CN105829961B - 光源装置和波长转换方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种使用半导体激光器来进行稳定波长转换的光源装置和波长转换方法。根据本公开的光源装置包括：半导体激光单元，被配置成发射规定波长的激发光；波长转换单元，被配置成通过使所述激发光谐振来放大所述激发光，并且使用规定的非线性晶体来产生波长与所述激发光的波长不同的输出光，所述波长转换单元包括用于放大所述激发光的第一光路，和用于产生所述输出光的第二光路；第一光路长度控制机构，被配置成对所述第一光路的光路长度进行控制；以及第二光路长度控制机构，被配置成对所述第二光路的光路长度进行控制。
Description
技术领域
本公开涉及一种光源装置和波长转换方法。
背景技术
在各种形式的激光器中，脉冲激光器与持续振荡的连续波(CW)激光器单独实现间歇性光发射，能够显著提高峰值功率，并且在诸如光学处理和非线性光学等各种领域中应用。
近年来，通过以外部谐振器的形式操作半导体激光器而得到的锁模激光器已经用作主激光器，而且几百瓦(W)的高峰值功率已经在所谓的主振荡功率放大器(MOPA)中进行报道，该主振荡功率放大器用于在半导体光学放大器中对主激光器的光学输出进行放大(例如，参见以下非专利文献1和2)。
引用的文献：
非专利文献
非专利文献1：R.Koda et al.，“100W peak-power 1GHz repetitionpicoseconds optical pulse generation using blue-violet GaIn diode laser mode-locked oscillator and optical amplifier，”Applied Physics Letters，97，021101(2010)。
非专利文献2：R.Koda et al.，“300W Peak Power Picosecond Optical PulseGeneration by Blue-Violet GaInN Mode-Locked Laser Diode and SemiconductorOptical Amplifier，”Applied Physics Express，5，022702(2012)。
非专利文献3：R.W.P.Drever et al.，“Laser Phase and FrequencyStabilization Using an Optical Resonator，”Applied Physics B，31，97-105(1983)。
发明内容
技术问题
借助半导体元件，上述非专利文献1和2中公开的半导体脉冲激光器的波长为固定波长，例如，诸如405nm。因此，如果可以在传统的非线性光学的基础上进行波长转换，那么，光源的尺寸和成本能够减少到比固态激光器的还要低的程度。
然而，如上述非专利文献1和2所公开的，在半导体脉冲激光器的几百瓦的峰值功率下，不可能产生充分的非线性现象，而且激光输出也不稳定。
因此，本公开提出了一种能够使用半导体激光器进行稳定的波长转换的光源装置和波长转换方法。
解决方案
根据本公开，提供了一种光源装置，包括：半导体激光单元，被配置成发射规定波长的激发光；波长转换单元，被配置成通过使所述激发光谐振来放大所述激发光，并且使用规定的非线性晶体来产生波长与所述激发光的波长不同的输出光，所述波长转换单元包括用于放大所述激发光的第一光路，和用于产生所述输出光的第二光路；第一光路长度控制机构，被配置成对所述第一光路的光路长度进行控制；以及第二光路长度控制机构，被配置成对所述第二光路的光路长度进行控制。
根据本公开，提供了一种波长转换方法，包括：将从半导体激光单元发射的规定波长的激发光导向至波长转换单元，所述波长转换单元被配置成通过使所述激发光谐振来放大所述激发光，并且使用规定的非线性晶体来产生波长与所述激发光的波长不同的输出光，所述波长转换单元包括用于放大所述激发光的第一光路，和用于产生所述输出光的第二光路；通过控制被配置成对所述第一光路的光路长度进行控制的第一光路长度控制机构，优化所述第一光路的所述光路长度；以及通过控制被配置成对所述第二光路的光路长度进行控制的第二光路长度控制机构，优化所述第二光路的所述光路长度。
根据本公开，通过控制第一光路长度控制机构和第二光路长度控制机构，对用于放大激发光的第一光路和用于产生输出光的第二光路进行单独优化，从而在放大所述来自半导体激光器的激发光的同时，使波长转换单元根据非线性光学效应进行波长转换。
本发明的有益效果
根据以上的本公开，可以使用半导体激光器进行稳定的波长转换。
应当注意，并不一定局限于上述效果，而且，连同上述效果或者除了上述效果，还可以展现期望在本说明书中介绍的任何效果，或者可以从本说明书预期的其他效果。
附图说明
