CN103762499B - 频率可调的激光装置 - Google Patents

频率可调的激光装置 Download PDF

Info

Publication number
CN103762499B
CN103762499B CN201310692881.3A CN201310692881A CN103762499B CN 103762499 B CN103762499 B CN 103762499B CN 201310692881 A CN201310692881 A CN 201310692881A CN 103762499 B CN103762499 B CN 103762499B
Authority
CN
China
Prior art keywords
etalon
laser
mirror
freedom
angle
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201310692881.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN103762499A (zh
Inventor
戴维·罗伯茨·麦克默特里
艾伦·詹姆斯·霍洛韦
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Renishaw PLC
Original Assignee
Renishaw PLC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Renishaw PLC filed Critical Renishaw PLC
Publication of CN103762499A publication Critical patent/CN103762499A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN103762499B publication Critical patent/CN103762499B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/14—External cavity lasers
    • H01S5/141—External cavity lasers using a wavelength selective device, e.g. a grating or etalon
    • H01S5/143—Littman-Metcalf configuration, e.g. laser - grating - mirror
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
    • H01S3/08—Construction or shape of optical resonators or components thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
    • H01S3/08—Construction or shape of optical resonators or components thereof
    • H01S3/08004—Construction or shape of optical resonators or components thereof incorporating a dispersive element, e.g. a prism for wavelength selection
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
    • H01S3/08—Construction or shape of optical resonators or components thereof
    • H01S3/08059—Constructional details of the reflector, e.g. shape
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
    • H01S3/08—Construction or shape of optical resonators or components thereof
    • H01S3/081—Construction or shape of optical resonators or components thereof comprising three or more reflectors
    • H01S3/0813—Configuration of resonator
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
    • H01S3/105—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating by controlling the mutual position or the reflecting properties of the reflectors of the cavity, e.g. by controlling the cavity length
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
    • H01S3/105—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating by controlling the mutual position or the reflecting properties of the reflectors of the cavity, e.g. by controlling the cavity length
    • H01S3/1055—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating by controlling the mutual position or the reflecting properties of the reflectors of the cavity, e.g. by controlling the cavity length one of the reflectors being constituted by a diffraction grating
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
    • H01S3/106—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating by controlling devices placed within the cavity
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
    • H01S3/106—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating by controlling devices placed within the cavity
    • H01S3/1062—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating by controlling devices placed within the cavity using a controlled passive interferometer, e.g. a Fabry-Perot etalon

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Lasers (AREA)
  • Mechanical Light Control Or Optical Switches (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)

Abstract

本发明公开了一种频率可调或线性调频的激光装置，其包括由多个光学元件形成的激光腔。所述光学元件包括用于产生光束的激光源（20、180、222、240）、光谱调节元件（28、42、188、230、244、300）以及用于将光束导向到所述光谱调节元件（28、42、188、230、244、300）上的一个或多个其他光学元件（22、24、26、30、32、64、60、184、194、195、198、220、232、234、242、246、248）。所述多个光学元件（34、64、195、232、242）中的至少一个光学元件可在第一自由度（34；R；250）上运动；这一运动同时改变所述激光腔的有效光学路径长度和所述光谱调节元件（28、42、188、230、244、300）的调节频率。所述有效光学路径长度和所述装置的调节频率基本上对所述至少一个可动光学元件（34、64、195、232、242）在与所述第一自由度不同的自由度上的任何运动不敏感。这提供了跳模被抑制的频率调节。

