者に周知のさまざまな技術を用いて生成すること
も可能である。
【0028】光検出器アレイ32は、エタロン30と整
列して配置され、エタロン30の各ステップを透過する
光の強度を示す検出信号63を生成する。エタロン30
の角により散乱される光から生じる可能性のある干渉を
除去するため、各ステップの中心と整列した穴を有する
不透明層のような散乱低減装置62を含めることも可能
である。
列して配置され、エタロン30の各ステップを透過する
光の強度を示す検出信号63を生成する。エタロン30
の角により散乱される光から生じる可能性のある干渉を
除去するため、各ステップの中心と整列した穴を有する
不透明層のような散乱低減装置62を含めることも可能
である。
【0029】従来のシステムとは異なり、レーザ52お
よびエタロン30は、単一のパッケージ66に収納する
ことができる。パッケージ66の温度を測定するために
温度ゲージ70を設ける。レーザによって出力される光
の波長を調整するためにレーザ波長制御素子68を設け
る。好ましくは、レーザは、熱的に同調可能であり、波
長制御素子68は、パッケージの温度を調整するため
の、ヒータや熱電冷却器のような温度コントローラを有
する。別法として、レーザ周波数は、電流制御可能であ
り、波長制御素子68は、適当な可変電流源である。
よびエタロン30は、単一のパッケージ66に収納する
ことができる。パッケージ66の温度を測定するために
温度ゲージ70を設ける。レーザによって出力される光
の波長を調整するためにレーザ波長制御素子68を設け
る。好ましくは、レーザは、熱的に同調可能であり、波
長制御素子68は、パッケージの温度を調整するため
の、ヒータや熱電冷却器のような温度コントローラを有
する。別法として、レーザ周波数は、電流制御可能であ
り、波長制御素子68は、適当な可変電流源である。
【0030】ゲージ70の出力および強度信号63は、
同調コントローラ64に入力される。同調コントローラ
64は、従来のマイクロコントローラによるシステムと
することが可能であり、波長コントローラ68に送られ
る信号によりレーザ62の波長を調整する。熱制御レー
ザの場合、同調コントローラ64は、パッケージ66の
温度を調整する。レーザ52およびエタロン30は同じ
パッケージ内にあるため、これらは常にほぼ同じ温度と
なる。
同調コントローラ64に入力される。同調コントローラ
64は、従来のマイクロコントローラによるシステムと
することが可能であり、波長コントローラ68に送られ
る信号によりレーザ62の波長を調整する。熱制御レー
ザの場合、同調コントローラ64は、パッケージ66の
温度を調整する。レーザ52およびエタロン30は同じ
パッケージ内にあるため、これらは常にほぼ同じ温度と
なる。
【0031】ステップエタロンを同調するためには、さ
まざまな温度で既知の波長を出力する較正されたレーザ
52を設ける。さまざまな温度および入力波長で強度信
号63を測定することにより、特定のエタロン30に対
する較正テーブル72を同調コントローラ64により生
成することができる。このテーブルは、特定の入力波長
および温度におけるエタロンの各ステップの透過曲線に
関する情報を含む。
まざまな温度で既知の波長を出力する較正されたレーザ
52を設ける。さまざまな温度および入力波長で強度信
号63を測定することにより、特定のエタロン30に対
する較正テーブル72を同調コントローラ64により生
成することができる。このテーブルは、特定の入力波長
および温度におけるエタロンの各ステップの透過曲線に
関する情報を含む。
【0032】このような較正テーブルが生成されると、
これを、熱容器の温度および一般的な入力波長範囲の情
報とともに使用して、およその既知波長を有する未同調
レーザ光源を同調する際に使用するのに最良の強度信号
をどのステップが与えるかを選択することができる。環
境条件の変化により、あるいは、レーザ52の波長を正
確に同調するための変化の結果として、熱容器66の温
度が変化すると、エタロンの寸法も変化する。較正テー
ブル72を参照することにより、同調コントローラ64
は、測定された温度および推定される波長での同調プロ
