JP7476472B2 - レーザ安定化のための方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、レーザ安定化の分野に関する。

高い絶対周波数安定性をそれぞれ有する２つ以上の固有の「適切な」周波数の光を必要とする、多くの技術的用途（例えば、量子コンピューティング、量子シミュレーション、原子及び分子実験、分光学、磁気センサ、原子時計等）がある。

例えば、量子コンピューティングの分野では、イオントラップ（ｔｒａｐｐｅｄ ｉｏｎ）を使用してキュービットを表現するときに量子ゲートを実装するために、高い周波数安定性（例えば、１ｓで１ＭＨｚ）を有するレーザの光が必要である。

例えば量子コンピュータのような、前記光を必要とする技術的用途の一部は、以下、「アプリケーションシステム」とも呼ばれる。

光は、以下「スレーブレーザ」とも呼ばれる２つ以上のレーザによって提供され得る。したがって、このようなスレーブレーザのそれぞれは、「適切な」周波数で光を届けることを必要とされ、場合によっては長期間、適切な周波数を維持するために安定化されなければならない場合がある。

いくつかのアプリケーションシステムは、高い絶対周波数安定性をそれぞれ有する多くの単一周波数レーザを必要とする。複数のレーザがあるとすぐに、これらのレーザは全て、既知の安定化スキームを使用して、個々に安定させなければならない。既知の安定化スキームは、各レーザに対して独立した基準（例えば、周波数コム（ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｃｏｍｂ））が使用されるとき、複雑且つ大きくなることがある。既知の安定化スキームは、さらに、帯域幅が不足し、したがって、レーザの線幅を著しく狭めることができなくなることがある（波長計、スキャンキャビティ）。

上述のアプローチは、依然として、シミュレートされることになる結果の選択に関する複雑性及び低柔軟性に苦しむことがある。

本発明は、独立請求項によって定義される。有利な実施形態のうちのいくつかは、従属請求項に対する主題である。

本発明のいくつかの実施形態では、複数のレーザ源を同時に安定化させるために光キャビティが提供される。特に、キャビティの長さは、それぞれのレーザ源全ての周波数が共振又はほぼ共振する長さに設定される。ここで、ほぼ共振するという用語は、音響光学変調器（ＡＯＭ：ａｃｏｕｓｔｏ－ｏｐｔｉｃ ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）など、従来の周波数偏移手段を使用して、キャビティと共振するように容易に修正可能な周波数を指す。

本開示の第１の態様によれば、本発明は、Ｎ個のそれぞれの互いに異なる予め定められた周波数

、ｉ＝１、…、Ｎの安定光を出力するために、Ｎ個のスレーブレーザを同時に安定化させるための方法に関する。方法は、２つの鏡で形成された光共振器を使用し、前記２つの鏡の間の距離を安定化長に調節するステップを含む。安定化長において、各予め定められた周波数

に対して、予め定められた周波数

と、共振周波数

との間の差が、予め定められた目標値より小さい、光共振器の共振周波数

がある。方法は、Ｎ個のレーザのそれぞれからの光を光共振器に送り込むことにより、Ｎ個のそれぞれの誤差信号を生成するステップをさらに含む。その上、方法は、Ｎ個の誤差信号に基づいて、Ｎ個のレーザを同時に安定化させるステップを含む。

単一の光共振器を使用して複数のスレーブレーザを同時に安定化させると、異なる安定周波数の光をアプリケーションシステムに提供するためのサイズ、複雑性、及び／又はコストを低減させることができる。

１つの例によれば、２つの鏡の間の距離は、２つの鏡の間に置かれたスペーサの長さによって決まり、２つの鏡の間の距離を調節するステップは、スペーサの長さを調節するステップを含む。

例えば、スペーサの長さの調節は、スペーサの温度を調節するステップ、及び／又はスペーサの圧電素子の長さを調節するステップを含むことができる。

一般に、Ｎ個の誤差信号は、出力光に基づいて生成されてもよく、出力光は、Ｎ個のレーザからの光を送り込まれたときに光共振器によって出力される光である。

出力光は、２つの鏡として、高反射内面及び弱反射外面を有する第１の鏡と、高反射内面及び反射防止外面を有する第２の鏡とを使用して、出力されることが有利である。これは、局所特性を有する強度スペクトルを出力光に与えることができる。方法は、次いで、Ｎ個のレーザのうちのレーザｊに対して、局所特性のうちの１つを使用して、レーザｊが、対応する共振周波数

に安定化されるかどうかを判定するステップをさらに含むことができる。

強度スペクトルの局所特性を使用して、レーザが適切な共振周波数にロックされるかどうかを判定することは、システムの複雑性を低下させることができる効率的な方法である。

第１の態様の第１の例示的実施形態によれば、それぞれの共振周波数

で光を放出するために、Ｎ個のレーザが同時に安定化される。方法は、次いで、Ｎ個のレーザのうちの各レーザｋに対して、レーザｋによって放出された光を第１のビームと第２のビームに分割するステップをさらに含み、第２のビームは、光共振器に送り込まれた前記レーザｋからの光である。さらに、方法は、次いで、Ｎ個のレーザのうちの各レーザｋに対して、第１のビームの周波数を、対応する予め定められた周波数

に偏移させることにより、安定光を生成するステップを含む。

第１の態様の第１の例示的実施形態による構成を使用することは、音響光学変調器（ＡＯＭ）を使用して光パワーを変調することも可能なので、特に経済的な構成になることがある。ＡＯＭは、典型的には、超高速シャッター及び／又は電力調整デバイスとして、少なくともスレーブレーザとアプリケーションシステムとの間が望ましい。

第１の態様の第２の例示的実施形態によれば、それぞれの予め定められた周波数

で光を放出するために、Ｎ個のレーザが同時に安定化される。方法は、次いで、Ｎ個のレーザのうちの各レーザｋに対して、レーザｋによって放出された光を、安定光とフィードバック光に分割するステップをさらに含む。さらに、方法は、次いで、Ｎ個のレーザのうちの各レーザｋに対して、フィードバック光の周波数を、対応する共振周波数

に偏移させるステップを含む。その上、方法は、次いで、Ｎ個のレーザのうちの各レーザｋに対して、偏移された周波数を有するフィードバック光を光共振器に送り込むステップを含む。

第１の態様の第２の例示的実施形態による構成を使用すると、シャッターを切って光をオン／オフしないことを可能にすること、及び／又は光の強度を変調しないことを可能にすることができ、これにより、より多くの電力を実験に供給することを可能にすることができる。

第１の態様の第１又は第２の例示的実施形態では、周波数の偏移は、音響光学変調器を使用して実施されてもよい。

第１の態様によるいくつかの実施形態では、安定化長において、光共振器は、基準レーザの光の周波数に対応する共振周波数をさらに有する。方法は、次いで、距離を基準レーザにロックすることによって、２つの鏡の間の距離を安定化長に安定化させるステップをさらに含むことができる。

基準レーザを使用すると、鏡の間の距離を基準レーザにロックすることによって、２つの鏡の間の距離の安定性を向上させることができ、この安定性が、前記２つの鏡で形成された光共振器にロックされたスレーバレーザの安定性を向上させることができる。言い換えれば、基準レーザの安定性は、光共振器を介して基準レーザに移されてもよい。

例えば、特に、基準レーザが使用される場合、２つの鏡の間の距離は、２つの鏡の間に置かれた圧電素子の長さによって決めることができる。距離の基準レーザへのロックは、したがって、基準レーザの光を光共振器に送り込むことにより、基準誤差信号を生成するステップを含むことができる。圧電素子の長さは、したがって、基準誤差信号に基づいてフィードバックループで繰り返し調節することができる。

本開示の第２の態様によれば、本発明は、Ｎ個のそれぞれの互いに異なる予め定められた周波数

、ｉ＝１、…、Ｎで、Ｎ個のレーザからの光を同時に安定化させるための装置に関する。装置は、スペーサ及び２つの鏡を含む光キャビティを備える。２つの鏡は、複数の予め定められた周波数のための光共振器を形成するように配置され、２つの鏡の間の距離は、スペーサの長さによって決まり、スペーサの長さは、少なくとも４０μｍの範囲内で可逆的に調節可能である。

少なくとも４０μｍの範囲にわたってスペーサの長さを調節できるスペーサを有する光キャビティは、複数のスレーブレーザを同時に安定化させるのに適した長さ（安定化長）に鏡の間の距離を調節するのを容易にすることができる。これは、異なる安定周波数の光をアプリケーションシステムに提供するためのサイズ、複雑性、及び／又はコストを低減させることができる。

例えば、スペーサの長さは、スペーサの温度を上昇若しくは下降させること、及び／又はスペーサの圧電素子の長さを調節することによって、少なくとも４０μｍだけ調節可能である。

スペーサは、実質的に、１６ｐｐｍ／℃より大きい熱膨張係数、１０ＧＰａより大きい剛性、及び／又は０．００１より大きい減衰正接（ｄａｍｐｉｎｇ ｔａｎｇｅｎｔ）を有する材料（複数可）から作られることが有利である。

例えば、スペーサは、少なくとも９９．８％マグネシウムから作られてもよい。

スペーサの材料としてマグネシウムを使用すると、マグネシウムが、従来のスペーサ材料より機械的振動をはるかに良く弱め、完全な減衰を行うことができるので、有利な場合がある。さらに、マグネシウムは、いくぶん高い熱膨張係数を有し、（安定化長を見つけるための）長さの同調範囲が広くなることが有利である。これは、小型の（並びにしたがって、低い静電容量の、及び高速な）圧電装置（ｐｉｅｚｏ）が、キャビティ長を基準レーザにロックすることを可能にする。

一般に、光キャビティは、２つの鏡のうちの１つとスペーサとの間に置かれた圧電素子をさらに含むことができ、２つの鏡の間の距離は、圧電素子によって調節可能でもよい。

２つの鏡の間に置かれた圧電素子は、動的なフィードバックに基づいて２つの鏡の間の距離を安定化させる（動的に調節する）ことを可能にすることができる。

一般に、第１の鏡は、２つの鏡のうちの１つであり、高反射内面及び弱反射外面を有することができる。さらに、２つの鏡のうちの第１の鏡ではない鏡である第２の鏡は、高反射内面及び反射防止外面を有することができる。光共振器は、次いで、第１の鏡の高反射内面、及び第２の鏡の高反射内面で形成されてもよい。

強度スペクトルの局所特性を使用して、レーザが適切な共振周波数にロックされるかどうかを判定することは、システムの複雑性を低下させることができる効率的な方法である。

本開示の第３の態様によれば、本発明は、安定光を出力するためのシステムに関する。システムは、本開示の第２の態様による装置と、２つの鏡の間の距離を安定化長に調節するように構成された制御回路とを備える。安定化長において、各予め定められた周波数

に対して、予め定められた周波数

と、共振周波数

との間の差が、予め定められた目標値より小さい、光共振器の共振周波数

がある。

単一の光共振器を使用して複数のスレーブレーザを同時に安定化させると、異なる安定周波数の光をアプリケーションシステムに提供するためのサイズ、複雑性、及び／又はコストを低減させることができる。

第３の態様の例示的実施形態によれば、制御回路は、基準レーザの周波数に応じて、２つの鏡の間の距離を安定化長に調節するように構成される。

基準レーザを使用すると（例えば、鏡の間の距離を基準レーザにロックすることによって）、２つの鏡の間の距離の安定性を向上させることができ、この安定性が、前記２つの鏡で形成された光共振器にロックされたスレーバレーザの安定性を向上させることができる。言い換えれば、基準レーザの安定性は、光共振器を介して基準レーザに移されてもよい。

第３の態様の上記の例示的実施形態の何れかでは、装置は、入力光を送り込むことにより、Ｎ個の誤差信号を生成するための光入力を備えることができる。制御回路は、したがって、Ｎ個の誤差信号に基づいて、Ｎ個のレーザに対する電子フィードバックを生成するようにさらに構成されてもよい。

第３の態様の上記の例示的実施形態の何れかでは、システムは、Ｎ個のレーザによって放出された光を第１のビームと第２のビームに分割するための１つ又は複数のビームスプリッタをさらに備え、第２のビームは、Ｎ個の誤差信号を生成するために装置に送り込まれることになる入力光である。さらに、制御回路は、次いで、ｉ）それぞれの共振周波数

で光を放出するために、Ｎ個のレーザを同時に安定化させるように構成され、システムは、第１のビームの周波数をそれぞれの予め定められた周波数

に偏移させるための１つ又は複数の周波数偏移器をさらに備える、或いはｉｉ）安定化させるように構成される、又は制御回路は、それぞれの予め定められた周波数

で光を放出するために、Ｎ個のレーザを同時に安定化させるように構成され、システムは、第２のビームの周波数をそれぞれの共振周波数

に偏移させるための１つ若しくは複数の周波数偏移器をさらに備える。

１つ又は複数の実施形態の詳細が、下記の添付の図面及び説明に示されている。他の特徴、目的、及び利点が、説明、図面、及び特許請求の範囲から明らかになるであろう。

以下では、本発明の実施形態が、添付の図及び図面を参照しながらより詳しく説明される。

例示的な光共振器の概略図である。 ２つ以上のレーザを同時に安定化させるために実施される例示的なステップを示す流れ図である。 キャビティ長に応じた３つの異なる周波数の光のキャビティ透過の例を示すグラフである。 光共振器の概略図である。 ２つ以上のレーザを同時に安定化させるための光学的配置の概略図である。 ２つ以上のレーザを同時に安定化させるための第２の光学的配置の概略図である。 安定化システムの概略図である。 共振器の長さを安定化させるための、基準レーザを使用した安定化システムの概略図である。 図８ａの安定化システムのより詳細な概略図である。 外側にＡＲ面、及び内側にＨＲ面をそれぞれ有する２つの鏡を有する光共振器の概略図である。 入射光の周波数に応じた、図９ａによる光共振器から反射された光の強度を示すグラフである。 外側にＷＲ（弱反射（ｗｅａｋｌｙ－ｒｅｆｌｅｃｔｉｎｇ））面、及び内側にＨＲ（高反射（ｈｉｇｈ－ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ））面を有する第１の鏡と、外側にＡＲ（反射防止（ａｎｔｉ－ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ））面、及び内側にＨＲ面を有する第２の鏡とを有する光共振器の概略図である。 入射光の周波数に応じた、図９ｂによる光共振器から反射された光の強度を示すグラフである。