Description

频率可调的激光装置
本专利申请是申请号为200980150913.9（国际申请号为PCT/GB2009/002880）、申请人为“瑞尼斯豪公司”、发明名称为“频率可调的激光装置”的专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及一种频率可控的激光装置。具体而言，本发明涉及一种频率可控的激光装置，其能在高频率下对其进行调制或线性调频（chirp）。
背景技术
公知用于干涉测量等领域的线性调频激光装置。具体而言，公知的是提供执行所谓Littrow方案的激光装置，其中激光腔包括校准光线被引导至其上的衍射光栅。衍射光栅的倾斜使得可同时改变激光器的频率和腔长度，从而无需跳模即可产生所需的频率调节。然而，所述Littrow布置的缺点在于，必须绕预定的枢转点转动衍射光栅。因而，提供光栅运动所需精度所需要的重要稳定机械装置使得难以获得高的频率调制速度。
US6049554描述了基于上述Littrow方案以及类似的Littman方案的激光腔的各种例子。具体而言，US6049554详细描述了如何从数学上推导用于衍射光栅或镜子的枢转点以提供对激光频率和腔长度的同时改变，从而无需引入多余的跳模效应即可改变输出频率。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供一种频率可调的激光装置，其包括由多个光学元件形成的激光腔，所述多个光学元件包括用于产生光束的激光源、光谱调节元件以及用于将光束导向到所述光谱调节元件上的一个或多个其它光学元件，其中，所述多个光学元件中的至少一个光学元件可在第一自由度 上运动，而且所述至少一个可动光学元件在所述第一自由度上的这一运动同时改变所述激光腔的有效光学路径长度和所述光谱调节元件的调节频率，从而无需跳模即可提供频率调节，所述频率可调的激光装置的特征在于，所述有效光学路径长度和所述调节频率基本上对所述至少一个可动光学元件在与所述第一自由度不同的自由度上的任何运动不敏感。
因此本发明提供了一种频率可控制或可调节的激光装置，其中由多个光学元件形成谐振或激光腔，所述多个光学元件包括激光源（例如，激光二极管）、光谱调节元件（例如，衍射光学元件和/或标准具）以及一个或多个其他光学元件（例如，透镜、玻璃组件、带通滤光器、镜子等）。所述多个光学元件中的至少一个可在第一自由度上运动；例如，该可动的光学元件可沿着线性轴线平动，或者绕轴线转动。所述可动光学元件在所述第一自由度上的运动设置成可同时改变激光腔的有效光学路径长度以及所述光谱调节元件的调节频率，从而无需跳模即可产生频率调节。
本发明人已经意识到基于Littrow和Littman方案的现有频率可调激光器的缺点，即，必须非常精确地控制运动元件（例如，衍射光栅或控制光线入射到衍射光栅上的入射角的背反射器）的枢转运动。枢转点的引起运动元件不可控倾斜或平动的任何运动都将导致腔长度和调节频率不同步变化；这会导致在调节过程中出现不想要的跳模效应。因而，在现有技术的装置中，采用高精度（从而成本也相对较高）的运动控制装置来控制运动元件绕着枢转的点。这种运动控制设备的寿命也是有限的。
与现有技术的装置不同，根据本发明的激光装置设置成使得有效光学路径长度与调节频率基本上对所述至少一个可动光学元件在与所述第一自由度不同的自由度上的任何小的运动不敏感。换言之，路径长度和频率调节需要同时变化，这主要来自于光学元件在一个（即第一）自由度上的运动，而且还应对其他自由度上的任何运动具有耐受性。其优点在于：只需在所述第一自由度上实施运动控制，而且能耐受在其他自由度上的不受控运动。因而，本发明能采用复杂程度较低（较廉价）的运动控制装置，而且/或者能以较高的速度驱动运动控制装置。
本发明人在意识到上述问题并得到上述解决方案后，设计了大量的专用光学装置，在这些光学装置中，可采用针对可动光学元件的一个自由度的控制来对光谱调节元件所形成的频率调节和有效的腔长度进行控制。例如，以下参照图2至图5详细描述的实施方式涉及这样一种系统，其中光束控制镜子的第一自由度包括沿一轴线的线性平动，且镜子在其他自由度上的运动（例如，倾斜、沿其他轴线的平动等）对有效腔长度和频率调节的同时变化没有什么大影响，该变化是由光束控制镜子的线性运动引起的。这样一来就降低了所需的运动控制复杂度，相应地降低了装置成本。
值得注意的是，在机械学中，用某几个自由度来定义物体的运动是公知的。具体而言，一物体相对于静止点或另一物体的运动（例如，光学元件相对于装置的壳体或者空间中的某一固定点的运动）可采用该物体的自由度来加以描述。在三维情况下，不受约束的物体可在六个自由度上运动。这六个自由度包括三个平动自由度（即，物体可沿着三个相互垂直的线性轴线运动）和三个转动自由度（即，物体可俯仰、滚动和摆动）。在现有技术的Littrow和Littman方案中，需要通过设置高度约束的枢转结构来对可动光学元件在所有六个自由度上的运动进行控制。与此不同的是，本发明只需在第一自由度上进行控制，这是因为在其他自由度上的运动对有效腔长度和频率调节变化的影响较小、基本无影响，或言之，影响可忽略，该变化是由在所述第一自由度上的运动引起的。
有利地，所述激光装置包括用于对所述至少一个可动光学元件在所述第一自由度上的运动进行控制的致动器。所述致动器可对所述至少一个可动光学元件在其他自由度上的运动提供有限的控制，或者不进行任何控制。可采用各种不同的致动器。例如，所述致动器可包括一个或多个压电元件以将线性运动传递至可动的光学元件和/或用于转动可动光学元件的电机。优选地，所述致动器系统简单、可靠，而且耐用。例如，所述致动器便利地包括柔性机构。尽管柔性机构对运动的控制通常较差，但是本发明的装置可接受这一点。柔性机构还具有紧凑和高可靠性的优点。致动器还可包括如以下将要详细描述的平衡振荡机械系统或音叉装置。
优选地，所述致动器使得所述至少一个可动光学元件可快速运动（例如，振动或转动）。有利的是，这一运动使得激光输出的频率调制可在高于5Hz的重复率下进行，更优选地在高于10Hz的重复率下进行，更优选地在高于50Hz的重复率下进行，更优选地在高于100Hz的重复率下进行，更优选地在高于200Hz的重复率下进行，更优选地在高于500Hz的重复率下进行，更优选地在高于1KHz的重复率下进行。本发明由于仅需对所述至少一个可动光学元件在所述第一自由度上的运动进行控制，从而能实现这样高的重复率；随着重复率的上升，所述可动光学元件会发生在其他自由度上的不受控运动，该不受控运动对有效腔长度的改变和相关调节频率的影响很小。这样的重复率远高于现有技术的Littman或Littrow方案，在这些方案中，1Hz的重复率是很难获取的。
有利的是，所述一个或多个其他光学元件包括一个或多个可动光束控制元件。所述一个或多个可动光束控制元件可以是反射的（例如，它们可包括可动的镜子）和/或透射的（例如，它们可包括透镜、玻璃板等）。优选地，每一可动光束控制元件可在第一自由度上运动；例如，每一可动光束控制元件可在致动器的驱动下在第一自由度上运动。所述至少一个可动光学元件的所述第一运动自由度可以是沿着一线性轴线的平动，或者是绕一轴线的转动。应指出的是，如果设置有多于一个的可动光束控制元件，则不同可动光束控制元件的所述第一运动自由度可以是不同的。有利的是，所述一个或多个可动光束控制元件在所述第一自由度上的运动改变光束入射到所述光谱调节元件上的入射角。所述一个或多个可动光束控制元件在所述第一自由度上的运动还改变激光腔的有效路径长度；这可通过增加光束路径的物理长度和/或通过沿光束路径改变折射率（例如，通过改变光束入射到诸如玻璃板的光学元件上的入射角）而实现。
有利的是，所述一个或多个可动光束控制元件包括可在第一自由度上运动的第一可动光束控制元件。优选地，仅仅所述第一可动光束控制元件的运动即可同时改变有效光学路径长度和调节频率。在这一实施例中，所述第一可动光束控制元件可以是激光装置中的唯一运动部件或可动光学元件。如以 下将要描述的那样，所述第一可动光束控制元件可以是可线性平动的镜子或可沿光束转动的透射（例如，玻璃）板。
优选地，激光装置的所述一个或多个其他光学元件包括至少一个透镜。如果设有第一可动光束控制元件，所述第一可动光束控制元件有利地位于所述至少一个透镜的焦点深度内（例如，位于焦点处或位于焦点附近）。有利的是，所述激光装置的所述一个或多个其他光学元件包括一对透镜。于是所述光束控制元件可位于所述对透镜之间，优选位于每一透镜的焦点深度内（例如，大致位于焦点处，或位于焦点附近）。将光束聚焦到光束控制元件上，而不是将校准光束引导至光束控制元件上，优点在于可进一步降低所述光束控制元件在与所述第一自由度不同的自由度上的不受控运动的影响。
所述一个或多个可动光束控制元件可为反射式光束控制元件。有利的是，所述一个或多个可动光束控制元件中的每一个包括可动镜子。有利的是，光束以斜角（即，从与镜子的表面法线不平行的方向）入射到所述一个或多个可动光束控制元件中的每一个的可动镜子上。例如，可以与镜子的表面法线呈45度的角将光线引导到每个可动镜子上，这样入射和反射光束大致相互垂直。可选择光线到这一可动镜子上的入射角，以使有效光路径长度和调节频率能进行所需的同时变化，从而无需跳模即可实现频率调节。