セスに使用するための、エタロンの各ステップからの強
度信号のうちの最良のものを選択する。
これを、熱容器の温度および一般的な入力波長範囲の情
報とともに使用して、およその既知波長を有する未同調
レーザ光源を同調する際に使用するのに最良の強度信号
をどのステップが与えるかを選択することができる。環
境条件の変化により、あるいは、レーザ52の波長を正
確に同調するための変化の結果として、熱容器66の温
度が変化すると、エタロンの寸法も変化する。較正テー
ブル72を参照することにより、同調コントローラ64
は、測定された温度および推定される波長での同調プロ
セスに使用するための、エタロンの各ステップからの強
度信号のうちの最良のものを選択する。
【0033】この較正により、レーザと同じパッケージ
内でステップエタロンを使用することが可能となる。選
択されるエタロンステップは、パッケージの温度変化
(例えば、同調プロセス中になされるレーザの温度変化
の結果としての)に応じて変えることができるからであ
る。さらに、複数のステップによりいくつかの正味のエ
タロン厚さが設けられるため、公称エタロン厚さd(こ
れは、ステップサイズほど精密には制御されないことが
ある)の変動が補償されるので、絶対的な厚さを非常に
正確に制御しなければならない従来の(ステップのな
い)エタロンの場合よりも、実質的に高い製造歩留まり
が得られる。
内でステップエタロンを使用することが可能となる。選
択されるエタロンステップは、パッケージの温度変化
(例えば、同調プロセス中になされるレーザの温度変化
の結果としての)に応じて変えることができるからであ
る。さらに、複数のステップによりいくつかの正味のエ
タロン厚さが設けられるため、公称エタロン厚さd(こ
れは、ステップサイズほど精密には制御されないことが
ある)の変動が補償されるので、絶対的な厚さを非常に
正確に制御しなければならない従来の(ステップのな
い)エタロンの場合よりも、実質的に高い製造歩留まり
が得られる。
【0034】ステップエタロン30を同調レーザ52で
較正するため、または、較正されたステップエタロン3
0を用いてレーザ52を同調するための代替構成50′
を図5のbに示す。この構成では、エタロン30は、レ
ーザ52を収納するパッケージ66の外部にある。エタ
ロン30およびそれをサポートするコンポーネント(例
えば、コリメータ58)は、ディスクリートに組み立て
ることも可能であるが、好ましくは、エタロン30、コ
リメータ58、および散乱低減装置62は、別のパッケ
ージ80に収納される。レーザパッケージ66は、前述
のように、波長制御ユニット68および温度ゲージ70
を有することが可能である。レーザの出力は、好ましく
はスプリット光ファイバケーブル84およびカプラ86
を通じて、エタロンパッケージ80の入力82に結合さ
れる。
較正するため、または、較正されたステップエタロン3
0を用いてレーザ52を同調するための代替構成50′
を図5のbに示す。この構成では、エタロン30は、レ
ーザ52を収納するパッケージ66の外部にある。エタ
ロン30およびそれをサポートするコンポーネント(例
えば、コリメータ58)は、ディスクリートに組み立て
ることも可能であるが、好ましくは、エタロン30、コ
リメータ58、および散乱低減装置62は、別のパッケ
ージ80に収納される。レーザパッケージ66は、前述
のように、波長制御ユニット68および温度ゲージ70
を有することが可能である。レーザの出力は、好ましく
はスプリット光ファイバケーブル84およびカプラ86
を通じて、エタロンパッケージ80の入力82に結合さ
れる。
【0035】好ましくは、エタロンパッケージ80の温
度を信号71により同調コントローラ64に示すために
温度ゲージ70′を使用する。この示された温度は、レ
ーザを同調する際の使用に最も適したエタロン出力信号
はいずれの出力信号であるかを決定するために、較正テ
ーブルとともに使用される。一実施例では、エタロンパ
ッケージ80には、自己の温度制御ユニット80′が設
けられる。しかし、本発明による特徴的なエタロン30
のステップ構造のため、これを可変温度環境で使用する
ことが可能である。従って、好ましい実施例では、同調
