▶ サントル ナシオナル ドゥ ラ ルシェルシェ シアンティフィクの特許一覧
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-03-18
(45)【発行日】2022-03-29
(54)【発明の名称】光フィードバックを有するレーザシステム
(51)【国際特許分類】
H01S 3/137 20060101AFI20220322BHJP
H01S 3/00 20060101ALI20220322BHJP
H01S 3/10 20060101ALI20220322BHJP
G02F 1/01 20060101ALI20220322BHJP
G01N 21/3504 20140101ALI20220322BHJP
【ＦＩ】
H01S3/137
H01S3/00 F
H01S3/00 G
H01S3/10 Z
G02F1/01 B
G01N21/3504
【請求項の数】
12
(21)【出願番号】P 2019516503
(86)(22)【出願日】2017-09-27
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2019-12-05
(86)【国際出願番号】 EP2017074549
(87)【国際公開番号】W WO2018060285
(87)【国際公開日】2018-04-05
【審査請求日】2020-07-21
(31)【優先権主張番号】1659107
(32)【優先日】2016-09-27
(33)【優先権主張国・地域又は機関】FR
(73)【特許権者】
【識別番号】311016455
【氏名又は名称】サントル ナシオナル ドゥ ラ ルシェルシェ シアンティフィク
【氏名又は名称原語表記】ＣＥＮＴＲＥ ＮＡＴＩＯＮＡＬ ＤＥ ＬＡ ＲＥＣＨＥＲＣＨＥ ＳＣＩＥＮＴＩＦＩＱＵＥ
(74)【代理人】
【識別番号】110001173
【氏名又は名称】特許業務法人川口國際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】カッシ，サミール
【審査官】高椋 健司
(56)【参考文献】
【文献】米国特許出願公開第２００５／００７３６８７（ＵＳ，Ａ１）
【文献】米国特許第０４９０７２３７（ＵＳ，Ａ）
【文献】特開２００１－２８４７０７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１５－０９０９５１（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２００３／０１８９７１１（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特開平０５－１２１８３８（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２００３／０１１２８３５（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特開平０９－２４６６４２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０４－１９６１８８（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１６／００９１４２０（ＵＳ，Ａ１）
【文献】YAN Wen-Bin et al.，"A trace gas measurement device using cavity ring-down spectroscopy"，2000 Digest of the LEOS Summer Topical Meetings. Electronic-Enhanced Optics. Optical Sensing in Semiconductor Manufacturing. Electro-Optics in Space. Broadband Optical Networks，IEEE，2000年，https://ieeexplore.ieee.org/document/869707，DOI: 10.1109/LEOSST.2000.869707
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｓ ３／００ －３／０２
Ｈ０１Ｓ ３／０４ －３／０９５９
Ｈ０１Ｓ ３／０９８－３／１０２
Ｈ０１Ｓ ３／１０５－３／１３１
Ｈ０１Ｓ ３／１３６－３／２１３
Ｈ０１Ｓ ３／２３ －５／５０
Ｇ０１Ｎ ２１／００－２１／０１
Ｇ０１Ｎ ２１／１７－２１／６１
ＩＥＥＥ Ｘｐｌｏｒｅ
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
光フィードバックを有するレーザシステムであって、－ 光フィードバックに敏感であるレーザ（１１０；５１０Ａ；６１０Ａ；７１０Ａ）であって、源波と呼ばれる連続波形順方向伝搬源光波を出力光ファイバ（１１１；５１１Ａ；６１１Ａ；７１１Ａ）を介し放射するように意図されその周波数が調整可能であるレーザと；
－ 光フィードバックにより前記レーザへ結合された共振光空洞（１２０）であって、その一部分が逆方向伝搬光波（Ｌ１ｃ；Ｌ５１Ａｃ、Ｌ６１Ａｃ、Ｌ７１Ａｃ）の形式で前記レーザへ戻される空洞内波（Ｌ５）を生成するように構成された共振光空洞（１２０）と；
－ 前記レーザと前記共振光空洞との間の光経路上に配置されたファイバベース電子光学変調器（１１５；６１５Ａ；７１５Ａ）であって、前記源波を位相シフトすることにより位相シフト源波（Ｌ１ｐ；Ｌ５１Ａｐ、Ｌ６１Ａｐ、Ｌ７１Ａｐ）を生成するように、そして前記逆方向伝搬光波を位相シフトすることにより、前記レーザに到達するフィードバック波と呼ばれる位相シフト逆方向伝搬波（Ｌ０ｃ；Ｌ５０Ａｃ、Ｌ６０Ａｃ、Ｌ７０Ａｃ）を生成するように構成されたファイバベース電子光学変調器（１１５；６１５Ａ；７１５Ａ）と；
－ 前記源波（Ｌ０ｐ；Ｌ５０Ａｐ、Ｌ６０Ａｐ、Ｌ７０Ａｐ）と前記フィードバック波（Ｌ０ｃ；Ｌ５０Ａｃ、Ｌ６０Ａｃ、Ｌ７０Ａｃ）との間の相対的位相を相殺するように、前記源波と前記フィードバック波との間の相対的位相を表す誤差信号（ＳＥ）から前記ファイバベース電子光学変調器（１１５；６１５Ａ；７１５Ａ）を制御するための信号（ＳＣ；ＳＣ６Ａ、ＳＣ７Ａ）を生成するための位相制御装置（１３０；２３０Ａ；２３０Ｂ；２３０Ｃ；２３０Ｄ；２３０Ｅ；５３０；６３０；７３０Ａ）と；
－ 前記ファイバベース電子光学変調器（１１５）の前または後ろの前記源波の光経路上に配置された少なくとも１つのファイバベース光学部品（１０２；１０３）であって、光増幅器、光カプラおよび光サーキュレータで構成されたグループから選択された部品であるファイバベース光学部品（１０２；１０３）とを含むレーザシステム。
【請求項2】
－ 前記共振光空洞（１２０）は、少なくとも１つの出力ミラー（１２５）を含む少なくとも２つのミラーにより形成され、－ 前記位相制御装置は、前記出力ミラー（１２５）を介し前記共振光空洞から出る前記空洞内波の一部分（Ｌ３）から前記ファイバベース電子光学変調器（１１５）を制御するための前記信号（ＳＣ）を生成するように構成される、請求項１に記載のレーザシステム。
【請求項3】
－ 前記共振光空洞（１２０）は入力ミラー（１２３）を含む少なくとも２つのミラーにより形成され；－ 前記位相制御装置は、前記入力ミラー（１２３）により反射された前記位相シフト源波の一部分（Ｌ２ｒ）と前記入力ミラーを介し前記逆伝搬方向に送信された前記空洞内波（Ｌ５）の一部分（Ｌ２ｃ）との干渉から生じる波（Ｌ６）から前記ファイバベース電子光学変調器（１１５）を制御するための前記信号（ＳＣ）を生成するように構成される、請求項１に記載のレーザシステム。
【請求項4】
前記位相制御装置は、前記逆伝搬方向の前記ファイバベース電子光学変調器（１１５）の入力においてサンプリングされた前記逆方向伝搬光波（Ｌ１ｃ）の一部分から前記ファイバベース電子光学変調器（１１５）を制御するための前記信号（ＳＣ）を生成するように構成される、請求項１に記載のレーザシステム。
【請求項5】
前記ファイバベース電子光学変調器はさらに、平均値を中心に前記源波の前記位相を前記誤差信号に依存して変調することにより変調光信号を生成するように構成され、前記位相制御装置は前記逆伝搬方向の前記ファイバベース電子光学変調器（１１５）の入力においてサンプリングされた前記逆方向伝搬光波（Ｌ１ｃ）の一部分からロックイン検出方法を介し前記制御信号（ＳＣ）を生成するように構成される、請求項１に記載のレーザシステム。
【請求項6】
前記出力光ファイバは偏光保持ファイバである、請求項１～５のいずれか一項に記載のレーザシステム。
【請求項7】
前記レーザはその出力において光アイソレータを欠く、請求項１～６のいずれか一項に記載のレーザシステム。
【請求項8】
－ 光フィードバックに敏感である少なくとも１つの第２のレーザ（５１０Ｂ、５１０Ｃ）であって、その周波数が調整可能である第２の連続波形順方向伝搬源光波（Ｌ５０Ｂｐ、Ｌ５０Ｃｐ）を出力光ファイバ（５１１Ｂ、５１１Ｃ）を介し放射する少なくとも１つの第２のレーザ（５１０Ｂ、５１０Ｃ）と、－ 前記第１のレーザおよび前記少なくとも１つの第２のレーザから出力される順方向伝搬源光波（Ｌ５０Ａｐ、Ｌ５０Ｂｐ、Ｌ５０Ｃｐ）を受信するように構成されたファイバベース光スイッチ（５５０）であって、前記受信された順方向伝搬源光波の１つを選択し、前記選択された順方向伝搬源光波を前記ファイバベース電子光学変調器へ転送するためのファイバベース光スイッチ（５５０）とを含む、請求項１～７のいずれか一項に記載のレーザシステム。
【請求項9】
－ 光フィードバックに敏感である少なくとも１つの第２のレーザ（６１０Ｂ、６１０Ｃ）であって、その周波数が調整可能である対応する第２の連続波形順方向伝搬源光波（Ｌ６０Ｂｐ、Ｌ６０Ｃｐ）を出力光ファイバを介し放射する少なくとも１つの第２のレーザ６１０Ｂ、６１０Ｃ）と、－ 対応する前記第２のレーザ（６１０Ｂ、６１０Ｃ）と前記共振光空洞との間の光経路上に配置された少なくとも１つの第２のファイバベース電子光学変調器（６１５Ｂ、６１５Ｃ）であって、それぞれは、対応する前記第２の順方向伝搬源光波（Ｌ６０Ｂｐ、Ｌ６０Ｃｐ）を位相シフトすることにより位相シフト順方向伝搬光波（Ｌ６１Ｂｐ、Ｌ６１Ｃｐ）を生成するように構成される、少なくとも１つの第２のファイバベース電子光学変調器（６１５Ｂ、６１５Ｃ）と；
－ 前記ファイバベース電子光学変調器および前記少なくとも１つの第２のファイバベース電子光学変調器（６１５Ｂ、６１５Ｃ）から出力される前記位相シフト順方向伝搬光波（Ｌ６１Ａｐ、Ｌ６１Ｂｐ、Ｌ６１Ｃｐ）を受信するように構成されたファイバベース光合波器（６６０）であって、前記受信された位相シフトされた順方向伝搬光波を周波数多重化することにより多重化光波（Ｌ６１ｐ）を生成し、前記多重化光波を前記共振光空洞へ提供し、逆方向伝搬光波の形式で前記マルチプレクサに到達する前記空洞内波（Ｌ５）の一部分を逆多重化することにより逆多重化波を生成するためのファイバベース光合波器（６６０）とを含み、
各前記第２のファイバベース電子光学変調器（６１５Ｂ、６１５Ｃ）はさらに、前記対応する第２のレーザに到達する対応する逆方向伝搬光波（Ｌ６０Ｂｃ、Ｌ６０Ｃｃ）を、前記逆多重化波の１つを位相シフトすることにより生成するように構成され；
前記位相制御装置（６３０Ａ）は、対応する順方向伝搬源光波（Ｌ６０Ｂｐ、Ｌ６０Ｃｐ）と前記対応する逆方向伝搬光波（Ｌ６０Ｂｃ、Ｌ６０Ｃｃ）との間の相対的位相を相殺するように、前記対応する第２の順方向伝搬源光波と前記対応する第２のレーザに到達する前記対応する逆方向伝搬光波（Ｌ６０Ｂｃ、Ｌ６０Ｃｃ）との間の前記相対的位相を表す誤差信号（ＳＥ）から各第２のファイバベース電子光学変調器（６１５Ｂ、６１５Ｃ）の制御信号（ＳＣ６Ｂ、ＳＣ６Ｃ）を生成するように構成される、請求項１～７のいずれか一項に記載のレーザシステム。
【請求項10】
－ 光フィードバックに敏感な第２のレーザ（７１０Ｂ）であって、その周波数が調整可能である第２の連続波形順方向伝搬源光波（Ｌ７０Ｂ）を出力光ファイバ（７１１Ｂ）を介し放射する第２のレーザ（７１０Ｂ）と、－ 前記第２のレーザと前記共振光空洞との間の光経路上に配置された第２のファイバベース電子光学変調器（７１５Ｂ）であって、前記第２の順方向伝搬源光波を位相シフトすることにより第２の位相シフトされた順方向伝搬光波（Ｌ７１Ｂｐ）を生成するように構成された第２のファイバベース電子光学変調器（７１５Ｂ）と；
－ 前記ファイバベース電子光学変調器（７１５Ａ）により生成された第１の位相シフトされた順方向伝搬光波（Ｌ７１Ａｐ）と前記第２の位相シフトされた順方向伝搬光波（Ｌ７１Ｂｐ）とから２つの直交偏光波を含む合成波（Ｌ７７Ｃｐ）を生成するための光合成器（７８０）であって、前記合成波（Ｌ７７Ｃｐ）を前記共振光空洞へ提供し、逆方向伝搬光波（Ｌ７７Ｃｃ）の形式で光合成器に到達する前記空洞内波の一部分において、直交偏光波の一部分を分割することにより分割波（Ｌ７１Ａｃ、Ｌ７１Ｂｃ）を生成するための光合成器（７８０）とを含み、
前記第２のファイバベース電子光学変調器（７１５Ｂ）はさらに、前記分割波の１つを位相シフトし、前記第２のレーザに到達する第２の逆方向伝搬光波（Ｌ７０Ｂｃ）を生成するように構成され；