如果设置了反射式可动光束控制元件，则所述可动镜子的第一运动自由度优选包括所述可动镜子沿着线性轴线的平动。优选地，所述可动镜子运动所沿的线性轴线平行于所述镜子的表面法线。例如，可通过包括柔性和/或压电元件的致动器来提供这样的线性运动。可选地，镜子可绕与镜子的表面法线不重合的轴线转动，这使得镜子在转动期间有效地线性平动。
可设置透射式可动光束控制元件。所述透射式可动光束控制元件可包括折射率与空气不同的板或透镜。例如，可设置玻璃板或透镜。优选地，每个透射元件的第一运动自由度为绕一转动轴线的转动，该转动轴线有一个基本位于表面所在平面内的分量。可选的是，例如透射式透镜的线性平动可以是所述第一自由度。
光谱调节元件可包括衍射式光学元件，例如衍射光栅。所述光谱调节元 件可包括标准具。所述光谱调节元件也可既包括衍射光栅也包括标准具。除所述光谱调节元件之外的一个或多个光学元件可以是可动的。有利的是，所述光谱调节元件是基本静止的；例如，其相对于装置壳体或外壳的位置是基本不变的。优选的是，所述一个或多个其他光学元件可包括一个或多个透镜，用于校准入射到所述光谱调节元件上的光束。所述激光装置的所述一个或多个其他光学元件可包括光学滤光器，例如波长选择涂层或滤光器。如果设置标准具作为光谱调节元件，则也可包括起到可变波长选择滤光器的衍射元件，这在下面将详细加以描述。
根据本发明的第二方面，提供一种频率可控的激光装置，其包括：用于产生光束的激光源；光谱调节元件；可动光束控制元件，其用于改变入射到所述光谱调节元件上的光束的入射角；以及至少一个透镜；所述激光装置的特征在于，所述可动光束控制元件位于所述至少一个透镜的焦点深度内（例如，大致位于其焦点处）。所述至少一个透镜可以是透射式或反射式。优选地，所述可动光束控制元件的运动同时改变激光腔的有效光学路径长度和所述光谱调节元件的调节频率，从而无需跳模即可提供频率调节。
优选地，所述可动光束控制元件包括可沿着线性轴线平动的镜子。可选地，所述可动光束控制元件包括（例如，倾斜的）透射元件。便利的是，（例如通过至少一个透镜）校准入射到所述光谱调节元件上的光束。所述光谱调节元件优选包括标准具和/或衍射光学元件。
根据本发明的第三方面，提供一种频率可调的激光装置，其包括：标准具；以及激光二极管，该激光二极管用于产生入射到所述标准具上的光束；其中，所述标准具基本静止地保持在所述激光装置中，且入射到所述标准具上的所述光束的入射角是可改变的，其中，在改变入射至所述标准具上的所述光束的所述入射角时，所述激光装置的所述腔长度以及所述标准具的所述通过频率都发生变化，从而大致抑制了所述激光装置的跳模。
有利的是，所述装置包括一个或多个附加光学元件，以控制所述光束入射到所述标准具的入射角以及所述腔的光学路径长度。
这里因而描述了一种频率可调的激光装置，其包括标准具和用于产生入 射到所述标准具上的光束的激光二极管，其中，所述光束入射到所述标准具上的入射角是可改变的。优选地，改变所述光束入射到所述标准具上的入射角也改变了所述激光装置的腔长度。便利的是，在改变所述光束入射到所述标准具的入射角的同时，也改变了所述激光装置的腔长度和所述标准具的通过频率，从而大致抑制了所述激光装置的跳模。
优选地，所述标准具基本静止地保持在所述激光装置内。例如，所述标准具相对于所述频率可调激光装置的壳体是固定的或静止的。所述激光二极管可以是静止的，或者可使其移动以改变入射到所述标准具上的光束的入射角。
有利的是，所述装置包括一个或多个附加光学元件，以控制所述光束入射到所述标准具上的入射角以及/或者所述腔的光学路径长度。所述一个或多个附加光学元件可包括一个或多个可动的透射元件（例如棱镜或楔形镜）以控制光束。有利的是，所述装置包括用于控制光束的可动镜子。例如，可设置可线性平动的镜子来改变光束入射到所述标准具上的入射角。有利的是，可设置一对（例如平行的）可动镜子（例如，安装到可动壳体上）。
有利的是，在操作所述装置的过程中，入射到所述标准具上的光束的入射角连续改变，从而提供所需的线性调频输出。例如，所述一个或多个附加光学元件可快速转动或震荡，从而提供线性调频输出。
这里也描述了一种具有楔形（不平行）内表面的标准具。有利的是，这样的标准具可设置在如这里描述的频率可调激光装置的控频激光器的腔体内。优选的是，所述标准具的内表面至少部分是镜面的。在这一实施例中，所述标准具可相对于入射到其上的光束运动。优选地，所述标准具的这一相对运动是线性的（例如，沿着线性轴线平动）。有利的是，所述标准具的相对运动有一分量沿着与光束传播轴线相垂直的方向。有利的是，所述标准具可相对于静止光束运动，反之亦然。根据需要，所述标准具可包括至少一个或多个光学元件或基底。
优选地，所述标准具的光学元件具有一定构形（例如为楔形）。优选地，选择所述光学元件的形状，以使得在所述标准具相对于所述入射光束运动 时，所述激光器腔的路径长度发生变化。便利的是，所述光学元件的形状选择成能实现双程光学路径长度，从而无需跳模即可提供激光波长（频率）调节。
这里也描述了一种频率可调的激光装置，其包括频率选择元件和用于产生光束的激光二极管，其中，光束经由至少一个可动反射元件从激光二极管传到所述频率选择元件。有利的是，所述至少一个可动反射元件包括镜子。便利的是，所述镜子可沿着一线性轴线平动。优选地，所述镜子位于设置在光学路径上的一对透镜的焦距范围内。在这一结构中，无需现有技术所要求的那样对枢转运动进行精确控制。优选地，所述至少一个可动反射元件的运动改变光线入射到所述频率选择元件上的入射角。所述频率选择元件可包括标准具（例如，如上所述的标准具）、（透射式或反射式）光栅、多层涂层、或者任何其他的波长选择元件。
这里也描述了这样一种具有激光腔的频率可控激光装置，其包括频率选择元件、激光二极管、以及至少一个可动反射元件，其中，所述至少一个可动反射装置可沿线性轴线平动。有利的是，所述至少一个可动反射装置的平动改变所述频率选择元件的通过频率和所述腔长度。
应指出的是，在上述装置内设置有标准具的情况下，优选的是也设置标准具模式选择滤光器。这一标准具模式选择滤光器优选具有等于或小于标准具光谱范围的通过带宽。这有利于激光器的单模式操作，但这不是必须的。
附图说明
下面将参照附图仅以示例的方式描述本发明，附图中：
图1示出了根据现有技术的Littrow方式构造的激光器，
图2示出了本发明的线性调频激光器，其包括标准具和可线性平动的镜子，
图3示出了作为图2所示装置的替换例的线性调频激光器，其包括衍射光栅，
图4示出了镜子如何能通过离轴转动而有效地线性平动，
图5示出了用来使镜子运动的平衡振荡机构，
图6示出了另一种线性调频激光器，其包括标准具和可动的玻璃板，
图7示出了折叠光束路径激光装置，其结合有可绕一轴线转动的镜子，
图8示出了具有另一种折叠光束构造的激光装置，
图9示出了具有可线性平动透镜的线性调频激光器，
图10示出了具有标准具和衍射光栅的线性调频激光装置，
图11示出了另一种具有静止标准具的激光器设置，
图12示出了另一种线性调频激光器，其包括静止衍射光栅或标准具以及可倾斜的玻璃棱镜，
图13示出了具有静止标准具和一对可倾斜玻璃棱镜的线性调频激光器，
图14示出了具有静止标准具和一对玻璃棱镜的线性调频激光器，所述一对玻璃棱镜可绕与光轴不重合的轴线转动，
图15示出了另一种线性调频激光装置，其包括静止标准具和一对由外壳承载的镜子，
图16示出了另一种线性调频激光器，其包括一对铰接的镜子和一静止的标准具，
图17示出了另一种线性调频激光器，其包括位于一对由调节叉振荡结构承载的可移动棱镜之间的静止标准具，
图18示出了图17所示装置的变型例，其包括与静止的标准具相结合的衍射光栅，
图19示出了卷筒装置，其具有一对控制通过静止标准具的光路的一对反射表面，
图20示出了具有可转动的楔形标准具的线性调频激光器，而且
图21示出了具有可线性移动的楔形标准具的线性调频激光器。
具体实施方式
参见图1，其示出了现有技术的线性调频激光装置，该线性调频激光装置实施的是所谓Littrow方案，以提供外激光器腔。来自激光器二极管2的光 被透镜6校准到衍射光栅4上。衍射光栅起到了波长选择元件的作用。绕限定的枢转点8枢转衍射光栅4使得可同时改变通过频率和腔长度，从而无需跳模即可改变激光器装置的输出频率。前后枢转衍射光栅从而可对从腔输出的光线的频率进行线性调频。
利用现有技术的Littrow方式实施的线性调频激光装置具有一些缺点。例如，必须精确地控制衍射光栅4绕枢转点8的枢转运动。具体而言，衍射光栅必须在附图所在平面内绕枢转点8前后枢转，而不能有任何倾斜运动或平动运动。任何这样的倾斜或平动运动会由于激光器腔光路长度与衍射光栅的光谱调节性质不同步地变化而引入跳模效应。此外，衍射光栅运动所需要的半径较长，这限制了可实现频率变化的速率，从而限制了装置能进行线性调频的最大频率。
本发明人意识到无跳模外腔可调节激光器方案需要同时调节激光腔光路径长度和光谱调节元件。第mc个激光腔模式的波长λ为：
λ = 2 n c L c m c - - - ( 1 )
其中，ncLc为通过激光腔的有效光学路径，mc为整数。
如果光谱调节元件是Littrow结构中的衍射光栅，则沿着入射光束路径衍射回的第一阶的波长为：
λ＝2ngpgSin(θg) (2)