图1为示意性地示出了根据本公开第一实施例的光源装置的配置的示例的说明图。
图2为示意性地示出了根据第一实施例的光源装置中使用的半导体激光器的示例的说明图。
图3为示意性地示出了根据第一实施例的光源装置中设置的控制单元的配置的示例的说明图。
图4为用于描述由根据第一实施例的控制单元执行的伺服控制的示例的说明图。
图5为用于描述由根据第一实施例的光源装置执行的光路优化过程的说明图。
图6为示出了根据第一实施例的光源装置中设置的控制单元的配置的示例的框图。
图7为用于描述由根据第一实施例的控制单元执行的伺服控制的示例的说明图。
图8为示出了根据第一实施例的波长转换方法的流程的示例的流程图。
具体实施方式
在下文中，将参照附图对本公开的一个或多个优选实施例进行详细描述。在本说明书和附图中，具有相同功能和结构的元件以相同的附图标记进行表示，并且省略重复说明。
另外，将按照以下顺序进行描述。
1、第一实施例
1.1、光源装置的总体配置
1.2、控制单元的配置
1.3、波长转换方法
(1、第一实施例)
<光源装置的总体配置>
首先，将参照图1详细描述根据本公开第一实施例的光源装置的总体配置。图1为示意性地示出了根据本实施例的光源装置的配置的示例的说明图。
如图1所示，根据本实施例的光源装置1包括半导体激光器10(即半导体激光单元的示例)，波长转换谐振器20(即波长转换单元的示例)，反射光检测单元30，校正光学系统40，控制单元50，和非线性晶体控制机构60。
[半导体激光器10]
半导体激光器10是用于发射规定波长的光的装置，光在下文的控制单元的控制下用作激发光。这个半导体激光器10并没有特别限制，而且可以使用公知的半导体激光器作为半导体激光器，但是，优选使用半导体脉冲激光器。此外，只要能够实现充足的峰值功率，还可以使用采用半导体的连续波(CW)激光器。
图2为示出了根据本实施例的主振荡功率放大器(MOPA)系统的配置的示意图，其中，该MOPA系统为可优选用作半导体激光器10的半导体脉冲激光器。在下文中，将参照图2对MOPA系统的配置示例进行描述。此外，应用到根据本实施例的光源装置1的MOPA系统并不局限于图2所示的配置。任何公知的MOPA系统都可以用于光源装置1。
如图2所示，半导体激光器10包括锁模振荡器110，透镜120a、120b和120c，隔离器130，棱镜对140，λ/2波片150，和半导体光学放大器(SOA)160。
此外，在图2中，用于发射蓝色脉冲光(波长介于约350nm和约500nm之间的脉冲光)的半导体脉冲激光器的配置，作为根据本实施例的半导体脉冲激光器的示例示出。然而，根据本实施例的半导体脉冲激光器并不局限于用于发射蓝色脉冲光的半导体脉冲激光器，而且可以发射另一个波段的脉冲光。此外，当半导体脉冲激光器发射另一个波段的脉冲光时，在半导体脉冲激光器中设置的每一个配置构件的光学特性，均可根据发射的脉冲光进行适当调整。此外，除非在以下描述中特别公开，否则，假定蓝光为波长介于约350nm和约500nm之间的光。
锁模振荡器110通过使用于发射预定波长的光的半导体激光器的输出以根据谐振器的结构谐振，来发射脉冲状激光。锁模振荡器110包括激光二极管111，准直透镜113，带通滤波器(BPF)115，和输出镜117。
在本实施例中，激光二极管111是以GaInN为主要原料的对分式激光二极管(BS-LD)。此外，激光二极管111起到锁模激光二极管(MLLD)的作用，并且可以发射波段介于约350nm和约500nm之间的脉冲光。
从激光二极管111发射的脉冲光穿过准直透镜113、BPF 115、以及输出镜117，并且从锁模振荡器110射出。此外，通过BPF 115，将从锁模振荡器110发射出的脉冲光的波长调整到例如大约405nm。
从激光二极管111发射的脉冲光按照后续阶段中设置的顺序，穿过透镜120a、隔离器130、棱镜对140、λ/2波片150、透镜120b，并且入射到SOA 160上。通过λ/2波片150调整脉冲光的偏光方向。此外，提高了穿过棱镜对140并且在SOA 160上入射的脉冲光的耦合效率。由SOA 160放大的脉冲光经由透镜120c从外部发射。
上文已经参照图2，对根据本实施例可优选作为半导体激光器10使用的半导体脉冲激光器的MOPA系统的配置示例进行了描述。在具有上述MOPA系统的半导体脉冲激光器中，可以产生输出大约为几百瓦并且脉冲时间宽度大约为3ps的脉冲光。
此外，当以上的半导体脉冲激光器作为根据本实施例的半导体激光器10使用时，无需SOA 160，就可以对上述半导体脉冲激光器进行配置。
[波长转换谐振器20]
波长转换谐振器20是波长转换单元的示例，下面将参考图1对其进行描述。