前記レーザシステムはさらに、前記第２の順方向伝搬源光波（Ｌ７０Ｂｐ）と前記第２の逆方向伝搬光波（Ｌ７０Ｂｃ）との間の相対的位相を相殺するように、前記第２の順方向伝搬源光波と前記第２の逆方向伝搬光波との間の前記相対的位相を表す第２の誤差信号から前記第２のファイバベース電子光学変調器（７１５Ｂ）を制御するための第２の信号（ＳＣ７Ｂ）を生成するための第２の位相制御装置（７３０Ｂ）を含む、請求項１～７のいずれか一項に記載のレーザシステム。
【請求項11】
請求項１０に記載のレーザシステムと、前記レーザ（７１０Ａ）の出力における前記源波の一部分と前記第２のレーザ（７１０Ｂ）の出力における前記第２の順方向伝搬源光波の一部分とを合成することにより合成光波を生成するための光学部品とを含む光波生成システム。
【請求項12】
ガス検出システムであって、前記共振光空洞は少なくとも１つのガスを収容するように意図されたチャンバを画定し、－ 請求項１～１１のいずれか一項に記載のレーザシステムと、
－ 前記レーザシステムにより生成される少なくとも１つの光波を分析するための分析装置とを含む、ガス検出システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本明細書は、光フィードバックにより共振光空洞へ結合されたレーザを含むレーザシステムと、このようなレーザシステムにより光波を生成する方法とに関する。
【背景技術】
【0002】
国際公開第０３／０３１９４９号パンフレットは、ガスの痕跡を検出するためのレーザの外にある共振光空洞への光フィードバックにより結合されたレーザを含むレーザシステムを説明する。レーザにより放射された連続波形源波の一部分は光結合系により共振光空洞内に注入される。光空洞は、ガスが分析のために注入され得るチャンバ内に配置される。共振光空洞内で生成された光波（本明細書では空洞内波と呼ばれる）の一部分がレーザへ戻される。レーザが光フィードバックに敏感な場合（これは例えば半導体レーザの場合である）、源波の周波数が共振光空洞の共振モードの周波数に連動されるように光フィードバック効果が発生する。光フィードバック効果は、源波の周波数スペクトルのスペクトル狭帯域化を生じ、このスペクトルは共振光空洞の共振モードの周波数を中心とするようになる。
【0003】
前述の特許出願において記載されるような光フィードバックは、レーザにより放射された源波のスペクトル特性（レーザの放射波長とこの波長におけるスペクトル幅との両方）の制御のおかげで、共振光空洞内への光子の注入が最適化され、ガスの痕跡の検出に対するレーザシステムの感度が増加され得るようにする。
【0004】
しかし、これらの連動化効果およびスペクトル狭帯域化効果はいくつかの条件下だけで発生する。特に、共振光空洞から出現しレーザ方向に導かれる波が、レーザにより生成された空洞内波と同相となることが必要である。前述の特許出願に記載されるようなセットアップでは、これは、一レーザ／空洞往復の全光経路がレーザにより放射された波長の倍数でなければ位相シフトが出現するので、レーザと共振光空洞との距離を高精度で制御することを意味する。
【0005】
さらに、熱力学的効果または空気の屈折率の圧力または温度関係変動の理由で、これらの条件は通常、約数秒程度の有限時間の間だけ受動的に維持され得る。
【0006】
一般的に、共振光空洞から現れる波とレーザの源波との相対的位相は波長の関数である。前述の特許出願は、共振光空洞のアームの長さの倍数である距離において、共振波の電場はどんな波長でもレーザのものと必ず同相であり、具体的には、電場は光空洞の後部ミラー上だけでなくレーザの空洞のミラー上での共振において必ず零であるという事実を活用する。例えば、レーザが、レーザの軸上に無い光空洞のアームの長さに等しい距離において共振光空洞の入力ミラーに対して配置されるように配置することにより、レーザの放射波長を、レーザと共振光空洞との間の距離を修正する必要無しに変化させることが可能である。このとき必要なことは、レーザと共振光空洞との間の距離を精細に調整する素子を使用することである。この素子は、レーザと共振光空洞との間の距離が精細に調整され得るようにする例えば圧電変換器に取り付けられたミラーである。しかし、このような調整は、特に圧電変換器の制限された通過帯域のために、そして源波と共振光空洞からの送信により出力された波との間の相対的位相が相殺され得るようにするミラーの位置を見出すのに必要な時間のために、制限を導入する。
【0007】
実際には、これらの制約は併せて、様々なレーザ放射周波数における光フィードバックを得る目的で所与の環境内のレーザシステムの調整が数時間を必要とし得るということを意味する。
【0008】
したがって、これらの制約を克服するおよび／またはレーザシステム調整作業を簡単にする必要があると思われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0009】
【文献】国際公開第２００３／０３１９４９号
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【0010】
本明細書の主題は第１の態様によると光フィードバックを有するレーザシステムであって、
－ 光フィードバックに敏感であるレーザであってその周波数が調整可能である源波と呼ばれる連続波形順方向伝搬源光波を出力光ファイバを介し放射するように意図されたレーザと；
－ 光フィードバックによりレーザへ結合された共振光空洞であってその一部分が逆方向伝搬光波の形式でレーザへ戻される空洞内波を生成するように構成された共振光空洞と；
－ レーザと共振光空洞との間の光経路上に配置されたファイバベース電子光学変調器であって、源波を位相シフトすることにより位相シフト源波を生成するように、そしてレーザに到達するフィードバック波と呼ばれる逆方向伝搬光波を位相シフトすることにより位相シフト逆方向伝搬波を生成するように構成された電子光学変調器と；
－ 源波とフィードバック波との間の相対的位相を相殺するように、源波とフィードバック波との間の相対的位相を表す誤差信号から電子光学変調器を制御するための信号を生成するための位相制御装置とを含むレーザシステム。
－ 光フィードバックに敏感であるレーザであってその周波数が調整可能である源波と呼ばれる連続波形順方向伝搬源光波を出力光ファイバを介し放射するように意図されたレーザと；
－ 光フィードバックによりレーザへ結合された共振光空洞であってその一部分が逆方向伝搬光波の形式でレーザへ戻される空洞内波を生成するように構成された共振光空洞と；
－ レーザと共振光空洞との間の光経路上に配置されたファイバベース電子光学変調器であって、源波を位相シフトすることにより位相シフト源波を生成するように、そしてレーザに到達するフィードバック波と呼ばれる逆方向伝搬光波を位相シフトすることにより位相シフト逆方向伝搬波を生成するように構成された電子光学変調器と；
－ 源波とフィードバック波との間の相対的位相を相殺するように、源波とフィードバック波との間の相対的位相を表す誤差信号から電子光学変調器を制御するための信号を生成するための位相制御装置とを含むレーザシステム。
【0011】
源波とフィードバック波との間の相対的位相は本明細書では相対的レーザ／空洞位相またはレーザ／空洞位相シフトとも呼ばれる。相対的レーザ／空洞位相はΦ１ｃで表される。相対的レーザ／空洞位相Φは、モジュロ２πで判断され、ラジアンで表された角度値により与えられる。同様に、電子光学変調器により行われる位相調整ΔΦ（すなわち位相シフト）はラジアンで表現される角度値により与えられる。この位相調整ΔΦは、源波の場所／戻りレーザ／空洞行路全体にわたる全体調整（すなわち源波に対して行われた位相調整ΔΦ１とフィードバック波に対して行われた位相調整ΔΦ２との合計）に対応する。この位相調整ΔΦは２π以下であってもよいしそれより大きくてもよい。ΔΦ＝２π（－２πそれぞれ）の位相調整は源波の波長λに等しい長さだけの光経路の伸長（短縮それぞれ）に対応する。より一般的には、ΔΦ＝２πδ／λの位相調整は（正または負の）長さδだけの光経路の調整に対応する。
【0012】
ファイバベース電子光学変調器は、位相補正を適用するために、より正確には源波とフィードバック波との間の相対的位相を修正するために使用される。したがって、レーザと共振光空洞との間の距離に関する制約は、電子光学変調器が、１半波長を越える位相調整がレーザ源のすべての波長範囲内で実現され得るようにするために屈折率の十分に大きな範囲の変動が得られるようにするので、完全に除去される。この位相調整ΔΦは、源波と、フィードバック波が生成される電子光学変調器へ送られる逆方向伝搬波との両方に対し行われる。したがって、往復にわたって測定される位相調整は源波の１波長λを越える分の光経路の伸長に対応し得る。電子光学変調器により行われる位相調整ΔΦは、レーザ／空洞位相シフトが０モジュロ２πとなる（これは源波の波長λの整数倍である光経路に対応する）ように源波の光経路の調整（すなわち伸長または短縮）になる。レーザ／空洞位相シフトが零であると、レーザと共振光空洞との結合度は最大であり、共振光空洞の送信も最大である。
【0013】
さらに、レーザと共振光空洞とミラーとの間の距離を調節するための機械的素子を、位相調整を行うように構成された調整可能屈折率の電子光学変調器で置換することにより、単純かつ柔軟である解決策であってレーザ／空洞位相シフトのほぼ瞬間的調整が効率的に実現され得るようにする解決策が得られる。加えて、どんな波長でもレーザ／空洞位相シフトが相殺され得るようにするミラーの位置を見出すために反復処理を利用する前述の解決策とは違って、電子光学変調器により生成される位相補正は、レーザ／空洞位相シフトが順方向伝搬源光波の波長に依存して調整され得るようにする。応答時間は、０．１ナノ秒（ｎｓ）より短く、ミラーの機械的調整に必要とされる数ミリ秒（ｍｓ）の応答時間よりはるかに短い。さらに、位相補正は、相対的位相を表す誤差信号ＳＥに基づきほぼ瞬間的に適用され得る。加えて、行われる位相調整ΔΦは、調整が行われる速さをさらに増加するように、例えば様々な波長値に対してなされた保存された相対的位相測定の結果に基づきコンピュータ的に設定され得る。
【0014】
さらに、その出力がファイバ結合されるレーザの使用は、レーザが迅速に交換され得るようにするだけでなく追加機能を行うファイバベース光モジュールが容易に挿入され得るようにもするという点で顕著な進歩である。このようなファイバベース光モジュールは例えば、光学ビームが分割され得るようにし（光ファイバスプリッタまたは光ファイバサーキュレータ）；様々な波長で放射されるレーザビームの直列または並列多重化を可能にし（光スイッチまたはＷＤＭまたは波長デマルチプレクサ）；光フィードバックの程度またはレーザシステムの出力電力を制御するために光学ビーム増幅（光ファイバ増幅器ＳＯＡまたはＢＯＡ）等々を可能にする。
【0015】
レーザシステムの少なくとも１つの実施形態では、共振光空洞は、少なくとも１つの出力ミラーを含む少なくとも２つのミラーにより形成され、位相制御装置は、前記出力ミラーを介し共振光空洞から出る空洞内波の一部分から電子光学変調器を制御するための信号を生成するように構成される。
【0016】
レーザシステムの少なくとも１つの実施形態では、共振光空洞は入力ミラーを含む少なくとも２つのミラーにより形成され、位相制御装置は、入力ミラーにより反射された位相シフト源波の一部分と共振光空洞の入力ミラーを介し逆伝搬方向に送信された空洞内波の一部分との干渉から生じる波から電子光学変調器を制御するための信号を生成するように構成される。
【0017】
レーザシステムの少なくとも１つの実施形態では、位相制御装置は、逆伝搬方向に電子光学変調器の入力においてサンプリングされた逆方向伝搬光波の一部分から電子光学変調器を制御するための信号を生成するように構成される。
【0018】
レーザシステムの少なくとも１つの実施形態では、電子光学変調器はさらに、平均値を中心に源波の位相を誤差信号に依存して変調することにより変調光信号を生成するように構成され、位相制御装置は逆伝搬方向に電子光学変調器の入力においてサンプリングされた逆方向伝搬光波の一部分からロックイン検出方法を介し制御信号を生成するように構成される。
【0019】
レーザシステムの少なくとも１つの実施形態では、出力光ファイバは偏光保持ファイバである。
【0020】
レーザシステムの少なくとも１つの実施形態では、レーザはその出力において光アイソレータを欠く。
【0021】
少なくとも１つの実施形態では、レーザシステムは、ファイバベース電子光学変調器の前または後ろの源波の光経路上に配置された少なくとも１つのファイバベース光学部品であって、光増幅器、光カプラおよび光サーキュレータで構成されたグループから選択される部品であるファイバベース光学部品を含む。一般的に、このファイバベース光学部品は、順方向伝搬波および／または逆方向伝搬波の位相、周波数、および／または振幅に作用するファイバベース光学部品であり得る。
【0022】
少なくとも１つの実施形態では、本明細書によるレーザシステムは、複数源レーザシステムである、すなわち共振光空洞への光フィードバックにより結合されるように構成された少なくとも１つの第２のレーザを含む。
【0023】
