狭線幅レーザーの開発動向

発展の傾向狭線幅レーザー
狭線幅レーザーにおけるレーザーフィードバックモードの進化は、レーザー共振器構造の進化と密接に関係しています。以下では、レーザー共振器の進化の順序に従って、狭線幅レーザー技術の様々な構成について紹介します。

1. 単一主共振器構成。このタイプのレーザーは、線形共振器（古典的な構成、シンプルで効率的な構造）と環状共振器（空間ホールバーニングを克服し、進行波場を使用）に分類できます。非平面リング共振器（NPRO）は、リング共振器の中でも特に言及されており、特殊で非常に安定した進行波場です。レーザキャビティの長さの観点から、短いキャビティ（単一縦モードSLMの実装は容易だが、固有線幅が広くノイズが高い）と長いキャビティ（本質的に狭い線幅しかし、SLM操作の実装は技術的に困難である。

2. 単一外部共振器フィードバック構成。この構成は、単一主共振器における光子相互作用時間の短さや自然放出の除去の難しさといった問題を解決するために提案されたもので、外部共振器を通して光子をフィルタリングしてフィードバックすることで線幅を圧縮する。初期の古典的な構造としては、回折格子を利用したリトロー型およびリトマン・メトカーフ型の外部共振器が挙げられる。この構成の技術的な難しさは、主共振器と外部共振器間の位相整合にある。
3. ブラッグ格子に基づく2つの統合型主共振器構成：

DFBレーザー構成：ブラッグ構造と活性領域を組み合わせ、位相シフト領域を導入することで、集積度、安定性、実用性が向上し、DBRの波長ドリフトが改善されます。技術的な難しさは、グレーティング加工（半導体DFBの二次エピタキシャルRGF-DFB法や表面エッチングSG-DFB法など）にあります。
DBRレーザーの構成：従来のミラーを周期的なパッシブブラッグ構造に置き換えたもので、フィルタリング特性を持ち、短い共振器でSLMを容易に実現できます。利得媒体によって、半導体DBR（プロセス適合性に優れている）とファイバーDBR（ファイバーの加工およびドーピング技術に依存する）に分類できます。

短共振器型主共振器（DFB/DBRなど）の線幅をさらに狭めるために、複合型外部共振器構造が用いられる。外部共振器の形状は、技術の発展に伴い進化してきた。
宇宙外部共振器：初期の主な形態には、回折格子（リトロー/リトマン）や各種光学フィルター（FP標準など）が含まれる。
光ファイバー外部共振器：光ファイバー回路、FBG、光ファイバーFP共振器など、すべて光ファイバーデバイスを使用するため、集積度と耐干渉性がより強力です。
外部導波管共振器：SiやSi3N4などの半導体材料を用いたマイクロナノ加工により、システムの小型化と安定性向上を実現。

最後に、本稿では、PDH周波数安定化技術などの特殊なフィードバック方式である光電子発振レーザーの構成について紹介する。電気的な負帰還を用いてレーザー周波数を高安定な基準光源にロックすることで、極めて高い周波数安定性を実現できる。しかしながら、このシステムは複雑で高価であり、波長の柔軟性にも限界がある。