其中，ng为光栅前介质的折射率，Pg为光栅周期，θg为激光光线在光栅处的入射角。
如果光谱调节元件为标准具而非衍射光栅，则第me个标准具模式的波长为
λ = 2 n e L e Cos ( θ e ) m e - - - ( 3 )
其中ne为标准具腔的折射率，Le为标准具镜子之间的距离，θe为光线在标准具中的入射角，而me为整数。
换算等式（1）和（2）给出了作为衍射光栅上入射角函数的激光腔光路长度：
ncLc＝mcngpgSin(θg) (4)
换算等式（1）和（3）给出了作为标准具上入射角函数的激光腔光路长度
n c L c = m c n e p e Cos ( θ e ) m e - - - ( 5 )
从等式（4）和（5）可知，对于一具体的方案来说，可针对调节元件（例如衍射光栅或标准具）上光线入射角的给定变化预测激光光路长度所需的变化。以下将描述各种不同方案，这些方案的操作方式是改变激光束在光谱调节元件（例如，诸如衍射光栅或标准具的衍射元件）上的入射角，与此同时名义上根据以上等式（4）或（5）调节激光腔光路长度。
现在将参照图2至图10描述如何根据本发明的第一方面提供激光装置，其中在第一自由度上移动所述多个光学元件中的一个光学元件可用来同时改变激光腔的有效光学路径长度和光谱调节元件的调节频率，从而无需跳模即可形成频率调节。在这些例子中，有效的光学路径长度和调节频率也基本对所述至少一个可动光学元件在不同于所述第一自由度的其它自由度上的任何运动不敏感。
参见图2，其示出了线性调频激光装置。该线性调频激光装置包括激光二极管20，透镜22、24和26，标准具28，静止镜子30以及可动镜子32。有利的是，透镜24和26之间的距离为它们的焦距长度之和，以使向外光束和返回光束的横向距离最小。图2的布置形成谐振腔，其中静止镜子30、可动镜子32或激光二极管20的后表面是部分透射的，以形成输出光束。可选地，通过从标准具28的反射或者通过利用部分反射的镜子30和32，通过增 设一分光元件（未示出）从所述激光装置析取光线。激光二极管20的前表面可涂覆有抗反射膜。
可动镜子32沿着箭头34所示方向的线性平动改变了光线在标准具28上的入射角（从而改变了标准具通过带宽的频率），并同时改变了腔的路径长度。从而（通过改变腔的长度）使镜子32前后摆动提供了所需的线性调频输出，与此同时改变了标准具的通过频率，从而抑制了跳模。
重要的是要注意：镜子32位于透镜22和24的焦点深度之内，从而镜子32的任何其它小的运动（例如，倾斜）的效应可以忽略不计；即，镜子32在方向34上的线性位置是唯一需要精确控制的运动自由度。图2所示装置的性能从而在很大程度上与镜子23的小倾斜和平面内平动无关。镜子32也可以是相对较小和较轻的元件，从而能沿着方向34快速平动，这样就能在相对较高的频率下进行线性调频。
本发明人也想到了图2所示装置的一些变型例。例如，图2所示的激光二极管20可由输出激光的光纤头或任何其他元件取代。应指出的是，图2中角度A示出为直角，但是角度A不是必须是直角。对于移动镜子32而言，角度A越尖锐，标准具28上入射角的同样变化导致的光路径变化就越大。优选地设有滤光器（未示出）以有利于标准具28的单一模式下的有利激光操作；任何光学表面上的光学涂层可有利地实现这一目的。
如上所述，通过镜子32沿方向34的法向移动能实现激光腔光学路径的变化。而且或者可选地，可通过透镜22的横向移动、透镜24的横向移动和激光二极管20的轴向移动中的一种或多种来实现光学路径长度的这一变化。而且，固定镜子30相对于光学轴线的非方形度可用来提供一部分或全部所需的光学路径长度变化；这是由于反射点沿着镜子的运动带来的。同样地，在透镜24和26之间可设置玻璃板（未示出）以实现光学路径长度的变化。
如上所述，通过镜子32沿着方向34的法向移动可改变光线通过静止标准具28的角度。而且或者可选地，可通过透镜22的横向移动、透镜24的横向移动和激光二极管20的横向移动中的一种或多种来实现角度的这一变化。如果线性移动透镜22和/或透镜24，则初始的横向偏移可为给定的横向 移动提供更加线性（较少抛物线）的响应。同样地，通过为标准具28提供初始转动（如图2所示），标准具28的调节与光线的入射角之间的关系可选择成更加线性（较少抛物线）。
参见图3，其示出了图2所示的线性调频激光装置的变型例。该装置包括衍射光栅42来替代标准具28，以及在图2的装置中设有的透镜26和镜子30。从而利用衍射光栅42而非标准具的与波长相关的性质提供类似的效果。尽管所示的是衍射光栅42，但是可采用任何具有适当高的衍射等级的衍射元件。对于图3的设置而言，也可通过来自衍射光栅42的反射或透射衍射等级提供激光输出。
参见图4，其示出了与移动参照图2至图3所描述的系统的可动镜子的技术不同的技术。镜子60安装在可转动轴62上，而不是使其来回平动。镜子60的表面所在的平面设置成与轴62的转动轴线不垂直。换言之，图4所示的角度θ大于0度；这一角度设置成使得所述镜子在某一镜面半径下的线性移位具有所需的大小。
参见图5，其示出了用于使参照图2至图3所述的系统的可动镜子运动的另一技术。来自激光源180的光线被透镜184聚焦到第一镜子195上。第一镜子195和第二镜子196安装在震荡部件197上。可驱动部件197共振，从而使第一镜子195和第二镜子196同步地彼此相向及相离地运动。第一镜子195的反射表面位于光学路径上，这样第一镜子195的震荡既改变了通过标准具188的光束方向，也改变了腔的有效光学路径长度。所设置的第二镜子196仅起到机械抗衡件的作用，从而可用非光学元件或配重来替代第二镜子。第二透镜198与镜子194一起也位于激光腔的光学路径上。
参见图6，其示出了图2至图5的反射装置的透射变型例。作为图2所示可动镜子32的替代，图6的设置包括可倾斜的玻璃透射板64，该玻璃透射板64位于光束焦点附近。可借助绕大致垂直于图面平面的轴线转动板64来改变通过标准具28的光线的角度。这一转动也使路径长度发生所需的变化；这可能来自于通过板64的有效路径长度本身的变化，以及/或者来自于入射到其他光学元件（例如，标准具28）上的光束由于板64的控制效果而 发生的角度或位置变化。通过这样的方式，玻璃板64绕轴线的转动运动既能控制路径长度，又能控制标准具的波长选择特性。因此，该系统在很大程度上与玻璃板64的较小平动以及绕表面法线的倾斜无关。绕其他平面内轴线的倾斜基本上是抛物线型的，从而对系统无影响。
需要注意的是，通过使玻璃板64具有相对于光轴法向（如图所示）的初始转动，可将倾斜玻璃板64的效果更加线性化（更小的抛物线型）。而且，可设置一个或多个附加的光学元件（未示出）来矫正玻璃板64引入的任何散光。
图7示出了呈环形激光腔形式的另一实施方式，其中设置有四个静止的镜子220，从而形成折叠光学路径。激光源222和透镜224将光线引导至可转动镜子232的第一表面。从镜子232的所述第一表面反射的光线在从镜子232的第二表面（或者从镜子232的第一表面的背面）反射之前绕四个镜子220沿着顺时针路径前行，随后前行至返回镜子234。从返回镜子234反射的光线以逆时针方向沿着光学路径返回至激光源222。在光学路径上放置有标准具230。
可转动的镜子232设置成可在绕轴线（例如图7所示的轴线R）的一个自由度上转动，该轴线大致垂直于其表面法线。光束穿过标准具230的角度从而随着镜子232的转动而变化，然而，由于来自镜子232的第二表面的反射，从而入射到返回镜子234上的入射角不变化。在本实施例中，可转动的镜子232具有一对平行的反射表面；这是有利的，这是因为镜子232的任何平动将不会影响系统。绕可转动镜子232的表面法线的转动没有任何影响，而且绕其他轴线的转动具有低的抛物线敏感性。因此，在镜子232转动时，腔光学路径随着光线入射到标准具230上的入射角一起变化。可通过使光束在镜子232内传播或者通过在返回镜子234之前设置诸如玻璃板（未示出）等静止元件而提供其他的路径长度变化。
任何静止表面（例如，镜子220）可以是衍射元件（例如，光栅），以从标准具230选择单一模式，并因而扩展系统的调节范围。只要能容许所产生的对元件平动的敏感度，镜子232的运动表面也同样可以是衍射性的。在任 何系统中，可采用衍射表面对来克服环境的影响，诸如基底膨胀和折射率变化等，以使光束角稳定。图7所示的例子包括光学路径变化，该变化相对于镜子232的顺时针或逆时针转动对称。也可以名义地弥补腔的对称性，从而获得随着镜子232的转动光学路径变化的改进的直线性。
应当注意，本领域普通技术人员应了解，可采用各种可选的环状式设置方式来替代图7所示的设置方式。例如，可设置更多的或更少的静止镜子220。优选的是，可包括至少三个镜子。
图8示出了图7所示系统的变型例，其包括两个静止镜子220和静止返回镜子234。在该设置方式中，激光束从镜子232反射，在由镜子232的后表面第二次反射之前沿着顺时针路径行进，并由返回镜子234返回。又采用可转动镜子232绕转动轴线R的转动来在改变光线入射到标准具上的入射角的同时改变腔光学路径长度。