少なくとも１つの第１の実施形態では、レーザシステムは、光フィードバックに敏感である少なくとも１つの第２のレーザであってその周波数が調整可能である第２の連続波形順方向伝搬源光波を出力光ファイバを介し放射する少なくとも１つの第２のレーザと、第１のレーザおよび前記少なくとも１つの第２のレーザから出力される順方向伝搬源光波を受信するように構成されたファイバベース光スイッチであって、受信された順方向伝搬源光波の１つを選択し、選択された順方向伝搬源光波をファイバベース電子光学変調器へ転送するためのファイバベース光スイッチとを含む。
【0024】
少なくとも１つの第２の実施形態では、レーザシステムは、光フィードバックに敏感である少なくとも１つの第２のレーザであってその周波数が調整可能である第２の連続波形順方向伝搬源光波を出力光ファイバを介し放射する少なくとも１つの第２のレーザと；対応する前記第２のレーザと共振光空洞との間の光経路上に配置された少なくとも１つの第２のファイバベース電子光学変調器であって、それぞれは、対応する前記第２の順方向伝搬源光波を位相シフトすることにより位相シフト順方向伝搬光波を生成するように構成された少なくとも１つの第２のファイバベース電子光学変調器と；電子光学変調器および前記少なくとも１つの第２の電子光学変調器から出力される位相シフト順方向伝搬光波を受信するように構成されたファイバベース光合波器であって、受信された位相シフトされた順方向伝搬光波を周波数多重化することにより多重化光波を生成し、この多重化光波を共振光空洞へ提供し、逆方向伝搬光波の形式でマルチプレクサに到達する空洞内波の一部分を逆多重化することにより逆多重化波を生成するためのファイバベース光合波器とを含み、各前記第２の電子光学変調器はさらに、対応する第２のレーザに到達する対応する逆方向伝搬光波を、逆多重化波の１つを位相シフトすることにより生成するように構成され；位相制御装置は、対応する順方向伝搬源光波と対応する逆方向伝搬光波との間の相対的位相を相殺するように、対応する第２の順方向伝搬源光波と対応第２のレーザに到達する対応する逆方向伝搬光波との間の相対的位相を表す誤差信号から各第２の電子光学変調器の制御信号を生成するように構成される。少なくとも１つの特定の実施形態では、レーザシステムはさらに、レーザから出力される源波の（フィードバック波それぞれの）一部分と、第２のレーザから出力される第２の順方向伝搬源光波の（第２の逆方向伝搬光波それぞれの）一部分とを合成することにより合成光波を生成するための光学部品を含む。
【0025】
少なくとも１つの第３の実施形態では、レーザシステムは、光フィードバックに敏感な第２のレーザであってその周波数が調整可能である第２の連続波形順方向伝搬源光波を出力光ファイバを介し放射する第２のレーザと；第２のレーザと共振光空洞との間の光経路上に配置された第２のファイバベース電子光学変調器であって、第２の順方向伝搬源光波を位相シフトすることにより第２の位相シフトされた順方向伝搬光波を生成するように構成された第２の電子光学変調器と；電子光学変調器により生成された第１の位相シフトされた順方向伝搬光波と第２の位相シフトされた順方向伝搬光波とから２つの直交偏光波を含む合成波を生成するための光合成器であって、この合成波を共振光空洞へ提供し、逆方向伝搬光波の形式で光合成器に到達する空洞内波の一部分において、直交偏光波の一部分を分割することにより分割波を生成するための光合成器とを含み、第２の電子光学変調器はさらに、分割波の１つを位相シフトし、第２のレーザに到達する第２の逆方向伝搬光波を生成するように構成され、レーザシステムはさらに、第２の順方向伝搬源光波と第２の逆方向伝搬光波との間の相対的位相を相殺するように、第２の順方向伝搬源光波と第２の逆方向伝搬光波との間の相対的位相を表す第２の誤差信号から第２の電子光学変調器を制御するための第２の信号を生成するための第２の位相制御装置を含む。
【0026】
第２の態様による本明細書の主題は、本明細書によるレーザシステムを含むガス検出システムである。ここでは、共振光空洞は少なくとも１つのガスを収容するように意図されたチャンバを画定し、ガス検出システムはレーザシステムにより生成される少なくとも１つの光波を分析するための分析装置を含む。この分析は、例えばガスにより導入される損失（例えば吸収による損失）を分析するために行われる。空洞内に存在するガスの吸収スペクトルは、共振光空洞から出力される送信光波から判断され得る。ＣＲＤＳ（空洞リングダウン分光法：Ｃａｖｉｔｙ Ｒｉｎｇ Ｄｏｗｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）測定も、共振光空洞から出力される送信光波に基づき行われ得る。
【0027】
第３の態様による本明細書の主題は、その周波数が調整可能である源波と呼ばれる連続波形順方向伝搬源光波を光フィードバックに敏感なレーザの出力光ファイバを介し生成する工程と；その一部分が逆方向伝搬光波の形式でレーザへ戻される空洞内波を生成するように構成された共振光空洞へレーザを光フィードバックにより結合する工程と；レーザと共振光空洞との間の源波の光経路上に配置されたファイバベース電子光学変調器により、源波を位相シフトすることにより位相シフトされた源波を生成し、逆方向伝搬光波を位相シフトすることにより、レーザに到達するフィードバック波と呼ばれる位相シフトされた逆方向伝搬波を生成する工程と；源波とフィードバック波との間の相対的位相を相殺するように、源波とフィードバック波との間の相対的位相を表す誤差信号から電子光学変調器を制御するための信号を生成する工程とを含む光波生成方法である。
【0028】
上に提示された技術の他の利点および特徴は添付図面を参照し与えられる以下の詳細説明を読むと明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【0029】
【図1】光フィードバックを有するレーザシステムの一実施形態を示す。
【図2A】電子光学変調器を制御するための信号を生成する様々な方法を使用する光フィードバックを有するレーザシステムの様々な実施形態を示す。
【図2B】電子光学変調器を制御するための信号を生成する様々な方法を使用する光フィードバックを有するレーザシステムの様々な実施形態を示す。
【図2C】電子光学変調器を制御するための信号を生成する様々な方法を使用する光フィードバックを有するレーザシステムの様々な実施形態を示す。
【図2D】電子光学変調器を制御するための信号を生成する様々な方法を使用する光フィードバックを有するレーザシステムの様々な実施形態を示す。
【図2E】電子光学変調器を制御するための信号を生成する様々な方法を使用する光フィードバックを有するレーザシステムの様々な実施形態を示す。
【図3A】１つまたは複数の実施形態による電子光学変調器を制御するための信号の生成の様々な態様を示す。
【図3B】１つまたは複数の実施形態による電子光学変調器を制御するための信号の生成の様々な態様を示す。
【図3C】１つまたは複数の実施形態による電子光学変調器を制御するための信号の生成の様々な態様を示す。
【図3D】１つまたは複数の実施形態による電子光学変調器を制御するための信号の生成の様々な態様を示す。
【図4】光フィードバックを有するレーザシステムの別の実施形態を示す。
【図5】光フィードバックを有する複数源レーザシステムの一実施形態を示す。
【図6】光フィードバックを有する複数源レーザシステムの別の実施形態を示す。
【図7】光フィードバックを有する複数源レーザシステムの別の実施形態を示す。
【発明を実施するための形態】
【0030】
添付図面を参照して説明される様々な実施形態では、同様または同一な素子には同じ参照子が与えられる。
【0031】
図１は、光フィードバックを有するレーザシステム１００の一実施形態を概略的に示す。様々な光波がレーザシステム１００内で生成される。本明細書の文脈では、光波は、レーザから共振光空洞へ伝播すれば順方向伝搬であると言われ、逆の場合は逆方向伝搬であると言われる。
【0032】
レーザシステム１００は、その周波数が調整可能である源波とも呼ばれる連続波形順方向伝搬源波Ｌ０ｐを出力光ファイバ１１１を介し放射するように意図されたレーザ１１０を含む。
【0033】
レーザ１１０は、光フィードバックに敏感なレーザ、例えば遠隔通信において使用されるタイプの半導体レーザである。少なくとも１つの実施形態では、レーザ１１０は、光フィードバックに対するレーザの感度を増加するようにその出力において光アイソレータを欠く。
【0034】
少なくとも１つの実施形態では、レーザの出力光ファイバ１１１は源波の偏光を安定させるように偏光保持ファイバである。源波Ｌ０ｐの周波数は通常、遠隔通信に使用されるダイオードの場合、１ＴＨｚの範囲内で調整可能であり、特定ダイオードの中央放射周波数は恐らく１７６～２４０ＴＨｚである。
【0035】
レーザシステム１００は、光フィードバックによりレーザ１１０へ結合された共振光空洞１２０であって空洞内波Ｌ５を生成するように構成された共振光空洞１２０を含む。共振光空洞１２０は、２つのミラー１２３、１２４により制限された少なくとも１つの光アーム１２１を含む。図１を参照して説明する実施形態では、２つのアーム１２１、１２２を含む構成について説明することになる。２つ以上のアームを含むこのような構成は実施を簡単にする。図１の例では、共振光空洞１２０は３つのミラー１２３、１２４、１２５により囲まれる。２つの光アーム１２１、１２２は互いにある角度をなす。２つのアーム１２１、１２２は必ずしも同一長さのものではない。光アーム１２２は、折り返しミラー１２３および出力ミラー１２４により囲まれたアームである。光アーム１２１は、折り返しミラー１２３および出力ミラー１２５により囲まれたアームである。
【0036】
標的用途に依存して、共振光空洞１２０は、空っぽであってもよいし、ガス、混合ガス、エアゾール、または任意の他の組成（例えばミラーが好適であれば液体）により充たされてもよい。
【0037】
レーザシステム１００は、レーザ１１０と共振光空洞１２０との間の順方向伝搬源光波Ｌ０ｐの光経路上に配置されたファイバベース電子光学変調器１１５を含む。電子光学変調器１１５は、順方向伝搬源光波Ｌ０ｐを送信する光ファイバ１１１を介しレーザ１１０へ光学的に接続される。
【0038】
電子光学変調器１１５は、順方向伝搬源光波Ｌ０ｐの位相を変調および／または調整し、順方向伝搬源光波Ｌ０ｐに対して位相シフトされたおよび／または変調側波帯を有する順方向伝搬光波Ｌ１ｐを生成するように構成される。
【0039】
レーザシステム１００はさらに、誤差信号ＳＥを取得して、誤差信号ＳＥに依存して電子光学変調器１１５を制御するための信号ＳＣを生成するための位相制御装置１３０を含む。
【0040】
電子光学変調器１１５の出力における光ファイバ１１２は順方向伝搬位相シフト光波Ｌ１ｐを送信する。光ファイバ１１２と共振光空洞１２０との間で、光経路は自由空間を通る。
【0041】
１つまたは複数のレンズ１０４は、光ファイバ１１２から出る順方向伝搬位相シフト光波Ｌ１ｐを平行にして、その空間構成が空洞１２０の共振モードを励起するのに好適である順方向伝搬光波Ｌ２ｐを生成するために、光ファイバ１１２の出力に配置され得る。順方向伝搬光波Ｌ２ｐは共振光空洞１２０内に注入される前に自由空間を通される。１つまたは複数のプレート型ビームスプリッタ１０６が、順方向伝搬光波Ｌ２ｐの一部分をサンプリングするために順方向伝搬光波Ｌ２ｐの光経路上に配置され得る。光アーム１２２は順方向伝搬光波Ｌ２ｐの光経路上で光学的にアライメントされる。
【0042】
したがって様々な光波がレーザシステム内に生成される。これらの光波は、レーザ１１０の出力において源光波Ｌ０、電子光学変調器１１５の出力において位相シフト光波Ｌ１、共振光空洞１２０の入力において光波Ｌ２、共振光空洞１２０から出力される光波Ｌ３、共振光空洞１２０から出力される光波Ｌ４、空洞内波Ｌ５、および共振光空洞１２０から出力される光波Ｌ６を含む。
【0043】
空洞内波Ｌ５は、互いに反対方向に順方向伝搬する２つの波（すなわち、折り返しミラー１２３から出力ミラー１２５または１２４へ順方向伝搬する順方向伝搬波Ｌ５ｐおよび出力ミラー１２５または１２４から折り返しミラー１２３へ順方向伝搬する逆方向伝搬波Ｌ５ｃ）の重畳から生じる定常波である。逆方向伝搬波Ｌ５ｃの一部分は共振光空洞から出てレーザ１１０方向に伝播する。
【0044】
定常空洞内波Ｌ５が共振光空洞１２０内に形成されると、逆方向伝搬光波Ｌ５ｃが逆経路を介しレーザ１１０中に再注入され、光フィードバック効果を生じる。レーザ１１０へのこの帰路上で、逆方向伝搬波Ｌ０ｃ、Ｌ１ｃ、Ｌ２ｃが伝播する。
【0045】
したがって、共振光空洞１２０の入力における光波Ｌ２は、光ファイバ１１２から出力される順方向伝搬波Ｌ２ｐと逆方向伝搬波Ｌ２ｃとからなる。特に、逆方向伝搬波Ｌ２ｃは、光アーム１２２の軸上の折り返しミラー１２３を通る逆方向伝搬光波Ｌ５ｃの一部に対応する。
【0046】
同様に、電子光学変調器１１５の出力における光波Ｌ１は、電子光学変調器１１５により生成される順方向伝搬波Ｌ１ｐと逆方向伝搬波Ｌ１ｃとからなる。同様に、逆方向伝搬波Ｌ１ｃは電子光学変調器１１５に到達する逆方向伝搬光波Ｌ５ｃの一部に対応する。電子光学変調器１１５の作用は、両伝搬方向において同一であるので、順方向伝搬源波Ｌ０ｐの位相と逆方向伝搬波Ｌ１ｃの位相とを同一量だけそして同じやり方で修正する。
【0047】