コントローラ64は、測定された温度に従って、どのエ
タロン出力信号を使用するかを選択することができる。
温度ゲージ70′はエタロンパッケージ80内に示され
ているが、認識されるように、ゲージ70′は、エタロ
ン温度の適当な測定が可能な限り、パッケージ80の外
部に配置することも可能である。
度を信号71により同調コントローラ64に示すために
温度ゲージ70′を使用する。この示された温度は、レ
ーザを同調する際の使用に最も適したエタロン出力信号
はいずれの出力信号であるかを決定するために、較正テ
ーブルとともに使用される。一実施例では、エタロンパ
ッケージ80には、自己の温度制御ユニット80′が設
けられる。しかし、本発明による特徴的なエタロン30
のステップ構造のため、これを可変温度環境で使用する
ことが可能である。従って、好ましい実施例では、同調
コントローラ64は、測定された温度に従って、どのエ
タロン出力信号を使用するかを選択することができる。
温度ゲージ70′はエタロンパッケージ80内に示され
ているが、認識されるように、ゲージ70′は、エタロ
ン温度の適当な測定が可能な限り、パッケージ80の外
部に配置することも可能である。
【0036】図5のbに示した構成の利点は、本発明に
よる単一のステップエタロン30と、単一の同調コント
ローラ64を用いて複数のレーザを同調し、各レーザ
が、例えば、光通信システム内の相異なるチャネルで光
エネルギーを供給するために使用されるようにすること
が可能であることである。3個のレーザパッケージ66
a、66b、および66cを有するこのような構成を図
5のcに示す。これらのレーザは、例えば、それぞれ波
長λ−cs、λ、およびλ+csの隣り合う光チャネル
で光エネルギーを供給するように設定され、それぞれ、
図5のbに示したような同調コントローラ64に接続さ
れる。各レーザパッケージ66からの光出力は、例えば
光ファイバ92を通じて光マルチプレクサ90に接続さ
れる。光マルチプレクサ90は、入力のうちの1つから
の光エネルギーを、同調コントローラ64からの入力に
従って、エタロンパッケージ80に送る。非常に限定さ
れた波長範囲でのみレーザを同調するために用いられる
従来のエタロンとは異なり、本発明によるステップエタ
ロン30は、中心設計周波数の周りの複数の隣接するチ
ャネルにわたりレーザを同調するのに適している。光マ
ルチプレクサを適当に制御し、レーザパッケージ66a
〜66cとの間の入出力を切り替え、エタロンの温度お
よび選択されたレーザの推定波長に従ってエタロンから
の適当な強度信号を選択することにより、各レーザをそ
れぞれ正確に同調することができる。この構成のその他
の利点は当業者には明らかである。
よる単一のステップエタロン30と、単一の同調コント
ローラ64を用いて複数のレーザを同調し、各レーザ
が、例えば、光通信システム内の相異なるチャネルで光
エネルギーを供給するために使用されるようにすること
が可能であることである。3個のレーザパッケージ66
a、66b、および66cを有するこのような構成を図
5のcに示す。これらのレーザは、例えば、それぞれ波
長λ−cs、λ、およびλ+csの隣り合う光チャネル
で光エネルギーを供給するように設定され、それぞれ、
図5のbに示したような同調コントローラ64に接続さ
れる。各レーザパッケージ66からの光出力は、例えば
光ファイバ92を通じて光マルチプレクサ90に接続さ
れる。光マルチプレクサ90は、入力のうちの1つから
の光エネルギーを、同調コントローラ64からの入力に
従って、エタロンパッケージ80に送る。非常に限定さ
れた波長範囲でのみレーザを同調するために用いられる
従来のエタロンとは異なり、本発明によるステップエタ
ロン30は、中心設計周波数の周りの複数の隣接するチ
ャネルにわたりレーザを同調するのに適している。光マ
ルチプレクサを適当に制御し、レーザパッケージ66a
〜66cとの間の入出力を切り替え、エタロンの温度お
よび選択されたレーザの推定波長に従ってエタロンから
の適当な強度信号を選択することにより、各レーザをそ
れぞれ正確に同調することができる。この構成のその他
の利点は当業者には明らかである。