在下文的控制单元50的控制下，波长转换谐振器20通过使从半导体激光器10发射的激发光谐振，对从半导体激光器10发出的激发光进行放大，并且使用规定的非线性晶体产生波长与激发光的波长不同的输出光。波长转换谐振器20是所谓的泵谐振式波长转换谐振器，并且由用于放大激发光的第一光路和用于生成输出光的第二光路组成。在下文中，将对波长转换谐振器20的配置进行详细描述。
波长转换谐振器20包括非线性晶体201，曲面镜203和205，激发光输入耦合器207，激发光镜209，信号光输出耦合器211，第一伺服机构213(即第一光路长度控制机构的示例)，和第二伺服机构215(即第二光路长度控制机构的示例)。此外，波长转换谐振器20中设有用于对如上的第一光路和第二光路进行分路的分光镜(DM)，和用于检测波长转换谐振器20内的信号光强度的光检测器(PD)。
非线性晶体201是在激发光的波长转换中使用的晶体，其根据晶体中的双折射性，将入射激发光的波长转换为与激发光的波长不同的另一种波长。这个非线性晶体201根据激发光的波长确定可用性。例如，当如上的蓝光作为半导体激光器10使用时，用于蓝光的公知的非线性晶体，例如BBO(β-BaB2O4)、LBO(LiB3O5)、BiBO(BiB3O6)、LN(LiNbO3)、LT(LiTaO3)、或KTP(KTiOPO4)，可以作为非线性晶体201使用。此外，当蓝光以外的光作为半导体激光器10使用时，只需要使用对应此类波长的公知的非线性晶体。
通过使激发光穿过非线性晶体201，可以获得与激发光的波长不同的输出光。此外，通过控制非线性晶体的温度和安装角度，可以对由非线性晶体201产生的输出光的波长进行切换。非线性晶体的温度和安装角度是由下文的非线性晶体控制机构60进行控制。
曲面镜203和205、激发光输入耦合器207，激发光镜209、以及信号光输出耦合器211并没有特别的限制，只需要为此使用公知的组件。只要对激发光和输出光有低损耗，对分光镜(DM)并没有特别的限制，但是可以使用公知的分光镜。
从半导体激光器10发射的激发光从激发光输入耦合器207开始，经由镜子(M)、聚焦透镜(L)等导向至波长转换谐振器20内。然后，激发光沿着曲面镜203、非线性晶体201、曲面镜205、激发光镜209、曲面镜205、非线性晶体201、曲面镜203、激发光输入耦合器207等中的光路行进。这个光路对应于上述第一光路，并且起到放大激发光的谐振器的作用。
此外，激发光穿过非线性晶体201，从而产生诸如信号光和闲频光具有的波长与激发光的波长不同的光。在根据本实施例的光源装置1中，可以从外部提取信号光并将其作为光源使用，并且可以从外部提取闲频光并将其作为光源使用。在下面的描述中，将对从外部提取信号光的示例进行介绍。
从非线性晶体201产生的信号光沿着曲面镜205、激发光镜209、信号光输出耦合器211、曲面镜203、非线性晶体201、曲面镜203等中的光路行进。光路对应于上述第二光路，并且起到被配置成产生输出光(本描述中的信号光)和放大输出光强度的谐振器的作用。
如上，根据本实施例的波长转换谐振器20的内部具有以上的两条光路，其作为双轴光学系统使用。此外，由于第一谐振器对应于第一光路，并且第二谐振器对应于第二光路，构成每个谐振器的光学元件的一个端部通常位于激发光镜209中，而另一个端部在第一谐振器的情况下为激发光输入耦合器207，并且在第二谐振器的情况下为信号光输出耦合器211。
根据本实施例的波长转换谐振器20必需通过引入泵谐振系统，使激发光和光参量振荡器(OPO)的光(更详细地，两个振荡光中的至少一个)在波长转换谐振器20内谐振。这里，必需调整谐振器的长度(即，上述两种类型的光路的光路长度)，使得光在与半导体激光器(例如，半导体脉冲激光器)的振荡器循环完全匹配的时刻在谐振器内循环，其中，半导体激光器为用于“谐振”的激发光源(振荡条件A)。
然而，因为波长转换谐振器20包括以上的非线性晶体201，通过晶体的色散作用，光学距离可以根据光的波长而改变。因此，引入上述双轴光学系统是有效的，其中，在双轴光学系统中，单独设置光路，使得激发光和具有不同波长的光参量振荡器的光的每一个均满足振荡条件A。
为了调整两个谐振器的光路长度，为位于第一光路一个端部的激发光镜209设置第一伺服机构213，并且为位于第二光路的另一个端部的信号光输出耦合器211设置第二伺服机构。因此，可以对第一光路的光路长度和第二光路的光路长度的每一个进行独立控制。
在检测到来自波长转换谐振器20的激发光的反射光之后，第一伺服机构213根据得到的反射光的强度，对第一光路的光路长度进行控制。用于检测反射光的光学系统是图1所示的一种反射光检测单元。下面将再次对反射光检测单元30进行描述。此外，下文将再次对第一伺服机构213的控制方法进行描述。
此外，在光检测器(PD)检测到波长转换谐振器20内的信号光的强度之后，第二伺服机构215根据所得到的信号光的强度，对第二光路的光路长度进行控制。为了进行这种控制，将与光检测器(PD)检测到的信号光的强度相关的信息，输出到下文的控制单元50。下文将再次对第二伺服机构215的控制方法进行描述。