電子光学変調器は、電圧の影響下での材料の指標の変化を介し入射波の光経路の修正を実現する。したがって、電子光学変調器により行われる全位相調整ΔΦ（すなわち位相シフト）は、２つの位相シフト（往路上で入射順方向伝搬波へ適用される第１の位相シフトΔΦ１と帰路上で入射逆方向伝搬波へ適用される第２の位相シフトΔΦ２）の合計である。したがって、電子光学変調器により行われる全位相調整ΔΦは、源波の場所／戻りレーザ／空洞往復路上でΔΦ＝ΔΦ１＋ΔΦ２＝２×ΔΦ１である。したがって、必要とされるのは、電子光学変調器が、半波長の光経路伸長／短縮に対応する位相シフトを生成することができ、電子光学変調器がこの光経路を源波Ｌ０ｐの波長の整数倍だけ調整することができることである。
【0048】
最後に、レーザ１１０の出力における光波Ｌ０は、レーザ１１０により生成される順方向伝搬源波Ｌ０ｐとレーザ１１０に到達する逆方向伝搬波Ｌ０ｃとからなる。逆方向伝搬波Ｌ０ｃはレーザ１１０の出力に到達する逆方向伝搬光波Ｌ５ｃの一部に対応する。
【0049】
したがって、逆方向伝搬波Ｌ２ｃ、Ｌ１ｃ、Ｌ０ｃのそれぞれは逆方向伝搬波Ｌ５ｃから生じる。
【0050】
共振光空洞１２０のアーム１２１の軸上で生成される光波Ｌ３は出力ミラー１２５を介した順方向伝搬波Ｌ５ｐの一部分の送信から生じる。同様に、共振光空洞１２０のアーム１２２の軸上で生成される光波Ｌ４は出力ミラー１２４を介した順方向伝搬波Ｌ５ｐの一部分の送信から生じる。共振光空洞１２０のアーム１２１の軸上および順方向伝搬光波Ｌ２ｐの入射角の対角において生成される光波Ｌ６は、それ自身が順方向伝搬波Ｌ２ｐの折り返しミラー１２３からの反射から生じる反射光波Ｌ２ｒと光アーム１２１の軸上の折り返しミラー１２３を通る逆方向伝搬光波Ｌ５ｃの一部との合成（光学的干渉）から生じる。
【0051】
既に上に示したように、レーザ１１０へ送られる逆方向伝搬波Ｌ０ｃと順方向伝搬源波Ｌ０ｐとの間の位相シフトはレーザ／空洞位相シフトと呼ばれ、この位相シフトは、順方向伝搬源波Ｌ０ｐによりなされた完全なその場所／戻りレーザ／空洞行路上で蓄積された位相シフトに対応する。同様に、レーザの空洞の出力ミラーと共振光空洞１２０の折り返しミラー１２３との間の全その場所／戻り光行路はレーザ／空洞光経路と呼ばれる。
【0052】
レーザ／空洞位相シフトが零であると、光アーム１２１の軸上の折り返しミラー１２３を通る逆方向伝搬光波Ｌ５ｃの一部分は、順方向伝搬波Ｌ２ｐがアームの角度に等しい角度でもって反射されこれら２つの波が幾何学的に重畳されないので、順方向伝搬波Ｌ２ｐと干渉しない。対照的に、光波Ｌ６は、反射された光波Ｌ２ｒと光アーム１２１の軸上の折り返しミラー１２３を通る逆方向伝搬光波Ｌ５ｃの一部との干渉から生じる。
【0053】
レーザ１１０の空洞では、定常場が確立され、レーザ１１０の空洞内で共振する。レーザ１１０内部のこの場はレーザ１１０の空洞の出力ファセットにおいて必ず零である。同様に、定常光波は共振光空洞１２０内で成長し、電場は空洞の「後部」ミラーと呼ばれるミラー（すなわちミラー１２５、１２４）上で零である。ミラー１２４から反射されレーザへ戻される空洞内光波は、ミラー１２４に対して２つのアームの長さの合計に対応する距離ｄ１２１＋ｄ１２２にまたはさらには折り返しミラー１２３の距離ｄ１２１に配置された点において必ず零である場を有する。この点は、場が共振光空洞の共振において零であるミラー１２５に等しい点に実質的に（すなわち「ミラー」効果を介し）対応するので、この点は共振光空洞内で励起された共振周波数が何であっても場が零である点のうちの１つである。
【0054】
電子光学変調器１１５による順方向伝搬源光波Ｌ０ｐの位相の調整は、位相制御装置１３０により生成される誤差信号ＳＥに依存して行われる。この目的を達成するために、位相制御装置１３０は、誤差信号ＳＥに依存する電子光学変調器１１５を制御するための制御信号ＳＣを生成する。誤差信号ＳＥはレーザシステム内で生成される１つまたは複数の光波から生成され得る。
【0055】
少なくとも１つの実施形態では、位相制御装置１３０により生成される誤差信号ＳＥは、レーザ／空洞位相シフト（モジュロ２π）を表現しており、したがって相対的レーザ／空洞位相が零であると零に等しい。電子光学変調器１１５を制御するための信号ＳＣは、相対的レーザ／空洞位相を相殺するように誤差信号ＳＥから判断される。電子光学変調器１１５による順方向伝搬源光波Ｌ０ｐの位相の調整は、このように生成された制御信号ＳＣに依存して行われる。
【0056】
光波Ｌ０ｐ、Ｌ１ｃに対して電子光学変調器１１５により行われる位相調整は、レーザ／空洞光経路が相対的レーザ／空洞位相を相殺するように調整され得るようにする。少なくとも１つの実施形態では、位相変調はさらに、レーザ／空洞位相シフトを表す誤差信号ＳＥと相対的レーザ／空洞位相が相殺され得るようにする電子光学変調器１１５を制御するための信号ＳＣとを生成するように、電子光学変調器１１５により順方向伝搬源波Ｌ０ｐまたは順方向伝搬位相シフト波Ｌ１ｐに対して適用される。
【0057】
誤差信号ＳＥはレーザシステム内で生成される１つまたは複数の光波から生成され得る。様々な実施形態が図２Ａ～２Ｅを参照して以下に説明される。
【0058】
任意選択的に、レーザシステム１００は、例えば共振光空洞１２０によりレーザ１１０へ提供されるフィードバックの程度を減衰するように、共振光空洞に到達する順方向伝搬光波Ｌ２ｐの偏光および／または逆方向伝搬光波Ｌ２ｃの偏光を制御するように、光波Ｌ２の自由空間経路上に配置された１つまたは複数の偏光子１０５を含み得る。
【0059】
任意選択的に、レーザシステム１００は、レーザ１１０と共振光空洞１２０間の電子光学変調器１１５の前または後ろの光経路上に配置された（すなわち光ファイバ１１１内または光ファイバ１１２内それぞれに配置された）１つまたは複数のファイバベース光学部品１０２、１０３を含み得る。
【0060】
光学部品１０３は例えば、その絶縁の程度が偏光子群１０５のおかげで変調され得るファイバベース光サーキュレータであって、その強度を判断するために順方向伝搬逆方向伝搬光波Ｌ２ｃの一部を逆伝搬方向にサンプリングするように構成されたファイバベース光サーキュレータである。少なくとも１つの実施形態では、ファイバベース光サーキュレータは光ファイバフォトダイオードを使用することによりまたは共振光空洞１２０が考察対象物質で充たされた場合は吸収信号を使用することにより誤差信号ＳＥを生成するために使用される。
【0061】
光学部品１０２（１０３それぞれ）は例えば、一方ではこの順方向伝搬波の強度を評価するために（これは例えば、共振光空洞１２０が共振光空洞１２０内に存在する物質の分析に役立つ場合に空洞送信信号Ｌ３、Ｌ４、Ｌ６またはＬ２ｃの正規化のために有用である）、他方では、他の用途を目的として、放射の一部が光フィードバック効果により著しく改善されるスペクトル品質を有するようにするために、順方向伝搬光波Ｌ０ｐ（順方向伝搬光波Ｌ１ｐそれぞれ）の一部を伝搬方向にサンプリングするように構成されたファイバベースカプラである。ファイバベースカプラ１０２（１０３それぞれ）はまた、逆方向伝搬光波Ｌ１ｃ（逆方向伝搬光波Ｌ２ｃそれぞれ）の一部を逆伝搬方向にサンプリングするために使用され得る。逆伝搬方向のサンプリングは、共振光空洞１２０から来る波Ｌ２Ｃの強度が評価され得るようにし、そして例えば誤差信号ＳＥが、光ファイバフォトダイオードを使用することによりまたは共振光空洞１２０が考察対象物質で充たされた場合は吸収信号を使用することによりこの強度から抽出され得るようにする。
【0062】
光学部品１０２（１０３それぞれ）は例えば、増幅利得を制御することにより光フィードバックの程度を精細に制御するために源光波Ｌ０（光波Ｌ１それぞれ）が伝搬方向および逆伝搬方向に増幅され得るようにするファイバベース光増幅器である。これは、特に共振光空洞１２０内に置かれた物質の研究への適用の場合にレーザ１１０と共振光空洞１２０との間のフィードバックの程度の最適化を簡単にする。これはまた、レーザ１１０内の光アイソレータの潜在的存在により誘起される損失が補償され得るようにする。これはまた、光フィードバックを実現する目的で、レーザ１１０の非常に少ない光子を使用することを可能にし、そして光学部品１０２または１０３のおかげで、他の用途のためにこれら光子のほぼすべてを保存することを可能にする。
【0063】
図２Ａは、電子光学変調器１１５を制御するための信号ＳＣを生成する第１の方法を使用する光フィードバックを有するレーザシステム１００Ａの一実施形態を概略的に示す。レーザシステム２００Ａは、光フィードバックに敏感であるレーザ１１０、共振光空洞１２０、光ファイバ１１１、光ファイバ１１２、およびファイバベース電子光学変調器１１５を含み、これらの素子は図１を参照して説明したものと同一または同様であり図１に示すように光学的に接続される。レーザシステム２００Ａはさらに、図１を参照して説明した光学部品１０２、１０３、１０４、１０５、１０６を含み得る。
【0064】
レーザシステム２００Ａはさらに、プレート型ビームスプリッタ１０６によりサンプリングされた順方向伝搬光波Ｌ２ｐの一部分から、その振幅が順方向伝搬光波Ｌ２ｐの一部分の輝度に依存する電流を生成するためのフォトダイオードＰＤ１Ａを含む。
【0065】
レーザシステム２００Ａはさらに、光波Ｌ３からその振幅が光波Ｌ３の輝度に依存する電流を生成するためのフォトダイオードＰＤ２Ａを含む。
【0066】
レーザシステム２００Ａはさらに、レーザ／空洞位相シフトを表す誤差信号ＳＥを取得するように構成されるとともに相対的レーザ／空洞位相を相殺するように誤差信号ＳＥに依存してファイバベース電子光学変調器１１５を制御するための信号ＳＣを生成するように構成された位相制御装置２３０Ａを含む。位相制御装置２３０Ａは、出力ミラー１２５を介し送信された光波Ｌ３からおよび任意選択的に共振光空洞１２０の入力における順方向伝搬光波Ｌ２ｐから制御信号ＳＣを生成するように構成される。より正確には、制御信号ＳＣは、フォトダイオードＰＤ２Ａによりおよび任意選択的にフォトダイオードＰＤ１Ａにより生成される電気信号から生成される。
【0067】
位相制御装置２３０Ａは、９～１１ｋＨｚ帯域の外の周波数を除去することを目的とする前処理作業を行うために、フォトダイオードＰＤ２Ａにより生成された信号をフィルタリングするための帯域フィルタ２３１Ａを含む。変調信号ＳＭは、変調された信号ＳＭ１を生成するために、第１の帯域フィルタ２３１Ａから出力された信号と混合される。変調信号ＳＭは、誤差信号ＳＥを取得するこの第１の方法が共振光空洞１２０の応答時間により制限されるという事実を考慮して十分に低い周波数の信号である。変調信号ＳＭは例えば１０ｋＨｚの周波数と１Ｖの振幅とを有する。低域通過フィルタ２３２Ａは、共振光空洞の送信が最大である場合に零である誤差信号を生成するために、変調された信号へ適用される。低域通過フィルタのカットオフ周波数は変調周波数未満（例えば１ｋＨｚ）となるように選択される。次に、ＰＩＤ（比例、積分、微分：ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ、ｉｎｔｅｇｒａｌ、ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅ）コントローラ２３３Ａが、電子光学変調器１１５を制御するための信号ＳＣを誤差信号ＳＥから生成され得るようにする。任意選択的に、フォトダイオードＰＤ１Ａにより生成された信号は、例えば共振光空洞１２０内のガスの吸収により誘起された光空洞１２０の損失を表す送信信号Ｔｒを生成するために、この信号が上述のように処理される前に、フォトダイオードＰＤ２Ａにより生成された電気信号を正規化するために使用される。
【0068】
図２Ｂは、電子光学変調器を制御するための信号を生成する第２の方法を使用する光フィードバックを有するレーザシステム２００Ｂの一実施形態を概略的に示す。
【0069】
レーザシステム２００Ｂは、光フィードバックに敏感であるレーザ１１０、共振光空洞１２０、光ファイバ１１１、光ファイバ１１２、およびファイバベース電子光学変調器１１５を含み、これらの素子は図１を参照して説明したものと同一または同様であり図１に示すように光学的に接続される。レーザシステム２００Ｂはさらに、図１を参照して説明した光学部品１０２、１０３、１０４、１０５、１０６を含み得る。
【0070】
レーザシステム２００Ｂはさらに、電子光学変調器１１５の出力において光波Ｌ１の一部分をサンプリングするためにファイバベース光ファイバカプラ１５０を含む。
【0071】
レーザシステム２００Ｂはさらに、レーザ１１０から来る順方向伝搬光波Ｌ１ｐの一部分から、その振幅がサンプリングされた波部分の輝度に依存する電流を生成するためにファイバベースカプラ１５０の出力にフォトダイオードＰＤ１Ｂを含む。フォトダイオードＰＤ１Ｂは、これらのフォトダイオードにより受信された光信号の強度が比例するという点で、図２Ａを参照して説明したフォトダイオードＰＤ１Ａにより果たされたものと等価な役割を果たす。
【0072】
レーザシステム２００Ｂはさらに、共振光空洞１２０から来る光波Ｌ１ｃの一部分から、その振幅がサンプリングされた波部分の輝度に依存する電流を生成するためにファイバベースカプラ１５０の出力にフォトダイオードＰＤ２Ｂを含む。同様に、フォトダイオードＰＤ２Ｂは、これらのフォトダイオードにより受信された光信号の強度が比例するという点で、図２Ａを参照して説明したフォトダイオードＰＤ２Ａにより果たされたものと等価な役割を果たす。
【0073】
