CN102769251A - 谐振腔器件、以及使用该谐振腔的系统和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了谐振腔器件，所述谐振腔器件中构成谐振腔的多个光学反射面设置在单一基底上，该成多面体形状，所述多个光学反射面形成至少两个相互独立的谐振腔。另外，本发明在该谐振腔器件基础上还提供了一种使用该谐振腔的系统和装置，使用所述的谐振腔器件作为光学反馈器件压窄激光线宽。通过本发明使得该激光器具有窄线宽、输出稳定、操作简单等特点。此外利用该谐振腔器件，可以实现激光频率稳定的传递，同时利用该腔可以获得稳定的射频信号输出。

Description

谐振腔器件、以及使用该谐振腔的系统和装置

技术领域

本发明涉及激光器技术，特别是指一种谐振腔器件、以及使用该谐振腔的系统和装置。

背景技术

半导体激光器由于其简单小巧、易于操作、价格便宜、光谱覆盖范围广等优势，广泛地应用于各个领域。但是半导体激光器的线宽比较宽，给应用带来很多不便。

为获得窄线宽半导体激光器，目前通常采用的方法有以下几种：使用光电反馈的方法，将外腔半导体激光器频率锁定在高Q值F-P腔上，从而实现激光线宽的压窄。通过光学反馈的方法，将经过谐振腔滤波的窄线宽激光反馈到激光器中，利用受激辐射原理实现激光线宽压窄。另外为了获得不同波长激光稳定性的传递，通常采用传递腔的方法。参见示意图1，谐振腔通常为镀有宽带反射膜的F-P腔，首先通过伺服系统将F-P腔锁定在一台已知稳定激光器LD1上，再将另一台激光器LD2通过电学反馈系统锁定在这个F-P腔上，通过F-P腔实现了两台激光器具有相同的稳定性。所述谐振腔由于在此处主要起到传递激光的作用，因此一般又称为传递腔。这种传递腔结构由于现有镀膜技术的限制，无法实现宽带高反射率镀膜，因此在两台激光器输出光频率相差较大时，无法同时实现两个频率的高Q值传递腔。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提出一种谐振腔器件，能够满足光学设备中的线宽压窄、或者稳定性传递系统等需求。

本发明的另一目的在于提供一种使用所述谐振腔的激光器，不受镀膜技术的限制，实现激光线宽的压窄稳定输出。

本发明的另一目的在于提供一种使用所述谐振腔的输出稳定射频信号装置，获得稳定信号输出。

本发明的另一目的在于提供一种使用所述谐振腔的稳定性传递系统，不受镀膜技术的限制，就可以实现高质量的激光线宽压窄稳定传递。

基于上述目的本发明提供的一种谐振腔器件，该器件中构成谐振腔的多个光学反射面设置在单一基底上，该成多面体形状，所述多个光学反射面形成至少两个相互独立的谐振腔。

可选的，所述谐振器件中两两谐振腔的光路是对称的。

可选的，所述谐振器件上的各个光学反射面成轴对称或者中心对称结构，且反射面形成的各谐振腔的光路之间至少有一点相交。

可选的，该谐振腔器件中所述谐振腔采用驻波谐振腔或行波谐振腔。

可选的，在所述驻波谐振腔采用线性F-P腔形式或者折叠F-P腔形式；在所述行波谐振腔采用三镜腔形式或者多镜腔形式。

可选的，谐振腔器件中，所述光学反射面是在所述单一基底的表面上镀膜形成的或者是表面上粘贴反射镜形成的。

可选的，如果所述光学反射面是在所述单一基底的表面上镀膜形成的，所述单一基底为透明基底；如果所述光学反射面是在所述单一基底的表面上粘贴反射镜形成的，所述单块基底在谐振腔的光路路径上为空心。

可选的，该谐振腔器件中，所述单一基底为由光学玻璃、或光学晶体、或石英玻璃制成。

可选的，该谐振腔器件中，所述单一基底所粘贴的反射镜分别为由光学玻璃、或光学晶体、或石英玻璃制成。

基于上述第二个目的，本发明还提供了一种激光器，在该激光器中采用如上所述的谐振腔器件作为激光器中用于压窄激光线宽的光学反馈器件。

可选的，该激光器包括：至少一个激光管；

所述激光器内各部件的布设使得激光管发出的经过选频的单模激光入射进入所述谐振腔器件的其中一个谐振腔器件中，经该谐振腔器件输出的逆入射反射光沿着与原入射光束共线反向的路径，返回到激光管中。