图9示出了本发明的另一实施方式。激光源240使光线通过第一透镜242、静止标准具244和第二透镜246。光线由镜子248反射回，从而形成谐振腔。透镜242是可动的。例如，其可在箭头250所示的方向上线性平动。事实上，只需透镜242的运动在箭头250的方向上具有分量就足够了。透镜的不沿着箭头250所示的线性轴线的运动（即，不在单一自由度上）几乎不会影响频率调节和腔长度的变化。可采用透镜在该单一线性自由度上的运动来改变光线入射到标准具244上的入射角（从而改变带通频率），而且也会改变腔的路径长度。快速地往复移动透镜从而产生所需的线性调频效应。系统的其他元件（例如，第二透镜246或激光源240）的运动可产生类似的效果。
图10示出了参照图3所述的系统的一种变型例。激光腔也包括激光源20、第一透镜22、可线性平动的镜子32、第二透镜24和衍射光栅42。还包括置于光路上位于第二透镜24和衍射光栅42之间的标准具300。尽管没有示出，但是标准具300和衍射光栅42可结合在一起形成一个元件。
衍射光栅42可对相邻标准具腔模式产生边带模式抑制，而增设标准具300可进一步地对相邻标准具腔模式产生边带模式抑制（与仅采用衍射光栅 42相比）以确保单一模式操作。这一方案的主要优点在于衍射光栅42的滤光曲线与入射角相关，而且可使其与标准具300所选择的激光发射模式一起运动。因而在该结构中，衍射光栅42有效地起到了可变波长带通滤光器的作用，其中波长通过带宽随着标准具300所选择的光线的波长的变化一起变化。因此，超出自由频谱范围（FSR）的调节或者标准具300的模式分离变为可能；这与固定波长滤光器（例如，多层涂层等）不同，在固定波长滤光器中，无需跳模的调节范围必须限制在标准具的FSR内。
上述实施方式能承受可动光学元件在除单一（第一）自由度之外的自由度上的运动，所述单一（第一）自由度上的运动控制着激光腔的路径长度和调节频率性质。这些实施方式中的一些实施方式包括可保持为静止的标准具。以下将描述包括静止标准具的其他实施方式，这些实施方式构成本发明的第三方面。
参见图11，其示出了一种激光装置，其中来自激光二极管20的光线通过透镜22，并被可动镜子52反射。从镜子反射的光线通过标准具50，并被透镜56聚焦到静止镜子58上。可动镜子52平动和旋转，使得反射光束的中心线大致通过透镜56的焦点54。这样就可通过镜子52的运动同时改变腔长度和标准具的通过频率。优选的是，可动镜子52绕点54转动，但这并非是必需的。尽管图11所示的设置可以运行，但是与参照图3所描述的设置相比，其对镜子52的意外平动更加敏感。
参见图12，其示出了可选的激光装置。来自激光二极管70的光线被引导至光谱调节或波长选择元件72上，该光谱调节或波长选择元件72可包括（具有合适透镜布置方式的）标准具或衍射光栅。采用可倾斜的棱镜74来改变腔内的路径长度以及光线入射到波长选择元件上的入射角。这样，就可同时调节腔长度和带通频率。也可设置具有可变折射率的静止楔形镜（例如，包括液晶或具有可变内部气压的楔形镜）来替代可倾斜的棱镜74。
图13示出了另一实施方式。激光二极管100产生光线，光线穿过透镜102、第一可倾斜的棱镜104、静止标准具106和第二可倾斜的棱镜108，光线然后被镜子110反射回来。在使用中，第一可倾斜的棱镜104和第二可倾 斜的棱镜108在相反的方向上倾斜（例如，倾斜至位置104’和108’），从而改变光线入射到标准具106上的入射角，与此同时还改变了腔长度。
图14示出了另一实施方式。激光源120引导光线穿过透镜122、第一可转动棱镜124、静止标准具126和第二可转动棱镜128，并行进至镜子130。第一可转动棱镜124和第二可转动棱镜128可绕共同的轴线A转动。第一可转动棱镜124和第二可转动棱镜128在相同的方向上同步转动；这使得既可改变穿过标准具126的角度，也可改变路径长度。可匹配第一可转动棱镜124和第二可转动棱镜128。棱镜以这样的方式的转动使得无需跳模即可对输出频率进行线性调频。
参见图15，其示出了另一线性调频激光装置。该装置包括激光二极管140和透镜142。第一镜子144和第二镜子146由可动部件148承载。第一镜子144和第二镜子146的相对位置固定，而且它们具有大致平行的向内反射表面。可动部件148（从而第一镜子144和第二镜子146）可在箭头149所示的方向上转动。静止的标准具150插入在光学路径上，位于第一镜子144和第二镜子146之间。标准具150锚固在合适位置，而没有附连到可动部件148上，并且不与可动部件148一起运动。
使用中，来自激光二极管140的光线经由标准具150从第一镜子144反射到第二镜子146。该光线然后行进到位置固定的镜子152，由其反射，然后沿着相同的光学路径返回到激光二极管140，从而形成谐振腔。可动部件148的转动可以认为是在改变腔长度的同时改变光线通过标准具150的角度。可动部件148前后振动从而对输出频率进行线性调频，并且抑制跳模。
图16示出了图15的装置的变型例。标准具150位于第一镜子170和第二镜子172之间。谐振腔形成有激光二极管140、透镜142和固定镜子152。通过将第一镜子和第二镜子中的每个镜子的一个端部附连到位置固定的枢转点174，可使第一镜子和第二镜子同时运动。每个镜子的另一端通过枢轴178（其可包括柔性构件）附连至可线性平动的部件176上。可平动部件176的平动（例如，在图11中“向上和向下运动”）改变镜子的角度，但是保持这些镜子平行。从而可改变光线入射到标准具150上的入射角，而且这样的 改变也使腔长度发生相应的改变。因此，无需跳模即可对输出频率进行线性调频。
图17示出了一种激光装置，其使用与上文参照图5所描述的振荡装置相类似的振荡装置。激光二极管180产生光线，光线经由透镜184、第一楔形镜或棱镜186、标准具188以及第二楔形镜或棱镜190通向镜子182。第一棱镜186和第二棱镜190安装到振荡部件192上。可驱动部件192共振，从而使第一棱镜186和第二棱镜190同步地朝向和远离标准具188运动。这可认为是一种音叉式布置。以这样的方式同时倾斜第一棱镜186和第二棱镜190使得光线入射到标准具188上的入射角随着腔长度的变化而改变。
图18示出了图17所示装置的反射式变型例。反射式衍射元件194位于标准具188和第二棱镜190之间。上文参照图10已详细描述了一起采用标准具和衍射元件的优点。在本实施例中，设置第二棱镜190的目的仅仅是为了提供机械平衡，从而其可由非光学元件或配重替代。
参见图5、图17和图18所描述的实施例示出了平衡了的二维振荡运动。这一平衡了的运动的优点在于，其能使对系统其余部分的机械扰动最小化。还应指出的是，尽管上述实施例示出为二维形式，但是，绕垂直于（例如）页面的轴线反向振荡的三个或更多个元件的平衡振荡机构也同样可行。除了提供所谓“完全”机构的相反运动振荡之外，也可提供如下所述的结合有旋转表面的实施方案。
图19示出了另一激光装置。所设置的卷筒装置或环状装置200具有第一反射表面202和第二反射表面203。环状装置200可绕转动轴线R转动，且标准具204位于环状装置200附近。激光二极管206和透镜208将光束引导至环状装置200的第一反射表面202上，并经由标准具204被控制朝向第二反射表面203。从第二反射表面203发射的光线朝向固定镜子214行进。从镜子214反射回的光线沿着相同的光学路径返回到激光二极管206，从而形成谐振腔。筒形光学元件216和218提供穿过标准具204的校准光线。转动轴线R相对于卷筒装置200的对称线略有偏离，这样，在卷筒装置转动时，反射表面203和203相对于输入的激光束晃动，从而改变有效路径长度和光 线入射到204上的入射角。本领域普通技术人员应了解的是，也可采用各种其他的具有内反射表面和外反射表面的旋转盘和板式设置方案。
图20示出了可选的激光装置，其中来自激光源80的光穿过可动标准具82，到达镜子84。标准具82由第一玻璃板86和第二玻璃板88形成。第一和第二玻璃板的内表面具有镜面涂层，并且借助于间隔元件90保持为彼此大致平行。尽管示出的是中空腔，但是腔也可由玻璃形成。第二玻璃板88为棱镜，其楔角朝向镜子84引导光线。如箭头92所示的那样转动标准具82使得光线入射到标准具上，并因而改变通过频率。标准具82的同一转动运动也通过改变穿过第二玻璃板88的楔形面的路径长度而改变装置的腔长度。从而能一起控制带通频率和腔长度。
参见图21，其示出了另一种激光装置。激光源260发出的光穿过第一透镜262、标准具264和第二透镜266。镜子268将光线反射回，从而形成谐振腔。标准具264包括第一玻璃板270和第二玻璃板272。与采用平行的镜面内表面的标准具不同的是，第一玻璃板270和第二玻璃板272的镜面内表面271和273相互间呈一小的角度；例如，楔形角优选小于λ/D，其中λ为波长，而D为光束直径。优选地，第一玻璃板270和第二玻璃板272的外表面也不相互平行，而且优选的是，与内表面也不相互平行。
标准具的镜面内表面的楔角意味着通过频率沿着长度发生变化，或者意味着标准具楔角的变化。通过适当地选择第一和第二玻璃板的外角，也可使路径长度发生相应变化。这样，标准具264沿着箭头274所示方向的线性平移具有在改变路径长度的同时改变通过频率的效果（即，通过改变标准具内表面在光路上的间隔）。也可设置适当的光束控制元件来改变光束与标准具相交的位置，而不是使标准具平移。例如，可采用倾斜的玻璃板或偏置的棱镜来使光束平动。