レーザシステム２００Ｂはさらに、レーザ／空洞位相シフトを表す誤差信号ＳＥを取得するように構成されるとともに相対的レーザ／空洞位相を相殺するように誤差信号ＳＥに依存してファイバベース電子光学変調器１１５を制御するための信号ＳＣを生成するように構成された位相制御装置２３０Ｂを含む。位相制御装置２３０Ｂは、折り返しミラー１２３介し送信された逆方向伝搬波Ｌ５ｃの一部分を表す逆方向伝搬光波Ｌ１ｃからおよび任意選択的に共振光空洞１２０の入力における順方向伝搬波Ｌ２ｐを表す順方向伝搬光波Ｌ１ｐから制御信号ＳＣを生成するように構成される。より正確には、制御信号ＳＣは、フォトダイオードＰＤ２Ｂによりおよび任意選択的にフォトダイオードＰＤ１Ｂにより生成された電流から生成される。
【0074】
位相制御装置２３０Ｂの動作原理は位相制御装置２３０Ａのものと同一である。すなわち、フォトダイオードＰＤ２Ｂにより生成される信号が、図２Ａを参照して説明したように誤差信号ＳＥおよび制御信号ＳＣを生成するために、フォトダイオードＰＤ２Ａにより生成される信号の代わりに使用される。任意選択的に、フォトダイオードＰＤ１Ｂにより生成される信号は、この信号が図２Ａを参照して説明したように処理される前にフォトダイオードＰＤ２Ｂにより生成された電気信号を正規化するために、フォトダイオードＰＤ１Ａにより生成される信号の代わりに使用される。
【0075】
図２Ｃは、電子光学変調器を制御するための信号を生成する第３の方法を使用する光フィードバックを有するレーザシステム２００Ｃの一実施形態を概略的に示す。レーザシステム２００Ｃは、光フィードバックに敏感であるレーザ１１０、共振光空洞１２０、光ファイバ１１１、光ファイバ１１２、およびファイバベース電子光学変調器１１５を含み、これらの素子は図１を参照して説明したものに同一または同様であり図１に示すように光学的に接続される。レーザシステム２００Ｃはさらに、図１を参照して説明した光学部品１０２、１０３、１０４、１０５、１０６を含み得る。
【0076】
レーザシステム２００Ｃはさらに、その振幅が逆方向伝搬光波Ｌ５ｃと折り返しミラー１２３により反射された光波Ｌ２ｒとの干渉から生じる光波Ｌ６に依存する電流を光波Ｌ６から生成するためのフォトダイオードＰＤ３を含む。
【0077】
レーザシステム２００Ｃはさらに、その振幅が光波Ｌ３の輝度に依存する電流を光波Ｌ３から生成するためのフォトダイオードＰＤ２Ｃを含み得る。
【0078】
レーザシステム２００Ｃはさらに、レーザ／空洞位相シフトのモジュロ２πを表す誤差信号ＳＥを取得するように構成されるとともに相対的レーザ／空洞位相を相殺するように誤差信号ＳＥに依存してファイバベース電子光学変調器１１５を制御するための信号ＳＣを生成するように構成された位相制御装置２３０Ｃを含む。位相制御装置２３０Ｃは光波Ｌ６から制御信号ＳＣを生成するように構成される。より正確には、位相制御装置２３０ＡはフォトダイオードＰＤ３により生成された信号から制御信号ＳＣを生成するように構成される。
【0079】
本明細書における制御信号ＳＣを生成する方法の原理は、空洞の折り返しミラー１２３を介し送信された空洞内波Ｌ５の一部分とレーザにより放射された順方向伝搬源光波Ｌ０ｐとの間の相対的光学的位相を測定することにその本質がある。これら２つの波の混合から生じる光波Ｌ６は、共振光空洞１２０の折り返しミラー１２３からの反射により生成される。光波Ｌ６の光経路は、レーザ１１０と共振光空洞１２０とを結合するために使用される光経路とは幾何学的に分離されている。したがって、この結合を妨害することなくフォトダイオードＰＤ３を設置することが可能である。
【0080】
変調信号ＳＭは、１００ｋＨｚ（すなわち、空洞のモードの幅の約１０～２０倍）から１０ＧＨｚ（この限度は採用された電子光学変調器１１５の変調能力に依存する）の間で選択され得る位相変調周波数でもって生成される。誤差信号ＳＥは、フォトダイオードＰＤ３により生成された信号に帯域フィルタ２３１Ｃを適用し、次に、このフィルタリングされた信号を変調信号ＳＭにより変調することにより得られる。ＰＩＤコントローラ２３３Ｃは、変調信号ＳＭが制御信号ＳＣを生成するように加えられる補正信号を、ＰＩＤコントローラ内への誤差信号ＳＥ入力から生成する。
【0081】
折り返しミラー１２３を介し送信された逆方向伝搬空洞内波Ｌ５ｃの一部分と順方向伝搬源光波Ｌ０ｐとの間の相対的位相は、正確な共振に対する変差に依存する、すなわちレーザ１１０と共振光空洞１２０との結合の最適度合いに依存する。図３Ｄは、共振光空洞１２０の自由スペクトル間隔分の１で表された源レーザの周波数に対するミスマッチに応じたこの相対的位相の変動を示す。図３Ｄに示すように、この相対的位相は－πから＋πまでにわたっており、正確な共振において零に等しい。
【0082】
制御信号を生成するこの第３の方法の主要な利点は、共振光空洞１２０内に蓄積された光子（それらは一時的にフィルタリングされる）が、数十マイクロ秒のスケールで非常に安定した貯蔵部を形成するという事実に起因する。共振光空洞１２０は超安定周波数源として働く。したがって、空洞のこの応答時間より短いタイムスケールにおけるレーザ１１０に対するいかなる作用も瞬間的に検出されることになる。
【0083】
相対的位相を極めて速やかに測定することが可能であるので、相対的位相の極めて速い制御を保証することが可能である。ほぼ瞬間的な位相調整を可能にする電子光学変調器１１５は今一度ここで十分に活用される（応答時間＜０．１ｎｓ）。
【0084】
任意選択的に、フォトダイオードＰＤ２Ｃにより生成される信号は、この信号が上述したように処理される前に、フォトダイオードＰＤ３により生成された電気信号を正規化するために使用される。
【0085】
図２Ｄは、電子光学変調器を制御するための信号を生成する第４の方法を使用する光フィードバックを有するレーザシステム２００Ｄの一実施形態を概略的に示す。レーザシステム２００Ｄは、光フィードバックに敏感であるレーザ１１０、共振光空洞１２０、光ファイバ１１１、光ファイバ１１２、およびファイバベース電子光学変調器１１５を含み、これらの素子は図１を参照して説明したものに同一または同様であり図１に示すように光学的に接続される。レーザシステム２００Ｄはさらに、図１を参照して説明した光学部品１０２、１０３、１０４、１０５、１０６を含み得る。
【0086】
レーザシステム２００Ｄはさらに、光ファイバ１１２からの逆方向伝搬光波Ｌ１ｃの一部をサンプリングするとともに光波Ｌ７を生成するためのファイバベースカプラ１０７を含む。
【0087】
レーザシステム２００Ｄはさらに、その振幅が光波Ｌ７の輝度に依存する電流を光波Ｌ７から生成するためのフォトダイオードＰＤ２Ｄを含む。
【0088】
レーザシステム２００Ｄはさらに、レーザ／空洞位相シフトを表す誤差信号ＳＥを取得するように構成されるとともに相対的レーザ／空洞位相を相殺するように誤差信号ＳＥに依存してファイバベース電子光学変調器１１５を制御するための信号ＳＣを生成するように構成された位相制御装置２３０Ｄを含む。位相制御装置２３０Ｄは、電子光学変調器１１５の出力において光波Ｌ１から制御信号ＳＣを生成するように構成される。より正確には、制御信号ＳＣは、位相変調が順方向伝搬源光波Ｌ０ｐへ適用される所謂ロックイン検出方法を介し、取得された誤差信号ＳＥに依存して生成され、この変調は平均値を中心として適用される。制御信号ＳＣは順方向伝搬源光波Ｌ０ｐの位相の平均値に対する調整を行うように生成され、一方、位相変調は同じ順方向伝搬源光波Ｌ０ｐへ適用される。この位相変調は、空洞内波Ｌ５したがって空洞内逆方向伝搬波Ｌ５ｃの強度の変調を誘起する。逆方向伝搬光波Ｌ１ｃは逆方向伝搬光波Ｌ５ｃを表すので、この輝度変調は、光サーキュレータ１０７を介しサンプリングされた逆方向伝搬光波Ｌ１ｃの一部分に基づきフォトダイオードＰＤ２Ｄにより検出される。誤差信号はフォトダイオードＰＤ２Ｄにより生成された信号の復調を介しロックイン増幅器３３１により取得される。このロックイン検出方法については図３Ａ～３Ｄを参照して以下にさらに詳細に説明する。
【0089】
図２Ｅは、電子光学変調器を制御するための信号を生成する第５の方法を使用する光フィードバックを有するレーザシステム２００Ｅの一実施形態を概略的に示す。
【0090】
レーザシステム２００Ｅは、レーザ／空洞位相シフトを表す誤差信号ＳＥを取得するように構成されるとともに相対的レーザ／空洞位相を相殺するように誤差信号ＳＥに依存してレーザ１１０の変調信号ＳＭおよび制御信号ＳＣを生成するように構成された位相制御装置２３０Ｅを含むこと以外はレーザシステム２００Ｄと同一である。位相制御装置２３０Ｅは電子光学変調器１１５の出力において光波Ｌ１から制御信号ＳＣを生成するように構成される。より正確には、制御信号ＳＣは、レーザ１１０のダイオードへ供給される電流の大きさがレーザの周波数の変調を誘起するために変調されるロックイン検出方法を介し生成される。これは、空洞内波Ｌ５したがって空洞内逆方向伝搬波Ｌ５ｃの強度の変調を誘起する。逆方向伝搬光波Ｌ１ｃは逆方向伝搬光波Ｌ５ｃを表すので、この輝度変調は、光サーキュレータ１０７によりサンプリングされた逆方向伝搬光波Ｌ１ｃの一部分に基づきフォトダイオードＰＤ２Ｄにより検出される。誤差信号ＳＥは、フォトダイオードＰＤ２Ｄにより生成された信号の復調を介しロックイン増幅器３３１を介し取得される。制御信号ＳＣは、順方向伝搬源光波Ｌ０ｐの位相の平均値に対する調整を、取得された誤差信号ＳＥに依存して行うように生成され、一方レーザ１１０のダイオードへ供給される電流の大きさの変調が適用される。このロックイン検出方法については図３Ａ～３Ｄを参照して以下にさらに詳細に説明する。
【0091】
図３Ａ～３Ｄは、ロックイン検出方法を介し電子光学変調器１１５を制御するための信号ＳＣの生成の様々な態様を例示する。
【0092】
図３Ａは、順方向伝搬源光波Ｌ０ｐの周波数が変動される時間に応じた共振光空洞１２０により送信される光波Ｌ３またはＬ４の強度を表す透過曲線である。この周波数変動は例えば、レーザ１１０内部のダイオードへ供給される電流の大きさＩｌａｓｅｒを変動させることにより取得される。レーザ１１０が光フィードバックにより共振光空洞１２０の共振周波数のうちの１つへチューニングされると、光子は共振光空洞１２０内に効果的に注入され、その内部に蓄積する。これは、共振光空洞１２０からの送信により出力される光波Ｌ３、Ｌ２ｃ、Ｌ４またはＬ６を生じる。対照的に、レーザ１１０がチューニングされないと、光子は効果的に注入されなく、有るか無しかの光が共振光空洞１２０からの送信により出力される。したがって、レーザ１１０と共振光空洞１２０との結合の有効性は、共振光空洞１２０から出力される光波Ｌ３、Ｌ２ｃ、Ｌ１ｃ、Ｌ４またはＬ６のうちの１つの強度を介し測定され得る。図３Ａに示すように、この強度はそのピークが最適結合状況に対応する一種の釣鐘曲線に従う。換言すれば、結合度の最適化は、共振光空洞１２０から出力される光波Ｌ３、Ｌ２ｃ、Ｌ１ｃ、Ｌ４またはＬ６のうちの１つの光波の強度を最大化することとなる。
【0093】
透過曲線上の動作点（１）、（２）、および（３）の様々な例が図３Ａに示される。動作点（１）において、透過曲線の微分は正である、すなわち、送信される光波の強度は、レーザ源の周波数（すなわち電流Ｉｌａｓｅｒ）が増加すると増加し、レーザ源の周波数（すなわち電流Ｉｌａｓｅｒ）が低下すると低下する。動作点３において、透過曲線の微分は負である、すなわち、送信される光波の強度は、レーザ源の周波数（すなわち電流Ｉｌａｓｅｒ）が増加すると低下し、レーザ源の周波数（すなわち電流Ｉｌａｓｅｒ）が低下すると増加する。動作点（２）において、結合度は最適であり、透過曲線の微分は零である、すなわち送信された光波の強度はレーザ源の周波数（すなわち電流Ｉｌａｓｅｒ）の変化により影響されない。
【0094】
図３Ｂの曲線は、小振幅の変調信号ＳＭ＝εｓｉｎωｔが電流Ｉｌａｓｅｒへ適用される場合のレーザシステムの振る舞いを示す。曲線３０は、レーザのダイオードへ印可される電流Ｉｌａｓｅｒ＝Ｉ（ｔ）＋εｓｉｎωｔを示す（ε＞０）。周波数ωは例えば約数ｋＨｚである。曲線３１は、このような変調を有する動作点（１）を中心として取得されたレーザの（ほぼ正弦波）透過曲線を表す、すなわち、正弦波の増加部分は、正弦波の低下部分より絶対値が急な傾斜を有し、これは、透過曲線Ｉｌａｓｅｒ＝Ｉ（ｔ）＋ε１ｓｉｎ（ωｔ＋Φ１）の位相Φ１の正変調となる。曲線３２は、このような変調を有する動作点（２）を中心として取得されたレーザの透過曲線を表す、すなわち、透過曲線はほぼ一定である（すなわちＩｌａｓｅｒ＝Ｉ（ｔ）＋ε２ｓｉｎ（ωｔ＋Φ２）において零位相変調Φ２および零振幅変調ε２）。曲線３３は、このような変調を有する動作点（３）を中心として取得されたレーザの（ほぼ正弦波）透過曲線を表す、すなわち、正弦波の増加部は、正弦波の低下部より絶対値が低い傾斜を有し、これは、透過曲線Ｉｌａｓｅｒ＝Ｉ（ｔ）＋ε３ｓｉｎ（ωｔ＋Φ３）の位相Φ３の負変調となる。したがって、電流に対する透過曲線の微分の値を１秒当たり何度も検出することが可能であり、したがってレーザ１１０と共振光空洞１２０との結合の最適度合いを取得するのに必要な調整を判断することが可能であるということが分かるかもしれない。
【0095】