基于上述第三个目的，本发明提供的一种输出稳定射频信号装置，采用如上所述的谐振腔器件同时作为两套激光发射设备的压窄激光线宽的光学反馈器件，两套激光发射设备的输出光合束后输入到光电探测器中，通过拍频获得射频信号输出。

可选的，该输出稳定射频信号装置中所述激光发射设备中至少包括激光管，所述两套激光发射设备发出的激光分别入射到所述谐振腔器件的不同谐振腔中，通过电学锁定的方法将两个激光管发出的激光分别锁定在各自的谐振腔频率上；利用分束装置将两个激光管发出的激光分别分出一部分，合束后输入到光电探测器中，通过拍频获得稳定射频信号输出。

可选的，该输出稳定射频信号装置中所述激光发射设备中至少包括激光管，所述输出稳定射频信号装置内各部件的布设使得每个激光管发出的经过选频的单模激光分别入射进入所述谐振腔器件的其中一个谐振腔器件中，经该谐振腔器件输出的逆入射反射光沿着与原入射光束共线反向的路径，返回到激光管中；并且两个激光管发出激光中分出的一部分输入到光电探测器中，通过拍频获得稳定射频信号输出。

基于上述最后一个目的，本发明还提供了一种激光器稳定性传递系统，该系统以上述的谐振腔器件作为激光稳定性传递器件，实现至少两个光源激光的稳定性传递。

可选的，该系统中至少包括：锁定系统和所述谐振腔器件；该激光器稳定性传递系统中各个部件的布设使得从稳定激光器输出的激光匹配地入射到所述谐振腔器件的一个谐振腔中，将谐振腔通过锁定系统锁定在所述稳定激光器上；至少一个待锁定激光器发出的激光匹配地入射到所述谐振腔器件的其他谐振腔中，通过锁定系统反馈到各自待锁定激光器中。

可选的，该系统中所述锁定系统包括伺服系统和高压放大器；

所述激光稳定性传递系统中各部件的布设使得稳定激光器输出的激光匹配地输入到所述谐振腔器件的一个谐振腔中，该谐振腔输出的反馈激光通过第一伺服系统获得反馈信号后，经高压放大器后反馈到所述稳定激光器中，稳定激光器发出的激光进而入射到谐振腔中，使该谐振腔器件锁定在激光的谐振峰上；待锁定激光器匹配地入射到该谐振腔器件的另一谐振腔中，谐振腔输出的反馈激光通过另一伺服系统获得误差信号后，将误差信号反馈到所述待锁定激光器输出光频率控制系统，实现该待锁定激光器锁定在所述谐振腔器件的谐振峰上。

从上面所述可以看出，本发明提供的谐振腔器件可实现两个或两个以上独立谐振腔在一个基底上，能够使两台激光器锁定在这两个独立的谐振腔上，可用于激光的频率锁定、线宽压窄、稳定性传递、稳定微波信号输出。并且通过镀不同波长的反射膜和不同反射率的镀膜，实现不同波长、不同Q值的谐振腔同时使用、比较、传递。使用该腔的半导体激光器，可通过光学反馈或者光电反馈，实现激光线宽压窄。

本发明提供的使用所述谐振腔的激光器，通过将一个基底材料上的两个或两个以上独立的谐振腔作为频率稳定和线宽压窄器件，实现更加稳定的激光输出的同时，实现激光线宽的压窄和稳定输出。

本发明提供的使用所述谐振腔的输出稳定射频信号装置通过将一个基底材料上的两个独立的谐振腔作为频率稳定和线宽压窄器件，进一步通过两台所述激光器拍频，获得稳定射频信号输出。

本发明提供的使用所述谐振腔的稳定性传递系统，通过将一个基底材料上的两个或两个以上独立的谐振腔作为传递腔，实现更加稳定的传递腔结构的同时，不受镀膜技术的限制，就可以实现高质量的激光线宽压窄稳定传递。

