CN105846299B - 使激光器系统中的噪声最小化的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及使激光器系统中的噪声最小化的方法。激光器系统具有对到二极管激光器的不同部分的电流进行独立控制的两个或更多个分离的接触器。所述方法包括：确定激光器系统的发射中的噪声；将噪声与阈值比较；如果噪声高于阈值，则调节供应至两个或更多个分离的接触器中的第一接触器的电流，直到噪声低于阈值；如果噪声高于阈值并且供应至第一接触器的电流处于最低电流阈值水平，则调节供应至两个或更多个分离的接触器中的第二接触器的电流。

Description

使激光器系统中的噪声最小化的方法
本申请是国际申请日为2011年9月14日、国际申请号为PCT/DK2011/050344、国家申请号为201180043884.3、发明名称为“具有波长转换器的激光器系统”的专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及频率转换的二极管激光器系统的应用。本发明具体涉及高功率可调、低噪、频率转换的二极管激光器系统。本发明还涉及不同的应用，包括但不限于，诸如将频率转换的二极管激光器系统用于在固体激光震荡器和放大器中的增益介质的光学泵浦的应用、光谱应用和医疗应用等。
背景技术
二极管激光器以一个频率或频率区间输出辐射，另外二极管激光器可以另外的频率或频率区间发射辐射，但是该频率或频率区间可能不是所需的频率区间。因此需要提供允许所发射的辐射被转换成所需的频率或频率区间的系统。在本说明书中术语频率和波长可利用频率和波长之间的物理关系来互换。
在诸如US 5644584等的公开文献中描述了相关的系统和方法，其中公开了包含耦接到光学非线性材料的准相位匹配波导的分布式布拉格反射镜或分布式反馈可调二极管激光器的激光器系统。
通常激光器系统的输出可具有许多用途，例如作为测量系统中的光源、生成短光脉冲等的系统。现有系统具有一些缺点，诸如可导致高维护和高成本的高复杂性。
因此，改进的激光器系统将是有利的，尤其容易冷却的更有效的激光器系统将是有利的。
此外，提供具有低强度噪声的激光器系统将是有利的，因为这种噪声类型是特别不利的。
发明内容
本发明的目的是提供使激光器系统中的噪声最小化的方法。激光器系统具有对到二极管激光器的不同部分的电流进行独立控制的两个或更多个分离的接触器。本发明的方法包括以下步骤：
-确定激光器系统的发射中的噪声；
-将噪声与阈值比较；
-如果噪声高于阈值，则调节供应至所述两个或更多个分离的接触器中的第一接触器的电流，直到噪声低于所述阈值；
-如果噪声高于阈值并且供应至所述第一接触器的电流处于最低电流阈值水平，则调节供应至所述两个或更多个分离的接触器中的第二接触器的电流。
在本发明的另一方面中，通过提供包含提供在第一波长区间中的辐射的二极管激光器和具有输入和输出的辐射转换器单元的装置来达到上述目的和一些其他目的，其中，第一波长区间包含近红外辐射，辐射转换器配置成从在输入处的二极管激光器接收第一波长区间的辐射，辐射转换器单元配置成将第一波长区间的辐射转换成为第二波长区间中的辐射并且该输出配置为输出转换的辐射，第二波长区间具有在第一波长区间外的一个端点，并且其中，通过主动控制注入电流来降低二极管激光器的噪声特性。
有利地，可通过主动控制注入电流来降低二极管激光器的噪声特性，例如，通过主动控制供应到二极管激光器的电流来优化激光器的强度噪声特性。
噪声可出自一些源。由于激光器效应(即，所发射的光量)的变化，在激光器系统中出现强度噪声。所发射的光的量将随着时间而变化或波动。其他类型的噪声如频率噪声或相位噪声出现，其中，所发射的光的频率或相位将略微变化。强度噪声主要因供应到激光器的电流中的变化和噪声以及来自模跳(mode-hop)的变化和噪声而引起，即，激光器将从以一个频率发射光而跳跃到以相邻的频率发射光。在这些模跳附近，激光器将更加不稳定，因此更吵杂。一种解决方案是以这样的两个模跳频率之间的频率发射光，以优化激光器系统的噪声特性。可通过对供应到激光器的电流进行滤波来降低源自电流的噪声。
在具有对到二极管激光器的不同部分的电流进行独立控制的两个或更多个分离的接触器的激光器系统中，可执行下列的步骤来优化，即，最小化噪声：
例如通过使用光电二极管来确定发射中的噪声，
将噪声与阈值相比较，
如果噪声比阈值高，则调节供应到接触器中一个(例如第一接触器)的电流，直到噪声比阈值低，
如果噪声比阈值高并且供应到上述的一个接触器的电流处于某一最低电流阈值水平，则调节供应到另一接触器(例如第二接触器)的电流。
供应到第一接触器的电流处于最低电流阈值水平并且供应到第二接触器的电流将被调节，供应到第一接触器的电流可再次升高使得这两个电流在预定范围内。