【0037】以上、本発明の実施例について説明した
が、当業者であれば、上記の説明に基づいてさまざまな
変形例を考えることが可能であり、それらも本発明の技
術的範囲に入る。具体的には、上記では、エタロンの動
作は、透過光の強度に関して説明したが、理解されるよ
うに、本発明によるエタロンは、反射モードで使用する
ことも可能である。その場合、エタロンにより反射され
る光の強度が、伝達関数を決定するために測定される。
が、当業者であれば、上記の説明に基づいてさまざまな
変形例を考えることが可能であり、それらも本発明の技
術的範囲に入る。具体的には、上記では、エタロンの動
作は、透過光の強度に関して説明したが、理解されるよ
うに、本発明によるエタロンは、反射モードで使用する
ことも可能である。その場合、エタロンにより反射され
る光の強度が、伝達関数を決定するために測定される。
【0038】
【発明の効果】以上述べたごとく、本発明によれば、1
ナノメートル以下の精度で狭い範囲のレーザ出力周波数
を正確に同調することが必要な高精度レーザ同調アプリ
ケーションに適したエタロンが実現される。
ナノメートル以下の精度で狭い範囲のレーザ出力周波数
を正確に同調することが必要な高精度レーザ同調アプリ
ケーションに適したエタロンが実現される。
【図1】従来のエタロンの図である。
【図2】図1のエタロンの透過特性のグラフの図であ
る。
る。
【図3】本発明によるステップエタロンの図である。
【図4】図3のaのステップエタロンの透過特性のグラ
フの図である。
フの図である。
【図5】aおよびbは、図3のステップエタロンを利用
したレーザ同調システムの図である。cは、光マルチプ
レクサを通じて単一のエタロンパッケージに接続された
複数のレーザパッケージの図である。
したレーザ同調システムの図である。cは、光マルチプ
レクサを通じて単一のエタロンパッケージに接続された
複数のレーザパッケージの図である。
10 エタロン 12 反射面 13 ギャップ 14 反射面 16 光検出器 20 急勾配領域 30 ステップエタロン 32 光検出器アレイ 50 アセンブリ 52 同調レーザ 54 出力光ビーム 56 サンプル光ビーム 58 コリメータ 60 光ビーム 61 透過光 62 散乱低減装置 63 検出信号(強度信号) 64 同調コントローラ 66 パッケージ(熱容器) 68 波長コントローラ 70 温度ゲージ 72 較正テーブル 80 エタロンパッケージ 84 スプリット光ファイバケーブル 86 カプラ 90 光マルチプレクサ 92 光ファイバ 100 ステップ領域
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成12年8月25日(2000.8.2
5)
5)
【手続補正1】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正内容】
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
フロントページの続き (71)出願人 596077259 600 Mountain Avenue, Murray Hill, New Je rsey 07974−0636U.S.A. (72)発明者 リチャード ベンディクス ビルスマ アメリカ合衆国、18103 ペンシルバニア、 アレンタウン、ビクトリア サークル 1679 (72)発明者 ドミニク ポール リナウド アメリカ合衆国、19510 ペンシルバニア、 ブランドン、フェイス ドライブ 209 (72)発明者 ウォルター ジェフリー シェイクスピア アメリカ合衆国、18062 ペンシルバニア、 ロウワー マクンジー タウンシップ、メ ドウ ビュー ドライブ 4769
Claims (21)
- 【請求項1】 対向する第1側部および第2側部を有
し、少なくとも所定の波長範囲で透過的な本体を有する
多波長エタロンにおいて、 前記第1側部は面を有し、前記第2側部は複数のステッ
プを有し、各ステップは、前記第1側部の面とほぼ平行
な面を有し、前記第1側部の面および前記ステップの面
は少なくとも部分的に反射的であり、 前記第1側部と、前記複数のステップのうちの特定のス
