CN101499610B - 波长转换器装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种利用光纤和波长选择器件稳定转换激光二极管的波长的紧凑装置。采用体型元件作为波长选择器件使控制器件温度的工作容易，并能够稳定由激光二极管发射的波长。将光纤(2)放在激光二极管(1)的输出侧和体型波长选择器件(5)之间。当以线圈形式紧凑安排光纤(2)时，由波长选择器件(5)限定的外腔的长度充分长于相干长度。从而，可以由紧凑装置执行稳定转换波长的工作。

Description

波长转换器装置
技术领域
本发明涉及波长转换器装置，尤其涉及安排成使其波长选择器件稳定地选出波长的波长转换器装置。采用光纤和体型元件作为波长选择器件使控制器件温度的工作变得容易并能够在相对更小的结构设置中稳定由激光二极管发射的波长。
背景技术
在设有用于改变由激光二极管所发射基波的波长的波长转换器件的波长转换器装置中，要将基波的波长保持在由波长转换器件确定的允许范围内，以便产生其所需级别的光输出。不过，由于控制以常数级别转换的光输出引起的激光二极管驱动电流的变化，可能由于使谐振腔长度变化或产生模式跳跃现象的增益频谱的改变而使激光二极管的振荡波长移动。模式跳跃现象在光输出中引起瞬时改变，由此不允许控制系统执行将光输出保持成始终如一的级别的工作，因此光输出将呈现出变化或噪声。
为了补偿不稳定性，已知用于锁定基波波长的技术。作为一种熟悉的技术，提供具有在光纤芯中形成的布拉格衍射光栅的光纤布拉格光栅用作外腔中的波长选择器件，用于执行光学反馈到激光二极管的工作并选择振荡波长(见专利文献1)。
同样，已知另一种技术，其中提供反射型体全息光栅作为外腔中的波长选择器件，用于执行光学反馈到激光二极管的工作并选择振荡波长(见专利文献2)。
专利文献1：US专利No.5485481。
专利文献2：US专利No.5691989。
在采用上述传统技术之一的光纤布拉格光栅作为波长选择器件的情况下，发现其布拉格反射波长影响转换波长的工作并且其温度必须保持在始终如一的温度的热特性。不过，将光纤温度保持在始终如一的温度是困难的，这处理起来相当麻烦。另外，当光纤承受物理压力用于控制温度时，其光输出的偏振状态可能受到显著干扰。通常，由于波长转换器件接收的入射光的偏振保持固定，所以其被干扰的形式可能直接影响光输出。
同样，在采用反射型体全息光栅作为波长选择器件的另一传统技术中，激光二极管的谐振腔模式和波长选择器件的外腔模式将相互竞争，除非从激光二极管延伸到反射型体全息光栅的光路长度被设置成明显长于相干长度。从而，几乎不能使激光二极管的振荡波长选择在反射型体全息光栅的中心波长处。在从激光二极管延伸到反射型体全息光栅的光路在空间上被增大的情况下，其设置将使装置的整体体积增大。
因此本发明的目的是提供一种波长转换器装置，将其波长选择器件安排成稳定地选出波长，同时不需要进行在其相对更小的结构安排中严格控制器件温度的工作。
发明内容
作为本发明的第一特征，提供一种波长转换器装置，具有用于产生基波的激光二极管和用于转换基波的波长并产生其产生的输出光的波长转换器件，而其特征在于光纤与激光二极管的输出侧光学结合，并将体型(bulk type)波长选择器件放在所述光纤的输出侧中，并且所述波长转换器件位于所述体型波长选择器件的输出侧。
特别是，体型波长选择器件不是例如光纤光栅的线性元件，而是例如反射型全息光栅、反射型衍射光栅或带通滤波器的体型元件。
在第一特征的波长转换器装置中，光纤不用作波长选择器件，因此不需要严格控制其温度。同样，由于具有光纤，将激光二极管和体型波长选择器件之间的光学长度(外腔的长度)设置成充分长于相干长度。这使得激光二极管的谐振腔模式和外腔模式不相互竞争，因此使激光二极管的振荡波长的改变最小化。同样，由于波长选择器件是体型的，因此其温度易于操控并能够被精确控制，由此使环境温度变化引起的波长选择器件中心波长的变化最小化。从而，可以稳定用于锁定波长的波长选择器件的工作。此外，将光纤安排得紧凑由此有助于整体设备的缩小化。
作为本发明的第二特征，可以更改第一特征的波长转换器装置，其中波长选择器件是反射型体全息光栅。
在第二特征的波长转换器装置中，体型光学器件被实施成反射型全息光栅，该反射型全息光栅是光学衍射光栅元件并且其温度更易于控制。
作为本发明的第三特征，可以更改波长转换器装置，其中由透镜将光纤的输出光聚焦成NA(数值孔径)为0.07或者更高的聚焦光束，而其光束的束腰位于波长选择器件内部。
在第三特征的波长转换器装置中，由波长选择器件接收NA不小于0.07的聚焦光束，以使其光束的束腰(这里光束的光斑的直径被最小化)停留在波长选择器件内部。与平行光束的接收相比，这将有利于波长选择器件的位置调整(允许低水平的调整准确度)。
作为本发明的第四特征，可以更改波长转换器装置，其中可以分别控制激光二极管、波长转换器件和波长选择器件的温度。
在第四特征的波长转换器装置中，可以独立控制激光二极管的温度、波长转换器件的温度和波长选择器件的温度，由此使器件之间的波长匹配。
根据本发明的波长转换器装置不需要严格控制光纤的温度。同样，将装置实现了紧凑的尺寸，其中其波长选择器件稳定地锁定所需波长。
附图说明
图1示出本发明第一实施例的波长转换器装置的结构解释图；
图2示出第一实施例的波长转换器装置中激光二极管的振荡频谱的特征图；
图3示出第一实施例的波长转换器装置中激光二极管的中心波长对温度的依赖性的特征图；
图4示出比较的激光装置中激光二极管的振荡频谱的特征图，这里可以看出由于激光二极管的腔模式和外腔模式之间的模式竞争导致的锁定波长的不稳定性；以及
图5示出不采用波长选择器件时激光二极管的中心波长对温度的依赖性的特征图。
具体实施方式
用于实施本发明的最佳模式
这里将结合附图中示出的一个优选实施例从而更准确地介绍本发明。不过，本发明不限于实施例。
(第一实施例)
图1示出第一实施例的波长转换器装置100的解释图。
波长转换器装置100包括用于产生(例如红外线的)基波的激光二极管1，用于与半导体激光器1的输出侧光学连接的光纤2，用于聚焦来自光纤尾端3的输出光以提供聚焦光束B的透镜4a，布置成使会聚光束B的光束的束腰w停留在体型波长选择器件5的内部的体型波长选择器件5，用于聚焦来自波长选择器件5的输出光的透镜4b，用于接收由透镜4b聚焦的光并产生波长被转换的光(例如可见光)的波长转换器件6，用于控制半导体激光器1的温度的热模块7a，用于控制波长选择器件5的温度的热模块7b，以及用于控制波长转换器件6的温度的热模块7c。
可以将光纤2实施成1m长的直径为3cm的线圈，该光纤2是保持偏振的单模光纤。
优选地，光纤2的长度不短于1m，用于使其从激光二极管1的输出侧延伸到波长选择器件5的光学长度被设置成充分长于相干长度。
设置透镜4a用于将光纤尾端3的输出光会聚成NA为0.07或更高的聚焦光束B。
波长选择器件5在其反射中心波长处对部分光进行反射，接着将光经由光纤2光学反馈回半导体激光器1。该反馈使半导体激光器1在波长选择器件5的反射中心波长附近振荡。
可以将波长选择器件5实施成反射型体全息光栅。
波长转换器件6可以是周期性极化的非线性光学晶体。
可以将热模块7a实施成用于将激光二极管1的温度控制到例如25℃的珀耳帖(Peltier)器件。
可以将热模块7b实施成用于将波长选择器件5的温度控制到例如25℃的珀耳帖器件。
可以将热模块7c实施成用于将波长转换器件6的温度控制到允许以最佳效率对由波长选择器件5所选择波长的光进行转换的度数的珀耳帖器件。
图2示出激光二极管1的振荡频谱。
由于外腔的长度充分长于相干长度，因此被锁定的频谱保持稳定。
图3示出当激光二极管1的温度变化时其振荡中心波长的分布。纵轴表示2nm/div。
当温度从14℃变化到34℃时，激光二极管1的振荡中心波长保持稳定。
图4示出当外腔的长度不充分长于相干长度时激光二极管1的振荡频谱的比较。
如图4中所示，激光二极管1的腔模式和波长选择器件5的外腔模式相互竞争。
图5示出当波长选择器件5不存在而半导体激光器1的温度变化时激光二极管1的振荡中心波长的比较。竖直轴表示2nm/div。
如图5中所示，当激光二极管1的温度变化时激光二极管1改变其振荡的中心波长。
第一实施例的波长转换器装置100的优点如下：
(1)由于波长选择器件5采用体型器件，因此可以更容易和精确地控制其温度，从而当环境温度变化时能够抑制由激光二极管发射的波长的变化。
(2)由于以线圈形式紧凑地提供光纤2，从而使外腔长度即使在更小的空间中也充分长于相干长度，因此使激光二极管1的腔模式与外腔模式之间没有竞争、并保证使用更小结构用于锁定波长的波长选择器件5的稳定工作。
(3)由于波长选择器件5采用体型器件，所以可以更容易和确定地控制其温度，由此使环境温度变化引起的基波波长的改变最小化。
(4)由于波长选择器件5位于聚焦光束B的光束的束腰w附近，所以有利于促进光学反馈的角度调整。
工业应用性
根据本发明的波长转换器装置可有利地应用于分析和测量仪器或生物工程的领域。