図２Ｄ、２Ｅの実施形態では、この検出は、正弦波基準信号に対する信号（本明細書では変調された送信信号）の振幅および相対的位相を特に可能にするロックイン増幅器３３１により実現され得る（本明細書では、信号ＳＭは、電流Ｉｌａｓｅｒの変調を介しレーザの放射周波数を変調するために使用される）。ロックイン検出増幅器３３１の少なくとも１つの実施形態では、入力信号が増幅され、次に変調信号を生成するために変調信号が乗算される。次に、帯域フィルタは、変調信号が積分され得るようにする。
【0096】
２Ｄ、２Ｅの実施形態では、ロックイン増幅器３３１の出力は、ロックイン検出増幅器３３１から出力された誤差信号ＳＥから相対的レーザ／空洞位相を相殺するように生成される制御信号ＳＣが生成され得るようにするＰＩＤコントローラ３３３（ＰＩＤは比例、積分、微分を表す）へ接続される。
【0097】
図２Ａ、２Ｃ、２Ｄまたは２Ｅの実施形態では、ＰＩＤコントローラ２３３Ａ、２３３Ｃ、３３３は、誤差信号ＳＥから取得された３つの成分（すなわち、誤差信号ＳＥに対応する比例成分、誤差信号ＳＥを積分することにより取得された積分成分、および誤差信号ＳＥを微分することにより取得された微分成分）の加重和である制御信号ＳＣをこのＰＩＤコントローラ２３３Ａ、２３３Ｃ、３３３内への誤差信号ＳＥ入力から生成する。制御信号の積分成分は誤差信号の遅い変化をフィルタリングするために使用され、制御信号の微分成分は誤差信号内の速い変化をフィルタリングするために使用される。これらの３つの成分のために、システム安定性が保証され得る。制御信号ＳＣは、誤差信号ＳＥが零に達すると（すなわち共振光空洞の送信が最大となりレーザ／空洞結合の度合いが最大となると）、上からまたは下から最適値ＳＭｏに達する。さらに、制御信号は補償されるべき位相変動に従うために増加または低下し続け得る。この最適値ＳＭｏに到達すると、電子光学変調器は、レーザから発せられた源波に対して位相調整ΔΦ１を行い、源波の場所／戻りレーザ／空洞行路上の全位相調整ΔΦ＝ΔΦ１＋ΔΦ２＝２×ΔΦ１を行う。さらに、制御信号ＳＣの比例成分は、誤差信号ＳＥの振幅に比例して最適値ＳＭｏに対して増加または低下する。
【0098】
図２Ｃ、２Ｄの実施形態では、変調信号ＳＭはさらに、これもまた誤差信号ＳＥから取得された３つの成分（すなわち誤差信号ＳＥに対応する比例成分、誤差信号ＳＥを積分することにより取得された積分成分、および誤差信号ＳＥを微分することにより取得された微分成分）の加重和である変調された制御信号ＳＣを生成するようにＰＩＤコントローラ２３３Ａ、２３３Ｃ、３３３の出力信号を変調するために使用される。それを中心として制御信号ＳＣが変調される平均値は、誤差信号ＳＥが零に達すると（すなわち共振光空洞の送信が最大となりレーザ／空洞結合の度合いが最大となると）最適値に達する。さらに、制御信号ＳＣの比例成分は誤差信号ＳＥの振幅に比例して増加または低下する。
【0099】
したがって、共振光空洞１２０から出力される光波Ｌ３、Ｌ１ｃ、Ｌ２ｃ、Ｌ４、またはＬ６の強度はレーザ／空洞位相シフトを表す誤差信号ＳＥを生成するための入力信号として働き得る。
【0100】
レーザ１１０の所与の放射周波数に関して、レーザ１１０と共振光空洞１２０との結合度は、電子光学変調器１１５から出力される順方向伝搬光波Ｌ１ｐの位相を、レーザ／空洞光経路が整数個の波長λに等しくなるように平均値へ調整することにより調整され得る。ここで、λは順方向伝搬源光波Ｌ０ｐの波長である。
【0101】
レーザ１１０の周波数を変調するのではなく、図２Ｄに示すように電子光学変調器の出力における光波Ｌ１の位相を電子光学変調器１１５により変調することが可能である。これは、レーザ１１０のダイオードへ供給される電流を一定に維持すること、すなわちレーザ１１０の放射出力が安定したままであるということを保証することを可能にする。これは、波長と出力とが両方ともに素晴らしくかつ安定しているレーザを実現する一方で、レーザ１１０により生成された順方向伝搬源光波Ｌ０ｐの一部分が例えば光ファイバカプラによりサンプリングされる場合に変調により妨害されない光波を取得することを可能にする。
【0102】
図３Ｃは、レーザシステム２００Ｄまたは２００Ｅにより取得された複数の信号を示す。曲線３５（曲線の左側の目盛）は１．４ｋＨｚの変調周波数による変調信号ＳＭの例を示す。曲線３６（左手目盛）は、レーザ１１０内部のダイオードへ供給される電流の大きさＩｌａｓｅｒの変調の場合の共振光空洞１２０から出力される光波Ｌ３またはＬ４を表す。変調の影響は、曲線３６のピーク（ここで１．２Ｖの値に達する）に対応する０．０９秒にほぼ等しい時間の終わりに零に達する、すなわち、このピークはレーザ／空洞結合の最大度に対応するということが分かるかもしれない。曲線３７（右手目盛）は、共振光空洞１２０から出力される光波Ｌ３またはＬ４を変調信号ＳＭにより変調することから生じる信号を表す。変調の影響は曲線３６のピークに対応する０．０９秒にほぼ等しい時間の終わりに零に達するということも曲線３７から分かるかもしれない。曲線３８（右手目盛）は、曲線３７により表される信号の低域通過フィルタリング（例えば２００Ｈｚのカットオフ周波数を有する）により取得された誤差信号ＳＥである。電子光学変調器１１５を制御するための信号ＳＣは、曲線３８により表された信号にＰＩＤ補正を適用することにより取得される。曲線３８の微分は、約０．２５Ｖの平均の大きさに関して、曲線３６または３７のピークに対応する０．０９秒にほぼ等しい時間の終わりに零に達する。したがって、制御信号ＳＣは、曲線３８が零に達すると最適値に達するように生成され、制御信号ＳＣの比例成分は曲線３８が零に達する点における（すなわち最大レーザ／空洞結合に対応する点、したがって最大送信に対応する点における）曲線３８の振幅に対する差異に比例して増加する。
【0103】
【0104】
レーザシステム４００は、光フィードバックに敏感であるレーザ１１０、共振光空洞１２０、光ファイバ１１１、光ファイバ１１２、およびファイバベース電子光学変調器１１５を含み、これらの素子は図１を参照して説明したものに同一または同様であり図１に示すように光学的に接続される。レーザシステム４００はさらに、図１を参照して説明した光学部品１０２、１０３、１０４、１０５、１０６を含み得る。
【0105】
レーザシステム４００はさらに、レーザ／空洞位相シフトのモジュロ２πを表す誤差信号ＳＥを取得するように構成されるとともに相対的レーザ／空洞位相を相殺するように誤差信号ＳＥに依存してファイバベース電子光学変調器１１５を制御するための信号ＳＣを生成するように構成された位相制御装置４３０を含む。制御信号ＳＣは、図２Ａ～２Ｅを参照して説明した方法の任意の１つを使用して生成され得る。
【0106】
レーザシステム４００は、レーザ１１０の出力において源光波Ｌ０の一部分をサンプリングするための光ファイバカプラ１０７を含む。フォトダイオードＰＤ４は、カプラ１０７の第１の出力に接続されており、レーザ１１０に戻される逆方向伝搬源光波Ｌ０ｃの一部分（例えば１０％）を受信する。フォトダイオードＰＤ５は、カプラ１０７の第２の出力に接続されており、レーザから出る順方向伝搬源光波Ｌ０ｐの一部分（例えば９０％）を受信する。フォトダイオードＰＤ５上に見られる光出力信号は超安定高出力光源を形成する。
【0107】
図５は、光フィードバックを有する複数源レーザシステム５００の一実施形態を概略的に示す。このレーザシステム５００は、光フィードバックに敏感である少なくとも２つのレーザであってその周波数が調整可能である連続波形源光波を出力光ファイバを介し放射するように意図された少なくとも２つのレーザを含む。図５に示す例では、レーザシステム５００は、光フィードバックに敏感である３つのレーザ（５１０Ａ、５１０Ｂ、５１０Ｃ）であってその周波数が調整可能である対応する連続波形順方向伝搬源光波（Ｌ５０Ａｐ、Ｌ５０Ｂｐ、Ｌ５０Ｃｐ）を、対応する出力光ファイバ５１１Ａ～５１１Ｃそれぞれ介し放射するように意図された３つのレーザ（５１０Ａ、５１０Ｂ、５１０Ｃ）を含む。図５の実施形態の説明は、３に等しい数のレーザに関して与えられるが、任意数のレーザに一般化可能である。
【0108】
レーザシステム５００は、光フィードバックによりレーザ（５１０Ａ、５１０Ｂ、５１０Ｃ）のうちの１つへ結合された共振光空洞１２０であって空洞内波Ｌ５を生成するように構成された共振光空洞１２０を含む。共振光空洞１２０は、図１、図２Ａ～２Ｅの任意の１つを参照して説明した共振光空洞１２０と同一または同様であり得る。
【0109】
レーザシステム５００はさらに、光ファイバ１１１、光ファイバ１１２、ファイバベース電子光学変調器１１５を含む。これらの素子は、図１、図２Ａ～２Ｅを参照して説明したものと同一または同様であり、これらの図に示すように光学的に接続される。レーザシステム５００はさらに、図１を参照して説明した光学部品１０２、１０３、１０４、１０５、１０６を含み得る。
【0110】
レーザシステム５００は、レーザ５１０Ａ～５１０Ｃによりそれぞれ出力された順方向伝搬光波Ｌ５０Ａｐ～Ｌ５０Ｃｐを受信するように構成されたファイバベース光スイッチ５５０であって受信光波のうちの１つを選択し、選択された順方向伝搬光波Ｌ５０を光ファイバ１１１を介し電子光学変調器１１５へ転送するためのファイバベース光スイッチ５５０を含む。選択された光波Ｌ５０ｐは順方向伝搬源光波として働き、電子光学変調器１１５は、順方向伝搬源光波Ｌ５０ｐに対して位相シフトされた順方向伝搬光波Ｌ５１ｐを生成するように、図１、図２Ａ～２Ｅを参照して説明した選択された光波Ｌ５０ｐの位相を調整する（そして、任意選択的に変調する）ように構成される。変調の場合、位相シフトされた順方向伝搬光波Ｌ５１ｐはさらに変調側波帯を有する。したがって、共振光空洞１２０からの光フィードバックは、選択された光波Ｌ５０ｐを生成したレーザ５１０Ａ～５１０Ｃへ送られる。
【0111】
共振光空洞１２０内で形成される定常空洞内光波Ｌ５は逆方向伝搬空洞内波Ｌ５ｃと順方向伝搬空洞内波Ｌ５ｐとからなる。逆方向伝搬空洞内波Ｌ５ｃは、逆経路を介しレーザ（５１０Ａ、５１０Ｂ、５１０Ｃ）中に再注入され、光フィードバック効果を生じさせる。光フィードバックはレーザ（５１０Ａ、５１０Ｂ、５１０Ｃ）のそれぞれと共振光空洞１２０との間で発生し得る。
【0112】
したがって、共振光空洞１２０の入力における光波Ｌ５２は順方向伝搬波Ｌ５２ｐと逆方向伝搬波Ｌ５２ｃとからなる。特に、逆方向伝搬波Ｌ５２ｃは、光アーム１２２の軸上の折り返しミラー１２３を通る逆方向伝搬空洞内波Ｌ５ｃの一部分に対応する。
【0113】
同様に、電子光学変調器１１５の出力における光波Ｌ５１は順方向伝搬波Ｌ５１ｐと逆方向伝搬波Ｌ５１ｃとからなる。逆方向伝搬波Ｌ５１ｃは、電子光学変調器１１５の出力に到達する逆方向伝搬空洞内波Ｌ５ｃの一部分に対応する。電子光学変調器１１５の作用は、両伝搬方向において同一であるので、同一量だけ、そして同じやり方で、順方向伝搬源波Ｌ０ｐの位相と逆方向伝搬波Ｌ５１ｃの位相とを修正する。
【0114】
同様に、光スイッチ５５０の出力における光波Ｌ５０は、上述したように光スイッチ５５０により生成された方伝搬源波Ｌ５０ｐと逆方向伝搬波Ｌ５０ｃとからなる。逆方向伝搬波Ｌ５０ｃは光スイッチ５５０の出力に到達する逆方向伝搬光波Ｌ５ｃの一部分に対応する。
【0115】
光スイッチ５５０は、順方向伝搬方向に行われた機能の逆の機能を行うように逆伝搬方向に作用し、したがって、その順方向伝搬源波が順方向伝搬方向の光スイッチ５５０により選択されたレーザ５１０Ａ、５１０Ｂ、５１０Ｃへ戻される逆方向伝搬波Ｌ５０Ａｃ、Ｌ５０Ｂｃ、Ｌ５０Ｃｃを生成する。
【0116】
したがって、レーザ５１０Ａ（５１０Ｂ、５１０Ｃそれぞれ）の出力における光波Ｌ５０Ａ（Ｌ５０Ｂ、Ｌ５０Ｃそれぞれ）は、順方向伝搬源波Ｌ５０Ａｐ（Ｌ５０Ｂｐ、Ｌ５０Ｃｐそれぞれ）と逆方向伝搬波Ｌ５０Ａｃ（Ｌ５０Ｂｃ、Ｌ５０Ｃｃそれぞれ）とからなる。
【0117】
したがって逆方向伝搬波Ｌ５２ｃ、Ｌ５１ｃ、Ｌ５０ｃ、Ｌ５０Ａｃ、Ｌ５０Ｂｃ、Ｌ５０Ｃｃのそれぞれは逆方向伝搬波Ｌ５ｃから生じる。
【0118】
レーザシステム５００はさらに、光スイッチ５５０により選択される順方向伝搬源光波を放射したレーザ５１０Ａ～５１０Ｃに対応するその場所／戻りレーザ／空洞行路上に蓄積されたレーザ／空洞位相シフトのモジュロ２πを表す誤差信号ＳＥを取得するとともに、選択された順方向伝搬源光波を放射したレーザ５１０Ａ～５１０Ｃに対応する相対的レーザ／空洞位相を相殺するように誤差信号ＳＥに依存してファイバベース電子光学変調器１１５を制御するための制御信号ＳＣを生成するように構成された位相制御装置５３０を含む。制御信号ＳＣは、図１、図２Ａ～２Ｅを参照して説明した方法の任意の１つを使用して生成され得る。
【0119】
図５を参照して説明した実施形態は、源レーザのうちの１つが、例えば遠隔通信チャネルを変更する目的でまたは空洞内物質１２０による吸収の分析の文脈においてスペクトル範囲を変更する目的で（すなわち、具体的には、低コスト複数ガス分析器が単一共振光空洞と複数のレーザ源とにより設計され得るようにするために）、迅速に切り替えられ得るようにする。
【0120】
図６は、光フィードバックを有する複数源レーザシステム６００の別の実施形態を概略的に示す。このレーザシステム６００は、光フィードバックに敏感である少なくとも２つのレーザであってその周波数が調整可能である連続波形源光波を出力光ファイバを介し放射するように意図された少なくとも２つのレーザを含む。図６に示す例では、レーザシステム６００は、光フィードバックに敏感である３つのレーザ（６１０Ａ、６１０Ｂ、６１０Ｃ）であってその周波数が調整可能である対応する連続波形順方向伝搬源光波（Ｌ６０Ａｐ、Ｌ６０Ｂ、Ｌ６０Ｃ）それぞれを、対応する出力光ファイバ（６１１Ａ、６１１Ｂ、６１１Ｃ）を介し放射するように意図された３つのレーザ（６１０Ａ、６１０Ｂ、６１０Ｃ）を含む。図６の実施形態の説明は、３に等しい数のレーザに関して与えられるが、任意数のレーザに一般化可能である。
