CN201365066Y - 一种多波长输出的激光器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及激光器领域，尤其涉及一种实现多波长输出的激光器。本实用新型是采用色散光学元件和同一组激光增益介质，利用色散光学元件不同波长色散角不同的特点与多组激光腔镜构成多组独立输出不同波长的激光腔，同时加入可调光阑自由选择所需的波长产生激光腔振荡。可实现多个可调谐的波长输出。本实用新型采用如上技术方案，通过一种结构简单合理的方式实现了多波长的激光输出。

Description

一种多波长输出的激光器

技术领域

本实用新型涉及激光器领域，尤其涉及一种实现多波长输出的激光器。

背景技术

波长可调谐激光器可任意控制信道波长，方便准确地控制频道间隔，是光通信网络系统的关键器件。可调谐激光器的出现，可以减少系统中光源备用的数量和规格，易于形成标准化的通信系统，使系统的运营成本和维护费用可以大幅度降低。如果采用可调谐激光器，就不再需要每一波长用一个激光器，比如，采用能调谐8个以上波长的激光器，在一个32波长的波分复用系统中，就可以把激光器的数量从32个减至4个。

在宽带激光器中，常通过调节标准具、调节光栅转动角度、调节腔长或双折射滤波元件选择所需波长，亦通过调整光栅不同衍射角使双波长同时振荡。

实用新型内容

本实用新型采用另一种结构简单的方式，其是采用色散光学元件和同一组激光增益介质，利用色散光学元件不同波长色散角不同的特点与多组激光腔镜构成多组独立输出不同波长的激光腔，同时加入可调光阑自由选择所需的波长产生激光腔振荡。可实现多个可调谐的波长输出。本实用新型的具体技术方案是：

本实用新型的多波长输出的激光器，包括前腔镜、激光增益介质、插入于谐振腔内的功能性光学元件和后腔镜，所述的激光增益介质后的光路上设置色散元件组，将光束空间分散为多路不同波长的光路，其后还设置可调活动光阑，对多路光路进行单路选择，所述的后腔镜为多个，对应设置于所述的可调活动光阑的各光路上。

进一步的，所述的激光增益介质是具有一定增益带宽或多波长能级的半导体激光增益介质、固体激光增益介质、液体增益介质或气体激光增益介质；所述的功能性光学元件可以是调Q光学元件；每个所述的后腔镜前还设置有辅助光学元件。

更进一步的，所述的辅助光学元件可以是标准具。

进一步的，所述的激光器的输出光可以从共同的前腔镜一端输出激光，亦可以在谐振腔内插入部分反射镜得到输出光，亦可以每个独立后腔镜输出。

进一步的，所述的色散元件组是一个光栅。

或者，所述的色散元件组是光栅组，所述的光栅组是两个相同的光栅对称放置，使第一片光栅色散通过第二片光栅后光变为平行。

或者，所述的色散元件组是色散棱镜组，所述的色散棱镜组是多个色散棱镜、大焦距柱面透镜和小焦距柱面透镜，所述的色散棱镜改变光束方向并将产生色散，所述的大焦距柱面透镜和小焦距柱面透镜将光束的色散扩大。

进一步的，所述的可调活动光阑是MEMS阵列构成机械式光路开关。所述的MEMS阵列可以是两排间隔MEMS阵列，分别倒向相反方向，从而获得小尺寸光阑。采用有一定狭缝宽度的光阑连续可调其空间位置，可获得波长连续可调的激光输出，调节狭缝宽度可使输出光线宽有一定调节范围。

或者，所述的可调活动光阑是带一个通光孔的机械式平移光阑。

或者，所述的可调活动光阑是带多个光孔的转动式光阑。

或者，所述的可调活动光阑是通过液晶、磁光产生的光路开关。

本实用新型采用如上技术方案，通过一种结构简单合理的方式实现了多波长的激光输出。

附图说明

图1是本实用新型的第一实施例的示意图；

图2(a)是本实用新型的第一种可调活动光阑示意图；

图2(b)是本实用新型的第二种可调活动光阑示意图；

图2(c)是本实用新型的第三种可调活动光阑示意图；

图3是本实用新型的第二实施例的示意图；

图4是本实用新型的第三实施例的示意图；

图5是本实用新型的第四实施例的示意图；

图6是本实用新型的第五实施例的示意图；

图7是本实用新型的第六实施例的示意图；

图8是本实用新型的第七实施例的示意图；

图9是本实用新型的第八实施例的示意图。

具体实施方式

现结合附图说明和具体实施方式对本实用新型进一步说明。

本实用新型主要原理是采用色散光学元件如衍射光栅，一组激光增益介质，利用色散元件不同波长色散角不同的特点与多组激光腔镜构成多组独立输出不同波长的激光腔，同时加入可调光阑自由选择所需的波长产生激光腔振荡。

参阅图1所示，其中101为激光增益介质，102为输出腔镜，103为衍射光栅，104为可活动的光阑，1051、1052、1053、......105n为n组激光腔镜，1061、1062、1063、......106n为n组光学元件组，它可为标准具等各种所需的腔内光学元件。本实用新型的工作原理是：利用衍射光栅103对不同波长衍射角不同的特点，采用多个腔镜1051、1052、1053、......105n和选择性的可活动的光阑104构成多个独立的产生不同波长的激光谐振腔；可活动的光阑104的通光孔可使其中一个激光腔产生激光振荡，这样移动可活动的光阑104位移可使所需波长激光腔产生振荡。107亦为插入腔内所需的功能性光学元件，如调Q晶体、扩束棱镜、望远镜等。

图1中，激光增益介质101、腔镜102、衍射光栅103、可活动的光阑104、腔镜1051、辅助光学元件1061、功能性光学元件107构成产生波长λ1的激光腔，其中可活动的光阑104通光孔移到该激光腔通光位置，而阻断其它激光波长产生振荡，功能性光学元件107可作为产生所需性能，如调Q晶体等；辅助光学元件1061可为标准具等光学元件。同样，当可活动的光阑104的通光孔移到激光增益介质101、腔镜102、衍射光栅103、功能性光学元件107、辅助光学元件1062、腔镜1052构成激光腔通光通道，则产生波长λ2的激光输出，同理，只要移动可活动的光阑104的通光孔所在位置，则可获得所需腔的激光输出波长。

其中，激光增益介质101可以是半导体激光增益介质，固体激光增益介质，如激光晶体，玻璃，陶瓷，光纤激光增益介质，液体和气体激光增益介质等所有具有一定增益带宽或多波长能级激光增益介质。

可活动的光阑104可以有多种形式，如图2所示。图2(a)为一个MEMS阵列1041、1042、1043、1044、......104n构成机械式光路开关，每个腔有一个MEMS挡在腔中，当其中一个MEMS移开光路即可产生所需波长；图2(b)为长条形带一个光孔的光阑，通过机械式平移即可；图2(c)为转动式光阑。A₁，A₂...A_n为产生λ₁，λ₂...λ_n的出光中心位置。事实上，通过液晶、磁光产生的光路开关功能阵列均可作为本实用新型的光开关式光阑。

本实用新型的输出光可以从共同腔镜一端输出，亦可以在腔内插入部分反射镜，如同3所示。和图1所述的一致，101为激光增益介质，102为输出腔镜，107为插入腔内所需的功能性光学元件，103为衍射光栅104为可活动的光阑，1051、1052、1053、......105n为n组激光腔镜，不同的是108为部分反射率输出腔镜，这将产生两个方向上输出光。这特别适用于外腔式半导体激光器。本实用新型亦可作非公共端腔输出，只是每个激光器输出方向不一样，适用有些不方便。

本实用新型的优点是：①避免采用复杂调节结构调节波长，可采用最简单方式实现波长快速稳定调节。②可以获得高重复性、波长值准确的激光输出。由于各通道激光可以预先调节并测量其波长值，而光阑切换并不影响激光参数，所以本实用新型可获得高重复性已知波长的多波长激光输出。

本实用新型可产生连续、准连续、调Q、腔内倍频输出。本实用新型的一个重要潜在应用是应用于光纤通讯中，由于ITU波长为固定等间隙波长值，本实用新型原则上可制作几十通道到几百通道的ITU波长输出，从而可制作低成本测量激光器和光纤通讯激光器。本实用新型亦可用于不同能级产生不同波长激光输出，如Nd:YAG，可产生946m、1062nm、1064nm、1319nm等，可多达十几个波长输出。

为增加输出波长数量和给腔镜调节留下更多空间，可采用如图4所示的结构：101为激光增益介质，102为输出腔镜，107为插入腔内所需的功能性光学元件，103为衍射光栅，104为可活动的光阑，1051、1052、1053、......105n为n组激光腔镜，1061、1062、1063、......106n为n组光学元件组，其中增加了1091、1092、1093、......109n为转向反射镜或反射棱镜，其Δd为转向反射腔附近相邻光束之间的中心距离，ΔL为相邻转向反射镜之间的距离。即通过提高ΔL/Δd的值增大腔之间距离，使各腔镜有足够安装空间。

本实用新型亦可通过图5所示的腔结构获得波长连续可调的激光输出，101为激光增益介质，102为输出腔镜，107为插入腔内所需的功能性光学元件，104为可活动的光阑；色散元件组采用结构相同的光栅对称放置，使第一片光栅203色散通过第二片光栅204后各波长光变为相互平行光束，采用有一定狭缝宽度的光阑104连续可调光阑104空间所在的位置，则可实现连续输出光，调节狭缝宽度，可使输出光线宽有一定调节范围，206为腔镜，其与腔镜102一起构成谐振腔的两端面。

如图6所示的第五实施例和图5所示的第四实施例基本一样，101为激光增益介质，102为输出腔镜，107为插入腔内所需的功能性光学元件，色散元件组采用结构相同的光栅对称放置，使第一片光栅203色散通过第二片光栅204后各波长光变为相互平行光束；采用MEMS205可获得固定波长光输出，其中可采用两排间隔MEMS205，分别倒向相反方向，从而获得小尺寸光阑，206为腔镜，其与腔镜102一起构成谐振腔的两端面。

如图7、图8所示，本实用新型可利用转动方向驱动光阑来回快速扫描波长，这可建立10ms量级连续可调激光器扫描系统。101为激光增益介质，102为输出腔镜，107为插入腔内所需的功能性光学元件，色散元件组采用结构相同的光栅对称放置，使第一片光栅203色散通过第二片光栅204后各波长光变为相互平行光束。如图7所示的，采用驱动器2071驱动光阑104扫描激光器，其扫描速度为10ms，如图8所示的，采用马达2072驱动连续转动圆形多孔光阑208，其L2＞L1，若转动速度为50转/秒，光阑208上有20个光阑，则扫描频率为50*20/秒，即1000/秒。206为腔镜，其与腔镜102一起构成谐振腔的两端面。

如图9所示的第八实施例，本实用新型可采用棱镜对的色散作用和一对柱面透镜组，将激光分成一系列波长，通过反射镜3071、3072、......307n形成振荡腔，通过移动中央打有通孔的光阑209选择所需的波长起振。305为长焦距的柱面透镜，焦距为f1，3061、3062、......306n是焦距为f2的短焦距柱面透镜，构成一组缩束透镜，M′为柱面望远镜的压缩倍数：M′＝f₁f₂。整个光路角色散度为： $\frac{\mathrm{d\θ}}{\mathrm{d\λ}}=M^{\′}\underset{i}{\mathrm{\Σ}}\mathrm{tgA}\·\frac{\mathrm{dni}}{\mathrm{d\λ}}.$ 因此，通过移动光阑209，可选择不同波长光起振。

尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本实用新型，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本实用新型的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本实用新型做出各种变化，均为本实用新型的保护范围。

Claims (12)

1.一种多波长输出的激光器，包括前腔镜、激光增益介质、插入于谐振腔内的功能性光学元件和后腔镜，其特征在于：所述的激光增益介质后的光路上设置色散元件组，将光束空间分散为多路不同波长的光路，其后还设置可调活动光阑，对多路光路进行单路选择，所述的后腔镜为多个，对应设置于所述的可调活动光阑的各光路上。

2.如权利要求1所述的多波长输出的激光器，其特征在于：所述的激光增益介质是具有一定增益带宽或多波长能级的半导体激光增益介质、固体激光增益介质、液体增益介质或气体激光增益介质；所述的功能性光学元件可以是调Q光学元件、扩束棱镜、望远镜；每个所述的后腔镜前还设置有辅助光学元件。

3.如权利要求2所述的多波长输出的激光器，其特征在于：所述的辅助光学元件可以是标准具。

4.如权利要求1所述的多波长输出的激光器，其特征在于：所述的激光器的输出光可以从共同的前腔镜一端输出激光，亦可以在谐振腔内插入部分反射镜得到输出光，亦可以每个独立后腔镜输出。

5.如权利要求1-4任一所述的多波长输出的激光器，其特征在于：所述的色散元件组是一个光栅。

6.如权利要求1-4任一所述的多波长输出的激光器，其特征在于：所述的色散元件组是光栅组，所述的光栅组是两个相同的光栅对称放置，使第一片光栅色散通过第二片光栅后光变为平行。

7.如权利要求1-4任一所述的多波长输出的激光器，其特征在于：所述的色散元件组是色散棱镜组，所述的色散棱镜组是多个色散棱镜、大焦距柱面透镜和小焦距柱面透镜，所述的色散棱镜改变光束方向并将产生色散，所述的大焦距柱面透镜和小焦距柱面透镜将光束的色散扩大。

8.如权利要求1-4任一所述的多波长输出的激光器，其特征在于：所述的可调活动光阑是MEMS阵列构成机械式光路开关。

9.如权利要求8所述的多波长输出的激光器，其特征在于：所述的MEMS阵列是两排间隔MEMS阵列，分别倒向相反方向。

10.如权利要求1-4任一所述的多波长输出的激光器，其特征在于：所述的可调活动光阑是带一个通光孔的机械式平移光阑。

11.如权利要求1-4任一所述的多波长输出的激光器，其特征在于：所述的可调活动光阑是带多个光孔的转动式光阑。

12.如权利要求1-4任一所述的多波长输出的激光器，其特征在于：所述的可调活动光阑是通过液晶、磁光产生的光路开关。

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