附图说明

图1为现有利用传递腔实现激光稳定性传递示意图；

图2为本发明实施例单块环形腔(行波腔)示意图；

图3为本发明实施例准单块F-P直腔(驻波腔)示意图；

图4为本发明实施例利用准单块F-P直腔作为传递腔的结构示意图；

图5为本发明实施例包含三个谐振腔的准单块F-P直腔(驻波腔)示意图；

图6为本发明实施例准单块折叠F-P腔示意图；

图7为本发明实施例准单块折叠F-P腔半导体激光器的结构示意图；

图8为本发明实施例稳定射频信号输出装置的结构示意图；

图9为本发明实施例准单块折叠F-P腔半导体激光器的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

本发明实施例提供的一种谐振腔器件，该器件中构成谐振腔的多个光学反射面设置在单一基底上，该基底成多面体形状，所述多个光学反射面形成至少两个相互独立的谐振腔。

这样，通过在一个整体固定的光学元件上同时设置两个或者两个以上谐振腔结构，可实现不同波长、不同Q值激光的同时使用、比较、传递等用途。谐振腔器件应用于激光器中的时候，可以很好地激光线宽压窄和稳定输出。

其中，所述谐振器件中两两谐振腔的光路是对称的，即对称的两个谐振腔的光路完全一致，只是成镜像相反或轴对称，并且该两谐振腔的光路有相交的部分，如图2、3、5、6等所示结构。

所述谐振器件上的各个光学反射面成轴对称或者中心对称结构，且反射面形成的各谐振腔的光路之间至少有一点相交。

所述整体固定的光学元件的两个或者两个以上谐振腔可以是驻波腔，或者也可以是行波腔。

所述基底可以由光学玻璃、或光学晶体、或石英玻璃等光学材料通过磨制而成。

在所述驻波谐振腔采用线性F-P腔形式或者折叠F-P腔形式；在所述行波谐振腔采用三镜腔形式或者多镜腔形式。

所述光学反射面是在所述单一基底的表面上镀膜形成的，此时谐振腔器件是一个单块光学元件。或者所述光学反射面也可以是在单一基底表面上粘贴反射镜形成的，此时该谐振腔器件实际上是由基底和反射镜粘贴而成的准单块结构。

如果所述光学反射面是在所述单一基底的表面上镀膜形成的，所述单一基底为透明基底；如果所述光学反射面是在所述单一基底的表面上粘贴反射镜形成的，所述基底在谐振腔的光路路径上为空心。

所述单块光学元件是通过整块的光学材料磨制而成，并在各个光学反射面上镀膜。该光学材料可以是光学玻璃、或光学晶体、或石英玻璃等。

所述准单块光学元件，是指由两个以上(包括两个)单块光学元件粘合在一起形成的，例如：一个较佳的实施例是在单块基底材料上(通过光胶等方法)粘贴光学反射镜，从而形成光学反射面。该准单块光学元件，其形式介于单块和分离器件谐振腔之间。这种设计的优点是比分离器件具有更好的稳定性，而与单块谐振腔相比，还可以将所述基底材料的光路部分做成空心，这样可以减少介质对激光的吸收损耗，使得激光在准单块光学元件的内部只在空气中传播，从而在相同反馈光输出的情况下，可以大大提高谐振腔的Q值，更有利于激光的线宽压窄。

所述该谐振腔器件中的两个谐振腔彼此之间是镜面对称或者轴对称的，以保证谐振腔器件的对称性，提高输出信号的稳定性。这样在应用于激光器的压窄线宽时，可以设置两个激光分别锁定在一个基底的独立的谐振腔上，在分别获得稳定激光输出的同时，通过同一个基底消除两个激光中的共模部分的噪声，得到稳定拍频信号输出。

作为一个实施例所述的谐振腔器件为单块环形腔，参见图2所示，为本发明单块环形腔器件的一个实施例的结构示意图。其中在该环形腔表面的反射面M21、反射面M22和反射面M23组成第一环形腔，反射面M21’、反射面M22’和反射面M23’组成第二环形腔。其中，第一环形腔反射面M21和第二环形腔相应的反射面M21’同时作为入射面。入射面M21和M21’通过镀膜形成为合适反射率的耦合面，其他反射面可以通过镀膜形成高反射面。其中第一环形腔入射光透射过反射面M1后，依次由反射面M22、M23反射返回到反射面M21，其中透射部分作为输出光，反射部分光经M21反射后第二次入射到M22上，形成行波场；同理第二环形腔。需要指出的是，由于为环形结构，因此两个环形腔的入射面可以在两个腔的反射面上任意指定。优选的，第二环形腔中入射面可以选择与第一环形腔中的入射面对称的那个反射面。当然一旦镀膜完成，两个腔的入射面既已固定。