本发明特别地但非排他地有利于获取具有低噪声的信号。本发明还特别地但非排他地有利于获取低强度噪声的信号。
本发明的另一方面提供了在激光器系统中光学泵浦目标激光器的方法，该激光器系统包含提供第一频率的辐射的激光器源，该激光器源光学连接到频率转换器的输入，该频率转换器配置成将第一频率的辐射转换成为不同的第二频率，目标激光布置为与频率转换器的输出进行光通信。该方法包括以下步骤：从激光器源发射辐射、在频率转换器处接收辐射、在频率转换器中将辐射从第一频率转换成为第二频率、在目标激光器处提供第二频率的辐射以使得目标激光器被光学泵浦，并且其中通过主动控制注入电流来降低二极管激光器的强度、噪声特性。
本发明的另一方面提供包括设置包含二极管激光器和辐射转换器单元的装置的步骤的方法，该二极管激光器提供在第一波长区间中的辐射，其中第一波长区间包括近红外辐射，该辐射转换器单元具有输入和输出，该辐射转换器配置成在输入从二极管激光器接收第一波长区间中的辐射，该辐射转换器单元配置成将第一波长区间中的辐射转换成为第二波长区间中的辐射并且该输出配置成输出所转换的辐射，该第二波长区间具有在第一波长区间之外的一个端点。该方法包括在辐射转换器单元中转换来自二极管激光器的辐射、将波长转换后的辐射引导到所需的区域并且通过主动控制注入电流来降低二极管激光器的强度、噪声特性的步骤。
本发明的各个方面可以分别与其他方面合并。根据参考所述实施例的以下说明，本发明的这些和其他的方面将变得明显。
附图说明
下面将关于附图更详细地描述根据本发明的系统和方法。附图示出了实施本发明的一种方式并且不被解释为限制落在所附的权利要求集的范围内的其他可能的实施例。
图1是示出DPSS(diode pumped solid state，二极管泵浦固体)激光器泵浦的钛蓝宝石激光器的框图；
图2是示出二极管激光器泵浦的钛蓝宝石激光器的框图；
图3是示出OPS(optically pumped semiconductor，光学泵浦半导体)激光器泵浦的钛蓝宝石激光器的框图；
图4是示出倍频二极管激光器泵浦的钛蓝宝石激光器的框图；
图5和6示意性地示出了钛蓝宝石的吸收和发射带；
图7是提供光谱组束的激光器系统的示意图；
图8是组合两个偏振激光束的激光器系统的示意图；
图9是频率转换的、不相干组合的、二极管激光器泵浦的钛蓝宝石激光器系统的示意性框图；
图10是倍频的、相干组合的、二极管激光器泵浦的钛蓝宝石激光器系统的示意性框图；
图11是用于治疗的激光器系统的示意性框图；
图12是用于测量目的的激光器系统的示意性框图；
图13是第一方法的步骤的示意图；以及
图14是第二方法的步骤的示意图。
具体实施方式
图1是示出DPSS激光器泵浦的钛蓝宝石激光器的框图。在用于提供紫外和可见光谱范围中的、波长低于700nm尤其波长为约500nm的高功率激光的系统中，DPSS激光器是激光源的通用选择。这些DPSS激光器通常基于增益介质：掺钕钇铁石榴石(Nd:YAG)、掺钕钇原钒(Nd:YVO4)、掺钕钇氟化锂(Nd:YLF)或掺有钕、镱、铥、钬、镨或铒的类似材料。这些DPSS激光材料提供了在可见和近红外光谱范围中的发射波长的广泛选择。可见光谱范围中的发射波长可直接使用，但近红外波长需要频率转换成到可见或紫外光谱范围。该频率转换通常实现为二次谐波发生(SHG，second harmonic generation)或和频发生(SFG，sumfrequency generation)或这些的组合。一种特别的应用是通过基于钕的激光器的SHG来生成绿光。这些增益介质所提供的基本辐射的波长是约1064nm。来自这些增益介质的基本辐射的倍频产生约532nm的光。一种用于UV和可见光谱范围的激光器是倍频OPS激光器。这些激光器基于与DPSS激光器相同的概念。主要的区别是增益材料，OPS激光器中的增益材料是半导体芯片，但在DPSS激光器中的增益材料通常是晶体。图3中示出了包含OPS激光器的系统。
高功率、可见的激光源用于广泛的应用，包括其他激光源的泵浦、分光术应用和医疗应用。
对于生成具有小于约100飞秒(fs)的持续时间的超短激光脉冲，掺钛蓝宝石(钛蓝宝石)是激光材料的选择。钛蓝宝石具有覆盖700-900nm的光谱范围的宽增益带宽。钛蓝宝石的吸收带也相对宽，其中带宽覆盖460-600nm的光谱范围的，吸收峰值是约490nm的波长。
然而适于泵浦钛蓝宝石激光器的倍频DPSS激光器和OPS激光器不便宜并且钛蓝宝石激光器的多达约50％的成本可归因于泵浦激光器。倍频DPSS激光器的尺寸还非常大并可与泵浦的钛蓝宝石激光器的尺寸相当。通常倍频DPSS激光器和钛蓝宝石激光器作为分离的单元来运行并且需要精确对齐。这导致最终激光器系统的复杂性相对较高。在包含钛蓝宝石激光震荡器和钛蓝宝石激光放大器的激光器系统中，复杂性进一步增强。这里需要精确对齐两个倍频DPSS激光器。
