CN103151703B - Littrow结构可调谐外腔式激光器的无跳模扫频调节方法 - Google Patents

Abstract

Littrow结构可调谐外腔式激光器及其无跳模扫频调节方法，属于激光调谐技术领域。它解决了现有Littrow结构外腔式激光器无法实现大范围无跳模调谐的问题。激光器包括半导体激光器、液晶空间光调制器和闪耀光栅；方法为使半导体激光器发射的激光束经过液晶空间光调制器后入射在闪耀光栅上，经闪耀光栅后原路返回的一级衍射光在所述可调谐外腔式激光器的内腔和外腔之间形成谐振，最后由闪耀光栅的零级出射；绕轴点O旋转闪耀光栅，并同时改变液晶空间光调制器的电压使液晶空间光调制器的折射率，在旋转闪耀光栅调谐的过程中，从而实现所述可调谐外腔式激光器的无跳模扫频调节。本发明适用于激光器的调节。

Description

Littrow结构可调谐外腔式激光器的无跳模扫频调节方法

技术领域

本发明涉及Littrow结构可调谐外腔式激光器及其无跳模扫频调节方法，属于激光调谐技术领域。 

背景技术

Littrow结构外腔式激光器能够实现单模的连续扫频，其频率调节是通过旋转光栅实现的。当找到一个最优光栅旋转轴点，即可实现激光器的无跳模扫频连续调节。其结构示意图如图2所示。 

图2中，在对激光器调谐的过程中，光栅以O点为轴点进行旋转，此时公式(1)和公式(2)共同决定了外腔式激光器发出激光束的波长λ： 

λ_r＝d2sinθ，(1) 

${\mathrm{\λ}}_q=\frac{{2L}_f\left(\mathrm{\θ}\right)}{q},---\left(2\right)$

上式中，外腔式激光器发出激光束的波长λ等于最接近λ_r的λ_q值，λ_r为照射到光栅上后能够原路返回的光波波长，d为光栅周期，θ为光栅的入射角；λ_q为谐振波长，L_f为Littrow结构外腔式激光器光学腔长，q为所述Littrow结构外腔式激光器振荡的纵模数，为正整数。 

设定上面两公式中，θ＝θ₀时，λ_r＝λ_q。若要实现激光器的无跳模扫频连续调节，θ在θ₀附近小范围内变化时，需要满足λ_r与λ_q的差值小于激光器纵模间隔Δλ的一半，即： 

$F\left(\mathrm{\&theta;}\right)=|{\mathrm{\&lambda;}}_r-{\mathrm{\&lambda;}}_q|=|d2\sin \mathrm{\&theta;}-\frac{{2L}_f\left(\mathrm{\&theta;}\right)}{q}|<\mathrm{\&Delta;\&lambda;}/2,---\left(3\right)$

在旋转光栅的过程中，L_f(θ)由L_x、L_y和θ共同决定，其中L_x为轴点O到激光二极管管腔的水平距离，L_y为轴点O到光轴的竖直距离。通过计算F(θ)的一阶导数，可以求出当轴点的位置L_x、L_y满足公式(4)时，F(θ)满足公式(3)，且θ有最大的变化范围，即此时外腔式激光器有最大的调谐范围： 

$L_y=\frac{\mathrm{qd}\sin {\mathrm{\&theta;}}_0-L_x}{\tan {\mathrm{\&theta;}}_0},---\left(4\right)$

该种Littrow结构外腔式激光器在θ的调节范围过大时，会出现跳模，这导致了Littrow结构外腔式激光器无法得到很大的调节范围。 

发明内容

本发明是为了解决现有Littrow结构外腔式激光器无法实现大范围无跳模调谐的问题，提供了一种Littrow结构可调谐外腔式激光器及其无跳模扫频调节方法。 

本发明所述Littrow结构可调谐外腔式激光器，它包括半导体激光器，它还包括液晶空间光调制器和闪耀光栅， 

半导体激光器发射的激光束经液晶空间光调制器后，入射至闪耀光栅，并且半导体激光器和液晶空间光调制器依次排列在闪耀光栅的一级衍射的光轴轴线上。 

基于上述Littrow结构可调谐外腔式激光器的无跳模扫频调节方法， 

使半导体激光器发射的激光束经过液晶空间光调制器后入射在闪耀光栅上，经闪耀光栅后原路返回的一级衍射光在所述可调谐外腔式激光器的内腔和外腔之间形成谐振，最后由闪耀光栅的零级出射； 

绕轴点O旋转闪耀光栅，并同时改变液晶空间光调制器的电压使液晶空间光调制器的折射率n(θ)为： 

$n\left(\mathrm{\&theta;}\right)=\frac{2\mathrm{dq}\sin \mathrm{\&theta;}-{2L}_f\left(\mathrm{\&theta;}\right)}{H}+1,$