テップの面は厚さdだけ離れ、 前記第1側部と、隣り合うステップの面との間の厚さの
差はステップサイズΔdを定義し、 前記エタロンの第1側部にほぼ垂直に入射した光に応答
して前記エタロンを透過した光の前記特定のステップの
領域における透過強度曲線が、入射光が第1波長λのと
きに第1の相対ピークにあり、入射光が第2波長λ+c
sのときに隣の第2の相対ピークにあるように、厚さd
は選択され、 ステップサイズΔdはcsより小さいことを特徴とする
多波長エタロン。 - 【請求項2】 部分的に反射的な面の反射率はおよそ5
%と95%の間にあることを特徴とする請求項1に記載
の多波長エタロン。 - 【請求項3】 部分的に反射的な面の反射率は約40%
であることを特徴とする請求項2に記載の多波長エタロ
ン。 - 【請求項4】 前記エタロンの第1側部にほぼ垂直に入
射した光に応答して前記エタロンを透過した光の前記複
数のステップのそれぞれの領域における大きさを示す透
過強度曲線のピークは、前記複数のステップのうちの1
つに対する透過強度曲線のピークが前記複数のステップ
のうちの別のステップに対する透過強度曲線の比較的急
勾配の部分に重なるように、ピークどうしが互いにずら
されていることを特徴とする請求項1に記載の多波長エ
タロン。 - 【請求項5】 前記複数のステップの数をnとし、前記
本体の屈折率をrとして、隣り合うステップの間のステ
ップサイズΔdはおよそλ/(2・r・n)に等しいこ
とを特徴とする請求項4に記載の多波長エタロン。 - 【請求項6】 前記第1波長λは、複数の通信チャネル
を有する光通信システムにおける代表的な光通信チャネ
ルの波長に対応し、csは、前記代表的な光通信チャネ
ルの波長と隣の光通信チャネルの波長の間の波長差に対
応することを特徴とする請求項1に記載の多波長エタロ
ン。 - 【請求項7】 ギャップにより分けられ、少なくとも所
定の波長範囲で透過的な第1本体コンポーネントと第2
本体コンポーネントとを有する多波長エアギャップエタ
ロンにおいて、 前記第1本体コンポーネントは、第1外側部および第1
内側部を有し、 前記第2本体コンポーネントは、第2外側部および第2
内側部を有し、 前記第1内側部は複数のステップを有し、各ステップ
は、前記第2内側部とほぼ平行な面を有し、前記第2内
側部の面および前記第1内側部のステップの面は少なく
とも部分的に反射的であり、 前記第2内側部と、前記第1内側部の複数のステップの
うちの特定のステップの面はギャップ距離dだけ離れ、 前記第2内側部と、前記第1内側部の隣り合うステップ
の面との間のギャップ距離の差はステップサイズΔdを
定義し、 前記エタロンの第2内側部にほぼ垂直に入射した光に応
答して前記エタロンを透過した光の前記特定のステップ
の領域における透過強度曲線が、入射光が第1波長λの
ときに第1の相対ピークにあり、入射光が第2波長λ+
csのときに隣の第2の相対ピークにあるように、ギャ
ップ距離dは選択され、 ステップサイズΔdはcsより小さいことを特徴とする
多波長エアギャップエタロン。 - 【請求項8】 第1通信チャネル波長λおよびチャネル
間隔csを有する光通信システムで使用される光を出力
するレーザ光源の波長を安定化する際に用いられるステ
ップエタロンにおいて、該エタロンは、 対向する第1側部および第2側部を有する屈折率rの透
過的本体を有し、 前記第1側部は面を有し、前記第2側部は複数のステッ
プを有し、各ステップは、前記第1側部とほぼ平行な面
を有し、前記第1側部の面および前記ステップの面は少
なくとも部分的に反射的であり、 前記第1側部と、前記複数のステップのうちの特定のス
テップの面との間の、前記本体の公称厚さdは、およそ
(λ2+λ・cs)/(2・r・cs)に等しく、 前記第1側部と、隣り合うステップの面との間の厚さの
差はステップサイズΔdを定義し、 前記複数のステップの数をnとして、隣り合うステップ
の各対に対するステップサイズΔdはおよそλ/(2・
r・n)に等しいことを特徴とするステップエタロン。 - 【請求項9】 前記透過的本体は、屈折率が約1.5の
ガラスからなり、dは約2mmであることを特徴とする