对于激光器尤其是超快激光器的许多应用，低噪操作很重要。在DPSS激光器中，诸如图1所示，噪声可出自若干地方。二极管激光器泵浦源具有驰豫振荡噪声和电流引起的噪声。由于半导体中重组时间短，所以驰豫振荡频率很高，通常在GHz的范围。由于典型的固体激光器材料的载体寿命相对长(10-1000微秒)，来自二极管激光器的驰豫振荡噪声对DPSS激光器噪声仅具有非常小的影响。激光器二极管中的电流引起的噪声通常出自供应到二极管激光器的电流并且通常在kHz范围内。这种噪声被直接传递到DPSS激光器输出。此外，DPSS激光器通常呈现出在几十kHz的范围中的驰豫振荡噪声。DPSS激光器的噪声将传递到DPSS激光器所泵浦的激光器中。在测量应用中这将增加信噪比。
DPSS激光器的另一限制是需要主动冷却基板或重复循环的冷却器以将热量从激光头移除。这将增加最终激光器系统的复杂性、成本和尺寸。
目前，用于钛蓝宝石激光器系统泵浦的倍频DPSS激光器的成本和复杂性相对较高，这将钛蓝宝石激光器的应用限制于对成本不敏感的应用。相信，当较小和较便宜的泵浦源可得到时，将显著地扩展钛蓝宝石激光器系统的潜在应用。
在生物医学中，激光器用于很多应用中，包括诊断和治疗许多疾病。特别是，对于许多治疗方案，使用高功率激光器。在可见光谱范围中的激光器的应用示例可以是，激光凝固视网膜中的血管和治疗血管病变。在激光凝固视网膜中的血管中，由血液强烈吸收的激光入射在目标血管上并且该血管通过血液凝固来闭合。对于这种治疗方案，通常使用绿-黄光谱范围中的激光。对于不同的血管病变(例如鲜红斑痣或毛细血管扩张)的治疗，激光被病变处的血管吸收。血液凝固并且病变被移除或减少。这里通常使用绿-黄光谱范围中的激光，因为这种光被血液中的血红蛋白强烈吸收。用于激光凝固和治疗血管病变的、具有充足输出功率和适当波长的激光源限于DPSS激光器和OPS激光器。这些激光器具有复杂和昂贵的缺点，从而限制了治疗方法的使用。
在UV和可见光谱范围中的高功率激光器存在许多另外的应用。
使用半导体激光器作为钛蓝宝石激光器的泵浦源，尤其是使用基于InGaN的二极管激光器和光学泵浦半导体(OPS)激光器依然很复杂。与DPSS相比，使用直接发射的半导体激光器作为钛蓝宝石激光器的泵浦源可产生不是很复杂的系统。在Opt.Lett.34,3334,2009中论述了使用二极管激光器作为钛蓝宝石激光器的泵浦源。这里1W 452nm GaN二极管激光器用作提供19mW连续波钛蓝宝石激光功率的泵浦源。图2中示出了具有泵浦钛蓝宝石激光器的InGaN二极管激光器的系统。除了低功率效率，短泵浦波长还导致损耗增加。高功率二极管激光器通常被开发为在横向方向上光束质量降低的广域二极管激光器。该光束质量的降低将减少钛蓝宝石激光器的腔光束和泵浦光束之间的重叠并且导致相对低的效率。可通过使用480-600nm范围中的较长波长，来避免短波长引起的损耗。在该波长范围中高功率二极管激光器不可用。由于OPS激光器波长可根据钛蓝宝石的吸收带而调整并且OPS激光器拥有良好的光束质量，因此使用OPS激光器将导致高转换效率。然而，OPS激光器的复杂性和价格类似于倍频DPSS激光器，并且如同倍频DPSS激光器，将限制钛蓝宝石激光器的应用。
本发明的实施例的各个元件可以诸如单个单元、多个单元或作为分离的功能单元的一部分等任何适当的方式来在物理上、功能上和逻辑上实现。本发明可在单个单元中实现，或在物理和功能上分布在不同的单元和处理器之间。
图5示意性地示出了偏振吸收截面。相比于现有技术，可通过以下方面优化频率转换光束的噪声特性。在现有技术中由下述过程生成噪声。在DPSS激光器中，噪声可出自若干地方。二极管激光器泵浦源的噪声主要是驰豫振荡噪声和电流引起的噪声。由于半导体中的重组时间很短，驰豫振荡频率很高，通常在GHz的范围。由于典型的固体激光器材料的载体寿命相对长(通常10-1000微秒)，来自二极管激光器的驰豫振荡噪声对DPSS激光器噪声具有很小的影响。激光器二极管中的电流引起的噪声通常出自供应到二极管激光器的电流并且通常在kHz的范围。这种噪声直接传递到DPSS激光器的输出。此外，DPSS激光器呈现出通常在几十到几百kHz范围中的驰豫振荡噪声。存在使源自泵浦二极管激光器和驰豫振荡的噪声最小化的方式，但会增加最终激光器系统的复杂性和成本。在C.C.Harb等(JOSA B,14,11,2936,1997)中很好地阐述了二极管泵浦激光器噪声和DPSS激光器的噪声之间的相关性。这里表明，DPSS激光器明显增加了激光器处理中的噪声。