以上的第一伺服机构213和第二伺服机构215并没有特别的限制，可以使用音圈电机或压电元件等公知的驱动机构。
[反射光检测单元30]
接下来，将对在根据本实施例的上述光源装置中设置的反射光检测单元30进行描述。
这个反射光检测单元30具有将从半导体激光器10中发射的激发光导向至波长转换谐振器20，并且将反射光从波长转换谐振器20分路到用于检测反射光的强度的检测光学系统中的功能。
如图1所示，来自半导体激光器10的激发光穿过用于分离反射光的隔离器，使得反射光不会返回到半导体激光器10和λ/2波片(半波片(HWP))，而是被导向至波长转换谐振器20。另一方面，来自波长转换谐振器20的反射光在穿过λ/2波片和隔离器之后，经由镜子(M)、中性密度滤光片(ND)和透镜(L)，被导向至光检测器(PD)。由镜子(M)、中性密度滤光片(ND)、透镜(L)和光检测器(PD)构成的光学系统变成检测光学系统，用于检测反射光的强度。
与光检测器(PD)检测到的反射光的强度相关的信息被输出到下文的控制单元50，其中，控制单元50用来控制第一伺服机构213。
[校正光学系统40]
接下来，将对校正光学系统40进行描述。
校正光学系统40是按必需设置的光学系统，用来校正半导体激光器10发射的激发光。设置这个校正光学系统40以通过校正半导体激光器10发射的激发光的波束形状、像差等，来提高波长转换谐振器20的耦合效率。校正光学系统40的详细配置并没有特别限制，可以使用公知的光学系统作为校正光学系统40。例如，可以将其中将透镜和畸变透镜结合的光学系统作为这种校正光学系统40使用，并且可以使用包括柱面透镜的光学系统作为这种校正光学系统40使用。此外，当半导体激光器10发射的激发光的质量较高使得无需进行校正时，自然没有必要设置这种校正光学系统40。
[控制单元50]
接下来，将对根据本实施例的光源装置1中设置的控制单元50进行描述。控制单元50被配置成对根据本实施例的光源装置的操作进行一般控制，并且对半导体激光器10、第一伺服机构213、第二伺服机构215、以及非线性晶体控制机构60的操作进行控制的处理单元。这个控制单元50可以是半导体芯片、电路基板等由安装在光源装置1上的中央处理单元(CPU)、只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)等构成的装置，或者可以是各种类型的计算机或服务器等具有能够和光源装置1互相通信的CPU、ROM、RAM等的装置。下文将详细对控制单元50的详细配置进行描述。
[非线性晶体控制机构60]
随后，将对根据本实施例的光源装置1中设置的非线性晶体控制机构进行描述。
非线性晶体控制机构60将设置在波长这谐振器20内的非线性晶体201的温度保持在所需的温度。此外，在控制单元50的控制下，非线性晶体控制机构60改变非线性晶体201的温度，或者改变非线性晶体201的安装角度，以便对来自波长转换谐振器20的输出光的波长进行切换。
可以将公知的加热机构或冷却机构用作这种非线性晶体控制机构60，并且当非线性晶体201的安装角度改变时，可以使用各种类型的电机或压电元件等公知的驱动机构。
将参照图1和图2，对根据本实施例的光源装置1的总体配置进行详细描述。
<控制单元的配置>
接下来，将参照图3至图7，对根据本实施例的光源装置1中设置的控制单元50的配置进行描述。图3和图6为示意性地示出了根据本实施例的光源装置中设置的控制单元的配置的示例的框图。图4和图7为用于描述由根据本实施例的控制单元执行的伺服控制的示例的说明图。图5为用于描述由根据本实施例的光源装置执行的光路优化过程的说明图。
如图3所示，根据本实施例的控制单元50包括集成控制单元501，非线性晶体控制单元503，第一光路长度控制单元505，第二光路长度控制单元507，和存储单元509。
集成控制单元501是由例如CPU、ROM、RAM、通信装置等实现。集成控制单元501通过在构成根据本实施例的光源装置1的各种类型的装置或者各种类型的机构之间传输和接收各种类型的控制信号，一般集成了光源装置1的各种类型的操作。此外，非线性晶体控制单元503、第一光路长度控制单元505和第二光路长度控制单元507可以经由集成控制单元501，彼此相互协调执行各种类型的控制。
非线性晶体控制单元503是由例如CPU、ROM、RAM、通信装置等实现。非线性晶体控制单元503通过控制非线性晶体控制机构503的操作，对设置在波长转换谐振器20内的非线性晶体201的状态进行控制。即，通过将各种类型的控制信号输出到非线性晶体控制机构60，非线性晶体控制单元503将非线性晶体201的温度切换到规定的温度、保持非线性晶体201的温度、或者更改非线性晶体201的安装角度。