另外，上述各反射面M21、M22、M23、M21’、M22’、M23’可以通过镀膜实现；作为另一个实施例，也可以通过在光学元件的基底上粘贴光学反射镜来实现。

作为另一个实施例所述的谐振腔器件为准单块F-P直腔，参见图3所示。其中反射面M31和反射面M32相对设置，从而组成第一F-P直腔；反射面M31’和反射面M32’相对设置从而组成第二F-P直腔。可以指定两个腔中的任意一个反射面同时作为入射面，例如选择M31、M31’为入射面，也可以选择M32、M32’为入射面。同样，作为另一个实施例，所述各反射面还可以通过镀反射膜的方式实现单块F-P直腔。在图3中示出的是粘贴光学反射镜的例子。其中M31、M32所组成的驻波腔，入射光透射过入射面后，由反射面反射返回入射面，其中透射部分光作为输出光，反射部分光经入射面反射在腔内继续谐振，形成驻波场；同理M31’、M32’也组成驻波腔。

作为一个实施例所述准单块光学元件上还可以包含两个以上的谐振腔，如图5所示，该实施例F-P直腔器件包括三个F-P谐振腔。反射面M51与M51’正对设置，M52与M52’正对设置，M53与M53’正对设置。其中M51、M51’组成第一个F-P谐振腔，M52、M52’组成第二个F-P谐振腔，M53、M53’组成第三个F-P谐振腔。同样，本领域技术人员也可以合理地推断出更多的F-P谐振腔的例子。以上是准单块F-P谐振腔的例子，同样，作为另一个实施例，所述各反射面还可以通过镀反射膜的方式实现单块F-P谐振腔。

作为一个实施例所述准单块光学元件上还可以为折叠F-P腔结构。

作为一个实施例所述准单块折叠F-P腔上可以包括六个光学反射面，每三个光学反射面形成一个折叠F-P腔。

作为一个实施例所述的谐振腔器件为折叠F-P腔，其中折叠镜面为入射光耦合面，该面也同时作为反馈光输出面，其余面为正入射高反射面。此时，该腔的设计是采用将F-P腔中加一个折叠镜的方式，其余的面为正入射镜，这就相当于传统线型F-P腔的两个反射端镜，而用于透射光输出，起到在这个镜子上的镜反射光与入射光不共路，而透射光与入射光共路的作用，使用透射光作为光学反馈的反馈光。

参见图6所示，为本发明F-P腔器件的一个实施例的结构示意图。构成所述折叠F-P腔器件的准单块光学元件为轴对称结构，其中反射面M61、反射面M62’、反射面M63处于同侧，反射面M61’、反射面M62、反射面M63’处于同侧。该准单块折叠F-P腔由两个独立的折叠腔组成。其中反射面M61、反射面M62、反射面M63组成第一折叠共焦F-P腔，反射面M61’、反射面M62’、反射面M63’组成第二折叠共焦F-P腔。从而使得，该单块光学元件形成两个单块折叠腔结构，可实现该F-P腔透射光与入射光原路反向，从而可实现驻波结构的光学反馈。可以用于实现激光的线宽压窄、频率稳定，激光的稳定性传递、稳定射频信号的输出等方面。

其中，在所述每组折叠F-P腔中，斜入射面为入射光耦合面，其余为高反射面。具体在图6所示实施例中，斜入射面M61和M61’通过镀膜形成为合适反射率的耦合面，其他反射面可以通过镀膜形成高反射面。

在上述谐振腔器件的基础上本发明还提供了利用该谐振腔器件实现的激光器稳定性传递系统，该系统以谐振腔作为激光稳定性传递器件，可实现被锁定激光器具有与实验中窄线宽稳定激光器相同的稳定性，实现两台或者两台以上激光器的稳定性传递。

在激光器稳定性传递系统的一个实施例中，该系统至少包括：锁定系统和所述谐振腔器件；该激光器稳定性传递系统中各个部件的布设使得从稳定激光器输出的激光匹配地入射到所述谐振腔器件的一个谐振腔中，将谐振腔通过锁定系统锁定在所述稳定激光器上；至少一个待锁定激光器发出的激光匹配地入射到所述谐振腔器件的其他谐振腔中，通过锁定系统反馈到各自待锁定激光器中。

作为一个实施例，所述激光稳定性传递系统中至少包括：稳定激光器、待锁定激光器，锁定系统和如图3所示的F-P直腔器件(F-P直腔器件即所述谐振腔器件的一种具体实现方式)。