【0121】
各光ファイバ（６１１Ａ、６１１Ｂ、６１１Ｃ）は、図１、２Ａ、２Ｂ、２Ｃのうちの任意の１つを参照して説明した光ファイバ１１１と同一または同様である。
【0122】
レーザシステム６００は、光フィードバックによりレーザ（６１０Ａ、６１０Ｂ、６１０Ｃ）のそれぞれへ結合された共振光空洞１２０であって空洞内波Ｌ５を生成するように構成された共振光空洞１２０を含む。共振光空洞１２０は、図１、２Ａ、２Ｂ、２Ｃのうちの任意の１つを参照して説明した共振光空洞１２０と同一または同様であり得る。
【0123】
レーザシステム６００はさらに、図１、２Ａ、２Ｂ、２Ｃのうちの任意の１つを参照して説明したファイバベース電子光学変調器１１５と同一または同様であり得る対応ファイバベース電子光学変調器（６１５Ａ、６１５Ｂ、６１５Ｃ）をレーザ（６１０Ａ、６１０Ｂ、６１０Ｃ）毎に含む。
【0124】
レーザシステム６００はさらに、図１、２Ａ、２Ｂ、２Ｃのうちの任意の１つを参照して説明した光ファイバ１１２と同一または同様な出力光ファイバ（６１２Ａ、６１２Ｂ、６１２Ｃ）を電子光学変調器（６１５Ａ、６１５Ｂ、６１５Ｃ）毎に含む。
【0125】
電子光学変調器（６１５Ａ、６１５Ｂ、６１５Ｃ）のそれぞれは、対応する順方向伝搬位相シフト光波（Ｌ６１Ａｐ、Ｌ６１Ｂｐ、Ｌ６１Ｃｐ）を、図１、２Ａ～２Ｅのうちの任意の１つを参照して電子光学変調器１１５について説明したのと同一やり方で生成するように、対応する順方向伝搬源光波（Ｌ６０Ａｐ、Ｌ６０Ｂｐ、Ｌ６０Ｃｐ）の位相を調整する（そして、任意選択的に変調する）ように構成される。変調の場合、位相シフトされた順方向伝搬光波（Ｌ６１Ａｐ、Ｌ６１Ｂｐ、Ｌ６１Ｃｐ）はさらに変調側波帯を有する。
【0126】
レーザシステム６００はさらに、電子光学変調器（６１５Ａ、６１５Ｂ、６１５Ｃ）のそれぞれの制御信号（ＳＣ６Ａ、ＳＣ６Ｂ、ＳＣ６Ｃ）を生成するための位相制御装置６３０を含む。制御信号（ＳＣ６Ａ、ＳＣ６Ｂ、ＳＣ６Ｃ）のそれぞれは、レーザ（６１０Ａ、６１０Ｂ、６１０Ｃ）毎に、その場所／戻りレーザ／空洞行路のそれぞれの上に蓄積されたレーザ／空洞位相シフトのモジュロ２πを相殺するように位相制御装置６３０により判断される。
【0127】
レーザシステム６００はさらに、位相シフトされた順方向伝搬光波（Ｌ６１Ａｐ、Ｌ６１Ｂｐ、Ｌ６１Ｃｐ）を同じファイバ中に注入するとともに出力光ファイバ６１２を介し多重化順方向伝搬光波Ｌ６１ｐを生成するためのマルチプレクサ６６０を含む。波長多重化（波長逆多重化、ＷＤＭ：ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ ｄｅｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）が行われる。位相シフトされた順方向伝搬光波Ｌ６１Ａｐ～Ｌ６１Ｃｐの周波数帯域はそれぞれ単一ファイバ中へ多重化またはそれから逆多重化され得る。少なくとも１つの実施形態では、これらの周波数帯域は別個の帯域である。
【0128】
１つまたは複数のレンズ１０４が、光ファイバ６１２から出る順方向伝搬光波Ｌ６１ｐを平行にするとともに順方向伝搬光波Ｌ６２ｐを生成するために光ファイバ６１２の出力に配置され得る。順方向伝搬光波Ｌ６２ｐは共振光空洞１２０内に注入される前に自由空間を通される。１つまたは複数のプレート型ビームスプリッタ１０６が、順方向伝搬光波Ｌ６２の順方向伝搬部分をサンプリングするために順方向伝搬光波Ｌ６２ｐの光経路上に配置され得る。
【0129】
共振光空洞１２０内で形成される定常空洞内光波Ｌ５は逆方向伝搬空洞内波Ｌ５ｃと順方向伝搬空洞内波Ｌ５ｐとからなる。逆方向伝搬空洞内波Ｌ５ｃは、逆経路を介しレーザ６１０Ａ～６１０Ｃ中に再注入され、光フィードバック効果を生じさせる。光フィードバックは、レーザ（６１０Ａ、６１０Ｂ、６１０Ｃ）のそれぞれと共振光空洞１２０との間で発生する。
【0130】
したがって、共振光空洞１２０の入力における光波Ｌ６２は順方向伝搬波Ｌ６２ｂと逆方向伝搬波Ｌ６２ｃとからなる。特に、逆方向伝搬波Ｌ６２ｃは、光アーム１２２の軸上の折り返しミラー１２３を通る逆方向伝搬光波Ｌ５ｃの一部分に対応する。
【0131】
同様に、マルチプレクサ６６０の出力における光波Ｌ６１は、上述したようにマルチプレクサ６６０により生成される順方向伝搬波Ｌ６１ｐと逆方向伝搬波Ｌ６１ｃとからなる。逆方向伝搬波Ｌ６１ｃは、マルチプレクサ６６０の出力に到達する逆方向伝搬光波Ｌ５ｃの一部分に対応する。
【0132】
マルチプレクサ６６０は、伝搬方向に行われた機能の逆機能を行うことにより逆方向伝搬波Ｌ６１ｃの周波数成分を分離し、したがって逆方向伝搬波Ｌ６１Ａｃ、Ｌ６１Ｂｃ、Ｌ６１Ｃｃを生成するようにデマルチプレクサとして逆伝搬方向に作用する。
【0133】
したがって、電子光学変調器６１５Ａ（６１５Ｂ、６１５Ｃそれぞれ）の出力における光波Ｌ６１Ａ（Ｌ６１Ｂ、Ｌ６１Ｃそれぞれ）は、順方向伝搬位相シフト波Ｌ６１Ａｐ（Ｌ６１Ｂｐ、Ｌ６１Ｃｐそれぞれ）と逆方向伝搬波Ｌ６１Ａｃ（Ｌ６１Ｂｃ、Ｌ６１Ｃｃそれぞれ）とからなる。電子光学変調器６１５Ａ（６１５Ｂ、６１５Ｃそれぞれ）は、順方向伝搬源波Ｌ６０Ａｐ（Ｌ６０Ｂｐ、Ｌ６０Ｃｐそれぞれ）の位相を順方向伝搬方向において、そして逆方向伝搬波Ｌ６１Ａｃ（Ｌ６１Ｂｃ、Ｌ６１Ｃｃそれぞれ）の位相を逆伝搬方向において修正するように構成される。電子光学変調器６１５Ａ（６１５Ｂ、６１５Ｃそれぞれ）の作用は、両伝搬方向において同一であるので、同一量だけそして同じやり方で、順方向伝搬源波Ｌ６０Ａｐ（Ｌ６０Ｂｐ、Ｌ６０Ｃｐそれぞれ）の位相と逆方向伝搬波Ｌ６１Ａｃ（Ｌ６１Ｂｃ、Ｌ６１Ｃｃそれぞれ）の位相の両方を修正する。
【0134】
レーザ６１０Ａ（６１０Ｂ、６１０Ｃそれぞれ）の出力における光波Ｌ６０Ａ（Ｌ６０Ｂ、Ｌ６０Ｃそれぞれ）は、レーザ６１０Ａ（６１０Ｂ、６１０Ｃそれぞれ）により生成される順方向伝搬源波Ｌ６０Ａｐ（Ｌ６０Ｂｐ、Ｌ６０Ｃｐそれぞれ）とレーザ６１０Ａ（６１０Ｂ、６１０Ｃそれぞれ）へ戻される逆方向伝搬波Ｌ６０Ａｃ（Ｌ６０Ｂｃ、Ｌ６０Ｃｃそれぞれ）とからなる。逆方向伝搬波Ｌ６０Ａｃ（Ｌ６０Ｂｃ、Ｌ６０Ｃｃそれぞれ）は、レーザ６１０Ａ（６１０Ｂ、６１０Ｃそれぞれ）の出力に到達する逆方向伝搬光波Ｌ５ｃの一部分に対応する。
【0135】
したがって、逆方向伝搬波Ｌ６２ｃ、Ｌ６１ｃ、Ｌ６１Ａｃ、Ｌ６１Ｂｃ、Ｌ６１Ｃｃ、Ｌ６０Ａｃ、Ｌ６０Ｂｃ、Ｌ６０Ｃｃのそれぞれは逆方向伝搬波Ｌ５ｃを生じる。
【0136】
レーザシステム６００はさらに、光ファイバ６１２上に配置されたファイバベースカプラ６５０であって順方向伝搬光波Ｌ６１ｐの一部を伝搬方向にそして逆方向伝搬光波Ｌ６１ｃの一部を逆伝搬方向にサンプリングするように構成されたファイバベースカプラ６５０を含む。カプラ６５０は２つの出力ファイバすなわち第１の出力ファイバ１と第２の出力ファイバ２とを含む。
【0137】
マルチプレクサ６５１は、それぞれマルチプレクサ６６０内に入力された位相シフト波Ｌ６１Ａｐ、Ｌ６１Ｂｐ、Ｌ６１Ｃｐの周波数帯域に対応する逆方向伝搬光波Ｌ６１ｃの一部分Ｌ６１Ａ１、Ｌ６１Ｂ１、Ｌ６１Ｃ１を逆伝搬方向にサンプリングするようにカプラ６５０の第１の出力ファイバ１上に配置される。対応フォトダイオードＰＤ６Ａ、ＰＤ６Ｂ、ＰＤ６Ｃは、その振幅が対応光波の輝度に依存する電流を対応光波Ｌ６１Ａ１、Ｌ６１Ｂ１、Ｌ６１Ｃ１から生成するために使用される。代替的に、多重化光波Ｌ６１の一部分Ｌ６１Ａ１、Ｌ６１Ｂ１、Ｌ６１Ｃ１は、レーザ（６１０Ａ、６１０Ｂ、６１０Ｃ）をマルチプレクサ６６０へ接続する光ファイバの部分のうちの１つの上で（例えば電子光学変調器（６１５Ａ、６１５Ｂ、６１５Ｃ）の出力において）サンプリングされ得る。
【0138】
マルチプレクサ６５２は、それぞれマルチプレクサ６６０内に入力された位相シフト波Ｌ６１Ａｐ、Ｌ６１Ｂｐ、Ｌ６１Ｃｐの周波数帯域に対応する順方向伝搬光波Ｌ６１ｐの一部分Ｌ６１Ａ２、Ｌ６１Ｂ２、Ｌ６１Ｃ２を順方向伝搬方向にサンプリングするようにカプラ６５０の第２の出力ファイバ２上に配置される。対応フォトダイオードＰＤ７Ａ、ＰＤ７Ｂ、ＰＤ７Ｃは、その振幅が対応光波Ｌ６１Ａ２、Ｌ６１Ｂ２、Ｌ６１Ｃ２の輝度に依存する電流を対応光波Ｌ６１Ａ２、Ｌ６１Ｂ２、Ｌ６１Ｃ２から生成するために使用される。代替的に、多重化光波Ｌ６１の一部分Ｌ６１Ａ２、Ｌ６１Ｂ２、Ｌ６１Ｃ２は、レーザ（６１０Ａ、６１０Ｂ、６１０Ｃ）をマルチプレクサ６６０へ接続する光ファイバの部分のうちの１つの上で（例えば電子光学変調器（６１５Ａ、６１５Ｂ、６１５Ｃ）の出力において）サンプリングされ得る。
【0139】
位相制御装置６３０は、レーザ６１０Ａ（６１０Ｂ、６１０Ｃそれぞれ）に対応するその場所／戻りレーザ／空洞行路上に蓄積されたレーザ／空洞位相シフトのモジュロ２πを表す誤差信号ＳＥ６Ａ（ＳＥ６Ｂ、ＳＥ６Ｃそれぞれ）を生成するとともにレーザ６１０Ａ（６１０Ｂ、６１０Ｃそれぞれ）に対応する相対的レーザ／空洞位相を相殺するよう誤差信号ＳＥ６Ａ（ＳＥ６Ｂ、ＳＥ６Ｃそれぞれ）に依存してファイバベース電子光学変調器６１５Ａ（６１５Ｂ、６１５Ｃそれぞれ）を制御するための信号ＳＣ６Ａ（ＳＣ６Ｂ、ＳＣ６Ｃそれぞれ）を生成するように構成される。制御信号ＳＣ６Ａ（ＳＣ６Ｂ、ＳＣ６Ｃそれぞれ）は、フォトダイオードＰＤ７Ａ（ＰＤ７Ｂ、ＰＤ７Ｃそれぞれ）がフォトダイオードＰＤ１Ｂの役割を果たしフォトダイオードＰＤ６Ａ（ＰＤ６Ｂ、ＰＤ６Ｃそれぞれ）がフォトダイオードＰＤ２Ｂの役割を果たす図２Ｂを参照して説明した方法を使用して生成され得る。
【0140】
レーザシステム６００はさらに、図１を参照して説明した部品１０２（１０３それぞれ）と同一であり対応する電子光学変調器（６１５Ａ、６１５Ｂ、６１５Ｃ）のそれぞれの前または後ろに配置されるファイバベース光学部品６０２Ａ～６０２Ｃ（６０３Ａ～６０３Ｃそれぞれ）を含み得る。
【0141】
このシステムは、同じ空洞１２０が複数のレーザへのフィードバックを同時に提供するために使用され得るようにする。したがって、ガス検出器はいくつかのスペクトル領域を並列にかつ連続的に分析し得る。計測学的用途、遠距離通信用途、または例えばテラヘルツ放射の生成のための周波数の非常に精密な合成（例えば光学的ビーティング、加算または減算による）を必要とする用途のために光空洞１２０を介し互いに接続された複数の超安定源を提供することも可能である。
【0142】
図７は、光フィードバックを有する複数源レーザシステム７００の別の実施形態を概略的に示す。このレーザシステム７００は、光フィードバックに敏感である少なくとも２つのレーザであってその周波数が調整可能である連続波形順方向伝搬源光波を出力光ファイバを介し放射するように意図された少なくとも２つのレーザを含む。図７に示す例では、レーザシステム７００は、光フィードバックに敏感である２つのレーザ（７１０Ａ、７１０Ｂ）であってその周波数が調整可能である対応する連続波順方向伝搬源光波（Ｌ７０Ａｐ、Ｌ７０Ｂｐ）それぞれを対応する出力光ファイバ（７１１Ａ、７１１Ｂ）を介し放射するように意図された２つのレーザ（７１０Ａ、７１０Ｂ）を含む。
【0143】
各光ファイバ（７１１Ａ、７１１Ｂ）は図１を参照して説明した光ファイバ１１１と同一または同様である。
【0144】
レーザシステム７００は、レーザ（７１０Ａ、７１０Ｂ）のそれぞれへ光フィードバックにより同時に結合された共振光空洞１２０であって空洞内波Ｌ５を生成するように構成された共振光空洞１２０を含む。共振光空洞１２０は、図１、２Ａ～２Ｅのうちの任意の１つを参照して説明した共振光空洞１２０と同一または同様であり得る。
【0145】
レーザシステム７００はさらに、図１、２Ａ～２Ｅのうちの任意の１つを参照して説明したファイバベース電子光学変調器１１５と同一または同様であり得る対応ファイバベース電子光学変調器（７１５Ａ、７１５Ｂ）をレーザ（７１０Ａ、７１０Ｂ）毎に含む。
【0146】
レーザシステム７００はさらに、図１、２Ａ～２Ｅのうちの任意の１つを参照して説明した光ファイバ１１２と同一または同様な出力光ファイバ（７１２Ａ、７１２Ｂ）を電子光学変調器（７１５Ａ、７１５Ｂ）毎に含む。
【0147】
電子光学変調器（７１５Ａ、７１５Ｂ）のそれぞれは、対応する順方向伝搬源光波（Ｌ７０Ａｐ、Ｌ７０Ｂｐ）の位相を調整（そして任意選択的に変調）するとともに対応順方向伝搬位相シフト光波（Ｌ７１Ａｐ、Ｌ７１Ｂｐ）を、図１、２Ａ～２Ｅのうちの任意の１つを参照して電子光学変調器１１５について説明したのと同一または同様なやり方で生成するように構成される。変調の場合、位相シフト順方向伝搬光波（Ｌ７１Ａｐ、Ｌ７１Ｂｐ）はさらに変調側波帯を有する。
【0148】