請求項8に記載のステップエタロン。 - 【請求項10】 前記ステップサイズは約258nm以
下であることを特徴とする請求項9に記載のステップエ
タロン。 - 【請求項11】 前記透過的本体は、SiO2からなる
ことを特徴とする請求項8に記載のステップエタロン。 - 【請求項12】 部分的に反射的な面の反射率はおよそ
5%と95%の間にあることを特徴とする請求項9に記
載のステップエタロン。 - 【請求項13】 部分的に反射的な面の反射率は約40
%であることを特徴とする請求項10に記載のステップ
エタロン。 - 【請求項14】 一体収納された波長安定化エタロンを
有する同調可能レーザアセンブリにおいて、該レーザア
センブリは、 およそλの波長のレーザ光ビームを出力する同調可能レ
ーザと、 前記レーザからレーザ光を受け取る多波長ステップエタ
ロンとを有し、該エタロンは、 対向する第1側部および第2側部を有し、少なくともλ
の周りの波長範囲で透過的な本体を有し、 前記第1側部は面を有し、前記第2側部は複数のステッ
プを有し、各ステップは、前記第1側部とほぼ平行な面
を有し、前記第1側部の面および前記ステップの面は少
なくとも部分的に反射的であり、 前記第1側部と、前記複数のステップのうちの特定のス
テップの面は厚さdだけ離れ、 前記第1側部と、隣り合うステップの面との間の厚さの
差はステップサイズΔdを定義し、 厚さdおよびステップサイズΔdは、 前記エタロンの第1側部にほぼ垂直に入射した光に応答
して前記エタロンを透過した光の前記複数のステップの
それぞれの領域における大きさを示す透過強度曲線のピ
ークが、前記複数のステップのうちの1つに対する透過
強度曲線のピークが前記複数のステップのうちの別のス
テップに対する透過強度曲線の比較的急勾配の部分に重
なるように、ピークどうしが互いにずらされるように選
択され、 前記レーザおよびエタロンは同じレーザパッケージに収
納され、 前記レーザアセンブリは、 前記エタロンの複数のステップを透過した光を受け取
り、それぞれのステップを透過した光の強度をそれぞれ
示す複数の出力信号を生成する検出器アレイと、 前記パッケージの温度を示す出力信号を生成する温度ゲ
ージと、 前記同調可能レーザの波長を調整する波長制御ユニット
とをさらに有することを特徴とする同調可能レーザアセ
ンブリ。 - 【請求項15】 前記レーザは、熱的に同調可能であ
り、 前記波長制御ユニットは、前記レーザパッケージの温度
を調整する温度コントローラであることを特徴とする請
求項14に記載の同調可能レーザアセンブリ。 - 【請求項16】 波長安定化されたレーザ光出力を生成
するシステムにおいて、該システムは、 所定の波長範囲内の波長のレーザ光ビームを出力する少
なくとも1つの同調可能レーザと、 前記少なくとも1つの同調可能レーザのうちの1つから
レーザ光を受け取る多波長ステップエタロンとを有し、
該エタロンは、 対向する第1側部および第2側部を有し、少なくとも前
記所定の波長範囲で透過的な本体を有し、 前記第1側部は面を有し、前記第2側部は複数のステッ
プを有し、各ステップは、前記第1側部とほぼ平行な面
を有し、前記第1側部の面および前記ステップの面は少
なくとも部分的に反射的であり、 前記第1側部と、前記複数のステップのうちの特定のス
テップの面は厚さdだけ離れ、 前記第1側部と、隣り合うステップの面との間の厚さの
差はステップサイズΔdを定義し、 厚さdおよびステップサイズΔdは、 前記エタロンの第1側部にほぼ垂直に入射した光に応答
して前記エタロンを透過した光の前記複数のステップの
それぞれの領域における大きさを示す透過強度曲線のピ
ークが、前記複数のステップのうちの1つに対する透過
強度曲線のピークが前記複数のステップのうちの別のス
テップに対する透過強度曲線の比較的急勾配の部分に重
なるように、ピークどうしが互いにずらされるように選
択され、 前記システムは、 前記エタロンを透過した光を受け取り、それぞれのステ
ップを透過した光の強度をそれぞれ示す複数の強度信号
を生成する検出器アレイと、 前記エタロンの温度を示す温度信号を生成する温度ゲー
ジと、 前記少なくとも1つの同調可能レーザのそれぞれに対応