如图4所示，所述激光稳定性传递系统中各部件的布设使得稳定激光器LD1输出的激光匹配的输入到所述F-P直腔器件中，通过第一伺服系统获得反馈信号后，经高压放大器HV后反馈到所述F-P直腔器件上，使该F-P直腔器锁定在激光的谐振峰上，获得了与稳定激光相同的稳定性。再将待锁定激光器LD2模式匹配的入射到该谐振腔中，通过第二伺服系统将误差信号反馈到设置在激光器LD2输出光频率控制系统(如激光器电流或控温系统)中，实现激光器LD2锁定在所述F-P直腔器件的谐振峰上。最终通过所述F-P直腔器件实现待稳定激光具有与稳定激光相同的稳定性。

由于所述F-P直腔器件具有两个相互关联又相对独立的F-P直腔，可以通过镀不同波长的反射膜的方法使两个不同波长的激光同时在该F-P直腔器件谐振，实现不同频率激光稳定性的传递。

在上述谐振腔器件的基础上本发明还提供了一种激光器，在该激光器中采用如上面所述的谐振腔器件作为激光器中用于压窄激光线宽的光学反馈器件。

所述激光器中可以设置有一个激光光源，也可以设置有两个或更多的激光光源。例如：

在激光器包括：至少一个激光管；所述激光器内各部件的布设使得激光管发出的经过选频的单模激光入射进入所述谐振腔器件的其中一个谐振腔器件中，经该谐振腔器件输出的逆入射反射光沿着与原入射光束共线反向的路径，返回到激光管中，以此实现激光线宽压窄。

另外，在激光器中包括两个或两个以上激光光源时，可以通过两个光源发出的激光拍频来获得稳定射频信号输出。作为一个实施例，激光器包括：至少两个激光管；所述激光器内各部件的布设使得每个激光管发出的经过选频的单模激光分别入射进入所述谐振腔器件的其中一个谐振腔器件中，经该谐振腔器件输出的逆入射反射光沿着与原入射光束共线反向的路径，返回到激光管中。

所述激光器中的激光管可以是半导体激光管，当然也可以采用其他种类的激光发射装置，例如：气体、液体、固定等激光发射装置。作为一个实施例，所述激光器可以为半导体激光器。在该激光器中至少包括：半导体激光管、分束器和所述折叠F-P腔器件；

所述激光器内各部件的布设使得半导体激光管发出的激光，经所述分束器分束后，一部分输出，另一部分入射进入其中所述折叠F-P腔器件的一个折叠F-P腔中，经该折叠F-P腔输出的逆入射反射光沿着与原入射光束共线反向的路径，经所述分束器返回到半导体激光器中。另外，所述半导体激光管发出的为单模激光，该激光器还包括：半波片，所述半导体激光管发出的单模激光经该半波片调整偏振态后入射到所述分束器上。

作为一个实施例，该激光器以图6所述的折叠F-P腔器件作为激光器中用于压窄激光线宽的光学反馈器件。

具体可参见图7所示，图7为准单块折叠F-P腔半导体激光器示意图。该激光器包括：具有内部选频器件的半导体激光管、准直透镜AL、半波片HWP、分束器(如偏振分光棱镜PBS)和折叠F-P腔。其中，所述具有内部选频器件的半导体激光管，比如可以是：分布反馈半导体激光器(DFB)、分布布拉格反射半导体激光器(DBR)等。具有内部选频器件的半导体激光管输出的单模激光经非球面镜准直后，由分束器分束，一部分光用于输出；另一部分光入射到其中一个折叠F-P腔中用于光学反馈或者自注入锁定。

可见，单模半导体激光管和折叠F-P腔共同构成本实施例。半导体激光管发出的激光在耦合进准单块折叠F-P腔内，该折叠F-P腔的逆入射反射光具有与F-P腔相反的光谱结构，从而可以使用作为反馈光。该逆入射反射光沿着与原入射光束共线反向的路径，被返回到半导体激光管中。由于F-P腔所具有更好的选频作用，使得整个半导体激光器的选频作用被极大地增强，其效果表现为激光振荡的频率噪声被进一步压缩，从而实现激光线宽的压窄。

在本实施例中，可实现两台激光器同时锁定在单一基底上的两个独立F-P腔上，获得两台窄线宽半导体激光器。除了所述折叠F-P腔器件以外，其他器件均为两套，分别与所述折叠F-P腔器件中的一个折叠F-P腔构成一个激光器。具体来说，第一半导体激光器包括：第一半导体激光管LD1、第一准直透镜AL1、第一半波片HWP1、第一偏振分光棱镜PBS1、以及由反射面M71、反射面M72、反射面M73组成的第一折叠F-P腔；第二半导体激光器包括：第二半导体激光管LD2、第二准直透镜AL2、第二半波片、第二偏振分光棱镜PBS2、以及由反射面M71’、反射面M72’、反射面M73’组成的第二折叠F-P腔。其中经过所述第一偏振分光棱镜PBS1分出的一部分光入射到第一折叠F-P腔(M71、M72、M73组成)中，用于光学反馈或者自注入锁定的一部分光用于输出。第二偏振分光棱镜PBS2分出的一部分光入射到第二折叠F-P腔(M71’、M72’、M73’组成)中，用于光学反馈或者自注入锁定的一部分光用于输出。