式中，d为闪耀光栅的周期，q为可调谐外腔式激光器振荡的纵模数，为正整数，θ为闪耀光栅的入射角，L_f为所述可调谐外腔式激光器光学腔长，H为液晶空间光调制器的厚度； 

在旋转闪耀光栅调谐的过程中，λ_r＝λ_q，从而实现所述可调谐外腔式激光器的无跳模扫频调节。 

本发明的优点：本发明在现有外腔式激光器的基础上加入了液晶空间光调制器，以实现对激光器的光学腔长进行补偿，从而使经闪耀光栅原路返回的光波波长与谐振波长恒相等，由此实现了相对于现有技术中更大范围的无跳模调谐。 

附图说明

图1是本发明所述Littrow结构可调谐外腔式激光器的原理示意图； 

图2是现有Littrow结构外腔式激光器的原理示意图。 

具体实施方式

具体实施方式一：下面结合图1说明本实施方式，本实施方式所述Littrow结构可调谐外腔式激光器，它包括半导体激光器1，它还包括液晶空间光调制器2和闪耀光栅3， 

半导体激光器1发射的激光束经液晶空间光调制器2后，入射至闪耀光栅3，并且半导体激光器1和液晶空间光调制器2依次排列在闪耀光栅3的一级衍射的光轴轴线上。 

具体实施方式二：下面结合图1说明本实施方式，本实施方式为基于实施方式一所述Littrow结构可调谐外腔式激光器的无跳模扫频调节方法， 

使半导体激光器1发射的激光束经过液晶空间光调制器2后入射在闪耀光栅3上，经闪耀光栅3后原路返回的一级衍射光在所述可调谐外腔式激光器的内腔和外腔之间形成谐振，最后由闪耀光栅3的零级出射； 

绕轴点O旋转闪耀光栅3，并同时改变液晶空间光调制器2的电压使液晶空间光调制器2的折射率n(θ)为： 

$n\left(\mathrm{\&theta;}\right)=\frac{2\mathrm{dq}\sin \mathrm{\&theta;}-{2L}_f\left(\mathrm{\&theta;}\right)}{H}+1,$

式中，d为闪耀光栅3的周期，q为可调谐外腔式激光器振荡的纵模数，为正整数，θ为闪耀光栅3的入射角，L_f为所述可调谐外腔式激光器光学腔长，H为液晶空间光调制器2的厚度； 

在旋转闪耀光栅3调谐的过程中，λ_r＝λ_q，从而实现所述可调谐外腔式激光器的无跳模扫频调节。 

图1中，L_x为轴点O到半导体激光器1管腔的水平距离，L_y为轴点O到光轴的竖直距离。 

本实施方式中，随着θ改变，液晶空间光调制器2的折射率n(θ)相应变化时就可以使闪耀光栅3选出的频率刚好发生谐振，在调谐的过程中，λ_r恒等于λ_q，从而实现外腔式激光器的无跳模调节。 

Claims (1)

1.一种Littrow结构可调谐外腔式激光器的无跳模扫频调节方法，所述Littrow结构可调谐外腔式激光器包括半导体激光器(1)、液晶空间光调制器(2)和闪耀光栅(3)，

半导体激光器(1)发射的激光束经液晶空间光调制器(2)后，入射至闪耀光栅(3)，并且半导体激光器(1)和液晶空间光调制器(2)依次排列在闪耀光栅(3)的一级衍射的光轴轴线上；

其特征在于，

使半导体激光器(1)发射的激光束经过液晶空间光调制器(2)后入射在闪耀光栅(3)上，经闪耀光栅(3)后原路返回的一级衍射光在所述可调谐外腔式激光器的内腔和外腔之间形成谐振，最后由闪耀光栅(3)的零级出射；

绕轴点O旋转闪耀光栅(3)，并同时改变液晶空间光调制器(2)的电压使液晶空间光调制器(2)的折射率n(θ)为：

$n\left(\mathrm{\&theta;}\right)=\frac{2\mathrm{dq}\sin \mathrm{\&theta;}-2L_f\left(\mathrm{\&theta;}\right)}{H}+1,$

式中，d为闪耀光栅(3)的周期，q为可调谐外腔式激光器振荡的纵模数，为正整数，θ为闪耀光栅(3)的入射角，L_f为所述可调谐外腔式激光器光学腔长，H为液晶空间光调制器(2)的厚度；

在旋转闪耀光栅(3)调谐的过程中，λ_r＝λ_q，从而实现所述可调谐外腔式激光器的无跳模扫频调节；λ_r为照射到光栅上后能够原路返回的光波波长，λ_q为谐振波长。