Claims (19)

1.一种频率可调的激光装置，其包括：
标准具；以及
激光源，用于产生入射到所述标准具上的光束；
其中，所述标准具基本静止地保持在所述激光装置中，并且入射到所述标准具上的所述光束的入射角是可改变的，其中，在改变入射至所述标准具上的所述光束的所述入射角时，所述激光装置的腔长度以及所述标准具的通过频率都发生变化，从而提供其中跳模被抑制的所述激光装置的频率调节。
2.根据权利要求1所述的激光装置，包括用于对所述光束入射到所述标准具的入射角以及所述腔长度进行控制的至少一个另外的光学部件。
3.根据权利要求2所述的激光装置，其中，所述至少一个另外的光学部件包括至少一个分别可在第一自由度上运动的可动光束控制元件，其中，所述至少一个可动光束控制元件在所述第一自由度上的运动改变光束入射到所述标准具上的入射角。
4.根据权利要求3所述的激光装置，其中，所述至少一个可动光束控制元件包括可在所述第一自由度上运动的第一可动光束控制元件，其中仅仅所述第一可动光束控制元件的运动即可同时改变腔长度和调节频率。
5.根据权利要求4所述的激光装置，其中，所述至少一个另外的光学部件包括至少一个透镜，其中所述第一可动光束控制元件位于所述至少一个透镜的焦点深度内。
6.根据权利要求4所述的激光装置，其中，所述第一可动光束控制元件包括可动镜子，其中光束以斜角入射到所述可动镜子上。
7.根据权利要求4所述的激光装置，其中，所述第一可动光束控制元件包括透射元件。
8.根据权利要求3所述的激光装置，其中，所述至少一个光束控制元件的所述第一自由度是沿着线性轴线平移。
9.根据权利要求3所述的激光装置，其中，所述至少一个光束控制元件的所述第一自由度是绕轴线的旋转。
10.根据权利要求3所述的激光装置，其中，所述至少一个可动光束控制元件包括均能够在第一自由度上运动的第一和第二可动光束控制元件。
11.根据权利要求10所述的激光装置，其中，所述第一和第二可动光束控制元件由可在第一自由度上运动的可动部件承载。
12.根据权利要求10所述的激光装置，其中，所述标准具在所述第一和第二可动光束控制元件之间位于所述激光装置的光学路径中。
13.根据权利要求10所述的激光装置，其中，所述第一和第二可动光束控制元件分别是第一和第二可动镜子。
14.根据权利要求13所述的激光装置，其中，所述第一和第二可动镜子具有相对于彼此的固定位置并具有向内反射表面。
15.根据权利要求14所述的激光装置，其中，所述向内反射表面大致平行。
16.根据权利要求1所述的激光装置，包括用于控制光束入射到所述标准具上的入射角以及所述腔长度的第一和第二可动镜子，所述第一和第二可动镜子由可围绕一轴线旋转的可动部件承载，所述第一和第二可动镜子具有相对于彼此的固定位置以及具有大致平行的向内反射表面，所述标准具在第一和第二可动镜子之间位于所述激光装置的光学路径中，并且所述可动部件围绕所述轴线的旋转改变所述光束入射到所述标准具上的入射角。
17.根据权利要求1所述的激光装置，包括用于控制光束入射到所述标准具上的入射角以及所述腔长度的第一和第二可动镜子，所述第一和第二可动镜子均可通过可动部件围绕一轴线旋转，所述第一和第二可动镜子具有大致平行的向内反射表面，所述标准具在第一和第二可动镜子之间位于所述激光装置的光学路径中，并且所述可动部件的运动改变所述光束入射到所述标准具上的入射角。
18.根据权利要求1所述的激光装置，其中，所述激光源包括激光二极管。
19.根据权利要求7所述的激光装置，其中，所述透射元件是玻璃板或透镜。
CN201310692881.3A 2008-12-18 2009-12-16 频率可调的激光装置 Active CN103762499B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GB0823084.9 2008-12-18
GBGB0823084.9A GB0823084D0 (en) 2008-12-18 2008-12-18 Laser Apparatus
CN2009801509139A CN102257686B (zh) 2008-12-18 2009-12-16 频率可调的激光装置