して設けられ、それぞれの波長制御信号に従って、該レ
ーザの波長を調整する波長制御ユニットと、 前記強度信号および前記温度信号を受け取り、前記それ
ぞれの波長制御信号を出力する同調コントローラとを有
し、該同調コントローラは、 前記エタロンに関する較正情報を記憶するメモリと、 少なくとも前記エタロンの示された温度および前記較正
情報に従って前記複数の強度信号のうちの1つを選択す
る手段と、 選択された強度信号により示される強度に従って前記波
長制御信号を調整することにより前記少なくとも1つの
同調可能レーザの波長を調整する手段とをさらに有する
ことを特徴とする、波長安定化されたレーザ光出力を生
成するシステム。 - 【請求項17】 前記エタロンおよび前記少なくとも1
つの同調可能レーザは同じパッケージに収納されること
を特徴とする請求項16に記載のシステム。 - 【請求項18】 前記エタロンおよび前記少なくとも1
つの同調可能レーザは別々のパッケージに収納されるこ
とを特徴とする請求項16に記載のシステム。 - 【請求項19】 前記少なくとも1つの同調可能レーザ
は複数のレーザからなり、前記システムは、 前記複数のレーザと前記エタロンの間に配置された光マ
ルチプレクサをさらに有し、該マルチプレクサは、前記
複数のレーザのそれぞれからレーザ光を受け取り、選択
信号に応答して、前記エタロンが受け取った前記複数の
レーザのうちの1つからの光を選択し、 前記同調コントローラは、前記選択信号をさらに出力す
ることを特徴とする請求項18に記載のシステム。 - 【請求項20】 前記少なくとも1つのレーザは熱的に
同調可能であり、 各波長制御ユニットは、対応するレーザの温度を調整す
る温度コントローラであることを特徴とする請求項16
に記載のシステム。 - 【請求項21】 対向する第1側部および第2側部を有
し、少なくとも所定の波長範囲で透過的な本体を有する
多波長エタロンにおいて、 前記第1側部は面を有し、前記第2側部は複数のステッ
プを有し、各ステップは、前記第1側部の面とほぼ平行
な面を有し、前記第1側部の面および前記ステップの面
は少なくとも部分的に反射的であり、 前記第1側部と、前記複数のステップのうちの特定のス
テップの面は厚さdだけ離れ、 前記第1側部と、隣り合うステップの面との間の厚さの
差はステップサイズΔdを定義し、 前記エタロンの第1側部にほぼ垂直に入射した光に応答
して前記エタロンにより反射された光の前記特定のステ
ップの領域における反射強度曲線が、入射光が第1波長
λのときに第1の相対ピークにあり、入射光が第2波長
λ+csのときに隣の第2の相対ピークにあるように、
厚さdは選択され、 ステップサイズΔdはcsより小さいことを特徴とする
多波長エタロン。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US09/312,387 US6323987B1 (en) | 1999-05-14 | 1999-05-14 | Controlled multi-wavelength etalon |
US09/312387 | 1999-05-14 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2001015856A true JP2001015856A (ja) | 2001-01-19 |
Family
ID=23211211
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2000142472A Pending JP2001015856A (ja) | 1999-05-14 | 2000-05-15 | 多波長エタロンおよび同調可能レーザアセンブリ |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US6323987B1 (ja) |
EP (1) | EP1052526A3 (ja) |
JP (1) | JP2001015856A (ja) |
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