レーザシステム７００はさらに、第１の位相シフト順方向伝搬光波（Ｌ７１Ａｐ）と第２の位相シフト順方向伝搬光波（Ｌ７１Ｂｐ）とから、２つの直交偏光波（Ｌ７７Ａｐ、Ｌ７７Ｂｐ）を含む合成順方向伝搬波（Ｌ７７Ｃｐ）を順方向伝搬方向に生成するための光合成器７８０を含む。一実施形態では、第１の順方向伝搬偏光波（Ｌ７７Ａｐ）は第１の順方向伝搬位相シフト光波（Ｌ７１Ａｐ）を偏光することにより取得され、第２の順方向伝搬分極光波（Ｌ７７Ｂｐ）は第２の順方向伝搬位相シフト光波（Ｌ７１Ｂｐ）を第１の順方向伝搬偏光波に直交して偏光することにより取得される。例えば、偏光保持光ファイバが電子光学変調器７１５Ａ、７１５Ｂの出力において使用され、これらのファイバはそれらの偏光軸が直交するように光合成器（７８０）の入力へ接続される。光合成器（７８０）はさらに、取得された合成順方向伝搬波（Ｌ７７Ｃｐ）を共振光空洞へ提供するように構成される。
【0149】
１つまたは複数のレンズ７０４が、光ファイバ７８１から出る順方向伝搬光波Ｌ７７Ｃｐを平行にして順方向伝搬光波Ｌ７２ｐを生成するために光ファイバ７８１の出力に配置され得る。順方向伝搬光波Ｌ７７Ｃｐと同様に、順方向伝搬光波Ｌ７２ｐは２つの直交偏光波を含む。順方向伝搬光波Ｌ７２ｐは共振光空洞１２０内に注入される前に空間を通される。
【0150】
１つまたは複数のミラー７０６は、光波Ｌ７２ｐを共振光空洞１２０の入力方向に導くために順方向伝搬光波Ｌ７２ｐの光経路上に配置され得る。
【0151】
順方向伝搬合成光波Ｌ７７Ｃｐへ合成される光波Ｌ７７Ａｐ、Ｌ７７Ｂｐの偏光に対応する２つの直交偏光波を含む定常空洞内波Ｌ５が共振光空洞１２０内に形成される。同様に、順方向伝搬空洞内波Ｌ５ｐは、逆方向伝搬空洞内波Ｌ５ｐと同様に、順方向伝搬合成光波Ｌ７７Ｃｐに合成される光波Ｌ７７Ａｐ、Ｌ７７Ｂｐの偏光に対応する２つの直交偏光波を含む。
【0152】
さらに、定常空洞内波Ｌ５が共振光空洞１２０に形成されると、逆方向伝搬光波Ｌ５ｃが逆経路を介しレーザ７１０Ａ、７１０Ｂ中に再注入され、光フィードバック効果を生じさせる。光フィードバックはレーザ（７１０Ａ、７１０Ｂ）のそれぞれと共振光空洞１２０との間で発生する。
【0153】
したがって、共振光空洞１２０の入力における光波Ｌ７２は順方向伝搬波Ｌ７２ｐと逆方向伝搬波Ｌ７２ｃとからなる。特に、逆方向伝搬波Ｌ７２ｃは、光アーム１２２の軸上の折り返しミラー１２３を通る逆方向伝搬光波Ｌ５ｃの一部分に対応する。順方向伝搬波Ｌ７２ｐと同様に、逆方向伝搬波Ｌ７２ｃは順方向伝搬合成光波Ｌ７７Ｃｐへ合成される光波Ｌ７７Ａｐ、Ｌ７７Ｂｐの偏光に対応する２つの直交偏光波を含む。
【0154】
同様に、光合成器７８０の出力における光波Ｌ７７Ｃは順方向伝搬波Ｌ７７Ｃｐと逆方向伝搬波Ｌ７７Ｃｃとからなる。順方向伝搬波Ｌ７７Ｃｐと同様に、逆方向伝搬波Ｌ７７Ｃｃは、光波Ｌ７７Ａｐ、Ｌ７７Ｂｐの偏光に対応する直交偏光の２つの逆方向伝搬光波Ｌ７７Ａｃ、Ｌ７７Ｂｃを含む。逆伝搬方向では、光合成器７８０は、光合成器に到達する逆方向伝搬合成光波Ｌ７７Ｃｃ内の、直交偏光波の一部分を分割することにより分割波を生成するとともに逆方向伝搬波Ｌ７１Ａｃ、Ｌ７１Ｂｃを生成するように構成される。
【0155】
同様に、電子光学変調器７１５Ａ（７１５Ｂそれぞれ）の出力における光波Ｌ７１Ａ（Ｌ７１Ｂそれぞれ）は、順方向伝搬位相シフト波Ｌ７１Ａｐ（Ｌ７１Ｂｐそれぞれ）と逆方向伝搬波Ｌ７１Ａｃ（Ｌ７１Ｂｃそれぞれ）とからなる。電子光学変調器７１５Ａ（７１５Ｂそれぞれ）は順方向伝搬方向において順方向伝搬源波Ｌ７０Ａｐ（Ｌ７０Ｂｐそれぞれ）の位相を修正し、逆方向伝搬方向において逆方向伝搬波Ｌ７１Ａｃ（Ｌ７１Ｂｃそれぞれ）の位相を修正するように構成される。電子光学変調器７１５Ａ（７１５Ｂそれぞれ）の作用は、両伝搬方向において同一であるので、順方向伝搬源波Ｌ７０Ａｐ（Ｌ７０Ｂｐそれぞれ）の位相と逆方向伝搬波Ｌ７１Ａｃ（Ｌ７１Ｂｃそれぞれ）の位相を同じやり方で修正する。
【0156】
同様に、レーザ７１０Ａ（７１０Ｂそれぞれ）の出力における光波Ｌ７０Ａ（Ｌ７０Ｂそれぞれ）は、レーザ７１０Ａ（７１０Ｂそれぞれ）により生成される順方向伝搬源波Ｌ７０Ａｐ（Ｌ７０Ｂｐそれぞれ）とレーザ７１０Ａ（７１０Ｂそれぞれ）へ戻される逆方向伝搬波Ｌ７０Ａｃ（Ｌ７０Ｂｃそれぞれ）とからなる。逆方向伝搬波Ｌ７０Ａｃ（Ｌ７０Ｂｃそれぞれ）はレーザ７１０Ａ（７１０Ｂそれぞれ）に到達する逆方向伝搬光波Ｌ５ｃの一部分に対応する。
【0157】
したがって逆方向伝搬波Ｌ７２ｃ、Ｌ７７Ｃｃ、Ｌ７１Ａｃ、Ｌ７１Ｂｃ、Ｌ７０Ａｃ、Ｌ７０Ｂｃのそれぞれは逆方向伝搬波Ｌ５ｃから生じる。
【0158】
レーザシステム７００はさらに、光空洞のアーム１２１の軸上の共振光空洞の入力に配置されたビームスプリッタ７０７を含む。ビームスプリッタ７０７は光波Ｌ７６を受信する。反射された光波Ｌ７２ｒは、順方向伝搬光波Ｌ７２ｐの折り返しミラー１２３からの反射から生じる。動作中、空洞内定常波Ｌ５が共振光空洞１２０内で形成されると、アーム１２１の光軸上の空洞１２０の入力において形成された光波Ｌ７６は、反射された光波Ｌ７２ｒと、共振光空洞のアーム１２１の軸上の共振光空洞１２０の折り返しミラー１２３を介し送信された逆方向伝搬空洞内波Ｌ５ｃの一部分との光学的干渉から生じる。対照的に、共振光空洞１２０のアーム１２２の軸上の折り返しミラー１２３を介し送信される逆方向伝搬光波Ｌ５ｃの一部分に関し、順方向伝搬光波Ｌ７２ｐとの干渉は無い。ビームスプリッタ７０７は、光波Ｌ７６から、第１の偏光波Ｌ７７Ａｐの偏光と第２の偏光波Ｌ７７Ｂｐの偏光とにそれぞれ対応する別個の偏光の２つの光波Ｌ７６Ａ、Ｌ７６Ｂを生成する。
【0159】
レーザシステム７００はさらに、光波Ｌ７６Ａから、その振幅が光波Ｌ７６Ａの輝度に依存する電流を生成するためのフォトダイオードＰＤ７６Ａを含む。
【0160】
レーザシステム７００はさらに、光波Ｌ７６Ｂから、その振幅が光波Ｌ７６Ｂの輝度に依存する電流を生成するためのフォトダイオードＰＤ７６Ｂを含む。
【0161】
レーザシステム７００はさらに、光空洞のアーム１２１の軸上の共振光空洞の出力に配置されたビームスプリッタ７０８を含み得る。ビームスプリッタ７０８は、共振光空洞１２０の出力ミラー１２５を介し、順方向伝搬空洞内波Ｌ５の一部分の送信から生じる光波Ｌ７３を受信する。ビームスプリッタ７０８は、光波Ｌ７３から、第１の偏光波Ｌ７７Ａｐの偏光と第２の偏光波Ｌ７７Ｂｐの偏光とにそれぞれ対応する別個の偏光の２つの光波Ｌ７３Ａ、Ｌ７３Ｂを生成する。
【0162】
レーザシステム７００はさらに、その振幅が光波Ｌ７３Ａの輝度に依存する電流を光波Ｌ７３Ａから生成するためのフォトダイオードＰＤ７３Ａを含み得る。
【0163】
レーザシステム７００はさらに、その振幅が光波Ｌ７３Ｂの輝度に依存する電流を光波Ｌ７３Ｂから生成するためのフォトダイオードＰＤ７３Ｂを含み得る。
【0164】
レーザシステム７００はさらに、電子光学変調器（７１５Ａ、７１５Ｂ）毎に制御信号（ＳＣ７Ａ、ＳＣ７Ｂ）を生成するための１つまたは複数の位相制御装置（７３０Ａ、７３０Ｂ）を含む。位相制御装置（７３０Ａ、７３０Ｂ）により判断された制御信号（ＳＣ７Ａ、ＳＣ７Ｂ）のそれぞれは、各レーザ（７１０Ａ、７１０Ｂ）に対応するその場所／戻りレーザ／空洞行路上に蓄積されたレーザ／空洞位相シフトのモジュロ２πを相殺するように判断される。位相制御装置（７３０Ａ、７３０Ｂ）のそれぞれは、当該位相シフト光波の偏光に対応する偏光の光波を受信するフォトダイオードＰＤ７６Ａ、ＰＤ７６Ｂ（および任意選択的にＰＤ７３Ａ、ＰＤ７３Ｂ）により生成された電流を受信する。
【0165】
制御信号ＳＣ７Ａ（ＳＣ７Ｂそれぞれ）は、図２Ｃを参照して説明した方法を使用することにより、フォトダイオードＰＤ７６Ａ（ＰＤ７６Ｂそれぞれ）により生成された電気信号からそして任意選択的にフォトダイオードＰＤ７３Ａ（ＰＤ７３Ｂそれぞれ）により生成された電気信号からそれぞれ取得された対応する誤差信号ＳＥ７Ａ（ＳＥ７Ｂそれぞれ）から生成される。ここで、制御信号ＳＣ７Ａ（ＳＣ７Ｂそれぞれ）を生成するように、フォトダイオードＰＤ７６Ａ（ＰＤ７６Ｂそれぞれ）はフォトダイオードＰＤ３の役割を果たし、フォトダイオードＰＤ７３Ａ（ＰＤ７３Ｂそれぞれ）はフォトダイオードＰＤ２Ｃの役割を果たす。
【0166】
レーザシステム７００はさらに、光ファイバ７１１Ａ上に配置されたファイバベースカプラ７４０Ａであって順方向伝搬光波Ｌ４０Ａｐの一部分をサンプリングするように構成されたファイバベースカプラ７４０Ａを含み得る。カプラ７４０Ａは、光増幅器ＯＡ７Ａが高出力光波Ｌ７４Ａを生成するために配置され得る少なくとも１つの出力を有する。
【0167】
少なくとも１つの実施形態では、レーザシステム７００は、レーザ７１０Ａ、７１０Ｂの出力において順方向伝搬光波Ｌ７０Ａｐ、Ｌ７０Ｂｐ（逆方向伝搬光波Ｌ７０Ａｃ、Ｌ７０Ｂｃそれぞれ）を合成するための光学部品を含む。次に、これらの順方向伝搬光波Ｌ７０Ａｐ、Ｌ７０Ｂｐ（逆方向伝搬光波Ｌ７０Ａｃ、Ｌ７０Ｂｃそれぞれ）の一部分は例えば光カプラまたは光サーキュレータによりサンプリングされる。例えば、レーザシステム７００はさらに、光ファイバ７１１Ｂ上に配置されたファイバベースカプラ７４０Ｂであって光波Ｌ７０Ｂの一部分をサンプリングするように構成されたファイバベースカプラ７４０Ｂを含み得る。カプラ７４０Ｂは、光増幅器ＯＡ７Ｂが高出力光波Ｌ７４Ｂを生成するために配置され得る少なくとも１つの出力を有する。出力光波Ｌ７４Ａおよび出力光波Ｌ７４Ｂは周波数が安定しており、例えば数ヘルツすなわち１０－１４の相対精度の非常に狭いスペクトルバンド幅を有する。レーザシステム７００は例えばさらに、周波数が安定しておりかつ高精度なより高いまたは低い周波数の光波を取得するように、例えば光学的ビーティング、加算または減算により出力光波Ｌ７４Ａと出力光波Ｌ７４Ｂとを合成するための光学部品を含む。
【0168】
したがって、システム７００の可能な１つの用途は、例えば非常に純粋でありかつ広範囲に調節可能なＴＨｚ放射を生成する目的でその周波数比が非常に精密な２つの光波の生成である。したがって、システム７００は、重い分子の検出（生物学、爆発物、撮像、遠隔通信など）に適用可能である。
【0169】
図１～７を参照して本明細書で説明した様々なレーザシステムはガス検出システムを生成するために使用可能である。このようなガス検出システムでは、共振光空洞は分析される少なくとも１つのガスを収容するように意図されたチャンバを画定する。ガス検出システムは、レーザシステムにより生成された１つまたは複数の光波を分析および／または比較するための分析装置を含み得る。例えば、分析装置は、共振光空洞から出力される光波の輝度と共振光空洞内に入力される光波の輝度との比を判断するように構成される。少なくとも１つの実施形態では、１つまたは複数の光源の周波数が変化するようにされ、輝度の比は周波数スペクトルを取得するように周波数毎に測定される。図５～７を参照して説明した複数源レーザシステムの場合、分析は様々な光源の様々な周波数において同時または交互に行われ得る。
【0170】
一実施形態によると、ＣＲＤＳ（キャビティリングダウン分光法）測定が行われる。この実施形態では、レーザによる源波の放射は、空洞が光子により充たされると遮断され、空洞内の光子の寿命が測定される。この寿命は、ミラーの反射率だけでなく空洞内に存在するガス中への吸収による損失にも依存する。レーザは、レーザ波を著しく（＞６０ｄＢ）減衰するように構成された電子光学変調器を使用することにより、または順方向伝搬方向に電子光学変調器の後ろに配置された増幅器（素子１０３）により、遮断（減衰＞８０ｄＢ）される可能性がある。
【0171】
本明細書は、本明細書で説明した実施形態の任意の１つによるレーザシステムによりレーザ源を生成する方法に関する。少なくとも１つの実施形態では、本方法は、その周波数が調整可能である（源波と呼ばれる）連続波形順方向伝搬源光波（Ｌ０ｐ；Ｌ５０Ａｐ、Ｌ６０Ａｐ、Ｌ７０Ａｐ）を生成する工程を含む。源波は、レーザの出力光ファイバ（１１１；５１１Ａ；６１１Ａ；７１１Ａ）を介し、光フィードバックに敏感なレーザ（１１０；５１０Ａ；６１０Ａ；７１０Ａ）により生成される。
【0172】
少なくとも１つの実施形態では、本方法は、その一部分が逆方向伝搬光波の形式でレーザへ戻される空洞内波（Ｌ５）を生成するように構成された共振光空洞（１２０）へフィードバックによりレーザをフィードバックにより結合する工程を含む。
【0173】
少なくとも１つの実施形態では、本方法は、レーザと共振光空洞との間の源波の光経路上に配置されたファイバベース電子光学変調器により、源波を位相シフトすることにより位相シフトされた源波（Ｌ１ｐ；Ｌ５１Ａｐ、Ｌ６１Ａｐ、Ｌ７１Ａｐ）を生成し、逆方向伝搬光波を位相シフトすることにより、レーザに到達するフィードバック波と呼ばれる位相シフトされた逆方向伝搬波（Ｌ０ｃ；Ｌ５０Ａｃ、Ｌ６０Ａｃ、Ｌ７０Ａｃ）を生成する工程を含む。
【0174】
少なくとも１つの実施形態では、本方法は、源波とフィードバック波との間の相対的位相を相殺するように、源波とフィードバック波との間の相対的位相を表す誤差信号（ＳＥ）から電子光学変調器を制御するための信号（ＳＣ；ＳＣ６Ａ、ＳＣ７Ａ）を生成する工程を含む。制御信号は図２Ａ～２Ｅ、５、６、７を参照して説明した方法の任意の１つを使用することにより生成され得る。本方法は、図１、２Ａ～２Ｅ、図４～７を参照して本明細書に説明された様々なレーザシステムへ適用可能である。
【図1】
【図2A】
【図2B】
【図2C】
【図2D】
【図2E】
【図3A】
【図3B】
【図3C】
【図3D】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】