上面两个实施例中，由于该准单块F-P折叠腔同时具有两个相互独立的折叠腔，可以同时用于两台窄线宽激光器，可以作为激光稳定性的传递，或者通过两台激光器拍频得到稳定的射频信号。

另外，本发明实施例的激光器还包括半导体激光管输出光频率范围调节系统，通过改变半导体激光管的输入电流、温度来改变半导体激光管输出光频率范围，可将激光频率与准单块F-P腔决定的激光频率调成接近一致。

本发明实施例的激光器还可以包括谐振频率调节系统，可通过粘接压电陶瓷方法和控温技术来细微地改变F-P腔的形状，分别实现快速小范围细调和慢速大范围粗调，实现对激光频率的调谐与控制。利用激光振荡的物理机制，使得在准单块F-P腔的谐振频率上产生激光振荡，并且可通过调整准单块F-P腔的温度和粘接在F-P腔上的压电陶瓷片调整控制激光频率。

参见图9所示，为一个带有调节系统的激光器实施例的结构示意图。该激光器中包括：第一单模半导体激光管LD1(如DFB或DBR)、第一非球面准直透镜AL2、第一半导体激光管热沉3、第一非球面准直透镜调整架4、第一半波片5、第一偏振分光棱镜PBS6、第一偏振分光棱镜PBS调整架7、第二半波片8、第二偏振分光棱镜PBS9、第二偏振分光棱镜PBS调整架10、第一反射镜11和第二反射镜12、第一探测器13、准单块折叠F-P腔14、准单块折叠F-P腔真空系统15、第二探测器16、第三反射镜17和第四反射镜18、第二单模半导体激光管LD19、第二非球面准直透镜AL20、第二半导体激光管热沉21、第二非球面准直透镜调整架22、第三半波片23、第三偏振分光棱镜PBS24、第三偏振分光棱镜PBS调整架25、第四半波片26、第五反射镜27、以及底板30。另外28表示输出光，29表示用于测试部分的输出光。

功率10mW波长为1550nm的分布反馈半导体激光管1发出的激光光束，经过焦距为4mm，数值孔径为0.6的非球面准直透镜4准直后，通过一个半波片改变偏振态。高Q值F-P腔的腔体用优质低膨胀系数玻璃材料加工而成，两组腔镜由熔融石英材料制成，镀对应波长的高反射膜。腔镜与腔体采用光胶的方式结合。此准单块折叠F-P腔8取代掠衍射结构光作为高Q值选频器件的同时，提供与入射光原路反向的反馈光或者注入光，栅外腔半导体激光器中的常规反馈反射镜M，或取代在A.Wicht等人的方案中由分立元件构成的F-P腔，或W.Liang，等人方案中的球形腔，分布反馈半导体激光管、分束器和准单块折叠F-P腔使得入射在F-P腔8上，将光栅6，半导体激光器1和折叠F-P腔8组成激光器。折叠F-P腔的逆入射反射光具有与F-P腔相反的光谱结构，该逆入射反射光作为反馈光沿着与原入射光束共线反向的路径，返回到半导体激光管6中。由于F-P腔的选频作用，使得激光振荡的频率噪声被进一步压缩，从而实现激光线宽的压窄，得到短期线宽小于100kHz。分布反馈半导体激光管1采用温度传感器和半导体制冷器2实现温度控制。折叠F-P腔8采用温度传感器和固定于F-P腔固定架10上的半导体制冷器实现温度控制。该F-P腔8的谐振频率可通过粘接压电陶瓷9的方法和对热沉控温技术分别实现快速小范围细调和慢速大范围粗调，实现对激光频率的调谐与控制。利用激光振荡的物理机制，使得在F-P腔8的谐振频率上产生激光振荡，并且可通过调整F-P腔热沉的温度和粘接在F-P腔上的压电陶瓷片9调整控制激光频率。非球面准直透镜调整架4用于固定非球面镜及激光束准直的调整，半导体激光管热沉2，非球面准直透镜调整架4，光栅固定架7均被固定在底板上。