在根据本发明的系统中，已经发现噪声主要源于二极管激光源。电流源上的噪声滤波器可抑制电流引起的噪声。驰豫振荡噪声将存在于激光器输出中。对于这里描述的应用，驰豫振荡频率远远高于待由激光器系统泵浦的固体激光器材料的截止频率，因此不影响最终激光器系统噪声性能。最终激光器系统的低频噪声将由低频功率波动引起，该低频功率波动由激光器固定件的热变化所引起。激光器固定件的冷却系统对于这些低频热变化很重要。在超速激光器系统例如飞秒钛蓝宝石激光器系统中，泵浦功率的变化将导致所获取的光谱发生变化，进而脉冲宽度发生变化。对于许多应用，脉冲宽度恒定是极其重要的。在本发明中，由于近红外二极管激光器的高效率和高度局部化的热源，可以在维持最终激光器系统所需的高功率稳定度的同时，通过纯被动方式来有效地冷却二极管激光器。总之，因为消除了一个噪声成分，本发明可改进整个激光器系统的整体噪声特性。
图4示意性地示出了包含提供第一波长区间的辐射的二极管激光器10的装置。该装置包含具有输入和输出的辐射转换器单元12。辐射转换单元12配置成从在输入处的二极管激光器10接收第一波长区间中的辐射。辐射转换器单元12配置成将第一波长区间中的辐射转换成为第二波长区间中的辐射并且该输出配置为输出所转换的辐射，该第二波长区间具有在第一波长区间之外的一个端点。可在频率转换之后，例如通过使用分光器选取小部分的光信号，然后可将该光信号用于监视该系统的操作，例如确定光学效应、噪声特性和/或作为参考光束或信号。
转换单元12的输出光学耦接到激光器腔14。激光器腔优选地是钛蓝宝石激光器腔。在现有的优选实施例中，第一波长区间包括近红外辐射。第一波长区间可依赖于针对辐射源所选择的激光器类型。
图7示意性地示出了光谱组束。不同波长的光被组合在光谱组束(Spectral beamcombining,SBC)中。在图7中，在元件20中组合来自两个激光器16和18的两个光束，该元件20可以是光栅或棱镜等。可以高的效率(大于90％的效率)执行该组合。该结果提供了允许和频发生(sum frequency generation,SFG)的两个频率，SFG与倍频同样有效。使用具有波长L1和L2的两个激光器，所得的SFG光束将具有L3＝1/(1/L1+1/L2)的波长。原则上可组合多于两个的光束并且仍然得到有效的频率转换，但这需要更多的非线性晶体。
图8示意性地示出了偏振耦合，在图8中两个偏振光束22和24被组合。使用偏振分束器(polarized beam splitter,PBS)26。所得的光束将包含两个偏振。光可具有相同或不同的频率，随后可以进行倍频或和频发生以获得所需波长。两个光束的组合可以非常高效(>90％)，但耦合多于两个的光束可能导致更低的效率。
在实施例中，二极管激光器包括波长稳定的锥形二极管激光器。
有利地，可通过主动控制注入电流来调节二极管激光器的噪声特性。这允许将激光器系统的输出中的噪声调节到所需的水平。通常该水平应该越低越好。不可思议的是，控制注入电流允许容易地调整噪声水平并且可实现相对低的噪声水平。
在实施例中，二极管激光器提供以单一频率输出的辐射。一些二极管激光器可提供多个频率的辐射输出，但单一频率输出是优选的。
主动控制注入电流提供了大量有利的可能性，例如，可通过主动控制注入电流来优化二极管激光器的光束质量和/或通过主动控制注入电流来优化二极管激光器的光谱线宽。
在实施例中，通过使用外腔来执行二极管激光器的波长稳定化。在实施例中，可使用单片集成结构执行二极管激光器的波长稳定化。
优选地二极管激光器提供大于1瓦特的输出。二极管激光器可提供诸如2瓦特、3瓦特、4瓦特、5瓦特或任何其他适当值等任何功率水平。
在实施例中，二极管激光器可具有两个或更多个用于注入电流的电接触器。其被构想为允许容易地控制注入电流并且确保与二极管激光器的安全接触。在实施例中，使用对到二极管激光器的不同部分的电流独立地进行控制的两个分离的接触器来执行注入电流的主动控制。如果存在多于两个的接触器，则可使用分离的接触器中的仅两个接触器，以强度(intensity)噪声最优的方式操作激光器来执行对注入电流的主动控制。
可以如下若干方式构造辐射转换器单元：在一个实施例中，辐射转换器单元包括非线性光学材料。非线性光学材料被构想为允许转换信号的频率或波长，即增频转换或降频转换。转换可是倍频方法，但是可实施诸如0.5、2.0或2.5倍等其他因数的频率转换。优选地使用和频发生或差频发生(difference generating)来执行除倍频之外的任何其他转换。
在特定的实施例中，非线性光学材料可是周期性极化晶体和/或双折射晶体和/或波导和/或光子晶体和/或非线性光纤或其任何组合。
在实施例中，辐射转换器单元包括外谐振腔，在外谐振腔中放置非线性材料。