以下では、同一の引用符号は、同一の又は少なくとも機能的に同等の特徴を指す。

以下の説明では、添付の図への参照が行われ、図は、本開示の一部を形成し、例証として、本発明の実施形態の固有の態様、又は本発明の実施形態が使用されることがある固有の態様を示す。本発明の実施形態は、他の態様で使用され、図に描写されていない構造的又は論理的変更を含んでもよいことが理解されている。以下の詳細な説明は、したがって、限定的な意味で理解されるべきではなく、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によって定義される。

例えば、開示は、説明される方法と共に、方法を実施するように構成された対応するデバイス又はシステムにも当てはまり、逆もまた同様であることが理解されている。例えば、１つ又は複数の固有の方法ステップが説明された場合、対応するデバイスは、説明された１つ又は複数の方法ステップを実施するための、例えば機能ユニットのような、１つ又は複数のユニットを、このような１つ又は複数のユニットが明示的に図で説明されていない又は示されていないとしても、含むことができる（例えば、１つのユニットが、１つ若しくは複数のステップを実施する、又は複数のユニットがそれぞれ、複数のステップのうちの１つ若しくは複数を実施する）。その一方で、例えば、例えば機能ユニットのような、１つ又は複数のユニットに基づいて固有の装置が説明される場合、対応する方法は、１つ又は複数のユニットの機能を実施するための１つのステップを、このような１つ又は複数のステップが明示的に図で説明されていない又は示されていないとしても、含むことができる（例えば、１つのステップが、１つの若しくは複数のユニットの機能を実施する、又は複数のステップがそれぞれ、複数のユニットのうちの１つ若しくは複数の機能を実施する）。さらに、本明細書で説明される様々な例示的実施形態及び／又は態様の特徴は、別途具体的に述べられない限り、互いに組み合わされてもよいことが理解されている。

光共振器の一般的な原理が、図１を参照しながらこれから説明される。

図１は、２つの鏡１２０及び１４０で形成された光共振器１００の概略図である。鏡は、距離１３０だけ隔てられ、鏡のうちの１つを介して共振器に入る入力光１６０が、２つの鏡の間で複数回（前後に）反射されるように配置される。言い換えれば、鏡は、１つの鏡の内側で反射された光が、他の鏡の内側（これは、さらに、それぞれの他の鏡に向けられた側として鏡の「内」側を定義する）に当たるように並べられる。特に、図１示されているように、２つの平面鏡の場合、鏡面は、互いに平行に配置されてもよい。このような光発振器は、光キャビティとも呼ばれる。

一般に、光共振器／キャビティは、３つ以上の鏡を含むことができることが指摘される。さらに、これらの鏡の一部又は全てが、さらに、湾曲を有し、例えば、キャビティ内で光を並べるのに役立つことがある。言い換えれば、光共振器は、一般に、光（波）が鏡の間で繰り返し反射されることによって閉じ込められることが可能な、２つ以上の鏡で形成された配置である。以て、下記でさらに説明されるように、固有の周波数の定常波が生み出されることがある。

本開示では、「鏡の間の距離」、「鏡の距離」、「共振器の長さ」、又は「キャビティ長」及び同様のものという用語は、区別なく使用されることが指摘される。さらに、鏡の距離は、鏡の間の実際の距離、又は共振器／キャビティの実際の長さを必ずしも指すわけではなく、むしろ、光共振器の共振周波数を（場合によっては、他の光路長と一緒に）決定する光共振器の光路の有効長を指すことが指摘される。より具体的には、媒体を通じて伝搬する光の光路の有効長Λは、積として与えられる。

Λ＝Ｌｎ_λ
ここで、Ｌは、光路の幾何学的長さであり、ｎ_λは、媒体の屈折率であり、屈折率は、一般に、光の波長λによって決まる。さらに、特に、３つ以上の鏡で形成された共振器（例えば、リング共振器）の場合、共振器の光路の幾何学的長さＬは、２つの鏡の間の距離でなくてもよい。

光共振器に入ると、ほとんどの周波数の光は、相殺的干渉により抑制されることになる。以下、共振周波数ｆ^Ｒと呼ばれる、いくつかの固有の周波数の光だけが、建設的干渉を受け、共振器内で維持される（「生き残る」）ことになる。その結果、共振周波数の光が光共振器１００に送り込まれると、前記共振周波数の定常波１７０が、鏡の間で形成されることになる。言い換えれば、所与の周波数の入力光から生じた定常波の振幅は、所与の周波数が共振周波数にどれだけ近いかによって決まり、（少なくともほぼ）共振しない周波数の光の定常波の振幅は、ゼロに近くなる。より具体的には、建設的干渉は、一般に、光の波長が光共振器の往復長に一致するときに発生することがある。

以下では、簡潔さのために、図１に示されているような２つの鏡のケースが想定される。この場合、往復長は、鏡の間の距離Λの２倍に相当することがある。これに対応して、共振周波数ｆ^Ｒは、したがって、前記周波数ｆ^Ｒに対応する波長λ^Ｒ＝ｃ／ｆ^Ｒの半分の倍数ｍ≧１（ここで、ｍは整数）が、鏡の間に一致する周波数である。数学的には、この条件は、以下、共振条件と呼ばれ、

と書かれてもよく、ここで、λ^Ｒは、真空での光の波長であり、ｆ^Ｒは、光の周波数であり、ｃは、真空での光の速さである。言い換えれば、光（又は周波数／波長）は、上記の共振条件が、整数ｍ≧１で満たされることが可能な場合（及び場合のみ）、光共振器と共振する。

一般的には、本発明は、キャビティに送り込まれる複数のレーザを同時に安定化させるために単一の光キャビティを採用する。特に、キャビティの長さは、複数のレーザのそれぞれの周波数がキャビティに対して共振又はほぼ共振するように選択される。キャビティ長は、例えば、様々な環境条件による可能な長さの歪みを補償するように制御可能でもよい。

実施形態によれば、Ｎ個のそれぞれの互いに異なる予め定められた周波数

、ｉ＝１、…、Ｎの安定光を出力するために、Ｎ個のスレーブレーザを同時に安定化させるための方法が提供される。方法は、２つの鏡１２０、１４０で形成された光共振器１００を使用し、前記２つの鏡１２０、１４０の間の距離１３０を安定化長に調節するステップＳ２００を含む。安定化長において、各予め定められた周波数

に対して、予め定められた周波数

と、共振周波数

との間の差が、予め定められた目標値より小さい、光共振器１００の共振周波数

がある。方法は、Ｎ個のレーザのそれぞれからの光を光共振器１００に送り込むことにより、Ｎ個のそれぞれの誤差信号を生成するステップＳ２４０、及びＮ個の誤差信号に基づいて、Ｎ個のレーザを同時に安定化させるステップＳ２６０をさらに含む。

この方法は、図２及び図３を参照しながらこれからさらに説明される。スレーブレーザは、一般に、単一周波数レーザ又は多重周波数レーザでもよいことが指摘される。簡潔さのために、スレーブレーザが単一周波数レーザであることが、以下、想定される。それでも、本発明は、Ｎ個の互いに異なる予め定められた周波数

、ｉ＝１、…、Ｎの安定光を出力するためのＮ個未満のスレーブレーザの安定化に等しく適用される。Ｎ個未満のスレーブレーザの一部又は全ては、したがって、多重周波数レーザであってもよく、予め定められた周波数のうちの２つ以上に関連付けられてもよい。

図２に示されているように、第１のステップにおいて、２つの鏡の距離が安定化長に調節されるＳ２００。一般に、安定化長は、Ｎ個の予め定められた周波数

によって決まり、この周波数は、上述の「適切な」周波数に対応し、すなわち、（高い安定性を有する）アプリケーションシステムに必要な固有の周波数でもよい。

上述の共振条件から分かるように、どの周波数が共振する（及び共振しない）かは、２つの鏡の間の距離Λによって決まる。言い換えれば、鏡の間の距離を調節することによって、所与の周波数は、前記鏡で形成された光共振器と共振させる（又は共振させない）ことが可能である。それでも、Ｎ個の予め定められた周波数

の所与のセットに対して、一般に、Ｎ個全ての予め定められた周波数

が共振する共振器の長さがないことがある（又は、少なくとも、このようなキャビティの必要な／可能な長さの点で実現可能でないことがある）。

これは、図３に示されている。より具体的には、図３のＹ軸は、キャビティ透過（透過した出力光の強度と、キャビティに注入された光の強度との比）を示す。

（「キャビティ透過」とラベルを付けられたＹ軸に平行な）図３の垂直線のそれぞれは、３つの互いに異なる周波数のうちの１つに対応し、最大到達可能透過比を示す。それでも、実際には、図３のグラフは、３つの実線を有し、それぞれが、キャビティ長に応じたレーザのうちの１つのキャビティ透過を示す。共振の下落は急激なので、図では垂直線のように見える。より具体的には、レーザの周波数が共振状態になるキャビティ長に近づくと、前記レーザの曲線は、実際には、（それぞれのキャビティ長のすぐ前で）非常に速く上昇し、（キャビティ長のすぐ前で）非常に速く再び下降する。言い換えれば、各レーザの透過は、非常に急激なピークを有するが、ピークの間ではゼロである。図３では、共振は、線のように見えるが、実際には、有限の幅（我々のケースでは１又は２ＭＨｚ）を有する湾曲したピークである。ピークは、この幅の外側でゼロに傾斜する。これは、共振幅として知られており、「キャプチャ範囲」（同様に、数ＭＨｚ）に関連したものである。対照的に、隣接したピークの間の間隔は、通常、約１ＧＨｚである。

言い換えれば、垂直線に対応する周波数は、前記垂直線の水平位置によって与えられたキャビティ長／鏡の距離に対して共振する（すなわち、共振条件が満たされる）。図３では、２つの周波数

及び

は、予め定められた周波数であり、スレーブレーザに対応し、その一方で、１つの周波数ｆ_ｒｅｆは、基準周波数であり、基準レーザに対応する。

１つの周波数ｆ_ｉに関する図３の複数の線は、キャビティ長

の整数倍に相当することが指摘される。線が引かれていないキャビティ長に対して、３つの周波数のどれも、共振周波数ではないことが指摘される。さらに、図３では、所与の鏡の距離に対して、３つの周波数のうちの、多くても１つが（正確に）共振する。

それでも、一般に、予め定められた周波数全てがキャビティと少なくともほぼ共振する鏡の間の距離があることがある。予め定められた周波数

全てがキャビティとほぼ共振するような鏡の距離は、以下、安定化長Λ_ｓと呼ばれる。より具体的には、安定化長において、各予め定められた周波数

に対して、前記予め定められた周波数と、対応する共振周波数

との間の差が、いくつかの予め定められた目標値Ｔより小さくなるような、共振器の対応する共振周波数

があり、すなわち、各予め定められた周波数

に対して、以下、安定化条件と呼ばれる、以下の条件が満たされるような、わずかな周波数偏移

があり、

ここで、各ｍ_ｉは、１以上の整数である。

一般に、この予め定められた目標値Ｔは、アプリケーションシステムに入力する前に、安定周波数（例えば、周波数偏移手段）を事後修正するために使用されることがある手段によって決めることができる。Ｔの典型的な値は、４０ＭＨｚと３００ＭＨｚとの間である。

言い換えれば、安定化長において、予め定められた周波数

からのわずかな偏差

が、スレーブレーザ（又は共振器に送り込まれる光）が共振器と共振状態になる原因となる。したがって、光共振器の有効経路長は、予め定められた周波数とそれぞれの最も近いキャビティ共振との間の差が最大受入れ可能値を下回る長さに達するまで、変化する。

ここで、わずかな差は、例えば、周波数偏移デバイスによって利用可能なような、修正可能な共振挙動及び／又は偏差を大きく脅かさない差である。例えば、１つの低周波数音響光学変調器（ＡＯＭ）が、シャッターとして使用されてもよい。例えば、差は、（８０±２０）ＭＨｚを含めるために、効率的周波数偏移ＡＯＭを使用して修正されることが可能である。最大値は、周波数偏移ビームを作り出すための技術的アプローチ及び効率によって決まる。一般に、ギャップが大きくなると、偏移器（低効率且つより高い開口／より複雑な損失のある連結光学系）、複数の偏移器、又は、ＡＯＭに代わるＥＯＭ（ｅｌｅｃｔｒｏ－ｏｐｔｉｃ ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）の使用において、ＲＦ周波数が高くなることを意味するので、複雑になる。ＥＯＭは、主な出力ビームの光シャッターとして、同時に偏移及び機能させることができない。現在、作動させるのが効率的且つ容易なＡＯＭは、４０～３００ＭＨｚである。図３では、これは、各周波数

が、

より安定化長からさらに遠く離れていないキャビティ長に対して共振する条件、すなわち、以下「安定化条件」と呼ばれる、対応する条件を満たす条件に対応する。

周波数の所与のセットに対して、Ｎ個の安定化条件を満たすことができる複数の安定化長があってもよいことがさらに指摘される。より具体的には、予め定められた周波数

のセット、及び目標値Ｔが通常、上記のＮ個の安定化条件を満たすことができる１つ又は複数の間隔を定義する。

これは、図３を参照しながらさらに説明される。図３では、「可能なキャビティロック長」とラベルを付けられた矢印３４０は、基準周波数ｆ_ｒｅｆが光共振器と正確に共振するキャビティ長を示す。「最適ロックポイント」とラベルを付けられた太い矢印３５０は、ａ）予め定められた周波数