本发明实施例中，准单块折叠F-P腔8精细度为100,000(即十万)，腔体采用低膨胀系数光学材料，该材料应具有极好的温度稳定性。腔镜采用熔融石英为材料，其光学面上的反射区域按照超光滑光学加工工艺仔细加工，表面的粗糙度低于0.5nm。组成折叠腔的一组三个镜面光学面的塔差被控制在6″以内，光学镀膜的吸收系数小于50ppm。作为输入输出耦合面的斜入射面的镀膜反射率为0.99998，正入射的高反射面的镀膜反射率＞0.99999。

图7和图9中所给出的激光器例子都是由两套激光管和相关光路调节装置，与所述谐振腔器件构成。本领域技术人员能够理解，在此基础上去掉一套激光管和相关的光路调节装置也是可以的。另外，如果将谐振腔器件设置成具有多于两个的谐振腔，则也可以再设置更多套的激光管和相关的光路调节装置来组成激光器。

在本发明的另一方面，本发明还提供了一种输出稳定射频信号装置，采用如上任意一个实施例所述的谐振腔器件同时作为两套激光发射设备的压窄激光线宽的光学反馈器件，两套激光发射设备的输出光合束后输入到光电探测器中，通过拍频获得射频信号输出。

作为例子，如图8所示，所述激光发射设备中至少包括激光管(当然还可以包括其他相关的光路调节装置)，两个套激光发射设备发出的激光分别入射到本发明谐振腔器件的不同谐振腔中，通过电学锁定的方法将两个激光管发出的激光分别锁定在各自的谐振腔频率上，这样利用本发明谐振腔器件的特点能够获得稳定的激光输出；然后可利用分束装置将两个激光管发出的激光分别分出一部分，合束后输入到光电探测器中，通过拍频获得稳定射频信号输出。

具体可参见图8所示，激光管LD1经过非球面镜AL1准直后透射过偏振分光棱镜PBS1和1/4波片，入射到其中一个谐振腔M81-M82中，经过谐振腔的镜面反射光透射过1/4波片后，被PBS1反射后入射到探测器Det1中，探测器输出信号经过伺服系统后，误差信号反馈到激光管LD1中，实现激光管LD1锁定在谐振腔频率上；同样LD2通过电学伺服系统锁定在另一个谐振腔M81’-M82’上。LD1和LD2的输出光分别经过半透半反镜M1、M2’(分束装置的一个实施例)分出一部分，经过分光棱镜BS合束后，入射到探测器Det3中，通过拍频输出稳定的射频信号输出。

作为另一个实施例，所述输出稳定射频信号装置还可以通过光学锁定来实现。这时所述输出稳定射频信号装置内各部件的布设使得每个激光管发出的经过选频的单模激光分别入射进入所述谐振腔器件的其中一个谐振腔器件中，经该谐振腔器件输出的逆入射反射光沿着与原入射光束共线反向的路径，返回到激光管中；并且两个激光管发出激光中分出的一部分输入到光电探测器中，通过拍频获得稳定射频信号输出。

作为光学锁定的例子，可以在图7、图9所示激光器的基础上加上一个合束装置和一个光电探测器。图7、图9中激光管的输出光通过分束器分出一部分，经合束器合束后，进入到光电探测器。并且两个激光管发出激光中分出的一部分合束后输入到光电探测器中，从而通过拍频获得稳定射频信号输出。具体以图7为例，图7中所示的第一输出光Out1与第二输出光Out2进入合束装置合束后，输入到光电探测器，通过拍频处理得到稳定的射频信号输出。

上述各实施例中的谐振腔也可以选用其他结构类型、对应其他波长、其他Q值，半导体激光管也可选用其他类型，其它波长，其它输出功率，如半导体激光管没有选模器件，需采用选频器件，如光栅等，光栅可以采用反射光栅或者透射光栅，各种刻线密度和大小厚度构成，选用其它的入射角和衍射角。准直透镜也可以采用其它焦距和数值孔径。

所属领域的普通技术人员应当理解：以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (17)