当驱动根据本实施例的光源装置1时，非线性晶体控制单元503适当地对非线性晶体201的温度进行保持控制。此外，当用户对输出光的波长进行切换操纵时，非线性晶体控制单元503对非线性晶体201的温度或角度进行适当地切换控制。
此外，在对非线性晶体201执行上述控制时，非线性晶体控制单元503可以参考存储在存储单元509中的各种类型的控制参数。这些控制参数可以在存储单元509中预先存储为各种类型的数据库等。此外，在执行控制时，可以将控制参数保留在存储单元509中，并在下一次控制中使用。
第一光路长度控制单元505是由例如CPU、ROM、RAM、通信装置等实现。在来自设置在反射光检测单元30中的光检测器(PD)的与反射光相关的信息的基础上，第一光路长度控制单元505对半导体激光器100的驱动进行控制，并且通过将控制信号输出到第一伺服机构213，对上述第一光路的光路长度进行控制。
作为控制半导体激光器的驱动的方法或控制第一光路的光路长度的方法，例如，能够应用上述非专利文献3中公开的PDH方法等公知的控制方法。
在下文中，将参照图4对其中使用PDH方法对半导体激光器的驱动或者第一光路的光路长度进行控制的示例进行描述。图4是用于描述一种使用PDH方法对半导体激光器10进行驱动控制以及对第一伺服机构进行伺服控制的方法的说明图。
在PDH方法中，以规定的频率(例如，1至大约几十兆赫兹)对激发光源(基准光源)进行调制，并且使用通过与谐振器相关联得到的伺服信号来进行反馈控制。在这里，在常规激发光源中，如上述非专利文献3，诸如光学调制元件的光学元件是单独必需的以有效地进行频率调制，而且额外空间和成本也是必需的。然而，因为半导体激光器10在根据本实施例的光源装置1中用作激发光源，所以可以利用半导体元件的调制特性的优势，并且通过直接将调制信息分配到半导体激光器来进行频率调制(例如，图2所示的半导体脉冲激光器的MLLD)。因此，根据本实施例的光源装置1能够使用PDS方法，并且同时减小装置的尺寸和成本。
如图4所示，根据上述规定的调制频率，第一光路长度控制单元50对半导体激光器10发射的激发光进行频率调制，并且根据来自设置在反射光检测单元30中的光检测器PD的检测结果，对应用到半导体激光器10的直流增益单元的电流执行反馈控制。此外，根据来自光检测器(PD)的检测结果，第一光路长度控制单元505产生用于驱动第一伺服机构213的控制信号，并且将所产生的控制信号输出到第一伺服机构213。在来自第一光路长度控制单元505的控制信号的基础上，第一伺服机构213通过将波长转换谐振器20内的激发光镜209沿着光轴移动规定的量，改变第一光路的光路长度。
第二光路长度控制单元507是由例如CPU、ROM、RAM、通信等实现的。在来自设置在波长转换谐振器20中用于检测信号光强度的光检测器(PD)的强度相关的信息的基础上，第二光路长度控制单元507对上述第二光路的光路长度进行控制。更详细地说，第二光路长度控制单元505根据来自光检测器(PD)的检测结果产生用于驱动第二伺服机构215的控制信号，并且将所产生的控制信号输出到第二伺服机构213。在来自第二光路长度控制单元507的控制信号的基础上，第二伺服机构215通过将波长转换谐振器20内的信号光输出耦合器211沿着光轴移动规定的量，改变第二光路的光路长度。
此外，第二光路长度控制单元507的伺服控制方法并没有特别的限制，可以适当地将通过监控输出的“爬山法”等公知的方法用作伺服控制方法。
此外，当进行如上的伺服控制时，第一光路长度控制单元505和第二光路长度控制单元507可以参考存储在存储单元509中的各种类型的控制参数。这些控制参数可以在存储单元509中预先存储为各种类型的数据库等。此外，在执行控制时，可以将控制参数保留在存储单元509中，并在下一次控制中使用。
如上，根据本实施例的光源装置还必需将伺服控制程序考虑在内，以便在泵谐振方案和双轴光学系统的基础上，实现波长转换特性的最大化。在下文中，将参照图5对根据本实施例的光源装置1中的伺服控制程序进行描述。
如上，根据非线性晶体201的晶体温度或安装角度，对波长转换谐振器20中的输出光进行波长设置。因此，在光源装置1的启动时间或波长切换时间中，非线性晶体控制机构在非线性晶体控制单元503的控制下，根据指定的波长对温度或角度进行设置。
通过非线性晶体控制单元503，非线性晶体201从初始状态(温度T)开始，以ΔT升高温度。因此，如图5(A)所示，将用于激发光的非线性晶体201的折射率和光路长度分别假定为n1+Δn1和L1+ΔL1，并且将用于信号光的非线性晶体201的折射率和光路长度分别假定为n2+Δn2and L2+ΔL2。
在这里，集成控制单元501首先指示第一光路长度控制单元505优化第一光路的光路长度，然后第一光路长度控制单元505根据如上的方法对第一光路进行优化。如图5(B)所示，这种控制是通过由第一伺服机构213改变激发光镜209的位置来进行的。
当第一光路长度控制单元505完成对第一光路的优化并且激发光的状态得到优化后，集成控制单元501随后指示第二光路长度控制单元507优化第二光路的光路长度。第二光路长度控制单元507根据如上的方法对第二光路长度进行优化。这种控制是通过经由第二伺服机构215改变信号光输出耦合器211的位置来进行的，其中，在第二伺服机构215所处的状态中，激发光镜209的位置是固定的，如图5(C)所示。
通过执行上述程序中的伺服控制，可以实现波长转换特性的最大化。
将参照返回到图3对控制单元50中设置的存储单元509进行描述。
存储单元509是由例如RAM、存储装置等实现的。在存储单元509中，可以适当记录要在集成控制单元501、非线性晶体控制单元503、第一光路长度控制单元505、和第二光路长度控制单元507执行各种类型的控制时使用的各种类型的数据库，包括要在将由集成控制单元501、非线性晶体控制单元503、第一光路长度控制单元505、和第二光路长度控制单元507执行的各种类型的计算过程中使用的应用的各种类型的程序，各种过程中的参数和进程等，或者要在进行任何过程时保存的各种类型的数据库等。
诸如集成控制单元501、非线性晶体控制单元503、第一光路长度控制单元505、和第二光路长度控制单元507的处理单元可以自由访问这个存储单元509，并且可以对存储单元509进行数据的读或写。
上文已经示出了根据本实施例的控制单元50的功能的示例。如上的每个组件，都可以使用一般用途的构件或电路进行配置，或者由特定于每个组件功能的硬件构成。此外，组件的所有功能可以由CPU等执行。因此，在执行本实施例时，可以根据技术水平适当地更改要使用的配置。
[控制单元的修改示例]
虽然使用由上述控制单元50控制的第一种伺服机构213对第一光路的光路长度进行控制，但是，还可以使用将在下文描述的方法对第一光路的光路长度进行控制。在下文中，将会参照图6和图7对根据本实施例的控制单元50的第一修改示例进行简略地描述。
如图6所示，根据本修改示例的控制单元50包括集成控制单元501，非线性晶体控制单元503，第一光路长度控制单元505，第二光路长度控制单元507，和存储单元509。因为集成控制单元501、非线性晶体控制单元503、第一光路长度控制单元505、第二光路长度控制单元507、和存储单元509的功能和图3的处理单元的功能相似，所以，下文将省略对其的详细描述。
根据本修改示例的第一光路长度控制单元551是由例如CPU、ROM、RAM、通信装置等实现的。在来自设置在反射光检测单元30中的光检测器(PD)的反射光强度相关的信号的基础上，第一光路长度控制单元507对上述第一光路的光路长度进行控制。
如图7所示，根据规定调制频率的调制信号，第一光路长度控制单元551对从半导体激光器10发射的激发光进行频率调制。此外，根据来自光检测器(PD)的检测结果，第一光路长度控制单元551产生用于改变半导体激光器10的半导体元件内的折射率的控制信号，并且将所产生的控制信号输出到半导体激光器10的激光驱动器170。在来自第一光路长度控制单元551的输入控制信号的基础上，激光驱动器产生反馈增益，并且对应用到半导体激光器10的直流增益单元的电流进行反馈控制。
这是因为控制信号被直接输出到半导体激光器10，使得半导体元件内的折射率发生变化，并且使半导体激光器10的振荡频率(即，光路长度)发生变化。
通过执行此种控制，无需使用第一伺服机构213，就可以直接对第一光路的光路长度进行控制。然而，所使用的半导体激光器10的可以稳定发射激发光的稳定振荡区域变窄。因为上述控制是用于直接控制半导体激光器10的输出，所以，当所使用的半导体激光器10的稳定振荡区域变窄时，半导体激光器10的状态也会因控制而从稳定振荡区域偏离。因此，当所使用的半导体激光器10的稳定振荡区域变窄时，在第一伺服机构213执行如图4所示的控制的情况下，可以更稳定地对光源装置进行驱动控制。
已经参照图6和图7对根据本实施例的控制单元50的第一修改示例进行了简单地描述。
<波长转换方法>
接下来，将参照图8对由根据本实施例的光源装置1执行的波长转换方法的流程进行简单地描述。图8为示出了根据本实施例的波长转换方法的流程的示例的流程图。
在根据本实施例的光源装置1中，非线性晶体控制机构60在非线性晶体控制单元503的控制下，将非线性晶体201设置到所需条件后，规定波长的激发光首先从半导体激光器10被振荡(步骤S101)。
然后，在如上的方法中，在不移动信号光输出耦合器211的情况下，第一光路长度控制单元505对第一光路的光路长度(即激发光的光路长度)进行优化(步骤S103)。
随后，在如上的方法中，通过由第二伺服机构215控制信号光输出耦合器211，第二光路长度控制单元507对第二光路的光路长度(即信号光的光路长度)进行优化(步骤S105)。
如上，在优化激发光的光路长度之后，通过优化信号光的光路长度，稳定地对期望波长的信号光进行振荡(步骤S107)。
在这里，集成控制单元501确定是否由用户对信号光进行波长切换操纵(步骤S109)。当由用户对信号光进行波长切换操纵时，控制单元50通过返回到步骤S101对波长执行切换控制。
另一方面，当用户没有对信号光执行波长切换操纵时，集成控制单元501确定是否由用户对光源装置1进行驱动停止操纵(步骤S111)。当由用户对光源装置1进行驱动停止操纵时，装置的驱动停止。另一方面，当用户没有对光源装置1进行驱动停止操纵时，集成控制单元返回到步骤S109，等待发生信号光的波长切换过程。
以上述流程执行过程，使得根据本实施例的光源装置1能够对输出光的波长进行转换。
(结论)
如上，根据本公开的实施例的光源装置1和波长转换方法，甚至在峰值功率充足的半导体激光器用作激发光源时，也可以实现稳定的波长转换，其中，在稳定的波长转换中，在波长转换后的输出光的输出被优化。
上文已经参照附图对本公开的(多个)优选实施例进行了描述，然而，本公开并不局限于以上示例。本领域技术人员可以发现落于随附权利要求范围内的各种改变和修改，而且应当理解，这些改变和修改自然会落入本公开的技术范围内。
另外，本说明书中所描述的效果仅为说明性和示范性的，并非限制性的。换句话说，除了基于本说明书的效果，可以根据本公开的技术展现出对本领域技术人员而言其他明显的效果。
另外，本技术也可以进行如下配置。
(1)
一种光源装置，包括：
半导体激光单元，被配置成发射规定波长的激发光；
波长转换单元，被配置成通过使所述激发光谐振来放大所述激发光，并且使用规定的非线性晶体来产生具有与所述激发光的波长不同的输出光，所述波长转换单元包括用于放大所述激发光的第一光路，和用于产生所述输出光的第二光路；
第一光路长度控制机构，被配置成对所述第一光路的光路长度进行控制；以及
第二光路长度控制机构，被配置成对所述第二光路的光路长度进行控制。
(2)
根据(1)所述的光源装置，进一步包括：
反射光检测单元，被配置成对来自所述波长转换单元的所述激发光的反射光进行检测；以及
控制单元，被配置成对第一光路长度控制机构和第二光路长度控制机构的每一个进行独立控制。
其中，在所述半导体激光单元中以规定的频率对所述激发光进行调制，以及
其中，所述控制单元根据所述反射光检测单元检测到的所述反射光来控制所述激发光的调制频率，并且产生对所述第一光路的所述光路长度进行控制的第一控制信号。
(3)
根据(1)或(2)所述的光源装置，
其中，所述第一光路长度控制机构是安装在构成所述第一光路的光学元件上的第一伺服机构，以及
其中，所述第二光路长度控制机构是安装在构成所述第二光路的光学元件上的第二伺服机构。
(4)
根据(3)所述的光源装置，其中，所述控制单元在所述波长转换单元内的所述输出光的强度的基础上，产生用于改变所述第二光路的所述光路长度的第二控制信号，并且将所述第二控制信号输出到所述第二伺服机构。
(5)
根据(1)或(4)任一项所述的光源装置，其中，所述控制单元在优化所述第一光路的所述光路长度之后，对所述第二光路的所述光路长度进行优化。
(6)
根据(3)至(5)任一项所述的光源装置，其中，所述控制单元将所述第一控制信号输出到所述第一伺服机构，并且对所述第一光路的所述光路长度进行控制。
(7)
根据(2)、(4)和(5)任一项所述的光源装置，
其中，所述第二光路长度控制机构是安装在构成所述第二光路的光学元件上的第二伺服机构，以及
其中，所述控制单元将所述第一控制信号输出到被配置成对所述半导体激光单元的操作进行控制的激光控制单元，并且通过控制所述激发光的驱动电流来控制所述第一光路的所述光路长度。
(8)
根据(2)至(7)任一项所述的光源装置，进一步包括：
存储单元，被配置成存储设置成控制所述第一光路的所述光路长度和所述第二光路的所述光路长度的控制参数，
其中，所述控制单元使用存储在所述存储单元中的所述控制参数来产生控制信号。
(9)
根据(1)至(8)任一项所述的光源装置，其中，所述半导体激光单元包括半导体脉冲激光器，所述半导体脉冲激光器采用通过以外部谐振器的形式操作半导体激光器而得到的锁模激光器。
(10)
根据(9)所述的光源装置，其中，所述半导体激光单元进一步包括半导体光学放大器，被配置成对所述锁模激光器的输出进行放大。
(11)
根据(2)至(10)任一项所述的光源装置，进一步包括：
非线性晶体控制机构，被配置成对所述非线性晶体的温度或角度进行控制，
其中，所述控制单元通过控制所述非线性晶体的所述温度或所述角度来设置所述输出光的波长。
(12)
一种波长转换方法，包括：
将从半导体激光单元发射的规定波长的激发光导向至波长转换单元，所述波长转换单元被配置成通过使所述激发光谐振来放大所述激发光，并且使用规定的非线性晶体来产生波长与所述激发光的波长不同的输出光，所述波长转换单元包括用于放大所述激发光的第一光路，和用于产生所述输出光的第二光路；
通过控制被配置成对所述第一光路的光路长度进行控制的第一光路长度控制机构，优化所述第一光路的所述光路长度；以及
通过控制被配置成对所述第二光路的光路长度进行控制的第二光路长度控制机构，优化所述第二光路的所述光路长度。
附图标记列表
1 光源装置
10 半导体激光器
20 波长转换谐振器
30 反射光检测单元
40 校正光学系统
50 控制单元
60 非线性晶体控制机构。
Claims (11)
1.一种光源装置，包括：
半导体激光单元，被配置成发射规定波长的激发光；
波长转换单元，被配置成通过使所述激发光谐振来放大所述激发光，并且使用规定的非线性晶体来产生波长与所述激发光的波长不同的输出光，所述波长转换单元包括用于放大所述激发光的第一光路，和用于产生所述输出光的第二光路；
第一光路长度控制机构，被配置成对所述第一光路的光路长度进行控制；
第二光路长度控制机构，被配置成对所述第二光路的光路长度进行控制；以及
反射光检测单元，被配置成对来自所述波长转换单元的所述激发光的反射光进行检测；
控制单元，被配置成对所述第一光路长度控制机构和所述第二光路长度控制机构的每一个进行独立控制，使得光在与所述半导体激光单元的振荡器循环完全匹配的时刻在所述波长转换单元内循环，
其中，在所述半导体激光单元中以规定的频率对所述激发光进行调制，以及
其中，所述控制单元根据所述反射光检测单元检测到的反射光来控制所述激发光的调制频率，并且产生对所述第一光路的光路长度进行控制的第一控制信号。
2.根据权利要求1所述的光源装置，
其中，所述第一光路长度控制机构是安装在构成所述第一光路的光学元件上的第一伺服机构，以及
其中，所述第二光路长度控制机构是安装在构成所述第二光路的光学元件上的第二伺服机构。
3.根据权利要求2所述的光源装置，其中，所述控制单元在所述波长转换单元内的所述输出光的强度的基础上，产生用于改变所述第二光路的光路长度的第二控制信号，并且将所述第二控制信号输出到所述第二伺服机构。
4.根据权利要求1所述的光源装置，其中，所述控制单元在优化所述第一光路的光路长度之后，对所述第二光路的光路长度进行优化。
5.根据权利要求2所述的光源装置，其中，所述控制单元将所述第一控制信号输出到所述第一伺服机构，并且对所述第一光路的光路长度进行控制。
6.根据权利要求1所述的光源装置，
其中，所述第二光路长度控制机构是安装在构成所述第二光路的光学元件上的第二伺服机构，以及
其中，所述控制单元将所述第一控制信号输出到被配置成对所述半导体激光单元的操作进行控制的激光控制单元，并且通过控制所述激发光的驱动电流来控制所述第一光路的光路长度。
7.根据权利要求1所述的光源装置，进一步包括：
存储单元，被配置成存储设置成控制所述第一光路的光路长度和所述第二光路的光路长度的控制参数，
其中，所述控制单元使用存储在所述存储单元中的所述控制参数来产生控制信号。
8.根据权利要求1所述的光源装置，其中，所述半导体激光单元包括半导体脉冲激光器，所述半导体脉冲激光器采用通过以外部谐振器的形式操作半导体激光器而得到的锁模激光器。
9.根据权利要求8所述的光源装置，其中，所述半导体激光单元进一步包括半导体光学放大器，所述半导体光学放大器被配置成对所述锁模激光器的输出进行放大。
10.根据权利要求1所述的光源装置，进一步包括：
非线性晶体控制机构，被配置成对所述非线性晶体的温度或角度进行控制，
其中，所述控制单元通过控制所述非线性晶体的温度或角度来设置所述输出光的波长。
11.一种波长转换方法，包括：
将从半导体激光单元发射的规定波长的激发光导向至波长转换单元，所述波长转换单元被配置成通过使所述激发光谐振来放大所述激发光，并且使用规定的非线性晶体来产生波长与所述激发光的波长不同的输出光，所述波长转换单元包括用于放大所述激发光的第一光路，和用于产生所述输出光的第二光路；
通过控制被配置成对所述第一光路的光路长度进行控制的第一光路长度控制机构，优化所述第一光路的光路长度；
通过控制被配置成对所述第二光路的光路长度进行控制的第二光路长度控制机构，优化所述第二光路的光路长度；以及
通过反射光检测单元对来自所述波长转换单元的所述激发光的反射光进行检测；
通过控制单元对所述第一光路长度控制机构和所述第二光路长度控制机构的每一个进行独立控制，使得光在与所述半导体激光单元的振荡器循环完全匹配的时刻在所述波长转换单元内循环，
其中，在所述半导体激光单元中以规定的频率对所述激发光进行调制，以及
其中，所述控制单元根据所述反射光检测单元检测到的反射光来控制所述激发光的调制频率，并且产生对所述第一光路的光路长度进行控制的第一控制信号。
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