在有利的实施例中，该系统包括配置成冷却二极管激光器的被动冷却系统。不可思议的是，在大多数配置中这足以冷却激光器。在大多数其他激光器系统中需要主动冷却。使用被动冷却较简单并且通常比主动冷却更为可靠。此外，主动冷却需要能量和更昂贵的复杂部件。
在实施例中，激光器系统包括布置成输出两个偏振输出光束的两个二极管激光器。具体地，这两个偏振输出光束可具有不同的偏振。更优选的是，该装置输出作为两个偏振输出光束的组合的光束。在实施例中，这两个偏振输出光束具有不同的波长。这可用在两个偏振输出光束相干或不相干地组合的实施例中。在实施例中，激光器系统包括多于两个的二极管激光器，例如，3、4、5或更多个二极管激光器。图9示意性地示出了来自两个或更多个二极管激光源28的光信号被不相干地组合30的系统，所述二极管激光源28被设置作为各个二极管激光器或激光器阵列。该组合的信号是在其被用于泵浦钛蓝宝石激光器腔34之前在32处被转换的频率。可例如通过使用分光器在频率转换之后来选取小部分的光信号，然后该光信号可用于监视该系统的操作，例如确定光学效应、噪声特性和/或作为参考光束或信号。
图10示出了类似于图9的系统，但这里使用相干组合器36并且频率转换器是倍频器。如同图9的系统，可例如通过使用分光器在频率转换之后来选取小部分的光信号，然后该光信号可用于监视该系统的操作，例如，确定光学效应、噪声特性和/或作为参考光束或信号。
如在实施例中的其他部分提到的，辐射转换器单元使来自二极管激光器的辐射频率倍增。
在实施例中，辐射转换器单元通过和频混合第一光谱范围中的辐射来产生辐射。当组合两个或更多个光束时，这也可用。
该辐射转换器单元可以通过差频混合第一频谱范围中的辐射来产生辐射。
在实施例中，该系统还包括调制器单元，该调制器单元配置成调制来自二极管激光器的辐射。不可思议的是，这允许增强由系统发射的辐射或光的调制。当使用固体激光器时，这是不可能的。
在实施例中，通过向二极管激光器注入调制电流来直接调制该二极管激光器。不可思议的是，由于其还允许获得激光器系统的低噪声特性，因此特别有利。
在实施例中，二极管激光器是广域二极管激光器和/或单模式二极管激光器。二极管激光器的选择可依赖于转换器单元和所需波长的选择。
在实施例中，二极管激光器由二极管激光器的阵列所组成。这可通过组合若干二极管激光器的输出来提高从该系统输出的功率。此外，各个二极管激光器可具有不同的波长输出，替代地各个二极管激光器可具有类似的或相同的波长输出。
在实施例中，激光器系统还可包括波长选择设备。这可允许从所发射的辐射中选择波长。在实施例中，波长选择设备是光学带通滤波器、光学低通滤波器、光学高通滤波器、衍射光栅、体布拉格光栅、光纤布拉格光栅、棱镜或干涉滤波器或其任何组合。
在实施例中，输出耦接到光纤。如在本说明书中其他部分所描述的，光纤可用于将所发射的辐射引导到期望的区域。
在实施例中，第二波长区间是300nm-600nm，诸如330nm-550nm、400nm-450nm、300nm-330nm、330nm-400nm、400nm-450nm、450nm-500nm、500nm-550nm、550nm-600nm等。
在实施例中，第二波长区间是1500nm-6000nm，诸如1500nm-2000nm、2000nm-2500nm、2500nm-3000nm、3000nm-3500nm、3500nm-4000nm、4000nm-4500nm、4500nm-5000nm、5000nm-5500nm、5500nm-6000nm、1700nm-5700nm、2000nm-5000nm、3000nm-4000nm等。
在实施例中，该系统包括配置成接收第二波长区间的辐射的激光器。这是有利的，因为第二波长区间可以是激光器的吸收带。
在实施例中，激光器包括钛蓝宝石激光器并且第二波长区间包括钛蓝宝石的峰值吸收。这是有利的，因为如在本说明书中的其他部分所描述的钛蓝宝石激光器可被光学泵浦以产生超短脉冲，。
图13是示出在激光器系统中光学泵浦目标激光器的方法42的步骤的示意性框图，该激光器系统包括提供第一频率的辐射的激光源，该激光源光学地连接到频率转换器的输入，频率转换器配置成将第一频率的辐射转换成不同的第二频率，目标激光器被布置成与频率转换器的输出进行光通信，该方法包括：从激光源发射辐射的步骤44、在频率转换器处接收辐射的步骤46、在频率转换器中将辐射从第一频率转换到第二频率的步骤48、在目标激光器处提供第二频率的辐射以使得目标激光器被光学泵浦的步骤50。
该方法还可包括，第二频率在目标激光器的吸收带内。其优势在于：在目标激光器中可吸收尽可能多的辐射。第二频率可以小于100％的方式与目标激光器的吸收带重叠。在实施例中，目标激光器是钛蓝宝石激光器。
图14示意性地示出了方法52的步骤，所述方法52包含：提供装置的步骤54，所述装置54包括提供第一波长区间中的辐射的二极管激光器和具有输入和输出的辐射转换器单元，该辐射转换器配置成从在输入处的二极管激光器接收第一波长区间的辐射，该辐射转换器单元配置成将第一波长区间的辐射转换成第二波长区间的辐射并且该输出配置成输出所转换的辐射，该第二波长区间具有在第一波长区间之外的一个端点；在辐射转换器单元中转换来自二极管激光器的辐射的步骤56；以及将波长转换后的辐射引导至所期望的区域的步骤58。
在实施例中，所期望的区域在人或动物上。例如，所期望的区域可是人或动物的皮肤区域。在图11中，这被示出为人的手38。在图11中，该系统已被简化为仅示出了NIR(近红外辐射)二极管激光源和频率转换器。对于治疗目的，已发现黄光谱范围或绿光谱范围中的光特别有利。在图11的实施例中，可在频率转换之后例如通过使用分光器来选取小部分的光信号，然后该光信号可用于监视系统的操作，例如，确定光学效应、噪声特性和/或作为参考光束或信号。
在实施例中，该装置用于治疗血管疾病和/或眼疾病。
在实施例中，该装置用于荧光诊断。这可以是有利的用途，因为激光器系统的噪声特性非常适于执行荧光诊断。
在实施例中，该装置用于分光术。当执行分光术时，信号包含少量噪声是非常有利的。图12示意性地示出了来自NIR二极管激光源的信号在行经样本进而在检测器处被检测之前进行频率转换。在图12的实施例中，可在频率转换之后例如通过使用分光器选取小部分的光信号，然后该光信号可用于监视该系统的操作，例如，确定光学效应、噪声特性和/或作为参考光束或信号。
在实施例中，该装置发射在蓝和/或紫外光谱范围中的光。这对于诸如在本说明书中提到的应用等特殊应用特别有利。
在实施例中，该装置用于流式细胞仪。这是有利的应用，因为在测量系统中光信号中的低噪声提供改进的检测。
虽然已经结合特定实施例描述了本发明，但该实施例不应以任何方式解释成限于所呈现的示例。本发明的范围根据所附的权利要求组来解释。在权利要求的语境中，术语“包括(comprising)”或“包括(comprises)”不排除其他的可能元件或步骤。另外，所提到的诸如“一个(a)”或“一个(an)”等引用不应解释为排除多个。关于附图中示出的元件的附图标记在权利要求中的使用也不应解释为限制本发明的范围。此外，在不同的权利要求中提到的各个特征可能被有利地合并，并且在不同的权利要求中所提到的这些特征不排除特征组合并非可能的和有利的情形。
此外，本发明还可以通过下述方式来实施。
1.一种装置，包括：
-提供第一波长区间的辐射的二极管激光器，
-具有输入和输出的辐射转换器单元，所述辐射转换器配置成从在所述输入处的所述二极管激光器接收所述第一波长区间的辐射，其中所述第一波长区间包括近红外辐射，所述辐射转换器单元配置成将所述第一波长区间的辐射转换成第二波长区间的辐射并且所述输出配置成输出所转换的辐射，所述第二波长区间具有在所述第一波长区间之外的一个端点，
其中，通过主动控制注入电流来降低所述二极管激光器的噪声特性。
2.根据附记1所述的装置，其中，通过主动控制所述注入电流来优化所述二极管激光器的光束质量。
3.根据附记1或2所述的装置，其中，通过主动控制所述注入电流来降低所述二极管激光器的强度噪声特性。
4.根据附记1-3中的任一项所述的装置，其中，通过主动控制所述注入电流来优化所述二极管激光器的光谱线宽。
5.根据附记1-4中的任一项所述的装置，其中，所述二极管激光器包括波长稳定的锥形二极管激光器。
6.根据附记1-5中的任一项所述的装置，其中，所述二极管激光器提供以单一频率输出的辐射。
7.根据附记1-6中的任一项所述的装置，其中，使用对到所述二极管激光器的不同部分的电流进行独立地控制的两个分离的接触器来执行所述注入电流的主动控制。
8.根据附记1-7中的任一项所述的装置，其中，使用外部腔来实现所述二极管激光器的波长稳定化。
9.根据附记1-8中的任一项所述的装置，其中，通过使用单片集成结构来实现所述二极管激光器的波长稳定化。
10.根据附记9所述的装置，其中，所述单片集成结构中的至少一个是光栅。
11.根据附记1-10中的任一项所述的装置，其中，所述二极管激光器提供大于1瓦特的输出。
12.根据附记1-11中的任一项所述的装置，其中，所述二极管激光器具有用于所述注入电流的两个或更多个电接触器。
13.根据附记1-12中的任一项所述的装置，其中，所述辐射转换器单元包括非线性光学材料。
14.根据附记13所述的装置，其中，所述非线性光学材料是周期性极化晶体和/或双折射晶体和/或波导和/或光子晶体和/或非线性光纤或其任何组合。
15.根据附记13或14中的任一项所述的装置，其中，所述辐射转换器单元包括外谐振腔，在所述外谐振腔中放置非线性材料。
16.根据附记1-15中的任一项所述的装置，还包括配置成冷却所述二极管激光器的被动冷却系统。
17.根据附记1-16中的任一项所述的装置，包括输出两个偏振输出光束的两个二极管激光器。
18.根据附记17所述的装置，其中，所述两个偏振输出光束具有不同的偏振。
19.根据附记17或18所述的装置，其中，所述装置输出作为两个偏振输出光束的组合的光束。
20.根据附记17-19中的任一项所述的装置，其中，所述两个偏振输出光束具有不同的波长。
21.根据附记17-20中的任一项所述的装置，其中，所述两个偏振输出光束相干或不相干地组合。
22.根据附记1-21中的任一项所述的装置，其中，所述辐射转换器单元使来自所述二极管激光器的辐射的频率倍增。
23.根据附记1-22中的任一项所述的装置，其中，所述辐射转换器单元通过和频混合第一光谱范围中的辐射来生成辐射。
24.根据附记1-23中的任一项所述的装置，其中，所述辐射转换器单元通过二次谐波发生和/或差频混合和/或和频混合第一光谱范围中的辐射来生成辐射。
25.根据附记1-24中的任一项所述的装置，还包括配置成调制来自所述二极管激光器的辐射的调制器单元，其中，通过将调制电流注入到所述二极管激光器来直接调制所述二极管激光器。
26.根据附记25所述的装置，其中，通过将调制电流注入所述二极管激光器来直接调制所述二极管激光器。
27.根据附记1-26中的任一项所述的装置，其中，所述二极管激光器是广域二极管激光器和/或单模二极管激光器。
28.根据附记1-27中的任一项所述的装置，其中，所述二极管激光器由二极管激光器阵列组成。
29.根据附记1-28中的任一项所述的装置，还包括波长选择设备。
30.根据附记29所述的装置，其中所述波长选择设备是光学带通滤波器、光学低通滤波器、光学高通滤波器、衍射光栅、体布拉格光栅、光纤布拉格光栅、棱镜或干涉滤波器或其任何组合。
31.根据附记1-30中的任一项所述的装置，其中，所述输出耦接到光纤。
32.根据附记1-31中的任一项所述的装置，其中，所述第二波长区间是330nm-600nm。
33.根据附记1-31中的任一项所述的装置，其中，所述第二波长区间是1500nm-6000nm。
34.根据附记1-33中的任一项所述的装置，还包括配置成接收所述第二波长区间的辐射的激光器。
35.根据附记34所述的装置，其中，所述激光器包括钛蓝宝石激光器并且所述第二波长区间包括钛蓝宝石的峰值吸收。
36.一种在激光器系统中光学泵浦目标激光器的方法，所述激光器系统包括提供第一频率的辐射的二极管激光器源，所述二极管激光器源光学连接到频率转换器的输入，所述频率转换器配置成将所述第一频率的辐射转换成不同的第二频率，所述目标激光器布置成与所述频率转换器的输出进行光通信，所述方法包括以下步骤：
-从所述二极管激光器源发射辐射，
-在所述频率转换器处接收辐射，
-在所述频率转换器中将所述辐射从第一频率转换成第二频率，
-在所述目标激光器处提供所述第二频率的辐射以使所述目标激光器被光学泵浦，并且
-其中通过主动控制所述注入电流来降低所述二极管激光器的噪声特性。
37.根据附记36所述的方法，其中，所述第二频率在所述目标激光器的吸收带内。
38.根据附记36或37所述的方法，其中，所述目标激光器是钛蓝宝石激光器。
39.一种包括以下步骤的方法：
-设置包括提供第一波长区间的辐射的二极管激光器和具有输入和输出的辐射转换器单元的装置，其中，所述第一波长区间包括近红外辐射，所述辐射转换器配置成从在所述输入处的二极管激光器接收第一波长区间的辐射，所述辐射转换器单元配置成将第一波长区间的辐射转换成第二波长区间的辐射并且所述输出配置成输出所转换的辐射，所述第二波长区间具有在所述第一波长区间之外的一个端点，
-在所述辐射转换器单元中转换来自所述二极管激光器的辐射，
-将波长转换后的辐射引导至所期望的区域和/或空间，以及
-通过主动控制所述注入电流来降低所述二极管激光器的噪声特性。
40.根据附记39所述的方法，其中，所期望的区域在人或动物上。
41.根据附记39所述的方法，其中，所期望的区域是人或动物的皮肤区域。
42.根据附记41所述的方法，其中，所述装置提供在黄光谱范围和/或绿光谱范围中的光。
43.根据附记39-42中的任一项所述的方法，其中，所述装置用于治疗血管疾病和/或眼疾病。
44.根据附记39所述的方法，其中，所述装置用于荧光诊断。
45.根据附记44所述的方法，其中，所述装置用于分光术。
46.根据附记44所述的方法，其中，所述装置发射蓝和/或紫外光谱范围中的光。
47.根据附记39所述的方法，其中，所述装置用于流式细胞仪。

Claims (31)

1.一种使激光器系统中的噪声最小化的方法，所述激光器系统具有对到二极管激光器的不同部分的电流进行独立控制的两个或更多个分离的接触器，所述方法包括以下步骤：
-确定所述激光器系统的发射中的噪声；
-将所述噪声与阈值比较；
-如果所述噪声高于所述阈值，则调节供应至所述两个或更多个分离的接触器中的第一接触器的电流，直到所述噪声低于所述阈值；
-如果所述噪声高于所述阈值并且供应至所述第一接触器的电流处于最低电流阈值水平，则调节供应至所述两个或更多个分离的接触器中的第二接触器的电流。
2.根据权利要求1所述的方法，其中如果所述噪声高于所述阈值并且供应至所述第一接触器的电流处于最低电流阈值水平，则调节供应至第二接触器的电流的步骤还包括：升高供应至所述第一接触器的电流以使两个电流在预定范围内。
3.根据权利要求1或2所述的方法，包括：使用光电二极管来确定发射中的噪声。
4.根据权利要求1至2中任一项所述的方法，其中所述噪声是强度噪声。
5.根据权利要求1至2中任一项所述的方法，其中所述二极管激光器是波长稳定的锥形二极管激光器。
6.根据权利要求1至2中任一项所述的方法，其中所述二极管激光器提供在第一波长区间中的辐射，并且其中所述激光器系统包括具有输入和输出的辐射转换器单元，其中所述辐射转换器单元配置成：
-在所述输入处，从所述二极管激光器接收在第一波长区间中的辐射；
-将所接收的辐射转换成在第二波长区间中的辐射；以及
-在输出处输出所转换的辐射。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述第二波长区间具有在所述第一波长区间外的一个端点。
8.根据权利要求6所述的方法，其中所述第一波长区间包括近红外辐射。
9.根据权利要求6所述的方法，其中所述辐射转换器单元包括非线性光学材料。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述非线性光学材料为周期性极化晶体和/或双折射晶体和/或波导和/或光子晶体和/或非线性光纤。
11.根据权利要求6所述的方法，其中所述辐射转换器单元包括外谐振腔，在所述外谐振腔中放置非线性材料。
12.根据权利要求6所述的方法，其中所述辐射转换器单元使来自所述二极管激光器的辐射的频率倍增。
13.根据权利要求6所述的方法，其中所述辐射转换器单元通过二次谐波发生和/或差频混合和/或和频混合第一光谱范围中的辐射来生成辐射。
14.根据权利要求6所述的方法，其中所述第二波长区间为300nm至600nm。
15.根据权利要求6所述的方法，其中所述第二波长区间为1500nm至6000nm。
16.根据权利要求1至2中任一项所述的方法，其中所述二极管激光器以单一频率输出来提供辐射。
17.根据权利要求1至2中任一项所述的方法，其中使用外部腔来执行所述二极管激光器的波长稳定化。
18.根据权利要求1至2中任一项所述的方法，其中使用单片集成结构来执行所述二极管激光器的波长稳定化。
19.根据权利要求18所述的方法，其中所述单片集成结构中的至少一个是光栅。
20.根据权利要求1至2中任一项所述的方法，其中所述二极管激光器提供大于1瓦特的输出。
21.根据权利要求1至2中任一项所述的方法，其中所述激光器系统还包括配置成冷却所述二极管激光器的被动冷却系统。
22.根据权利要求1至2中任一项所述的方法，其中所述激光器系统包括输出两个偏振输出光束的两个二极管激光器。
23.根据权利要求22所述的方法，其中所述两个偏振输出光束具有不同的偏振。
24.根据权利要求22所述的方法，其中所述激光器系统输出作为两个偏振输出光束的组合的光束。
25.根据权利要求22所述的方法，其中所述两个偏振输出光束具有不同的波长。
26.根据权利要求22所述的方法，其中所述两个偏振输出光束相干或不相干地组合。
27.根据权利要求1至2中任一项所述的方法，其中所述激光器系统包括配置成调制来自所述二极管激光器的辐射的调制器单元，并且其中通过将调制电流注入到所述二极管激光器来直接调制所述二极管激光器。
28.根据权利要求27所述的方法，其中通过将调制电流注入到所述二极管激光器来直接调制所述二极管激光器。
29.根据权利要求1至2中任一项所述的方法，其中所述激光器系统包括波长选择设备。
30.根据权利要求29所述的方法，其中所述波长选择设备是光学带通滤波器、光学低通滤波器、光学高通滤波器、衍射光栅、体布拉格光栅、光纤布拉格光栅、棱镜或干涉滤波器或其任何组合。
31.根据权利要求1至2中任一项所述的方法，还包括：将所述激光器系统的输出耦接至光纤。
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