1.一种谐振腔器件，其特征在于，该谐振腔器件中构成谐振腔的多个光学反射面设置在单一基底上，该成多面体形状，所述多个光学反射面形成至少两个相互独立的谐振腔。

2.根据权利要求1所述的谐振腔器件，其特征在于，所述谐振器件中两两谐振腔的光路是对称的。

3.根据权利要求1或2所述的谐振腔器件，其特征在于，所述谐振器件上的各个光学反射面成轴对称或者中心对称结构，且反射面形成的各谐振腔的光路之间至少有一点相交。

4.根据权利要求1所述的谐振腔器件，其特征在于，所述谐振腔采用驻波谐振腔或行波谐振腔。

5.根据权利要求4所述的谐振腔器件，其特征在于，在所述驻波谐振腔采用线性F-P腔形式或者折叠F-P腔形式；

在所述行波谐振腔采用三镜腔形式或者多镜腔形式。

6.根据权利要求1-5任意一项所述的谐振腔器件，其特征在于，所述光学反射面是在所述单一基底的表面上镀膜形成的或者是表面上粘贴反射镜形成的。

7.根据权利要求6所述的谐振腔器件，其特征在于，如果所述光学反射面是在所述单一基底的表面上镀膜形成的，所述单一基底为透明基底；如果所述光学反射面是在所述单一基底的表面上粘贴反射镜形成的，所述单块基底在谐振腔的光路路径上为空心。

8.根据权利要求6所述的谐振腔器件，其特征在于，所述单一基底为由光学玻璃、或光学晶体、或石英玻璃制成。

9.根据权利要求6所述的谐振腔器件，其特征在于，所述单一基底所粘贴的反射镜分别为由光学玻璃、或光学晶体、或石英玻璃制成。

10.一种激光器，其特征在于，在该激光器中采用如权利要求1至9任意一项所述的谐振腔器件作为激光器中用于压窄激光线宽的光学反馈器件。

11.根据权利要求10所述的激光器，其特征在于，该激光器包括：至少一个激光管；

所述激光器内各部件的布设使得激光管发出的经过选频的单模激光入射进入所述谐振腔器件的其中一个谐振腔器件中，经该谐振腔器件输出的逆入射反射光沿着与原入射光束共线反向的路径，返回到激光管中。

12.一种输出稳定射频信号装置，其特征在于，采用如权利要求1-9任意一项所述的谐振腔器件同时作为两套激光发射设备的压窄激光线宽的光学反馈器件，两套激光发射设备的输出光合束后输入到光电探测器中，通过拍频获得射频信号输出。

13.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述激光发射设备中至少包括激光管，所述两套激光发射设备发出的激光分别入射到所述谐振腔器件的不同谐振腔中，通过电学锁定的方法将两个激光管发出的激光分别锁定在各自的谐振腔频率上；利用分束装置将两个激光管发出的激光分别分出一部分，合束后输入到光电探测器中，通过拍频获得稳定射频信号输出。

14.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述激光发射设备中至少包括激光管，所述输出稳定射频信号装置内各部件的布设使得每个激光管发出的经过选频的单模激光分别入射进入所述谐振腔器件的其中一个谐振腔器件中，经该谐振腔器件输出的逆入射反射光沿着与原入射光束共线反向的路径，返回到激光管中；并且两个激光管发出激光中分出的一部分输入到光电探测器中，通过拍频获得稳定射频信号输出。

15.一种激光器稳定性传递系统，其特征在于，该系统以权利要求1至9任意一项所述的谐振腔器件作为激光稳定性传递器件，实现至少两个光源激光的稳定性传递。

16.根据权利要求15所述的系统，其特征在于，至少包括：锁定系统和所述谐振腔器件；该激光器稳定性传递系统中各个部件的布设使得从稳定激光器输出的激光匹配地入射到所述谐振腔器件的一个谐振腔中，将谐振腔通过锁定系统锁定在所述稳定激光器上；至少一个待锁定激光器发出的激光匹配地入射到所述谐振腔器件的其他谐振腔中，通过锁定系统反馈到各自待锁定激光器中。

17.根据权利要求15所述的系统，其特征在于，所述锁定系统包括伺服系统和高压放大器；

所述激光稳定性传递系统中各部件的布设使得稳定激光器输出的激光匹配地输入到所述谐振腔器件的一个谐振腔中，该谐振腔输出的反馈激光通过第一伺服系统获得反馈信号后，经高压放大器后反馈到所述稳定激光器中，稳定激光器发出的激光进而入射到谐振腔中，使该谐振腔器件锁定在激光的谐振峰上；待锁定激光器匹配地入射到该谐振腔器件的另一谐振腔中，谐振腔输出的反馈激光通过另一伺服系统获得误差信号后，将误差信号反馈到所述待锁定激光器输出光频率控制系统，实现该待锁定激光器锁定在所述谐振腔器件的谐振峰上。

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