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2009801509139A Division CN102257686B (zh) 2008-12-18 2009-12-16 频率可调的激光装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN103762499A CN103762499A (zh) 2014-04-30
CN103762499B true CN103762499B (zh) 2016-08-17

Family

ID=40343803

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2009801509139A Active CN102257686B (zh) 2008-12-18 2009-12-16 频率可调的激光装置
CN201310692881.3A Active CN103762499B (zh) 2008-12-18 2009-12-16 频率可调的激光装置

Family Applications Before (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2009801509139A Active CN102257686B (zh) 2008-12-18 2009-12-16 频率可调的激光装置

Country Status (7)

Country Link
US (1) US9236712B2 (zh)
EP (1) EP2377212B1 (zh)
JP (2) JP5832295B2 (zh)
CN (2) CN102257686B (zh)
ES (1) ES2729257T3 (zh)
GB (1) GB0823084D0 (zh)
WO (1) WO2010070272A1 (zh)

Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB0823084D0 (en) * 2008-12-18 2009-01-28 Renishaw Plc Laser Apparatus
CN102096185A (zh) * 2010-12-28 2011-06-15 福州高意光学有限公司 一种微型标准具及其透射波长微调方法
JP2013070029A (ja) * 2011-09-08 2013-04-18 Gigaphoton Inc マスタオシレータシステムおよびレーザ装置
CN102820612A (zh) * 2012-06-05 2012-12-12 中国科学院半导体研究所 重复频率连续可调的超短脉冲固体激光器
WO2014000311A1 (zh) * 2012-06-30 2014-01-03 华为技术有限公司 一种外腔激光器
US20150016479A1 (en) * 2013-07-12 2015-01-15 Coherent Kaiserslautern GmbH Laser apparatus with beam translation
US9077450B2 (en) * 2013-09-06 2015-07-07 International Business Machines Corporation Wavelength division multiplexing with multi-core fiber
GB201410003D0 (en) * 2014-06-05 2014-07-16 Renishaw Plc Laser device
US10508917B1 (en) 2017-04-20 2019-12-17 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Spring-loaded target carrier for laser tracking
US10168421B1 (en) 2017-04-20 2019-01-01 The United States Of America, As Represented By The Secretary Of The Navy Weight-loaded target carrier for laser tracking
JP7086537B2 (ja) * 2017-07-27 2022-06-20 京セラＳｏｃ株式会社 外部共振器型半導体レーザ装置
JP7309322B2 (ja) * 2018-01-30 2023-07-18 住友重機械工業株式会社 レーザ装置
CN110488427A (zh) * 2018-05-14 2019-11-22 深圳市联赢激光股份有限公司 一种激光光源耦合装置及方法
US11121526B2 (en) * 2018-05-24 2021-09-14 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Exchangeable laser resonator modules with angular adjustment
CN111896124A (zh) * 2020-06-08 2020-11-06 北京无线电计量测试研究所 一种飞秒激光脉冲时域宽度测量装置
CN215377956U (zh) * 2021-06-21 2021-12-31 苏州旭创科技有限公司 外腔激光器
CN114172011A (zh) * 2021-11-11 2022-03-11 徐州佳智信息科技有限公司 一种可智能调谐频率的医用激光器