及び

が、キャビティとほぼ共振するキャビティ長、及びｂ）基準周波数ｆ_ｒｅｆが、光共振器と正確に共振するキャビティ長、を示す。「正確に共振する」周波数は、共振条件を満たす周波数であり、その一方で、「ほぼ共振する」周波数は、対応する安定化条件を満たすだけの周波数であることが指摘される。

一般に、条件ａ）及びｂ）を満たす複数の最適ロックポイントがある場合がある。さらに、基準レーザの使用は、下記でさらに説明されるが、純粋に任意選択であることが指摘される。基準レーザが使用されない場合、スレーブレーザのうちの１つが、安定化長の決定時に、基準レーザとして扱われてもよく、すなわち、安定化長は、予め定められた周波数のうちの１つが安定化長で正確に共振するように決定されてもよい。代替として、安定化長は、予め定められた周波数のどれも安定化長で必ずしも正確に共振しないように決定されてもよい。さらに、安定化長の決定時に、基準レーザは、スレーブレーザとして扱われてもよく、すなわち、安定化長は、基準周波数も予め定められた周波数も安定化長で必ずしも正確に共振しないように決定されてもよい。

例えば、基準周波数が正確に共振する条件を省くと、最適ロックポイント３５０からわずかに離れて移動した間隔３１０における安定化長を可能にするはずである。さらに、これは、間隔３２０と３３０との中心周辺の安定化長を可能にするはずである。間隔３２０のケースでは、安定化長は、予め定められた周波数

（点線）が安定化長で正確に共振するように決定されてもよい。

安定化長は、したがって、他のいくつかの尺度に応じて選択されてもよい。例えば、予め定められた周波数と対応する共振周波数との間の最大差

を最小化する安定化長が選択されてもよい。代替として、安定化長は、予め定められた周波数と対応する共振周波数との間の平均差が最小になるように選択されてもよく、間隔の中間の長さが選択されてもよく、周波数のうちの１つがキャビティと正確に共振する安定化長が選択されてもよい。

安定化長は、例えば、例えば４０μｍなど、十分な範囲にわたって共振器の長さを同調させることによって見つけられてもよい。安定性要件を定義する特定のアプリケーション、及び所望のレーザ周波数に関して、要求されるキャビティ長、及びその長さの変動は、予め計算されてもよい。これは、典型的な温度範囲、及び例えば機械的状態のような他を含む動作環境も考慮することができる。

より具体的には、安定化長を決定するために、その「適切な周波数」

に近い各スレーブレーザの周波数スペクトルは、少数のキャビティロックポイントに関して測定されてもよい。ここで、キャビティロックポイントは、固定だが不定のスペーサ温度、及びしたがって、固定だが不定の、鏡の間の距離に対応してもよい。基準レーザが使用される場合、キャビティロックポイントは、基準レーザがロックポイントでキャビティと共振するが、その他の点では依然として不定であるようなポイントである。

各ロックポイントに対して、スレーブレーザの周波数スペクトルは、以下のように、周波数を測定するための波長計を使用して測定されてもよい。スレーブレーザの周波数は、（その周波数

の近くで）様々であり、少なくとも３つの隣接した共振でキャビティにロックされる。このようにして、周波数スペクトル、すなわち、現在のロックポイントで光キャビティと共振するスレーブレーザの一連の周波数を見つける。

スペクトル測定は、ロックポイントが固定された状態に維持しつつ、全てのスレーブレーザに対して実施されてもよい。したがって、キャビティ長が拡大（又は縮小）されてもよく、すなわち、ロックポイントが変更されてもよく、スペクトル測定は、新しいロックポイントで全てのスレーブレーザに対して実施されてもよく、この新しいロックポイントで、測定中、ロックポイントが再び固定された状態に維持される。このようなスペクトル測定は、いくつかのロックポイント及び各スレーブレーザに対して実施されてもよい。これらの数字から、測定されたことがないロックポイントでのスレーブレーザの周波数スペクトルを推定することができる。推定は、例えば、各レーザに対して測定された周期性に基づいて行われることが可能である（前記周期性は、図３でも見てとることができる）。したがって、各基準レーザキャビティロックポイントに期待される利用可能なスレーブ周波数は、したがって、予測されることが可能であり、これは、安定化長を推定することを可能にする。

例えば、対応するキャビティ長に応じて、０、１、２、．．．、２０とラベルを付けられた２０個のロックポイントがあってもよく、ここで、０は、例えば、最短キャビティ長であり、２０は、最大キャビティ長である。スペクトルデータは、例えば、３つの最短ロックポイント（キャビティ長）０、１、及び２に対して、取られてもよい。推定シミュレーションは、ロックポイント０～２での測定に基づいて実施され、したがって、スレーブレーザがその「適切な」値に非常に近い有利な条件をロックポイント１５が有することを示すことができる。スペーサ温度は、したがって、ロックポイント１５に必要な長さに達するよう、概略で適正量だけ上げられる。

現在の例では、ロックポイントの（わずかな）サブセットだけの周波数スペクトルが測定され、残りのロックポイントの周波数スペクトルは、測定されたスペクトルに基づく推定（例えば計算）によって決定されることが指摘される。それでも、本発明は、これらに限定されず、全てのロックポイントが明示的に測定されてもよく、これは、推定を割愛することを可能にすることができる。それでも、いくつかの隣のロックポイントにおいてのみ測定することは、わずかな最大長調節伴う高速圧電素子を使用することによって、前記隣のロックポイントに達することを可能にすることができる。言い換えれば、現在の例では、異なるロックポイントでのスペクトル測定のために、圧電素子だけが、異なるロックポイントまでキャビティ長を変化させるために使用されてもよい。この圧電装置は、小さい最大長調節を伴う圧電素子でよく、したがって、数個の異なるロックポイントだけに達することを可能にすることができる。他のロックポイントでのスペクトルは、したがって、測定されたスペクトルを使用した推定に基づいて決定されてもよい。これは、広くわずかな最大長調節を伴う、特に温度調節又は低速圧電によって、広い範囲にわたってキャビティ長を調節することが、数時間かかることがあるので、有利な場合がある。

（概略で）鏡の間の距離を、推定される安定化長に調節した後、スレーブレーザは、光共振器にロックされてもよく、スレーブレーザ周波数を測定するために波長計が使用されてもよい。測定されたスレーブレーザ周波数は、したがって、シミュレーションにマッチすることになるので、現在のロックポイントを決定するために使用されることが可能である。現在のロックポイントが推定されたロックポイントでない（例えば、ロックポイント１５でなく、むしろロックポイント１４又は１６である）場合、鏡の距離は、推定されたロックポイントに達するように、わずかな量だけ変更されることが可能である。それでも、このアプローチが例示的なものにすぎず、安定化長の決定が異なる様式で実施されてもよいことに留意されたい。

一般に、２つの鏡１２０、１４０の間の距離１３０は、２つの鏡１２０、１４０の間に置かれたスペーサ１５０の長さによって決まってもよい。２つの鏡１２０、１４０の間の距離１３０の調節Ｓ２００は、したがって、スペーサ１５０の長さを調節するステップを含むことができる。例えば、スペーサ１５０の長さは、スペーサ１５０の温度を調節することによって調節されてもよい。代替又は追加として、スペーサは、例えば、圧電素子を含むことができ、スペーサの長さは、圧電素子の長さを調節することによって調節されてもよい。

いくつかの実施形態では、キャビティ長を調節するために使用される圧電素子は、例えば約４０μｍなど、より広い範囲にわたって調節可能でもよいことが指摘される。これは、素子の反応を遅くすることがある。したがって、いくつかの実施形態では、調節するために使用される圧電素子以外の圧電素子が、安定化のために使用されてもよい。このような他の素子は、例えばより速くなるように、異なってもよく、これは、例えば２μｍの、よりわずかな最大長調節を行うことができる。

これに対応して、Ｎ個のそれぞれの互いに異なる予め定められた周波数

で、Ｎ個のレーザからの光を同時に安定化させるための装置が提供される。装置は、スペーサ１５０及び２つの鏡１２０、１４０を含む光キャビティを備える。２つの鏡１２０、１４０は、複数の予め定められた周波数のための光共振器を形成するように配置される。２つの鏡の間の距離（例えば、光路の有効長）は、スペーサの長さによって決まり、スペーサの長さは、少なくとも４０μｍの範囲内で可逆的に調節可能である。安定化長を見つけるために、キャビティの長さは、十分な範囲にわたって同調可能であることが有利である。例えば、スペーサの長さは、スペーサ１５０の温度を上昇又は下降させることによって、少なくとも４０μｍだけ調節可能でもよい。

本開示では、スペーサは、鏡が直接的又は間接的に連結される又は取り付けられる、及び鏡の間の距離が決まる、任意の物理的手段を指す。

例えば、図１の例では、スペーサ１５０は、キャビティにハウジングを提供する円筒形状の側壁に対応し、鏡は、円筒形スペーサの両端に直接的に取り付けられる。したがって、スペーサは、ハウジングに対応するか、光共振器及び／又は鏡の、ハウジングの一部でもよい。それでも、スペーサに直接的に取り付けられるのではなく、光共振器の鏡の１つ又は全ては、さらに、他のいくつかのそれぞれの物理エンティティ（例えば、マウント、ホルダ、又は、スペーサ以外のキャビティ／チューブの一部）に直接的に取り付けられても／固定されてもよい。さらに、鏡の間の挿入される他の構成要素があってもよい（他の構成要素のうちのいくつかは、さらに、光学機能を有することができる）。

鏡の間に挿入された任意の構成要素は、スペーサとみなされてもよい。例えば、図４に示されているように、鏡の間に圧電トランスデューサ４６０があってもよい。言い換えれば、圧電トランスデューサ４６０は、スペーサを単独で表現する。リング４８０は、この特定の例示的な実装形態では、チャンバの内側のキャビティの振動絶縁及びマウントとして機能する。リング４８０は、スペーサにサンドイッチ状にはさまれるのではなく、スペーサの外側にだけあるので、スペーサではない。例えば、リング４８０は、Ｖｉｔｏｎラバー、又は振動を吸収する任意の他の材料から作られることが可能である。

一般に、鏡の間に挿入されるいくつかの構成要素は、長さ調節可能でもよく、他の構成要素は、長さ調節可能でなくてもよい。例えば、鏡の間の距離を安定化長に調節するために圧電素子が使用される場合、他の構成要素（例えば、スペーサ４５０）は、剛体の構成要素でもよい。ここで、剛体の構成要素は、キャビティ長が温度変化の影響を受けないようにするために、低い熱膨張係数の材料から作られた構成要素を指す。例えば、剛体のスペーサは、（概略で、２５℃で）０．５５ｐｐｍ／℃の熱膨張係数を有する石英から作られてもよい。

したがって、鏡の間の距離（すなわち、光路長）は一般に、さらに、他の構成要素の長さ、及び／又はキャビティ内の気体圧力などの他の特性によって決まる。

一般に、（温度制御可能な）スペーサの温度を上昇／下降させるとき、スペーサの長さ、及びしたがって、鏡の間の距離は、増加／減少する。したがって、キャビティの温度は、キャビティ長を安定化長に調節するように同調されてもよい。スペーサの温度は、例えばスペーサの周囲を包む電熱線を使用して、調節されてもよい。代替又は追加として、スペーサの温度は、スペーサを放射線に露出すること（例えば、赤外光でスペーサを熱すること）によって調節されてもよい。さらに、温度を安定化させるために、スペーサは、スペーサを真空に置くことによって、環境から熱的に隔離されてもよい。

したがって、スペーサは、実質的に、（例えば２５℃での）１６ｐｐｍ／℃より大きい熱膨張係数、１０ＧＰａより大きい弾性率、及び／又は０．００１より大きい減衰正接を有する材料（複数可）から作られることが有利である。

ここで、熱膨張係数は、体積換算係数

、面積熱膨張係数

、又は線膨張係数

でもよく、ここで、Ｖ、Ａ、及びＬは、それぞれ、材料の体積、面積、及び長さを表す。したがって、熱膨張係数に関する、上記で与えられた値１６ｐｐｍ／℃は、温度変化ごとの材料の寸法（複数可）の相対変化を指す。

さらに、（張力）弾性率又はヤング率Ｅ＝ε／σは、応力振幅εとひずみ振幅σとの比であり、ここで、応力振幅εは、材料の単位正方形Ａあたりの力Ｆ

であり、ひずみ振幅σは、前記力σ＝δ／Ｌに応じた材料の相対変形である（δは、１方向の絶対変形を表し、Ｌは、前記力／変形の前の前記方向の材料の絶対長である）。剛性ｋは、力と変形の比

として定義され、したがって

に応じた弾性率に関するものであることが指摘される。

その上、減衰正接

は、δが損失角としても知られているが、損失率Ｅ^’’と貯蔵率Ｅ^’の割当量の正接として定義されてもよい（損失率及び貯蔵率はＥ^＊＝Ｅ^’＋ｉＥ^’’に応じた弾性率に関するものであり、ここで、ｉは、虚数単位であることに留意されたい）。減衰正接ｔａｎδは、断片的なエネルギー損失を示し、したがって、材料の減衰の尺度を提供する。

一般に、スペーサは、高減衰、弾性率、及び／又は高剛性を有する材料（複数可）から作られることが好ましい。さらに、スペーサは、例えば金属又は類似の材料のような、高い熱膨張係数を有する材料から作られることが好ましい。例えば、スペーサは、少なくとも９９，８％マグネシウムから作られてもよく、代替として、スペーサは、アルミニウムから作られてもよく、アルミニウムは、Ｍｇに比べて熱膨張が妥当であるが、減衰が劣る。一般に、キャビティ、キャビティの一部、ベースプレート、及び／又はスペーサは、例えば、質量百分率≧９９．８％のマグネシウムを有する高純度Ｍｇから作られてもよい。マグネシウムは、石英ほど堅くないが、従来のスペーサ材料よりはるかに良く機械的振動を減衰させる。より具体的には、Ｍｇの力学特性により、この構造体に固定された光学系は、環境によって引き起こされる不必要な相対的振動運動の減衰で利益を得る。言い換えれば、マグネシウムを使用すると、したがって、統合された減衰をもたらす。さらに、マグネシウムは、熱膨張係数がいくぶん高く、これにより、（安定化長を見つけるための）長さの同調範囲が広くなることが有利である。これにより、小型の（並びにしたがって、低静電容量、及び高速）圧電装置は、キャビティ長を基準レーザにロックすることができる。

さらに、Ｍｇは、鉛のような従来の制震材料より真空適合性が高い。より具体的には、（一部のアルミニウム合金に含まれる）鉛又は亜鉛のような他の金属は、室温において他の金属より蒸気圧が高くなり、すなわち、他の金属よりはるかに多く（特に、Ｍｇより多く）蒸発する。超低圧（超高真空、別名ＵＨＶ）を生成するためにイオンポンプ（小型、無振動、保守不要）を使用するとき、イオンポンプは、鉛及び亜鉛がポンプ内に堆積し、ポンプの耐用期間を短縮させ、電極をショートさせることでポンプスピードを減速させるので、適していない。さらに、鉛及び亜鉛からの蒸気は、キャビティの鏡を覆い、その特性を変化させることがある。

一般に、スペーサの長さは、さらに、圧電素子の長さを調節することによって調節されてもよい。圧電素子の長さは、圧電素子に電圧を印加することによって調節されてもよい。それでも、本発明は、一般に、鏡の間の有効光路長を調節するためのどの特定の方法にも限定されないことに留意されたい。

鏡の距離が安定化長に調節された後、鏡の距離は制御される、すなわち、（例えば、Ｎ個のレーザの安定化のために）以下のステップの間、（安定化長に）固定された状態を維持される。例えば、共振器の長さが、レーザの安定化長のうちの１つに一致する／等しい温度に、温度を固定することによって、共振器の長さは、安定化長にセットされてもよい。温度は、スペーサの温度を測定するセンサによって提供されたフィードバックに基づいて固定されてもよい。

第２のステップでは、Ｎ個のスレーブレーザの光が光共振器に送り込まれるＳ２４０。これに対応して、光共振器は、光共振器に入力光を送り込むことにより、Ｎ個の誤差信号を生成するための光入力を備えることができる。例えば、光は、２つの鏡の一方又は両方を介して光共振器に送り込まれてもよい。より具体的には、スレーブレーザからの光は、光共振器に同時に連結される。例えば、全てのスレーブレーザビームが組み合わされ、次いで、（例えば、１つ／単一の鏡を介して）キャビティに同時に連結されてもよい。言い換えれば、光共振器に送り込まれた入力光は、Ｎ個のスレーブレーザのそれぞれからの光を含むことができる。Ｎ個のスレーブレーザは、Ｎ個の（互いに異なる）予め定められた周波数

に、１対１の対応関係で対応してもよいことがさらに指摘される。特に、スレーブレーザは、単一周波数レーザでもよい。本開示では、光共振器「に送り込まれる」、「に注入される」、「に連結される」、及び「に向けられる」という用語は、区別なく使用されることがさらに指摘される。

Ｎ個のスレーブレーザの光を光共振器に送り込むことによって、Ｎ個の誤差信号が（同時に）生成される。特に、予め定められた周波数

のそれぞれに対して、対応する誤差信号が生成される。例えば、Ｎ個の誤差信号は、Ｎ個のスレーブレーザからの光を送り込まれたときに、光共振器によって出力された光に基づいて生成されてもよい。Ｎ個の誤差信号は一緒に、Ｎ個のそれぞれの光源によって与えられる部分から構成された単一の誤差信号を形成するものと考えられてもよい。

より具体的には、今、鏡の幅を無視すると、光が共振器に入ると、光は鏡の間を前後に反射されることになり、それ自体と干渉し、（共振周波数に十分に近い周波数に対して）定常波を生成する。光は、鏡の一方又は両方を通じて光共振器を離れる。光を送り込まれたとき、光共振器によって出力されたこのような光は、以下「出力光」と呼ばれる。

図１に示されているように、出力光１８０及び出力光１８５があってもよい。より具体的には、出力光１８０は、入力鏡（鏡１２０）から光共振器を離れた光であり、入力鏡は、光を光共振器に送り込む鏡である。このような光は、以下「反射出力光」と呼ばれる。反射出力は、入力鏡を介して（又は通じて）光共振器を離れた光と、入力鏡で直接反射された光との重ね合わせであり、これらは、通常、相殺的に干渉することが指摘される。出力光１８５は、その一方で、それぞれ他の鏡（鏡１４０）を介して光共振器を離れた光である。このような光は、以下「透過出力光」と呼ばれる。反射出力光と透過出力光との間の比は、両方の鏡の反射／透過、並びに鏡の間の光路長、及び光の波長によって決まる。

一般に、Ｎ個の誤差信号は、反射出力光及び／又は透過出力光に基づいてもよい。いくつかの誤差信号は、反射出力光に基づいてもよく、その一方で、他の誤差信号は、透過出力光に基づいてもよい。

各スレーブレーザ、及びしたがって、予め定められた周波数

のそれぞれに対して、光共振器に送り込まれた光があり、本開示では、「入力光」と呼ばれる。各入力光に対して、対応する誤差信号（又は単一の誤差信号の対応する部分）があることになる。これに対応して、各スレーブレーザに対して、対応する誤差信号があることになる。

より具体的には、固有の周波数の入力光が光共振器に送り込まれると、共振器は、対応する出力光を出力し始めることになり、この出力光は、一般に、前記固有の周波数の光になる。前記固有の周波数の透過出力光と反射出力光両方の強度、振幅、及び位相は、前記入力光が光共振器と共振するかどうかによって決まることになる。例えば、前記入力光の周波数が、共振周波数から離れて移動すると、対応する透過出力光の振幅及び強度が減少することがあり、その一方で、対応する反射出力光の振幅／強度は増加することがある。したがって、対応する出力光の強度及び／又は振幅は、前記入力光の共振周波数からの周波数偏差（例えば、周波数差）を示す。それでも、下記で説明されるＰｏｕｎｄ－Ｄｒｅｖｅｒ－Ｈａｌｌ（ＰＤＨ）ロック法など、位相を検出する方法は、出力光に基づいて誤差信号を生成するために使用されるのが好ましい。これには、取得した誤差信号が、入力光パワーの変化の影響を受けやすくないという利点がある。

入力光の周波数は、レーザによって放出された光の周波数によって直接的に決まるので、出力光は、さらに、入力光に対応するレーザによって放出された光の、前記レーザの目標周波数との周波数差を示す。

要約すれば、光共振器は、ポーリング又は無駄時間なく、各スレーブレーザに対して１つの光誤差信号を同時に出力する。より具体的には、各スレーブレーザとキャビティとの相互作用は、周波数依存性誤差信号を生み出し、この誤差信号は、従来の方法によって、反射又は透過されたスレーブレーザ光で観察することができる。誤差信号生成の同時性は、スレーブレーザロック帯域幅、及び線幅低減が、通常のキャビティロックのために達成される同時性に類似していることを意味する。したがって、光キャビティは、（ポーリング又は無駄時間なく）全ての連結されたスレーブレーザに対する（絶対）基準キャビティとして同時に機能する。

一般に、基準キャビティは、受動光共振器であり、受動光共振器は、短期間の周波数基準として使用される。レーザの光周波数は、キャビティのより高い周波数安定性をレーザに効果的に移す、基準キャビティの共振周波数に安定化されることが可能である。レーザ共振器に比べて、受動基準キャビティは、利得媒体によって導入される混乱させる影響を有していないので、著しく、より安定していることが可能である。このような安定化又は周波数ロックは、例えば、Ｐｏｕｎｄ－Ｄｒｅｖｅｒ－Ｈａｌｌ法又はＨａｎｓｃｈ－Ｃｏｕｉｌｌａｕｄ法に基づく電子フィードバックシステムを用いて、達成されることが可能である。

したがって、第３のステップにおいて、Ｎ個の誤差信号を使用して（例えば、Ｎ個の誤差信号に基づいて）、Ｎ個のスレーブレーザが安定化されるＳ２６０。

上述のように、Ｎ個のスレーブレーザは、Ｎ個の予め定められた周波数

に、１対１の対応関係で対応してもよい。それでも、Ｎ個の誤差信号に基づいてスレーブレーザを安定化させるとき、スレーブレーザは、予め定められた周波数

で光を放出するために必ずしも安定化されないことに留意されたい。一般に、Ｎ個のそれぞれの周波数で光を放出するために、Ｎ個のスレーブレーザが安定化されてもよく、この周波数は、以下「目標周波数

」と呼ばれる。言い換えれば、Ｎ個のスレーブレーザのそれぞれに対して、レーザが光を放出することになる（例えば、１つ又は単一の）対応する目標（放出）周波数

があってもよい、及び／又は各スレーブレーザは、Ｎ個の目標周波数

のうちの１つの光を放出するように安定化される。

各スレーブレーザに対して、ビームスプリッタは、スレーブレーザ光の１つの部分を光共振器に、及び１つの部分をアプリケーションシステムに、送ることができる。より具体的には、スレーブレーザによって放出された光を２つの部分に分割するために、１つ又は複数のビームスプリッタが使用されてもよく、この２つの部分は、以下「フィードバック光」及び「システム光」とそれぞれ呼ばれる。

システム光は、アプリケーションシステムに送られ、その一方で、フィードバック光は、以下「安定化システム」と呼ばれるシステムに送られる。

一般に、安定化システムは、光共振器（基準キャビティ）を含み、予め定められた周波数のセットの入力に基づいて、鏡の間の光路長（又はキャビティ長）を安定化に調節することができる。その後、フィードバック光に基づいて、Ｎ個の誤差信号が、安定化システムにおいて生成されてもよい。より具体的には、安定化システムは、誤差信号、及び／又はスレーブレーザに対する電子フィードバックを、フィードバックループで動的に生成することができる。電子フィードバックをスレーブレーザ及び／又はスレーブレーザコントローラに提供することによって、安定化システムは、例えば、Ｎ個のレーザを光キャビティの長さにロックすることによって、Ｎ個のレーザを安定化させることができる。特に、安定化システムは、スレーブレーザ及び／又はスレーブレーザの安定性を制御するための制御信号を出力することができる。スレーブレーザを安定化させると、安定化システムは、さらに、（例えば、下記で説明されるように、スペーサの温度を制御すること、及び／又はキャビティ長を基準レーザにロックすることによって）光路長を安定化長に固定された状態に維持することができる。これは、例えば、４つのスレーブレーザを用いて、０．１Ｈｚ／ｓで、絶対スレーブレーザドリフト率を達成することを可能にすることができる。その間ずっと、高いロック帯域幅を維持する－すなわち、スレーブレーザの線幅を低減させる。上記の機能の一部又は全ては、安定化システムに含まれる同じ又は異なる処理又は制御回路によって行われ得る。

例えば、安定化システムは、２つの鏡の間の距離を安定化長に調節するように構成された制御回路を備えることができる。安定化長において、各予め定められた周波数

に対して、予め定められた周波数

と、共振周波数

との間の差が、予め定められた目標値より小さい、光共振器の共振周波数

がある。安定化システムは、さらに、Ｎ個の誤差信号に基づいて、Ｎ個のレーザに対する電子フィードバックを生成するように構成された制御回路を備えることができる。

安定化システムの２つの例示的な実装形態が、図７及び図８ａを参照しながらそれぞれ下記でさらに説明される。

一般に、光共振器に送り込まれる入力光を生成するために、安定化システムでは、フィードバック光が使用される。例えば、フィードバック光は、入力光でもよい。それでも、一般に、ｋ番目のレーザの目標周波数

は、対応する共振周波数

とは異なっていてもよい。光共振器に入力光を送り込む前に、前記レーザによって放出された光から分割された対応するフィードバック光の周波数は、次いで、共振周波数

にアップ又はダウンシフトされてもよい。言い換えれば、レーザに対応する入力光を生成するために、前記レーザのフィードバック光は、共振周波数に偏移されてもよい。これは、図６を参照しながら下記でさらに説明され、図６では、周波数偏移器５６０は、フィードバック光６２２ａを、共振周波数

に偏移させることにより、フィードバック光６２２ｂを生成し、フィードバック光６２２ａは、レーザ５００によって放出された光６１０を分割することによって取得されたビームのうちの１つである。

第１の可能性として、このアップ又はダウンシフトは、安定化システムにおいて実施されてもよいことが指摘される。代替として、第２の可能性として、安定化システムは、目標周波数

から対応する共振周波数

に偏移されたフィードバック光を供給されてもよい。言い換えれば、目標周波数から共振周波数への周波数偏移は、ビームスプリッタ（複数可）と安定化システムとの間で実施されてもよい。第３の代替として、スレーブレーザは、共振周波数で安定化されてもよく、すなわち、

である。第４の代替として、偏移の１つの部分は、ビームスプリッタ（複数可）と安定化システムとの間で行われてもよく、偏移の他の部分は、安定化システムにおいて行われてもよい。

さらに、入力光は、一般に、フィードバック光でもよい。それでも、本発明は、これらに限定されない。フィードバック光の一部だけが、光共振器に送り込まれてもよい。代替又は追加として、フィードバック光から入力光を生成するために、フィードバック光は、さらに、（例えば、下記で説明されるＰｏｕｎｄ Ｄｒｅｖｅｒ－Ｈａｌｌ技法のように）位相及び／又は振幅変調されてもよい。

システム光は、その一方で、一般に、アプリケーションシステムに必要な予め定められた周波数

の光を生成するために使用され、この予め定められた周波数の光は、以下「安定光」と呼ばれる。例えば、システム光は、安定光でもよい。それでも、一般に、レーザの目標周波数

は、対応する予め定められた周波数

と異なっていてもよい。安定光をアプリケーションシステムに提供する前に、前記レーザによって放出された光から分割された対応するシステム光の周波数は、次いで、対応する予め定められた周波数

にアップ又はダウンシフトされてもよい。言い換えれば、レーザに対応する安定光を生成するために、前記レーザのシステム光は、予め定められた周波数に偏移されてもよい。アプリケーションシステムに出力された安定光は、入力光を送り込まれたときに共振器によって出力された、上記で言及された出力光と混同されるべきでないことがさらに指摘される。

例えば、周波数は、音響光学変調器を使用して偏移されてもよい。一般に、音響光学変調器（又は、電気光学変調器（ＥＯＭ）など、高い安定性及び精度を有する別の周波数偏移デバイス）が、ビームスプリッタとアプリケーションシステムとの間に、又はビームスプリッタと光共振器（若しくは安定化システム）との間に挿入されてもよい。

これは、キャビティ共振と適切な周波数との間に残るわずかなギャップを埋める。安定化長でない場合、これらのギャップは大きく、埋めるには技術的に困難及び／又は高価になるはずである。

より具体的には、上述のように、安定化長は、予め定められた周波数と、対応する共振周波数との間の差が、予め定められた目標値より小さくなるように選ばれる。

レーザは、目標周波数

で光を放出するように安定化される。したがって、フィードバック光を生成するために、レーザによって放出された光は、サイズ

の偏移で偏移されなければならない場合がある。さらに、安定光を生成するために、レーザによって放出された光は、サイズ

の偏移で偏移されなければならない場合がある。レーザの目標周波数

が、予め定められた周波数と、対応する共振周波数との間のどこかで選ばれた場合、これらの偏移で埋められなければならない最大ギャップは、予め定められた目標値Ｔより小さくなり、すなわち、

を取得する。

したがって、予め定められた目標値は、結果の周波数ギャップ

及び

が、容易に埋められるのに十分小さくなるように選ばれてもよい。光のわずかな周波数偏移は高い精度（及び安定性）で行われることが可能なので、誤差信号は、したがって、本質的に、レーザの周波数の、それぞれの目標周波数からの偏差によるものになる。したがって、レーザの目標周波数

が、対応する共振周波数

と異なるときでも、誤差信号は、目標周波数

から離れたレーザ周波数のわずかな偏差を識別するために使用されることが可能である。

Ｐｏｕｎｄ Ｄｒｅｖｅｒ－Ｈａｌｌ（ＰＤＨ）技法によって生成されるものなどの誤差信号を使用すると、ＤＣ誤差だけでなくＡＣ誤差も補償することが可能になることがあることが指摘される。特に、誤差信号の帯域幅が十分大きいとき、レーザ周波数の（主として、レーザキャビティの音響振動による）非常に速いＡＣ変化を修正することが可能になることがあり、これにより、レーザの線幅を狭めることができる。より具体的には、Ｎ個のレーザが実際に光を放出する周波数は、以下「放出周波数

」と呼ばれ、偏差

だけ、目標周波数と異なっていてもよい。言い換えれば、Ｎ個のレーザは、周波数

で光を実際に放出することができる。したがって、アプリケーションシステムに提供された光は、周波数

に偏移されることになり、光共振器に送り込まれることになる光は、周波数

に偏移されることになる。光共振器に送り込まれた光は、目標周波数からの放射光と同じ周波数差

だけ共振周波数とは異なるので、安定化システムにおいて生成された誤差信号は、したがって、これらの周波数偏差

を示すことになる。安定化システムは、次いで、前記偏差を打ち消すように、それぞれの電子フィードバックをＮ個のレーザ源に提供することができる。誤差信号、及び／又はスレーブレーザへの電子フィードバックを生成するための方法であるＰＤＨ技法が、図７を参照しながら下記で説明されることが指摘される。

一般に、非ゼロ偏差

（及び、必然的に、非ゼロ誤差信号）が、ロックされていないレーザによって引き起こされることがある。特に、最初にループを閉じるとき、レーザが共振周波数にロックされるまで、偏差

で表すことができる動的な挙動がある。

さらに、非ゼロ偏差

は、ノイズ、ドリフト、ＤＣオフセット、及び／又は固有の摂動（例えば、衝撃）によって引き起こされることがある。一般に、このような偏差

は、さらに、レーザをロックした後、現れることがある。通常、レーザがロックされると、フィードバック利得が無限でないこと（又は他の技術的理由）により、速く一時的な偏差（周波数ノイズ）及びわずかなＤＣオフセットだけが存在することになる。言い換えれば、フィードバックループが閉じられると、理想的挙動からの偏差（特に、レーザの理想的な周波数安定性からの偏差）により、わずかな残余偏差（ｒｅｓｉｄｕａｌ ｄｅｖｉａｔｉｏｎ）

だけが存在することになる。したがって、ロックされたレーザの文脈では、偏差

は、レーザをロックした後でも依然としてそこにある場合があるので、以下「理想的挙動からの偏差」又は「残余偏差」とも呼ばれることがある。これらの残余偏差は、ノイズ、ドリフト、及びＤＣオフセットなどの効果を含み、電子フィードバックに基づいて即時に打ち消されるので、通常、非常に小さく、及び一時的なもの（「ドリフト」又は「摂動」）にすぎない。

例えば、Ｎ個のスレーブレーザは、それぞれの共振周波数

で光を放出するために、同時に安定化されてもよい。Ｎ個のスレーブレーザのうちの各レーザｋに対して、スレーブレーザｋによって放出された光は、第１のビームと第２のビームに分割されてもよい。第２のビームは、光共振器に送り込まれた前記レーザｋからの光でもよい。さらに、Ｎ個のスレーブレーザのうちの各レーザｋに対して、第１のビームの周波数が、前記レーザｋに対応する予め定められた周波数

に偏移されることにより、安定光を生成する。

現在の例は、図５を参照しながらこれからさらに説明される。図５に示されているように、Ｎ個のスレーブレーザ５００は、それぞれの共振周波数

で光５１０を放出するために、同時に安定化されてもよい。言い換えれば、目標周波数

は、共振周波数

に等しくてもよく、Ｎ個のスレーブレーザのそれぞれ５００は、Ｎ個の共振周波数

のうちの対応する１つで安定化されてもよい。レーザは、したがって、理想的挙動からの偏差

を除いて、周波数

で光を放出することになる。これらの偏差は、前記偏差が場合によっては非常に小さい（残余）偏差であるスレーブレーザ５００のロック状態を示すために、図５では明確にされていないことが指摘される。目標周波数

でのＮ個のスレーブレーザ５００の安定化は、安定化システム５５０によって提供された電子フィードバック５５５に基づいてもよい。

Ｎ個のスレーブレーザ５００のそれぞれに対して、前記スレーブレーザ５００によって放出された光５１０は、前記レーザに対応するシステム光５２１とフィードバック光５２２に分割されてもよい。図５に示されているように、分割は、１つ又は複数のビームスプリッタ５２０を使用して実施されてもよい。

フィードバック光５２２は、誤差信号及び／又は電子フィードバック５５５を生成するために安定化システム５５０に送られる。特に、フィードバック光は、光共振器に送り込まれることになる入力光を生成するために安定化システムにおいて使用されてもよい。例えば、フィードバック光５２２又はその一部は、入力光でもよい。上記で説明されたように、フィードバック光５２２を光共振器に送り込む前に、フィードバック光５２２は、位相変調されてもよく、フィードバック光５２２の一部だけが、光共振器に送り込まれてもよい。

さらに、１つ又は複数の周波数偏移デバイス５６０を使用して、システム光５２１の周波数

は、予め定められた周波数

に偏移されることにより、理想的挙動からの偏差

を除いて、周波数

で安定光５７０を生成する。より具体的には、システム光５２１の周波数は、それぞれの差

だけ偏移される。偏移デバイス５６０によって実施されることになるこれらの周波数偏移

は、光共振器の安定化長を決定するときに決定されること、及び／又はフィードバックループによるスレーブレーザの安定化中に、固定された状態に維持されることが行われてもよい。周波数偏移デバイス（複数可）５６０は、例えば、電子的な周波数アップシフト又はダウンシフトを実施する音響光学変調器でもよい。

安定光５７０は、理想的挙動からの偏差

を除いて、アプリケーションシステム５８０に必要な適切な周波数

であり、したがって、アプリケーションシステム５８０に提供（例えば、出力）されてもよい。スレーブレーザがキャビティにロックされると、理想的挙動からの偏差

（すなわち、現在の例では、

、及び、図６に関する例では、

）は、（例えば、周波数偏移器５６０で実施される偏移

と比較して）いくぶん小さく、誤差信号に基づいて即時に打ち消されることが指摘される。言い換えれば、アプリケーションシステム５８０は、非常に高い精度及び非常に高い安定性を有する予め定められた周波数

の光を提供される。

図５に示された安定化システム５５０は、ビームスプリッタ（複数可）５２０及び周波数偏移器５６０を備えないことがさらに指摘される。それでも、本発明は、これらに限定されず、安定化システムは、ビームスプリッタ５２０及び／又は位相偏移器５６０を備えてもよい。

これに対応して、Ｎ個のレーザによって放出された光を第１のビームと第２のビームに分割するための１つ又は複数のビームスプリッタを備える安定化システムが提供され、第２のビームは、Ｎ個の誤差信号を生成するために装置に送り込まれることになる入力光である。安定化システムは、それぞれの共振周波数

で光を放出するために、Ｎ個のレーザを同時に安定化させるように構成された制御回路をさらに備えることができる。その上、安定化システムは、第１のビームの周波数をそれぞれの予め定められた周波数

に偏移させるための、１つ又は複数の周波数偏移器を備えることができる。

図５に示された光学的配置は、音響光学変調器（ＡＯＭ）を使用して光パワーを変調することも可能なので、特に経済的な構成である。ＡＯＭは、典型的には、超高速シャッター及び／又は電力調整デバイスとして、少なくともスレーブレーザとアプリケーションシステムとの間が望ましい。

別の例として、Ｎ個のスレーブレーザは、それぞれの予め定められた周波数

で光を放出するために、同時に安定化されてもよい。Ｎ個のスレーブレーザのうちの各レーザｋに対して、スレーブレーザｋによって放出された光は、（前記レーザｋに対応する）安定光とフィードバック光に分割されてもよい。さらに、Ｎ個のスレーブレーザのうちの各レーザｋに対して、フィードバック光の周波数は、前記レーザｋに対応する共振周波数

に偏移され、偏移された周波数を有するフィードバック光は、光共振器に送り込まれる。

現在の例は、図６を参照しながらこれからさらに説明される。図６に示されているように、Ｎ個のスレーブレーザ５００は、それぞれの予め定められた周波数

で光６１０を放出するために、同時に安定化されてもよい。言い換えれば、目標周波数

は，予め定められた周波数

に等しくてもよく、Ｎ個のスレーブレーザのそれぞれ５００は、Ｎ個の予め定められた周波数

のうちの対応する１つで安定化されてもよい。レーザは、したがって、理想的挙動からの、場合によってはわずかな偏差

を除いて、周波数

で光を放出することになる。これらの偏差は、前記偏差が場合によっては非常に小さい（残余）偏差であるスレーブレーザ５００のロック状態を示すために、図６では明確にされていないことが指摘される。Ｎ個のスレーブレーザ５００の安定化は、安定化システム５５０によって提供された電子フィードバック５５５に基づいてもよい。

Ｎ個のスレーブレーザ５００のそれぞれに対して、前記スレーブレーザ５００によって放出された光６１０は、前記レーザに対応するシステム光５２１とフィードバック６２２ａに分割されてもよい。図６に示されているように、分割は、１つ又は複数のビームスプリッタ５２０を使用して実施されてもよい。

現在の例では、（図５を参照しながら説明されたデバイス５６０のような）１つ又は複数の周波数偏移デバイス５６０は、フィードバック光６２２ａの周波数

を共振周波数

に偏移させるために使用される。以て、周波数

の（偏移された）フィードバック光６２２ｂは、理想的挙動からの偏差

を除いて、生成される。より具体的には、フィードバック光の周波数６２２ａは、それぞれの周波数差

だけ偏移される。偏移デバイス５６０によって実施されることになる周波数偏移

は、光共振器の安定化長を決定するときに決定されること、及び／又はフィードバックループによるスレーブレーザの安定化中に、固定された状態に維持されることが行われてもよい。

フィードバック光６２２ｂは、次いで、安定化システム５５０に提供される。これに基づいて、及び図５のフィードバック信号５２２を参照しながら既に説明されたように、安定化システム５５０は、誤差信号及び／又は電子フィードバックを生成する。

現在の例では、システム光は、残余偏差

を除いて、既に適切な周波数

である。言い換えれば、システム光５２１は、非常に高い精度及び非常に高い安定性を有する周波数

の安定光５７０として、システム５８０に提供（例えば、出力）されてもよい。

図６に示された安定化システム５５０は、ビームスプリッタ（複数可）５２０及び周波数偏移器５６０を備えないことがさらに指摘される。それでも、本発明は、これらに限定されず、安定化システムは、ビームスプリッタ５２０及び／又は位相偏移器５６０を備えてもよい。

これに対応して、Ｎ個のレーザによって放出された光を第１のビームと第２のビームに分割するための１つ又は複数のビームスプリッタを備える安定化システムが提供され、第２のビームは、Ｎ個の誤差信号を生成するために装置に送り込まれることになる入力光である。さらに、安定化システムは、それぞれの予め定められた周波数

で光を放出するために、Ｎ個のレーザを同時に安定化させるように構成された制御回路を備えることができる。その上、安定化システムは、第２のビームの周波数をそれぞれの共振周波数

に偏移させるための、１つ又は複数の周波数偏移器を備えることができる。

図６に示された構成を使用すると、シャッターを切って光をオン／オフすること、又はその強度を変調することを行う必要がなくなることがあり、これにより、より多くの電力を実験に供給することを可能にできることが指摘される。

図５及び図６に示された安定化システムは、組み合わせ可能であることが指摘される。例えば、１つ又は複数の目標周波数は、対応する共振周波数と異なっていても、一部又は全てのｉについて、対応する予め定められた周波数

とは異なっていてもよい。代替又は追加として、いくつかの目標周波数は、共振周波数

に対応してもよく、その一方で、他の目標周波数に対しては、（１つ又は複数のｉ≠ｊについて）予め定められた周波数

に対応してもよい。これらのケースでは、ビームスプリッタ５２０と安定化システム５５０との間に１つ又は複数の第１の周波数偏移器５６０、及び、ビームスプリッタ５２０とアプリケーションシステム５８０との間に１つ又は複数の第２の周波数偏移器５６０があってもよい。第１の周波数偏移器５６０は、したがって、図５を参照しながら説明されたように、フィードバック光を共振周波数に偏移させ、第２の周波数偏移器は、図６を参照しながら説明されたように、システム光を予め定められた周波数に偏移させる。

光共振器の出力光７２０に基づいてＮ個の誤差信号７７５ａ～７７５ｄを生成するための例示的な方法が、図７を参照しながらこれから説明され、図７は、安定化システム５５０ａと表された安定化システム５５０の例示的構成を示す。図７では（並びに、図８ａ及び図８ｂでは）、実線は、光路であり、破線は、信号経路（例えば、電気信号）であることが指摘される。さらに、図７では、Ｎは、４であることが想定されているが、一般に、１より大きい任意の整数でもよい。その上、安定化システム５５０ａ及び５５０ｂは、図５及び図６に示された光学的配置の何れかと共に使用されてもよい。

安定化システム５５０ａには、キャビティ長が安定化長のままであるように、スペーサ８９２の温度を制御する温度コントローラ７９０がある。言い換えれば、温度コントローラ７９０は、スペーサ８９２の温度を調節することにより、スペーサ８９２の長さ及び光共振器８９０ａの長さを調節し、鏡８９１、８９４の間の距離を安定化長に調節する。温度コントローラ７９０のこの調節は、フィードバック（例えば、温度測定値）に基づいてもよいことが指摘される。温度コントローラ７９０は、したがって、さらに、スペーサの温度を安定化させることにより、鏡の間の距離を安定化させることができる。ここで、調節という用語は、通常、安定化のために実施される長さ調節よりかなり大きい、安定化長へのキャビティの初期の長さ調節を指す。

したがって、「調節（ａｄｊｕｓｔｉｎｇ）」という用語及び「安定化（ｓｔａｂｉｌｉｚｉｎｇ）」という用語の両方が、鏡の間の距離が安定化長になるような、鏡の間のいくつかの要素の長さ調節を指すために本明細書では使用される。それでも、調節は、システムが安定光を提供される前に実施され（及び通常、さらに、終了され）、その一方で、安定化は、通常、安定光のシステムへの提供中に実施される。さらに、調節のためには、鏡の間の距離を広い範囲にわたって変更できることがより重要であり、その一方で、安定化のためには、鏡の間の距離をいくぶん速く調節できることがより重要である。したがって、図８ａを参照しながら下記でさらに説明されるように、安定化は、さらに（又は主に）、スペーサ以外のいくつかの要素によって実施されてもよい。それでも、スペーサの長さ／温度、又は一般に、距離を安定長に調節するために使用される要素の長さは、距離の安定化中、固定された状態に維持され、これは、距離の安定化にも寄与する。

安定化システム５５０は、次いで、下記で説明されるレーザ周波数安定化方法を使用して、レーザを「安定化された」安定化長にロックする。このレーザ周波数安定化方法は、本質的に、複数の（Ｎ＞１）レーザに適用される、単一のレーザのためのロック方法である、Ｐｏｕｎｄ－Ｄｒｅｖｅｒ－Ｈａｌｌ（ＰＤＨ）ロック法であることが指摘される。ＰＤＨ法は、例えば、Ｅｒｉｃ Ｄ．Ｂｌａｃｋ「Ａｎ ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｔｏ Ｐｏｕｎｄ－Ｄｒｅｖｅｒ－Ｈａｌｌ ｌａｓｅｒ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｓｔａｂｉｌｉｚａｔｉｏｎ」、Ａｍ．Ｊ．Ｐｈｙｓ．、Ｖｏｌ．６９、Ｎｏ．１、２００１年１月、ＤＯＩ：１０．１１１９／１．１２８６６６３に詳しく説明されている。

上記で既に説明されたように、レーザがロックされると、フィードバック光は、場合によっては理想的挙動からのわずかな残余偏差

を除いて、周波数

になる。図７及び図８では、並びに、これらの図に関する以下の議論では、これらの偏差は、図５及び図６と違って、

のようにフィードバック光の周波数を書くことによって明確にされている。それでも、下記で説明されるＰＤＨ技法は、例えば、レーザの初期のロックにも適用され、ここで、偏差

は、より大きくてもよい。

位相変調器７００は、例えば、フィードバック光５２２又は６２２ｂの位相など、フィードバック光の位相を変調する。より具体的には、フィードバック光の位相

は、

に応じて、局所発振器７６０の周波数Ωで変調され、ここで、ｊは、虚数単位であり、βは、小さい実数（例えば、β≪２）である。位相変調器は、例えば、Ω＝２０ＭＨｚの変調周波数を有する電気光学変調器（ＥＯＭ）でもよい。それでも、本発明は、一般に、例えば機械的に振動させる（回転させる）ガラス板（位相板）のような、別の光学素子が、位相を変調するために使用されることがあるので、これらに限定されない。

位相変調は、図７の白で満たされた矢印で示された入力光７１０を生じ、入力光７１０は、搬送周波数

、及び、各搬送波周波数に対して、２つのそれぞれの側波帯

を含む。変調周波数は、共振周波数

よりはるかに小さく選択され、これにより、側波帯が、搬送波周波数に近くなることが有利である。

入力光７１０は、光共振器８９０ａに送り込まれる。入力光７１０の一部は、さらに、テストポイント７１５に向けられてもよく、テストポイント７１５で、入力光の位相変調が監視及び／又は分析されることが可能である。光共振器８９０ａは、２つの鏡８９１及び８９４で形成される。図示のように、１つは、レーザビームを集中させるために湾曲していても（凹面でも）よく、１つの鏡は、平坦／平面でもよい（図７では、鏡８９４及び８９１それぞれ）。光共振器は、鏡８９１と８９４との間に置かれたスペーサ８９２をさらに含み、したがって、２つの鏡８９１と８９４との間の距離は、スペーサ８９２の長さによって決まる。

光共振器８９０ａは、次いで、図７の黒で満たされた矢印で示された、反射出力光７２０を出力（又は生成）することになり、反射出力光７２０は、回折格子７３０に向けられる。回折格子７３０（代替として、プリズムが使用されてもよい）は、反射出力光７２０をＮ個のビーム７４０に分ける。各ビームは、Ｎ個のレーザのうちの１つに対応し、搬送周波数のうちの１つを含み、

の場合、側波帯は、それぞれの搬送波周波数に対応する。

Ｎ個のビーム７４０の強度は、Ｎ個のそれぞれの光検知器７５０（又は、例えば盾形の灰色のフォトダイオードのような、フォトダイオード７５０）を使用して別々に測定され、光検知器７５０は、Ｎ個のそれぞれのビーム７４０の強度を示すＮ個のフォトダイオード（電子）信号７５５を生じる。光検知器信号７５５は、次いで、位相変調のためにも使用される局所発振器７６０を使用した混合器７７０で混合される。より具体的には、混合器７７０は、場合によっては、位相変調のために使用されるｓｉｎ（Ωｔ）に関するいくつかの定位相だけ位相遅延された、局所発振器からのｓｉｎ（Ωｔ）でＮ個のフォトダイオード信号７５５のそれぞれを増大させる。混合した後、混合信号（図７に図示せず）から振動項（ｏｓｃｉｌｌａｔｉｎｇ ｔｅｒｍ）を除去するために、ローパスフィルタが使用されてもよい。言い換えれば、混合器は、光検知器からの電気信号を復調するために使用され、したがって、位相検出器として機能する。

混合、及び場合によっては、フィルタリングから生じたＮ個の信号７７５ａから７７５ｄは、電子的な誤差信号である。Ｎ個の誤差信号７７５ａから７７５ｄのそれぞれは、フィードバック光の対応する周波数（又は、入力の対応する搬送波周波数）が、どれだけ（及び、どの方向に）キャビティとの共振から外れているかについての尺度を与える。言い換えれば、Ｎ個の誤差信号のそれぞれは、前記誤差信号に対応する

を示し、したがって、対応するレーザが、どれだけその目標周波数と異なるかを示し、前記レーザの能動的安定化のためのフィードバックとして使用されてもよい。特に、わずかな偏差

に対して、ＰＤＨ誤差信号は、前記わずかな偏差

に比例することがある。

フィードバックは、典型的には、比例積分微分ＰＩＤコントローラ（スレーブレーザＰＩＤ７８０ａから７８０ｄ）を使用して実行され、比例積分微分ＰＩＤコントローラは、ＰＤＨ誤差信号のうちの１つを使用し、対応する電子フィードバック５５５ａから５５５ｄを生成する。制御ループにおいて、電子フィードバックは、前記レーザの放出周波数を前記レーザの目標周波数に維持するために、対応するレーザにフィードバックされることが可能である。言い換えれば、レーザは、フィードバックループにおいて目標周波数で安定化される。共振器キャビティの安定性は、以て、スレーブレーザに移され、すなわち、レーザは、キャビティに「ロックされる」。安定化システム５５０ａは、スレーブレーザＰＩＤを含まず、電子フィードバック５５５ａから５５５ｄの代わりに、Ｎ個の誤差信号７７５ａから７７５ｄを出力してもよいことが指摘される。このケースでは、スレーブレーザＰＩＤは、Ｎ個のスレーブレーザ５００の一部（例えば、Ｎ個のスレーブレーザ５００に取り付けられた又は統合された部分）でもよい。

上記で説明されたように、鏡の間の距離は、スペーサの温度を固定することによって、安定化長に維持されてもよい。それでも、本発明は、これらに限定されない。例えば、鏡の間の距離は、さらに、基準レーザを使用することによって、安定化長に固定されてもよい。

特に、キャビティ長が、所望の長期間のスレーブレーザの安定性をもたらすのに十分安定していない場合、キャビティ長は、基準レーザに対して安定化されることが可能である。安定化長は、したがって、キャビティが、全てのスレーブレーザとほぼ共振しつつ、基準レーザと共振する長さである。ここで、「基準レーザ」という用語は、特に高い安定性を有する固有の基準周波数ｆ_ｒｅｆで光を放出するレーザを指す。例えば、図８ｂに示されているように、（例えば、セシウムのセシウム８９５ｎｍ Ｄ１線を使用した）セシウム蒸気セルにロックされたダイオードレーザが、基準レーザとして使用されてもよい。代替として、Ｃａ^＋イオンの光学キュービット遷移を推し進める７２９ｎｍ「キュービットレーザ」が、基準レーザとして使用されてもよい。このキュービット遷移の性質は、約１Ｈｚ／ｓのドリフトを有する受動超低膨張ガラス（ＵＬＥ）ガラス基準キャビティへの安定化が必要になるようなものである。

したがって、鏡の間の距離は、光共振器が、基準レーザの光の周波数に対応する共振周波数を有する安定化長に調節されてもよい。２つの鏡の間の距離は、したがって、鏡の間の距離を基準レーザにロックすることによって、安定化長に安定化されてもよい。

これに対応して、安定化システムは、基準レーザの周波数に応じて、２つの鏡の間の距離を安定化長に調節するように構成された制御回路を備えることができる。安定化システムは、鏡の間の距離を基準レーザにロックすることによって、２つの鏡の間の距離を安定化長に安定化させるように構成された制御回路を備えることができる。

言い換えれば、光路長を安定化長に調節するとき、安定化長は、基準レーザの（放出）周波数に応じて決定されてもよい。特に、安定化長は、光共振器の共振周波数のうちの１つが基準レーザの周波数であるように決定されてもよい。

鏡の距離が安定化長に調節された後、すなわち、安定化長が決定された後、鏡の距離は、フィードバックループにおいてキャビティを基準レーザにロックすることによって、前記安定化長に安定化されてもよい（言い換えれば、前記安定化長に固定された状態に維持されてもよい）。鏡の距離の安定化は、スレーブレーザの安定化と同時に実施されてもよい。

一般に、共振器の長さの安定化は、スレーブレーザの安定化と同様に機能させることができる。これは、図８ａを参照しながらこれからさらに説明され、図８ａは、安定化システム５５０ｂと表された、共振器の長さを安定化させるための、基準レーザを使用した安定化システム５５０の例示的構成を示す。スレーブレーザの安定化は、図７を参照しながら説明されたように実施され、したがって、繰り返されない。

図８ａに示されているように、位相変調器７００に送り込まれた光は、今、周波数

のスレーブレーザからのフィードバック光（例えば、フィードバック光５２２又は６２２ｂ）に加えて、安定化長における共振器の共振周波数でもある周波数

の基準レーザからの光８２２を含む。一般に、基準レーザは、図８ｂに示されているような安定化システムの一部でもよく、別個の安定化システムの一部でなくてもよいことが指摘される。

基準レーザに対応する誤差信号８７５の生成を含めて生成までに、基準レーザに対応する光及び電子信号は、図５ではスレーブレーザ光として扱われる。キャビティの基準レーザへのロックと、スレーブレーザのキャビティへのロックとの間の差は、誤差信号が、レーザの周波数を再調節するためではなく、キャビティの長さを再調節するために使用されることである。したがって、一般に、鏡の距離の基準レーザへのロックは、基準レーザの光を光共振器に送り込むことにより、基準誤差信号を生成することを含むことができる。

より具体的には、上記で説明されたように、誤差信号は、誤差信号に対応するフィードバック光の周波数がどれだけ共振条件を満たすかについての尺度を与える。スレーブレーザは、キャビティ長よりかなり安定していないので、誤差信号は、対応するスレーブレーザの周波数変化を（主として）示す。それでも、基準レーザの場合、基準レーザは、光共振器の長さよりはるかに安定している。したがって、基準レーザに対応する基準誤差信号８７５は、光共振器８９０ｂの長さの変化を示す。図８ａでは、基準誤差信号は、したがって、キャビティ長誤差信号８７５とラベルを付けられている。

したがって、キャビティ長誤差信号８７５に基づいて、キャビティＰＩＤ８８０は、光共振器８９０ｂの長さ調節可能要素８９３（例えば、圧電素子８９３）のための電子フィードバック８５５を生成することができる。より具体的には、光共振器８９０ｂは、長さ調節可能要素８９３が、鏡のうちの１つとスペーサ８９２との間に置かれているという点で、光共振器８９０ａとは異なる。したがって、光共振器８９０ｂの場合、２つの鏡の間の距離は、スペーサ８９２の長さと、長さ調節可能要素８９３の長さとの両方によって決まる。

電子フィードバック８５５に基づいて、長さ調節可能要素８９３の長さ（例えば、高速圧電素子８９３の長さ）は、共振器の長さが安定化長にとどまるように、制御ループで絶えず（再）調節されることが可能であり、安定化長にとどまることは、ここでは、「安定化される」とも呼ばれる。したがって、一般に、鏡の距離の基準レーザへのロックは、フィードバックループにおいて、基準誤差信号８７５に基づいて、圧電素子８９３の長さを繰り返し調節することを含むことができる。以て、基準レーザの安定性は、共振器キャビティの長さに移され、すなわち、キャビティは、基準レーザに「ロックされる」。スレーブレーザは、キャビティにロックされるので、基準レーザの安定性は、スレーブレーザにも移される。

一般に、長さ調節可能要素は、スペーサでもよい。言い換えれば、同じ要素の長さは、キャビティ長を安定化長に調節するとき、及び安定化長でキャビティ長を安定化させるときに、調節されてもよい。それでも、両方のステップの要件は全く異なるので、調節及び安定化ステップ（ループ）において異なる要素の長さを調節することが有利な場合がある。より具体的には、共振器の長さの安定化長への調節は、いくぶん大きい長さ調節を必要とし、その一方で、安定化長での安定化は、いくぶん速く且つ正確だが通常小さい長さ調節を必要とする。したがって、（図７、図８ａ、及び図８ｂのように）長さ調節可能要素とスペーサが光キャビティの異なる構成要素であるときに有利な場合がある。

例えば、光キャビティは、２つの鏡のうちの１つとスペーサとの間に圧電素子を含むことができ、２つの鏡の間の距離は、圧電素子によって調節可能である。言い換えれば、２つの鏡の間の距離は、２つの鏡の間に置かれた圧電素子の長さによって決まる。圧電素子は、小型及び／又は高速のリング圧電素子であることが有利である。例えば、２μｍの最大移動量を有する小型且つ高速のリング圧電アクチュエータ）が、スペーサと鏡のうちの１つとの間に置かれてもよい。この圧電素子は、したがって、キャビティ長の基準レーザへのロック及び／又は安定化のために使用されてもよい。代替として、長さ調節可能要素は、トランスデューサ及びアクチュエータによって実装されてもよい。

図９ａは、光共振器の図である。共振器の鏡のうちの一方（図９ａでは、左の鏡）は、反射防止（ＡＲ）外面９００及び高反射（ＨＲ）内面９１０を有する。他方の鏡（図９ａでは、右の鏡）は、同様に、ＡＲ外面９４０及びＨＲ内面９３０を有する。例えば、鏡のそれぞれは、内面がＨＲコーティングされ、外面がＡＲコーティングされてもよい。言い換えれば、光共振器の鏡は、一般に、内面（例えば、光共振器の他の鏡の方に向けられた表面）がＨＲ、及び、一般に、外面（例えば、光を光共振器に送り込むことができる表面）がＡＲでもよい。

左又は右から図９ａのキャビティに入射した光は反射され、図９ｂに示された強度スペクトルを示すことがある。Ｙ軸に平行な線のそれぞれは、光共振器の共振周波数に対応し、その一方で、Ｘ軸に平行な線（すなわち、１．０の印の近くでＹ軸と交わる線）は、非共振周波数に対応する。図示のように、全ての共振周波数の光が、本質的にゼロの実際的に同じ強度で反射され、共振周波数からほんのわずかに離れた周波数を有する光が、ほぼ完全に反射される。入射光が位相変調された場合、キャビティは、この位相変調を、キャビティ共振に近い強度変調に変換する。上記で説明されたように、これは、フォトダイオードで検出可能な光誤差信号である。レーザ周波数は、スペクトルに示された反射の下落の最下部にロックされることが可能である。この全体のプロセスは、上記で説明されたような、従来のＰＤＨ法である。

それでも、図１０ａに示されているように、ＡＲ面のうちの１つは、（例えば、ＡＲ面を弱反射（ＷＲ）コーティングすることによって）ＷＲ面に変換されてもよい。言い換えれば、光共振器の左の鏡は、ＷＲ外面１０００及びＨＲ内面１０１０を有し、その一方で、右の鏡は、ＡＲ外面１０４０及びＨＲ内面１０３０を有する。一般に、光共振器の鏡のうちの一方は、ＷＲ外面及びＨＲ内面を有することができる。他方の鏡（複数可）は、依然として、ＡＲ外面及びＨＲ内面を有する。ＷＲ面を有する鏡は、入力光を光共振器に送り込む鏡（又は少なくとも、鏡のうちの１つ）であることが有利である。

この変更は、以下「３ミラーエタロン」と呼ばれる、３つの干渉するキャビティの連結キャビティシステムを作り出す。より具体的には、第１のキャビティは、ＨＲ内面の間（すなわち、図１０ｂの表面１０１０と１０２０との間）に形成され、第２のキャビティは、左の鏡のＷＲ面におけるＡＲの間（すなわち、表面１０００と１０１０との間）に形成され、第３のキャビティは、左の鏡のＷＲと右の鏡のＨＲ面との間（すなわち、表面１０００と１０２０との間）に形成される。

この「エタロン」効果は、無秩序な反射スペクトルを作り出す様々な連結効率を、連続的な縦モードが有する原因になる。一般に、エタロンは、干渉計として使用される平坦なガラスである。高い安定性のために、エタロンは、温度制御されなければならない。光共振器では、これらのエタロン効果は、通常、背面反射の不必要な結果として生じ、典型的には、エタロン効果が、背面反射光学素子とキャビティとの間の領域の機械要素の温度及び大気圧の影響を受けやすいので、防がれる。エタロンは、基準キャビティに直接統合されるので、エタロンは、光キャビティの温度制御及び機械安定性から恩恵を受ける。このスペクトルは、高価な波長計がなくても、各共振モードの周波数を識別するための局所的な特徴として使用されてもよい。言い換えれば、３ミラーエタロンは、周波数基準として及び波長計として、同時に使用されてもよい。より具体的には、（図９ａのような鏡を有する）通常のキャビティに対して、共振の全てが（図１０ａのように）同一に見える。したがって、スレーブレーザが、光共振器の正しい共振にロックされることを確実にするために、スレーブレーザが光共振器にロックされた後、スレーブレーザの周波数をチェックするために、例えば、市販の波長計が使用されなければならない場合がある。

それでも、３ミラーエタロン（又は、一般に、４つ以上の鏡を有するエタロン）が使用されるとき、特に隣の）共振が異なって見え、これは、図１０ｂに示されている。図１０ｂは、反射された光パワーのシミュレーションに基づく、図１０ａの光共振器の左の鏡によって反射された光の例示的なスペクトルを示す。図１０ｂでは、Ｙ軸に平行な線のそれぞれは、光共振器の共振周波数に対応し、その一方で、Ｙ軸に平行な線をつなぐ線（すなわち、１．０の印の近くでＹ軸と交わる曲がった線）は、非共振周波数に対応する。従来の２つの高反射面構成から、第３の弱反射面を有する構成への変化は、無秩序な局所的な波長計効果を作り出す。厳密に言えば、図１０ｂのグラフは、入力光の周波数に応じたキャビティの反射率を示すただ１つの連続的な線であることがさらに指摘される。共振の下落は、とても急激で、図では垂直線のように見える。より具体的には、共振では、反射率曲線は、実際には、（それぞれの共振の直前で）非常に速く下がり、（それぞれの共振の直前で）再び非常に速く戻る。同じことが、図９ｂに当てはまる。図示のように、共振周波数からほんのわずかに離れた周波数を有する光は、依然として、ほぼ完全に反射されるが、エタロン効果のために、１に近い強度がわずかに異なる。さらに、全ての共振周波数の光は、依然として、いくぶん低い強度で反射される。それでも、同様に、エタロン効果により、共振周波数の光は、実質的に異なる小さい強度で反射され、この強度は、異なる共振周波数を少なくとも局所的に見分けることを可能にすることができる。言い換えれば、これは、周波数ドメインにおける次の又は前の（例えば、次の又は前の１つ、２つ、又は３つの）共振周波数から共振周波数を識別することを可能にすることができる。誤差信号は、以前の例のように正確に機能する。

したがって、一般に、光共振器は、２つの（又は２つ以上の）鏡で形成されてもよい。これらの鏡のうちの一方は、高反射内面及び弱反射外面を有することができ、その一方で、他方の鏡は、高反射内面及び反射防止外面を有することができる。前記光共振器は、第１の鏡の高反射内面、及び第２の鏡の高反射内面で形成されることが有利である。

言い換えれば、共振器は、スペーサのどちらかの端部に取り付けられた１組の鏡で形成されてもよい。それぞれは、内面が非常に反射性であり、したがって、鏡は、共振キャビティを形成する。１つの鏡は、平坦でもよく、キャビティが波長計として使用可能であるようにキャビティスペクトルを変調するスレーブ及び基準周波数で弱く反射する外面を有する。特に、キャビティスペクトルの特性に基づいて、スレーバが光共振器の適切な共振周波数にロックされたかどうかが、判定されることが可能である。

これに対応して、入力光を送り込まれたときに光共振器によって出力される出力光は、高反射内面及び弱反射外面を有する第１の鏡、並びに高反射内面及び反射防止外面を有する第２の鏡といった、２つの（又は２つ以上の）鏡を使用して出力されてもよい。これは、局所特性を有する強度スペクトルを出力信号に与えることができる。方法は、次いで、Ｎ個のレーザのうちのレーザｊに対して、局所特性のうちの１つを使用して、前記レーザｊが、前記レーザｊに対応する共振周波数

に安定化されるかどうかを判定するステップをさらに含むことができる。

一般に、Ｎ個のレーザの各レーザｊに対して、局所特性のうちの１つを使用して、レーザｊが、前記レーザに対応する共振周波数

に安定化される（例えば、ロックされる）かどうかを判定するために、出力光の強度スペクトルの局所特性が使用されてもよいことが指摘される。

例えば、ＨＲ面は、反射係数｜ｒ_ＨＲ｜＞９９％を有することができ、ここで、ｒ_ＨＲは、ＨＲ面で反射された波の電界の複素振幅と、対応する入射波の複素振幅との比である。ＷＲ面は、反射係数｜ｒ_ＷＲ｜＞４％及び／又は反射係数｜ｒ_ＷＲ｜＜２５％を有することができ、その一方で、ＡＲ面は、反射係数｜ｒ_ＡＲ｜＜１％を有することができる。ＷＲ面を生み出すことは、任意の他の鏡を生み出すことに類似している。上述のエタロン効果は、さらに、コーティングされていない表面をＷＲ面として使用することによって、又は、ＷＲ面の代わりにくさび形の光学素子を使用することによって、実装されることが可能である。

ＨＲ、ＡＲ、及びＷＲという用語は、一般に、スレーブ及び基準レーザ周波数での鏡の反射特性を指すことがさらに指摘される。

誤差信号７７５ａ～７７５ｄで無秩序な３ミラー効果を観察するのではなく、各レーザの反射又は透過光の強度で無秩序な３ミラー効果を直接観察することが容易になる場合があることが指摘される。例えば、フォトダイオード信号７５５に基づいて、誤差信号７７５ａ～７７５ｄに加えて、以下「波長計信号」と呼ばれる、Ｎ個の信号の別のセットが生成されてもよい。誤差信号７７５ａ～７７５ｄは、上記で説明されたように、スレーブレーザを安定化させるために使用され、波長計信号は、スレーブレーザが、適切なモードにロックされるかどうか（すなわち、共振周波数

にそれぞれロックされるかどうか）を判定するために使用される。

これらの波長計信号は、混合器７７０の前の（図７、図８ａ、及び図８ｂで黒い星で印を付けられた位置にある）フォトダイオード信号７５５を観察することによって、並びに、フォトダイオード信号７５５からの、位相変調器７００の位相変調によって引き起こされた強度変調（２０ＭＨｚ）をフィルタリングすることによって、観察されることがある。このようにして、位相変調がなくても見えるはずの、並びに図９ｂ及び図１０ｂに示されているような、反射された光信号が取得されることが可能である。波長計信号のこのフィルタリング及び生成は、図７、図８ａ、及び図８ｂに示されていないことが指摘される。一般に、スレーブレーザｊが、別の共振周波数ではなく、対応する共振周波数

にロックされたかどうかを判断するために使用される「局所特性」は、反射の大きさでもよい。より具体的には、局所特性は、光共振器によって反射された（図１０ｂのピークの大きさに対応する）、又は透過された、入力光の百分率でもよい。エタロンを使用した（例えば、図１０ａのような鏡を有する）キャビティに対して、異なる、特に隣の、共振は、図１０ｂに示されているように、異なって見える。すなわち、反射及び透過光の百分率は異なる（図１０ｂのピークは、異なる大きさを有する）。局所特性は、反射及び／又は透過出力光の局所特性でもよいことがさらに指摘される。

より具体的には、誤差信号は、レーザをキャプチャ範囲の中心に押し込むためのフィードバックとしてレーザに送り込まれる。ここで、キャプチャ範囲の中心は、光共振器の共振周波数に対応し、キャプチャ範囲は、フィードバックが入力光を中心周波数で安定化させることができる周波数の範囲に対応する。したがって、ロックを開始するために、レーザ周波数は、共振のキャプチャ範囲内でスタートしなければならない。

フィードバックループが閉じられると、レーザは、通常、キャプチャ範囲の外側に行かず、したがって、同じ共振周波数にロックされた状態を維持する。それでも、ロックを破壊するいくつかの大きい混乱がある場合（例えば、入力光がブロックされる、又はレーザ周波数が、機械的混乱又はモードホップにより突然ジャンプし、十分速く修正されることが可能でない、等）、混乱の前にロックされたキャビティ共振とは別のキャビティ共振にレーザが偶然に再ロックされる可能性がある。

例えば波長計を使用することによって、スレーブレーザｊが最初に適切な共振周波数

にロックされることを確実にしたとき、前記適切な共振

に対応する反射の大きさが判定されてもよい。言い換えれば、各適切な共振周波数

のスペクトルの局所特性は、鏡の間の距離を安定長に調節し、例えば波長計を用いて、鏡の間の距離が、安定化長に正しく調節されたかどうかをチェックした後、決定されてもよい。その後、フィードバックループを使用したレーザの安定化中、現在の反射ピークの大きさを、それぞれの対応する適切な共振の所定の大きさと比較することによって、レーザが適切な共振周波数に依然としてロックされているかどうかが判定されることが可能である。

Claims (20)

1. Ｎ個のそれぞれの互いに異なる予め定められた周波数
   

   

   
   の安定光を出力するために、２つの鏡（１２０、１４０；８９１、８９４）で形成された光共振器（１００、８９０ａ、８９０ｂ）を使用して、Ｎ個（Ｎは１より大きい自然数）のレーザを同時に安定化させる（Ｓ２６０）ための方法であって、
   前記２つの鏡（１２０、１４０；８９１、８９４）の間の距離（１３０）を安定化長に調節するステップ（Ｓ２００）であり、前記安定化長において、各予め定められた周波数
   

   

   
   に対して、前記予め定められた周波数
   

   

   
   と共振周波数
   

   

   
   との間の差が、予め定められた目標値より小さい前記光共振器（１００、８９０ａ、８９０ｂ）の前記共振周波数
   

   

   
   がある、ステップと、
   前記Ｎ個のレーザ（５００）のそれぞれからの光（７１０）を前記光共振器（１００、８９０ａ、８９０ｂ）に送り込むこと（Ｓ２４０）により、Ｎ個の誤差信号（７７５ａ～７７５ｄ）を生成するステップと、
   前記Ｎ個の誤差信号（７７５ａ～７７５ｄ）に基づいて、前記Ｎ個のレーザ（５００）を同時に安定化させるステップ（Ｓ２６０）と
   を含む、方法。
2. 前記２つの鏡（１２０、１４０；８９１、８９４）の間の前記距離（１３０）が、前記２つの鏡（１２０、１４０；８９１、８９４）の間に置かれたスペーサ（１５０、８９２）の長さによって決まり、
   前記２つの鏡（１２０、１４０；８９１、８９４）の間の前記距離（１３０）を調節するステップ（Ｓ２００）が、前記スペーサ（１５０、８９２）の前記長さを調節するステップ（Ｓ２００）を含む、
   請求項１に記載の方法。
3. 前記スペーサ（１５０、８９２）の前記長さを調節するステップ（Ｓ２００）が、
   前記スペーサ（１５０、８９２）の温度を調節するステップ（Ｓ２００）、及び／又は
   前記スペーサ（１５０、８９２）の圧電素子の長さを調節するステップ（Ｓ２００）
   を含む、請求項２に記載の方法。
4. 前記Ｎ個の誤差信号（７７５ａ～７７５ｄ）が、前記Ｎ個のレーザ（５００）からの前記光（７１０）を送り込まれた（Ｓ２４０）とき、前記光共振器（１００、８９０ａ、８９０ｂ）によって出力された出力光（７２０）に基づいて生成される、請求項１～３のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記出力光（７２０）が、前記２つの鏡（１２０、１４０；８９１、８９４）として、
   高反射内面及び弱反射外面を有する第１の鏡、並びに
   高反射内面及び反射防止外面を有する第２の鏡
   を使用して出力されることにより、局所特性を有する強度スペクトルを前記出力光（７２０）に与え、
   前記方法が、前記Ｎ個のレーザのうちのレーザｊに対して、前記局所特性のうちの１つを使用して、前記レーザｊが、前記対応する共振周波数
   

   

   
   に安定化される（Ｓ２６０）かどうかを判定するステップをさらに含む、請求項４に記載の方法。
6. 前記Ｎ個のレーザ（５００）が、前記それぞれの共振周波数
   

   

   
   で光（５１０）を放出するために、同時に安定化され（Ｓ２６０）、
   前記方法が、前記Ｎ個のレーザ（５００）のうちの各レーザｋに対して、
   前記レーザｋによって放出された前記光（５１０）を第１のビーム（５２１）及び第２のビーム（５２２）に分割するステップであって、前記第２のビーム（５２２）が、前記光共振器（１００、８９０ａ、８９０ｂ）に送り込まれた（Ｓ２４０）、前記レーザｋからの前記光である、ステップと、
   前記第１のビーム（５２１）の周波数を、前記対応する予め定められた周波数
   

   

   
   に偏移させることにより、前記安定光（５７０）を生成するステップと
   をさらに含む、請求項１～５のいずれか一項に記載の方法。
7. 前記Ｎ個のレーザ（５００）が、前記それぞれの予め定められた周波数
   

   

   
   で光（６１０）を放出するために、同時に安定化され（Ｓ２６０）、
   前記方法が、前記Ｎ個のレーザ（５００）のうちの各レーザｋに対して、
   前記レーザｋによって放出された前記光（６１０）を前記安定光（５７０）及びフィードバック光（６２２ａ）に分割するステップと、
   前記フィードバック光（６２２ａ）の周波数を、前記対応する共振周波数
   

   

   
   に偏移させるステップと、
   前記偏移された周波数を有する前記フィードバック光（６２２ｂ）を前記光共振器（１００、８９０ａ、８９０ｂ）に送り込むステップ（Ｓ２４０）と
   をさらに含む、請求項１～５のいずれか一項に記載の方法。
8. 前記周波数の前記偏移が、音響光学変調器（５６０）を使用して実施される、請求項６又は７に記載の方法。
9. 前記安定化長において、前記光共振器（１００、８９０ａ、８９０ｂ）が、基準レーザの光（８２２）の周波数に対応する共振周波数をさらに有し、
   前記方法が、
   前記２つの鏡（１２０、１４０；８９１、８９４）の間の前記距離を、前記距離を前記基準レーザにロックすることによって、前記安定化長に安定化させるステップ
   をさらに含む、請求項１～８のいずれか一項に記載の方法。
10. 前記２つの鏡（８９１、８９４）の間の前記距離が、前記２つの鏡（８９１、８９４）の間に置かれた圧電素子（８９３）の長さによって決まり、
    前記ロックすることが、
    前記基準レーザの前記光（８２２）を前記光共振器（８９０ｂ）に送り込むこと（Ｓ２４０）により、基準誤差信号（８７５）を生成するステップと、
    フィードバックループにおいて、前記基準誤差信号（８７５）に基づいて、前記圧電素子（８９３）の前記長さを繰り返し調節するステップと
    を含む、請求項９に記載の方法。
11. Ｎ個のそれぞれの互いに異なる予め定められた周波数
    

    

    
    で、Ｎ個（Ｎは１より大きい自然数）のレーザからの光を同時に安定化させる（Ｓ２６０）ための装置であって、
    スペーサ（１５０、８９２）及び２つの鏡（１２０、１４０；８９１、８９４）
    を備え、
    前記２つの鏡（１２０、１４０；８９１、８９４）が、前記複数の予め定められた周波数のために光共振器（８９０ａ、８９０ｂ）を形成するように配置され、
    前記２つの鏡（１２０、１４０；８９１、８９４）の間の距離が、前記スペーサ（１５０）の長さによって決まり、
    前記スペーサ（１５０、８９２）の前記長さが、少なくとも４０μｍの範囲内で可逆的に調節可能である、装置。
12. 前記スペーサ（１５０、８９２）の前記長さが、
    前記スペーサ（１５０、８９２）の温度を上昇若しくは下降させること、及び／又は
    前記スペーサ（１５０、８９２）の圧電素子の長さを調節すること
    によって、少なくとも４０μｍだけ調節可能である、請求項１１に記載の装置。
13. 前記スペーサ（１５０、８９２）が、実質的に、
    １６ｐｐｍ／℃より大きい熱膨張係数、
    １０ＧＰａより大きい剛性、及び／又は
    ０．００１より大きい減衰正接
    を有する材料（複数可）から作られる、請求項１１又は１２に記載の装置。
14. 前記スペーサ（１５０、８９２）が、少なくとも９９，８％マグネシウムから作られる、請求項１１～１３のいずれか一項に記載の装置。
15. 前記２つの鏡（８９１、８９４）のうちの１つと前記スペーサ（８９２）との間の圧電素子（８９３）
    をさらに備え、
    前記２つの鏡（８９１、８９４）の間の前記距離が、前記圧電素子（８９３）によって調節可能である、請求項１１～１４のいずれか一項に記載の装置。
16. 前記２つの鏡（１２０、１４０；８９１、８９４）のうちの１つである第１の鏡が、高反射内面及び弱反射外面を有し、
    前記２つの鏡（１２０、１４０；８９１、８９４）のうちの前記第１の鏡ではない鏡である第２の鏡が、高反射内面及び反射防止外面を有し、
    前記光共振器（１００、８９０ａ、８９０ｂ）が、前記第１の鏡の前記高反射内面及び前記第２の鏡の前記高反射内面で形成される、
    請求項１１～１５のいずれか一項に記載の装置。
17. 安定光を出力するためのシステムであって、
    請求項１１～１６のいずれか一項に記載の装置と、
    前記２つの鏡（１２０、１４０；８９１、８９４）の間の前記距離を安定化長に調節する（Ｓ２００）ように構成された制御回路と
    を備え、
    前記安定化長において、各予め定められた周波数
    

    

    
    に対して、前記光共振器（１００、８９０ａ、８９０ｂ）の共振周波数
    

    

    
    があり、前記予め定められた周波数
    

    

    
    と前記共振周波数
    

    

    
    との間の差が、予め定められた目標値より小さい、
    システム。
18. 前記制御回路が、基準レーザの周波数に応じて、前記２つの鏡（１２０、１４０；８９１、８９４）の間の前記距離を前記安定化長に調節するように構成される、
    請求項１７に記載のシステム。
19. 前記装置が、入力光（７１０）を送り込むこと（Ｓ２４０）により、Ｎ個の誤差信号（７７５ａ～７７５ｄ）を生成するための光入力を備え、
    前記制御回路が、前記Ｎ個の誤差信号（７７５ａ～７７５ｄ）に基づいて、前記Ｎ個のレーザ（５００）のための電子フィードバック（５５５）を生成するように構成される、請求項１７又は１８に記載のシステム。
20. 前記Ｎ個のレーザ（５００）によって放出された光（５１０、６１０）を第１のビーム（５２１）及び第２のビーム（５２２、６２２ａ）に分割するための１つ又は複数のビームスプリッタ（５２０）であって、前記第２のビーム（５２２）が、前記Ｎ個の誤差信号（７７５ａ～７７５ｄ）を生成するために前記装置に送り込まれる（Ｓ２４０）ことになる前記入力光（７１０）である、１つ又は複数のビームスプリッタ（５２０）
    をさらに備え、
    前記制御回路が、前記それぞれの共振周波数
    

    

    
    で光（５１０）を放出するために、前記Ｎ個のレーザ（５００）を同時に安定化させる（Ｓ２６０）ように構成され、前記システムが、前記第１のビーム（５２１）の周波数を前記それぞれの予め定められた周波数
    

    

    
    に偏移させるための１つ若しくは複数の周波数偏移器（５６０）をさらに備える、又は、
    前記制御回路が、前記それぞれの予め定められた周波数
    

    

    
    で光（６１０）を放出するために、前記Ｎ個のレーザ（５００）を同時に安定化させる（Ｓ２６０）ように構成され、前記システムが、前記第２のビームの周波数（６２２ａ）を前記それぞれの共振周波数
    

    

    
    に偏移させるための１つ又は複数の周波数偏移器（５６０）をさらに備える、
    請求項１９に記載のシステム。
    

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