Claims (8)

1.一种波长转换器装置，具有用于产生基波的激光二极管和用于转换基波的波长并产生其产生的输出光的波长转换器件，使用对于反射中心波长的光的一部分进行选择性地反射的体型波长选择器件，通过将光反馈回所述激光二极管，而选择所述基波的波长，其特征在于：
光纤与激光二极管的输出侧光学结合且所述光纤长于基波的相干长度；以及
将所述体型波长选择器件放在所述光纤的输出侧中，并且所述波长转换器件位于所述体型波长选择器件的输出侧。
2.根据权利要求1所述的波长转换器装置，其中
波长选择器件是反射型体全息光栅。
3.根据权利要求1所述的波长转换器装置，其中
由透镜将光纤的输出光聚焦成数值孔径为0.07或者更高，以及其光束的束腰位于波长选择器件的内部。
4.根据权利要求2所述的波长转换器装置，其中
由透镜将光纤的输出光聚焦成数值孔径为0.07或者更高，以及其光束的束腰位于波长选择器件的内部。
5.根据权利要求1所述的波长转换器装置，其中
可以分别控制激光二极管、波长转换器件和波长选择器件的温度。
6.根据权利要求2所述的波长转换器装置，其中
可以分别控制激光二极管、波长转换器件和波长选择器件的温度。
7.根据权利要求3所述的波长转换器装置，其中
可以分别控制激光二极管、波长转换器件和波长选择器件的温度。
8.根据权利要求4所述的波长转换器装置，其中
可以分别控制激光二极管、波长转换器件和波长选择器件的温度。
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