Family Cites Families (35)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01233785A (ja) 1988-03-14 1989-09-19 Mitsubishi Electric Corp 狭帯域化レーザ
US5243614A (en) 1990-11-28 1993-09-07 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Wavelength stabilizer for narrow bandwidth laser
US5956355A (en) * 1991-04-29 1999-09-21 Massachusetts Institute Of Technology Method and apparatus for performing optical measurements using a rapidly frequency-tuned laser
JP3176682B2 (ja) * 1992-02-10 2001-06-18 浜松ホトニクス株式会社 波長可変レーザー装置
JP2594596Y2 (ja) 1993-04-13 1999-04-26 アンリツ株式会社 光偏向器
DE19515321A1 (de) 1995-04-20 1996-10-24 Gos Ges Zur Foerderung Angewan Durchstimmbare, justierstabile Laserlichtquelle mit spektral gefiltertem Ausgang
US5771252A (en) 1996-01-29 1998-06-23 Sdl, Inc. External cavity, continuously tunable wavelength source
JPH09260753A (ja) 1996-03-25 1997-10-03 Ando Electric Co Ltd 外部共振器型波長可変光源
JPH10133243A (ja) 1996-10-28 1998-05-22 Fuji Photo Film Co Ltd 光波長変換装置
JP3119223B2 (ja) * 1997-12-18 2000-12-18 日本電気株式会社 外部鏡型波長可変レーザ
JPH11293202A (ja) 1998-04-15 1999-10-26 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 貼り合わせ装置及び方法
US6463085B1 (en) 1998-09-09 2002-10-08 Coretek, Inc. Compact external cavity tunable lasers using hybrid integration with micromachined and electrooptic tunable elements
US6526071B1 (en) 1998-10-16 2003-02-25 New Focus, Inc. Tunable laser transmitter with internal wavelength grid generators
GB0007160D0 (en) * 2000-03-25 2000-05-17 Renishaw Plc Wavelength tuning in external cavity lasers
JP3726676B2 (ja) 2000-11-28 2005-12-14 日本電気株式会社 外部共振器型モード同期半導体レーザ装置
US6816516B2 (en) 2001-03-21 2004-11-09 Intel Corporation Error signal generation system
WO2003077386A1 (en) * 2001-03-21 2003-09-18 Intel Corporation Graded thin film wedge interference filter and method of use for laser tuning
DE60100162T2 (de) * 2001-09-07 2003-11-13 Agilent Technologies Inc Änderung der optischen Weglänge mittels eines Flüssigkristalls zur Abstimmung eines Lasers
US6967976B2 (en) * 2002-08-29 2005-11-22 Picarro, Inc. Laser with reflective etalon tuning element
US20040202223A1 (en) 2003-04-08 2004-10-14 Eric Crosson External cavity laser having improved single mode operation
US6940879B2 (en) * 2002-12-06 2005-09-06 New Focus, Inc. External cavity laser with dispersion compensation for mode-hop-free tuning
JP2004191551A (ja) * 2002-12-10 2004-07-08 Megaopto Co Ltd レーザー装置およびレーザー装置における波長選択方法
US7054518B2 (en) 2003-10-14 2006-05-30 Coronado Instruments, Inc. Etalon assembly tuned by applying counterbalanced compression forces
US7130320B2 (en) 2003-11-13 2006-10-31 Mitutoyo Corporation External cavity laser with rotary tuning element
JP2006024876A (ja) 2004-06-07 2006-01-26 Sun Tec Kk 波長走査型ファイバレーザ光源
JP4527479B2 (ja) 2004-09-10 2010-08-18 サンテック株式会社 波長走査型ファイバレーザ光源
US7260122B2 (en) * 2004-11-24 2007-08-21 Wisconsin Alumni Research Foundation Modeless wavelength-agile laser
EP1856777A4 (en) * 2005-01-24 2009-04-29 Thorlabs Inc COMPACT MULTIMODE LASER WITH QUICK SPECTRAL SCAN
JP4885494B2 (ja) 2005-07-14 2012-02-29 サンテック株式会社 波長可変レーザ光源
JP4376837B2 (ja) * 2005-08-05 2009-12-02 サンテック株式会社 波長走査型レーザ光源
JP2008071798A (ja) 2006-09-12 2008-03-27 Sharp Corp レーザ光源装置
JP2008130805A (ja) 2006-11-21 2008-06-05 Yokogawa Electric Corp 外部共振器型波長可変光源
GB0724874D0 (en) 2007-12-20 2008-01-30 Uws Ventures Ltd Turntable laser
GB0823084D0 (en) * 2008-12-18 2009-01-28 Renishaw Plc Laser Apparatus
US8514898B1 (en) 2010-09-03 2013-08-20 Lighthouse Photonics, Inc. Methods and apparatus for increasing wavelength tuning speed in broadband mode-locked ultrafast lasers

Also Published As

Publication number Publication date
JP6199923B2 (ja) 2017-09-20
WO2010070272A1 (en) 2010-06-24
JP5832295B2 (ja) 2015-12-16
JP2015164199A (ja) 2015-09-10
CN103762499A (zh) 2014-04-30
ES2729257T3 (es) 2019-10-31
US9236712B2 (en) 2016-01-12
GB0823084D0 (en) 2009-01-28
CN102257686B (zh) 2013-12-04
EP2377212B1 (en) 2019-05-29
EP2377212A1 (en) 2011-10-19
US20110243160A1 (en) 2011-10-06
CN102257686A (zh) 2011-11-23
JP2012513112A (ja) 2012-06-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103762499B (zh) 频率可调的激光装置
CN100511886C (zh) 可对激光波长与腔光路径长度进行不相关调谐的外腔激光器装置
US6519269B1 (en) Wavelength tuneable laser source
US6026100A (en) External cavity-type of wavelength tunable semiconductor laser light source and method for tuning wavelength therefor
JP2018117129A (ja) Ｏｃｔのためのｇｒｉｓｍを伴う波長調整可能な外部キャビティレーザーダイオード
JP2005150720A (ja) 回転同調素子及びこれを有する外部共振器型レーザ
JPH11163450A (ja) 波長可変光源
JP7199393B2 (ja) レーザデバイス
JP3450180B2 (ja) 波長可変レーザー
JP2006080512A (ja) 周波数可変光を生成する周波数可変光源および方法
US5255273A (en) Method for ascertaining mode hopping free tuning of resonance frequency and the Q-value of an optical resonator and a device for carrying out the method
JP5121150B2 (ja) 波長可変レーザ光源
US8107509B2 (en) Monolithic folded F-P cavity and semiconductor laser using the same
WO2012027842A1 (en) Broadband optical accumulator and tunable laser using a supercontinuum cavity
JP2012531754A (ja) 連続モードホップフリー同調可能格子外部空洞レーザ
KR102139845B1 (ko) 파장 가변 광원
CN102315588A (zh) F-p腔及采用该f-p腔的激光器
WO2012126427A2 (zh) 一种外腔可调谐激光器，及其使用方法
CN111106519A (zh) 一种激光可调谐装置
JPH08195520A (ja) 固体レーザ発振器
JPH0642910A (ja) 光干渉装置
JPH0774421A (ja) 波長可変半導体レーザ光源
JP2008225447A (ja) 体積ホログラムの製造方法、及び体積ホログラム
JP2000098267A (ja) 光フィルタ

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant