CN107528210A - 激光调节方法和激光源装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了激光调节方法和激光源装置。该激光调节方法包括第一调节步骤和第二调节步骤。在第一调节步骤中，使用检测二次谐波光的光检测器检测二次谐波光的光强度和波长，并调节第一温度调节器，以调节Nd:YVO4晶体和KTP晶体的温度，使得检测的二次谐波光的波长接近所需波长，并且二次谐波光的光强度至少达到预定值。在第一调节步骤之后的第二调节步骤中，使用第二温度调节器调节校准器的温度，使得检测的二次谐波光的波长接近所需波长，并且二次谐波光的光强度至少达到预定值。

Description

激光调节方法和激光源装置
相关申请引用
本专利申请根据35 U.S.C.§119的规定要求于2016年6月22日提交的日本专利申请2016-123688的优先权，该专利申请的公开内容通过完整引用结合在此。
技术领域
本发明涉及一种发射激光的激光源装置的激光调节方法和激光源装置。
背景技术
众所周知的是，激光源装置常规上包括发射激发光的激发光源以及接收来自于激发光源的激发光并产生激光的谐振腔(例如参见日本专利3,509,598和日本专利公告2011-249400)。这种激光源装置包括布置在谐振腔的外壳内的固体激光介质，例如Nd:YVO4晶体；非线性光学晶体二次谐波发生(SHG)元件(例如KTP晶体)；校准器；以及谐振腔反射镜。来自于半导体激光器的激发光击中固体激光介质，导致基波光的发射，该基波光被转换为谐波光，具有预定频率的谐波光穿过校准器，并从谐振腔输出。
在这个实例中，在日本专利3,509,598中公开的激光源装置包括谐振腔温度调节机构和校准器温度调节机构。通过进行谐振腔温度控制，激光源装置利用谐振腔内的SHG元件进行稳定的波长转换操作，并且，通过进行校准器温度控制，谐波光的波长与校准器的峰值透射波长相匹配。同时，在日本专利公告2011-249400中公开的激光源装置包括SHG元件(非线性光学晶体)温度调节机构和谐振腔温度调节机构。在这种激光源装置中，在校准器从谐振腔移除的状态中进行SHG元件温度调节后，将校准器布置在谐振腔中，并进行谐振腔的温度控制，从而对校准器进行温度控制。
在日本专利3,509,598中，对整个谐振腔进行温度控制，并对校准器进行温度控制。但是，在谐振腔的温度不同于校准器的温度的情况中，这些温度会彼此影响。而且，在日本专利公告2011-249400中，在进行SHG元件的温度控制后，要将校准器装回到组件中，并对整个谐振腔进行温度控制。但是，在谐振腔的温度不同于SHG元件的温度的情况中，在对整个谐振腔进行温度控制时，SHG元件也会受到影响。通过这种方式难以将谐振腔内的每个元件的温度设定为常规配置的最佳温度，并且难以实现所需波长的激光的高输出。
发明内容
本发明提供一种能够实现所需波长的激光的高输出的激光调节方法，并且提供一种激光源装置。
根据本发明，一种用于激光源装置的激光调节方法，该激光源装置包括发射激发光的激发光源；接收激发光并产生基波光的激光介质；将基波光转换为具有所需波长的谐波光的非线性光学晶体；允许预定波长的光通过的校准器；在内部容纳激光介质、非线性光学晶体和校准器的谐振腔外壳；控制激光介质和非线性光学晶体的温度的第一温度调节机构；和控制校准器的温度的第二温度调节机构；所述方法包括：第一调节步骤和第二调节步骤。在第一调节步骤中，使用检测谐波光的光检测器检测谐波光的光强度和波长，并调节第一温度调节机构，以调节激光介质和非线性光学晶体的温度，使得检测的谐波光的波长接近所需波长，并且谐波光的光强度至少达到预定值。在第二调节步骤中，在经过第一调节步骤后，使用光检测器检测谐波光的光强度和波长，并利用第二温度调节机构调节校准器的温度，使得检测的谐波光的波长接近所需波长，并且谐波光的光强度至少达到预定值。
在本发明的激光源装置中，可利用第一温度调节机构控制激光介质和非线性光学晶体(SHG元件)的温度，并可利用第二温度调节机构控制校准器的温度。另外，在本发明中，基于由检测器检测的谐波光的检测结果(波长和光强度)，首先，在第一调节步骤中，对第一温度调节机构进行控制，并使激光介质和非线性光学晶体的温度最佳化。换言之，激光介质和非线性光学晶体被设定为能够实现具有所需波长的激光的高输出的温度，并且由第一温度调节机构保持此温度。然后执行第二调节步骤，对校准器进行温度调节，并使得穿过校准器的光的峰值透射波长与所需波长相一致。在第二调节步骤中，除了调节校准器的温度，还可根据具体情况调节校准器相对于谐振腔外壳的光轴的角度。在第二调节步骤中，由第一温度调节机构保持在第一调节步骤中设定的温度条件，因此能防止在对校准器进行温度控制时激光介质和非线性光学晶体中的温度发生改变。换言之，激光介质和非线性光学晶体不受在第二调节步骤中发生的温度控制的影响，并且能继续输出最佳激光(谐波光)，而不发生任何改变。因此，本发明能够实现具有所需波长的激光从激光源装置的高输出。
在本发明的激光调节方法中，所述激光源装置优选包括控制谐振腔外壳的温度的第三温度调节机构，并且所述方法可执行第三调节步骤，在该步骤中，由第三温度调节机构将谐振腔外壳的温度保持在预定的基准温度。在本发明中，通过执行第三调节步骤，可由第三温度调节机构将谐振腔外壳的温度保持在基准温度。因此，第一调节步骤和第二调节步骤是在温度条件在激光的波长稳定化过程中保持一致的状态下进行的。因此，即使在激光源装置周围环境的温度因使用环境等原因发生变化的情况中，激光介质、非线性光学晶体和校准器的温度也可设定为最佳温度，不受温度变化的影响。
在本发明的激光调节方法中，谐振腔外壳优选包括支撑激光介质、非线性光学晶体和校准器之中的每一个的支架，并且谐振腔外壳和支架由具有至少170W/mK导热系数的材料构成。在常规激光源装置中，谐振腔外壳是由具有较低的导热系数和较低的线性膨胀系数的低膨胀材料构成的。这是因为，例如在通过控制谐振腔的温度来控制激光介质和非线性光学晶体的温度的情况中(如上述的日本专利3,509,598中所述)，或者在通过控制谐振腔外壳的温度来控制校准器的温度的情况中(如日本专利公告2011-249400中所述)，要防止谐振腔的长度因谐振腔外壳的温度变化而发生改变。而且，在上述的常规激光源装置中，在谐振腔外壳的温度与每个元件的温度不同的情况中，设定温度会彼此影响，难以进行温度控制。因此，谐振腔外壳和支架由具有较低导热系数的材料构成，以防止设定温度彼此影响的不利情况。但是，在谐振腔外壳由具有较低导热系数的材料构成的情况中，需要较长时间使谐振腔外壳的温度达到一致。尤其是，在环境温度随时间改变的情况中，甚至需要更长的时间来使温度达到一致。与此相反，在本发明中，谐振腔外壳由具有至少170W/mK导热系数的材料构成。因此，谐振腔外壳的温度能够迅速达到一致，并且能够在温度条件一致的状态下进行激光稳定化过程。另外，如上所述，在本发明中，能够防止激光介质与非线性光学晶体、校准器和谐振腔外壳之间发生温度影响，因此即使在使用具有高热导系数的谐振腔外壳的情况中，也能防止这种影响。而且，激光稳定化过程是在谐振腔外壳保持在基准温度的状态下进行的，因此无需使用由低膨胀材料构成的谐振腔外壳。
在本发明的激光调节方法中，谐振腔外壳和支架优选由铍铜构成。在本发明中，谐振腔外壳和支架由铍铜构成。铍铜具有170至260W/mK导热系数，并且如上所述，能够迅速地使谐振腔外壳的温度达到一致。
在本发明的激光调节方法中，所述光检测器优选包括吸收池，该吸收池被从谐振腔外壳发射的谐波光击中，并吸收具有预定波长的光；以及接收穿过吸收池的谐波光并提供输出信号的检测器。第一调节步骤和第二调节步骤优选控制第一温度调节机构和第二温度调节机构，使得吸收池的饱和吸收线的波长基于来自于检测器的输出信号与谐波光的波长相一致。相应地，在本发明中，通过检测包含在第二输出信号中的饱和吸收线并执行第一调节步骤和第二调节步骤使得谐波光的波长与饱和吸收线的波长相同，可将波长设定为具有高度精确性的所需波长。
本发明的激光源装置包括发射激发光的激发光源；接收激发光并产生基波光的激光介质；将基波光转换为具有所需波长的谐波光的非线性光学晶体；允许预定波长的光通过的校准器；在内部容纳激光介质、非线性光学晶体和校准器的谐振腔外壳；控制激光介质和非线性光学晶体的温度的第一温度调节机构；和控制校准器的温度的第二温度调节机构。本发明的激光源装置包括控制激光介质和非线性光学晶体的温度的第一温度调节机构以及控制校准器的温度的第二温度调节机构，第一温度调节机构和第二温度调节机构彼此独立地布置。这样，可使用上述的激光调节方法对激光进行调节，并实现具有所需波长的激光(谐波光)的高输出。
本发明的激光源装置优选包括控制器，该控制器稳定谐波光的输出，并且，基于检测从谐振腔外壳发射的谐波光的波长和光强度的光检测器的检测结果，该控制器控制第一温度调节机构和第二温度调节机构，使得检测的谐波光的波长接近所需波长，并且使得检测的谐波光的光强度至少为预定值，该控制器以首先调节激光介质和非线性光学晶体的温度、然后调节校准器的温度的次序进行温度调节。所述控制器按上述次序控制第一温度调节机构和第二温度调节机构，从而本发明的激光源装置能够自动执行上述的激光调节方法，并能提高用户友善性。
本发明的激光源装置优选还包括控制谐振腔外壳的温度的第三温度调节机构，并且所述控制器控制所述第三温度调节机构，并将谐振腔外壳的温度保持在预定的基准温度。在本发明中，由于布置有控制谐振腔外壳的温度的第三温度调节机构，因此谐振腔外壳的温度能够保持在基准温度，并且能够以不受环境温度变化影响的方式输出稳定的激光。
在本发明的激光源装置中，所述谐振腔外壳优选包括支撑激光介质、非线性光学晶体和校准器之中的每一个的支架，并且谐振腔外壳和支架由具有至少170W/mK导热系数的材料构成。谐振腔外壳和每个支架优选由铍铜构成。在本发明中，谐振腔外壳和支架由具有至少170W/mK导热系数的铍铜构成。因此，能够使谐振腔外壳的温度迅速变得一致，并可保持在基准温度。相应地，能够在谐振腔的温度保持一致的温度条件下进行快速的激光稳定化过程。
本发明能够实现具有所需波长的激光从激光源装置的高输出。
附图说明
下面将参照多张附图通过本发明的示例性实施方式的非限定性实例来进一步详细说明本发明，在附图中，相似的标号在多个视图中代表相似的部件，其中：
图1是本发明的一种实施方式的激光源装置1的框图；
图2是所述实施方式的控制单元的操作配置的框图；和
图3是所述实施方式的激光调节过程的流程图。
具体实施方式
在此所示的具体内容是示例性的，仅用于示例性地论述本发明的实施方式，并且是为了更好地理解本发明的原理和概念特征而给出的。在此方面，除了理解本发明所必须的内容外，本文不试图更详细地展示本发明的结构细节，参照附图给出的说明是为了使本领域技术人员清晰地理解本发明的实施形式。
下面说明本发明的一种实施方式。
激光源装置的构造
图1是此实施方式的激光源装置1的框图。如图1所示，激光源装置1包括发光的光源2；谐振腔3；将从谐振腔3发射的光导引至激光源装置1之外的光导装置4；通过对从谐振腔3发射的光进行调制而检测碘的饱和吸收线的饱和吸收线检测器5；和控制激光源装置1的控制单元6。光源2是激发光源，并且例如包括以大约808纳米波长发光(激发光)的半导体激光器21；对从半导体激光器21发射的激发光进行准直的准直透镜22；允许半导体激光器21的热量消散的散热板23；和控制光源2的温度的光源温度调节机构(光源温度调节器)24。光源温度调节机构24例如可包括由热敏电阻等元件构成的温度传感器241、以及由珀尔帖元件等构成的用于调节温度的温度调节器242。通过使用光源温度调节机构24调节半导体激光器21的温度，能够稳定地输出可产生基波光的激发光。
谐振腔的构造
谐振腔3包括外壳31(谐振腔外壳)。在外壳31的内部，谐振腔3包括对由准直透镜22准直的激发光进行聚焦的聚焦透镜311；被由聚焦透镜311聚焦的激发光激发并以大约1064纳米波长发光(基波光)的Nd:YVO4晶体32(激光介质)；将从Nd:YVO4晶体32发射的基波光转化为具有大约532纳米波长的光(二次谐波光)的KTP晶体33(非线性光学晶体)；布置在KTP晶体33的光路的后一级处的校准器34；谐振腔反射镜35；控制Nd:YVO4晶体32和KTP晶体33的温度的第一温度调节机构(第一温度调节器)36；控制校准器34的温度的第二温度调节机构(第二温度调节器)37；和调节校准器34的角度的角度调节机构(角度调节器)38。在外壳31上还布置有调节外壳31本身的温度的第三温度调节机构(第三温度调节器)39。
更具体地说，外壳31在其内部包括支撑Nd:YVO4晶体32和KTP晶体33的激光器元件支架312；和支撑校准器34的校准器支架313。谐振腔反射镜35附接至外壳31，在它们之间插入压电元件351。通过控制施加给压电元件351的电压，谐振腔反射镜35可沿谐振腔3(腔体长度可改变)的光轴方向位移。另外，激光器元件支架312和校准器支架313可与外壳31一体构成，或者可为独立部件，并附接至外壳31。外壳31、激光器元件支架312和校准器支架313由具有至少170W/mK导热系数的材料构成，在此实施方式中由铍铜(170至260W/mK导热系数)构成。
与在常规激光源装置中使用的陶瓷(10至15W/mK导热系数)等材料相比，铍铜具有极高的导热系数。采用上述的外壳31，当通过第三温度调节机构39进行温度控制时，温度可迅速变得与预定温度一致。换言之，在由具有低导热系数的材料构成的外壳中(例如在常规情况中)，温度难以传播，因此需要很长的时间才能使整个谐振腔达到一致温度，这会增加进行激光稳定化过程的时间。与此相反，采用此实施方式的具有高导热系数的外壳31，在通过第三温度调节机构39进行外壳31的温度控制时，温度可迅速变得与预定温度一致。而且，在导热系数较低的情况中，当周围环境发生变化并导致外壳31上远离第三温度调节机构39的位置的温度发生变化时，温度难以从该位置传播到第三温度调节机构39。因此，外壳31的温度分布有可能变得不一致。与此相反，在此实施方式中，即使当外壳31的一部分的温度发生变化时，该温度也会迅速传递至第三温度调节机构39，实现即刻的温度调节。
如上所述，Nd:YVO4晶体32和KTP晶体33安装到激光器元件支架312上。在这个实例中，Nd:YVO4晶体32的半导体激光器21侧表面具有允许激发光穿过并反射基波光的涂层，谐振腔反射镜35的Nd:YVO4晶体32侧表面具有反射基波光并允许二次谐波光穿过的涂层。因此，基波光在Nd:YVO4晶体32和谐振腔反射镜35之间循环，产生多模振荡，而二次谐波光穿过谐振腔反射镜35并从谐振腔3射出。在此实施方式中，以Nd:YVO4晶体32作为示例性激光介质，但是本发明不局限于此，也可采用Nd:YAG晶体等。另外，以KTP晶体33作为示例性非线性光学晶体，但是本发明不局限于此，也可采用BBO晶体、LBO晶体等。
如图1所示，第一温度调节机构36布置到激光器元件支架312上。第一温度调节机构36例如可包括由热敏电阻等构成并用于检测温度的温度传感器361和由珀尔帖元件等构成并用于调节温度的温度调节器362。第一温度调节机构36连接至控制单元6，由温度传感器361检测的温度输出至控制单元6。基于从控制单元6输入的控制信号，温度调节器362改变Nd:YVO4晶体32和KTP晶体33的温度，并将其保持在预定值。
如上所述，校准器34在谐振腔3内布置在光轴上，并允许预定波长的光穿过。校准器34能够将以多模式振动的基波光转换为单模式基波光。通过将基波光转换为单模式，由KTP晶体33转换的二次谐波光也可转换为单模式。校准器34由校准器支架313支撑，并且可使用角度调节机构38改变校准器34相对于谐振腔3的光轴的角度。角度调节机构38例如由致动器构成，并可在控制单元6的控制下被驱动。另外，第二温度调节机构37布置到校准器支架313上。第二温度调节机构37具有与第一温度调节机构36类似的构造，并且例如可由温度传感器371和温度调节器372构成，可通过控制单元6将校准器34的温度设定为预定值。
谐振腔3例如还可包括改变KTP晶体33相对于谐振腔3的光轴的角度的KTP角度调节器。
光导装置的构造
光导装置4包括布置在谐振腔3的光路的后一级处的滤波器41和42；调节穿过滤光器41和42的光的偏振方向的半波片43；和分裂偏振方向已被半波片43调节的光的偏振光束分裂器44。滤光器41衰减激发光(从谐振腔3逸出的光)。滤光器42布置为相对于激光源装置1的光轴倾斜，并反射基波光(从谐振腔3逸出的光)。因此，从滤光器42反射出的光被朝远离激光源装置1的光轴的方向导引。换言之，穿过滤光器41和42的二次谐波光击中半波片43。偏振光束分裂器44包括偏振分离膜44A。在从半波片43发出并击中偏振光束分裂器44的光中，P偏振光穿过偏振分离膜44A，而S偏振光被偏振分离膜44A反射。
光导装置4包括分裂由偏振光束分裂器44反射的S偏振光的两个光束分裂器45和46；检测由光束分裂器45和46之中的每一个分裂的光的光强度的强度检测器47；和检测由光束分裂器45和46之中的每一个分裂的光的波长和光谱的波长检测器48。光束分裂器45和46之中的每一个具有相同的作用：分别通过界面45A或46A反射一部分入射光，并允许另一部分入射光穿过。穿过光束分裂器46的光向激光源装置1的外部射出，并用作用于长度量测等功能的激光。
下面说明光导装置4中的光路。被偏振光束分裂器44反射的S偏振光击中光束分裂器45。在击中光束分裂器45的光中，穿过光束分裂器45的光击中强度检测器47。然后，强度检测器47检测入射光的光强度，并基于检测的光强度向控制单元6输出信号。
被光束分裂器45反射的光击中光束分裂器46。在击中光束分裂器46的光中，被光束分裂器46反射的光击中波长检测器48。然后，波长检测器48检测入射光的波长，并基于检测的光的波长向控制单元6输出信号。穿过光束分裂器46的光向激光源装置1的外部射出。波长检测器48的实例可包括使用衍射光栅的检测器、或使用迈克尔逊干涉仪的检测器。在使用具有衍射光栅的检测器的情况中，衍射光栅反射光的方向根据入射光的波长而有所不同。因此，通过检测被测光的位置和量，能够测量被衍射光栅反射的光的波长。可替代地，采用迈克尔逊干涉仪时，被测激光的波长与参考激光的波长相比，以测量被测激光的波长。
饱和吸收线检测器的构造
饱和吸收线检测器5是本发明的光检测器，它包括被穿过偏振光束分裂器44的P偏振光击中的偏振光束分裂器51；被穿过偏振光束分裂器51的光击中的四分之一波片52；布置在四分之一波片52的光路的后一级处的碘池53(吸收池)；反射穿过碘池53的光的反射镜54；和检测被偏振光束分裂器51反射的光的光强度的强度检测器55(光检测器)。由热敏电阻或温度调节器构成的池温调节机构(池温调节器)531安装到碘池53上。通过将碘池53的温度调节至预定基准值，可将碘的吸收线(波长)设定为所需值。偏振光束分裂器51包括偏振分离膜51A，并以类似于偏振光束分裂器44的方式工作。另外，四分之一波片52将入射光的相位延迟90°。
下面说明饱和吸收线检测器5的光路。穿过偏振光束分裂器44的P偏振光穿过偏振光束分裂器51，并经由四分之一波片52击中碘池53。穿过碘池53的光被反射镜54反射；穿过碘池53和四分之一波片52；并再次击中偏振光束分裂器51。此时，再次击中偏振光束分裂器51的光再次通过四分之一波片52，因此偏振方向旋转90°，并且光被转换为相对于偏振分离膜51A的S偏振光。因此，再次击中偏振光束分裂器51的光被偏振分离膜51A反射。被偏振光束分裂器51反射的光击中强度检测器55。然后，强度检测器55检测入射光的光强度，并基于检测的光强度向控制单元6输出光输出信号。
控制单元的构造
图2是此实施方式的控制单元6的框图。控制单元6包括由存储器等构成的存储部61和由CPU(中央处理器)等构成的控制器62。如图2所示，通过获取和执行存储在存储部61中的程序，控制器62执行操作，作为半导体激光器控制器621、第一温度控制器622、第二温度控制器623、第三温度控制器624、校准器角度控制器625、压电元件控制器626等。
基于从强度检测器47和强度检测器55输出的信号，半导体激光器控制器621对驱动半导体激光器21的电流进行控制，并控制光源温度调节机构24，使得从谐振腔3射出的二次谐波光的光强度保持恒定。第一温度控制器622基于从第一温度调节机构36的温度传感器361输出的输出信号检测Nd:YVO4晶体32和KTP晶体33的温度。基于从强度检测器47、波长检测器48和强度检测器55输出的输出信号，第一温度控制器622还向第一温度调节机构36的温度调节器362输出控制信号，并改变或保持Nd:YVO4晶体32和KTP晶体33的温度。
第二温度控制器623基于从第二温度调节机构37的温度传感器371输出的输出信号检测校准器34的温度。基于从强度检测器47、波长检测器48和强度检测器55输出的输出信号，第二温度控制器623还向第二温度调节机构37的温度调节器372输出控制信号，并改变或保持校准器34的温度。第三温度控制器624基于从第三温度调节机构39的温度传感器391输出的输出信号检测谐振腔3的外壳31的温度。第三温度控制器624还向第三温度调节机构39的温度调节器392输出控制信号，并将外壳31的温度保持在基准温度。
基于从强度检测器47、波长检测器48和强度检测器55输出的输出信号，校准器角度控制器625控制角度调节机构38，并改变校准器34相对于谐振腔3的光轴的角度。基于从强度检测器47、波长检测器48和强度检测器55输出的输出信号，压电元件控制器626控制施加到压电元件351的电压，并改变谐振腔反射镜35的位置。
激光源装置的激光调节方法
下面说明激光源装置1的激光调节过程。图3是激光调节过程的流程图。在使用激光源装置1的情况中，要进行激光调节过程，以输出具有所需波长的高光强度激光。所需波长可定义为支持对碘的饱和吸收线进行稳定检测的波长。具体而言，控制单元6首先控制第三温度调节机构39，将谐振腔3的外壳31的温度设定为预定的基准温度(例如20℃)，并保持该温度(步骤S1)。通过步骤S1，外壳31的温度条件变得一致。
然后，控制单元6的半导体激光器控制器621控制流向半导体激光器21的电流和半导体激光器21的温度，导致发射激发光(步骤S2)。当来自于半导体激光器21的激发光击中Nd:YVO4晶体32时，会激发并射出基波光，基波光的波长被KTP晶体33转换，成为二次谐波光。在步骤S1中，对流向半导体激光器21的电流和半导体激光器21的温度进行控制，使得从强度检测器47输出的输出信号最大化(即，使得二次谐波光的光强度最大化)。因此，从半导体激光器21射出具有最佳波长的激发光。
然后，第一温度控制器622控制第一温度调节机构36，并调节Nd:YVO4晶体32和KTP晶体33的温度(步骤S3：第一调节步骤或第一调节过程)。具体而言，第一温度控制器622调节Nd:YVO4晶体32和KTP晶体33的温度，使得碘的饱和吸收线(基于从强度检测器55输出的输出信号)与由波长检测器48检测的波长(光谱中的峰值波长)相一致，并且由强度检测器47检测的光强度最大化。在步骤S3中，稳定从Nd:YVO4晶体32和KTP晶体33射出的激光(二次谐波光)的波长。另外，在步骤S1中，谐振腔3的外壳31的温度设定为基准温度，在步骤S3中也保持该温度。因此，即使当Nd:YVO4晶体32和KTP晶体33的温度被步骤S3改变时，外壳31的温度也不发生变化。
然后，调节校准器34的角度和温度(步骤S4：第二调节步骤或第二调节过程)。在步骤S4中，校准器角度控制器625控制角度调节机构38，以调节校准器34的角度，并且第二温度控制器623控制第二温度调节机构37，以调节校准器34的温度。具体而言，校准器角度控制器625和第二温度控制器623控制校准器34的角度和温度，使得碘的饱和吸收线的波长(基于从强度检测器55输出的输出信号)与由波长检测器48检测的波长(校准器34的峰值透射波长)之间的差值在预定的误差范围之内，并使得由强度检测器47检测的光强度至少为由强度检测器55检测的碘饱和吸收线的波长的光强度。此时，压电元件控制器626控制施加至压电元件351的电压，并扫描腔体长度(波长扫描)，并且将校准器34的角度设置为使得所需波长在波长扫描范围的中间。在步骤S4中，通过改变校准器34的角度，可改变穿过校准器34的内部的光的光程长度，并且，通过改变校准器34的温度，可利用校准器34的热膨胀改变光程长度(在反射镜之间的间距范围内变化)。因此，可改变穿过校准器34的光的峰值透射波长。
如上所述，在步骤S1中，外壳31的温度保持在基准温度。因此，即使当校准器34的温度在步骤S4中改变时，外壳31的温度仍保持在基准温度。另外，当在步骤S3中设定Nd:YVO4晶体32和KTP晶体33的温度时，第一温度控制器622利用温度传感器361检测温度，将该温度值储存在存储部61中，并控制第一温度调节机构36，以保持该温度。因此，即使当校准器34的温度在步骤S4中改变时，Nd:YVO4晶体32和KTP晶体33内也没有温度变化。完成上述步骤之后，激光调节过程结束。
此实施方式的优点
此实施方式的激光源装置1包括光源2和谐振腔3。光源2包括发射激发光的半导体激光器21。谐振腔3容纳接收激发光并产生基波光的Nd:YVO4晶体32；将基波光转换为具有所需波长的二次谐波光的KTP晶体33；允许具有预定波长的光穿过的校准器34；在内部容纳Nd:YVO4晶体32、KTP晶体33和校准器34的外壳31；控制Nd:YVO4晶体32和KTP晶体33的温度的第一温度调节机构36；和控制校准器34的温度的第二温度调节机构37。另外，在具有上述构造的激光源装置1的一种示例性激光调节方法中，执行第一调节步骤，并且基于由强度检测器47和55以及波长检测器48检测的检测结果使Nd:YVO4晶体32和KTP晶体33的温度最佳化，然后执行第二调节步骤，并使校准器34的温度最佳化。换言之，首先，控制单元6的第一温度控制器622进入使Nd:YVO4晶体32和KTP晶体33顺利地输出具有所需波长的激光的状态，并保持此状态。然后，第二温度控制器623进行调节，使得具有所需波长的光以峰值透射波长穿过校准器34。采用这种激光调节方法，在调节校准器34的温度时，Nd:YVO4晶体32和KTP晶体33的温度不会受到影响。因此能够防止激光的波长和强度因温度变化而变得不稳定的不利情况，并可实现具有所需波长的激光的高输出。
在上述实施方式中，步骤S1在第一调节步骤和第二调节步骤之前进行，第三温度控制器624控制第三温度调节机构39，并且谐振腔3的外壳31的温度被设定为预定的基准温度，并保持该温度。因此，第一调节步骤和第二调节步骤是在温度条件在执行激光的波长稳定化过程中保持一致的状态下进行的。因此，即使在激光源装置1的周围环境的温度因使用环境等原因发生变化的情况中，也能减少温度变化的影响，并输出具有稳定波长和强度的激光。
在此实施方式中，外壳31、激光器元件支架312和校准器支架313由具有至少170W/mK导热系数的材料构成，更具体地说由铍铜构成。通过采用这种外壳31，能够使得谐振腔3的温度迅速变得一致，并且能够迅速输出稳定在所需波长的激光。另外，由第三温度调节机构39控制的温度会迅速地在整个外壳31和支架(激光器元件支架312和校准器支架313)中传播，因此即使在谐振腔3周围的环境温度发生变化的情况中，此实施方式也能够迅速适应，并且能够以很高的精确性使谐振腔3的温度保持一致。
下文中的表1是此实施方式的具有由铍铜构成的外壳31的谐振腔3与具有由低膨胀材料构成的外壳的常规谐振腔的线性膨胀系数、谐振腔的允许温差、以及允许腔体长度尺寸误差的比较表。
表1
在此实施方式中，使用由铍铜构成的外壳31，而不是由低膨胀材料构成的常规外壳。如表1所示，铍铜具有比常规低膨胀材料更大的线性膨胀系数，并且因温度变化而发生更大的腔体长度变化。因此，在常规情况中，为了使腔体长度在允许尺寸误差范围之内，谐振腔的允许温差设定为1.48℃，如表1所示。相比之下，此实施方式的允许温差设定为0.26℃。当谐振腔3的温度在基准温度的允许温度偏差范围之内时，腔体长度在允许尺寸误差范围之内，对激光的波长和输出的影响在允许范围之内。此实施方式比常规实例更进一步限制了允许温差。但是，由于铍铜的导热系数很高(常规低膨胀材料的导热系数为10至15W/mK)，因此第三温度调节机构39能够以很高的精确性迅速进行温度控制，如上所述。
在此实施方式中使用碘池53，并且，通过对碘的饱和吸收线进行波长稳定化，能够很好地稳定激光的波长。在使用碘池53的这种波长稳定化方法中，能够在特定的波长区中获得饱和吸收线。因此，在获得所需饱和吸收线的波长区内，已转换为单模式的激光必须以足够高的光强度振动。相比之下，在此实施方式的上述激光调节方法中，支持对碘的饱和吸收线进行稳定检测的波长被定义为所需波长。因此，能够从由强度检测器55检测的光输出信号稳定地检测所需的饱和吸收线，并且能够基于这些饱和吸收线很好地稳定激光的波长。
改造
本发明不局限于上述的实施方式，并且包括在能够实现本发明的优点的范围内的各种修改和改进。例如，在上述实施方式中，在第二调节步骤中可调节校准器34的温度和角度。但是，也可首先调节校准器34的角度，然后调节校准器34的温度。由校准器34的角度变化导致的波长偏移量比由校准器34的温度变化导致的波长偏移量大。因此，在上述的调节方法中，首先进行粗调，然后进行精调，从而能够迅速并高度精确地调节校准器34的角度和温度。
在上述实施方式中，提供了一种由第三温度调节机构39保持整个谐振腔3的温度的示例性构造。但是，本发明不局限于此。例如，当在环境温度保持恒定的使用环境中使用激光源装置1时，可省略第三温度调节机构39。另外，在这种情况中，外壳31可由具有较低导热系数的材料构成，并能够减少在校准器34的温度调节过程中对Nd:YVO4晶体32和KTP晶体33的温度的影响。
在上述的实施方式中，提供了通过使用碘池53(吸收池)、检测饱和吸收线、并将二次谐波光的波长与饱和吸收线的波长相匹配来进行激光稳定化过程的一个实例。但是，本发明不局限于此。例如，也可以使用不具有吸收池的构造，并且仅根据由波长检测器48检测的波长将激光的波长调节到所需波长。
在上述的实施方式中，提供了外壳31、激光器元件支架312和校准器支架313分别由铍铜构成的一个实例。但是，也可采用只有外壳31的外部由铍铜构成而激光器元件支架312和校准器支架313由其它材料(例如，具有低导热系数的材料，例如陶瓷)构成的构造。
另外，在上述的实施方式中，提供了一种由波长检测器48检测发射的激光的波长的示例性构造。但是，本发明不局限于此，例如也可采用仅通过使用饱和吸收线检测器5检测碘的饱和吸收线来检测激光的波长的构造。
本发明的实施方式中的其它具体结构可根据具体情况修改为替代结构，只要能够实现本发明的优点。
本发明可用于包括发射激发光的激发光源和从激发光产生激光的谐振腔的激光源装置。
应注意，上述实例仅用于示例性地说明本发明，而不是限制本发明。虽然本发明是参照示例性实施方式来说明的，但是应理解，在本文中所用的词汇是说明性和示例性的，而不是限定性的。在不脱离本发明的各个方面的范围和精神的前提下，可在当前所述的和修正的所附权利要求限定的范围内做出各种更改。虽然本发明是参照特定结构、材料和实施方式来说明的，但是本发明不限于在此公开的细节；相反，本发明意图涵盖属于所附权利要求的范围之内的所有功能等效的结构、方法和用途。
本发明不局限于上述的实施方式，在不脱离本发明的范围的前提下，能够做出各种变化和修改。

Claims (21)

1.一种用于激光源装置的激光调节方法，该激光源装置包括发射激发光的激发光源；接收激发光并产生基波光的激光介质；将基波光转换为具有所需波长的谐波光的非线性光学晶体；允许预定波长的光通过的校准器；在内部容纳激光介质、非线性光学晶体和校准器的谐振腔外壳；控制激光介质和非线性光学晶体的温度的第一温度调节器；和控制校准器的温度的第二温度调节器，所述激光调节方法包括：
第一调节过程，包括：
使用光检测器检测谐波光的光强度和波长，和
使用第一温度调节器调节激光介质和非线性光学晶体的温度，使得测得的谐波光的波长接近所需波长，并且谐波光的光强度至少达到预定值；和
第二调节过程，包括：
在第一调节过程后使用光检测器检测谐波光的光强度和波长，和
使用第二温度调节器调节校准器的温度，使得测得的谐波光的波长接近所需波长，并且谐波光的光强度至少达到预定值。
2.如权利要求1所述的激光调节方法，其中，所述激光源装置还包括控制谐振腔外壳的温度的第三温度调节器，并且所述激光调节方法还包括使用第三温度调节器将谐振腔外壳的温度保持在预定的基准温度。
3.如权利要求1所述的激光调节方法，其中：
所述谐振腔外壳还包括支撑激光介质、非线性光学晶体和校准器之中的每一个的支架，和
所述谐振腔外壳和所述支架由具有至少170W/mK导热系数的材料构成。
4.如权利要求2所述的激光调节方法，其中：
所述谐振腔外壳还包括支撑激光介质、非线性光学晶体和校准器之中的每一个的支架，和
所述谐振腔外壳和所述支架由具有至少170W/mK导热系数的材料构成。
5.如权利要求3所述的激光调节方法，其中，所述谐振腔外壳和所述支架由铍铜构成。
6.如权利要求4所述的激光调节方法，其中，所述谐振腔外壳和所述支架由铍铜构成。
7.如权利要求1所述的激光调节方法，其中，所述光检测器包括：
接收从谐振腔外壳射出的谐波光并吸收具有预定波长的光的吸收池；和
接收穿过吸收池的谐波光并提供输出信号的检测器，其中，所述第一调节过程和所述第二调节过程分别控制第一温度调节器和第二温度调节器，使得吸收池的饱和吸收线的波长基于来自于检测器的输出信号与谐波光的波长相一致。
8.如权利要求2所述的激光调节方法，其中，所述光检测器包括：
接收从谐振腔外壳射出的谐波光并吸收具有预定波长的光的吸收池；和
接收穿过吸收池的谐波光并提供输出信号的检测器，其中，所述第一调节过程和所述第二调节过程分别控制第一温度调节器和第二温度调节器，使得吸收池的饱和吸收线的波长基于来自于检测器的输出信号与谐波光的波长相一致。
9.如权利要求3所述的激光调节方法，其中，所述光检测器包括：
接收从谐振腔外壳射出的谐波光并吸收具有预定波长的光的吸收池；和
接收穿过吸收池的谐波光并提供输出信号的检测器，其中，所述第一调节过程和所述第二调节过程分别控制第一温度调节器和第二温度调节器，使得吸收池的饱和吸收线的波长基于来自于检测器的输出信号与谐波光的波长相一致。
10.如权利要求4所述的激光调节方法，其中，所述光检测器包括：
接收从谐振腔外壳射出的谐波光并吸收具有预定波长的光的吸收池；和
接收穿过吸收池的谐波光并提供输出信号的检测器，其中，所述第一调节过程和所述第二调节过程分别控制第一温度调节器和第二温度调节器，使得吸收池的饱和吸收线的波长基于来自于检测器的输出信号与谐波光的波长相一致。
11.如权利要求5所述的激光调节方法，其中，所述光检测器包括：
接收从谐振腔外壳射出的谐波光并吸收具有预定波长的光的吸收池；和
接收穿过吸收池的谐波光并提供输出信号的检测器，其中，所述第一调节过程和所述第二调节过程分别控制第一温度调节器和第二温度调节器，使得吸收池的饱和吸收线的波长基于来自于检测器的输出信号与谐波光的波长相一致。
12.如权利要求6所述的激光调节方法，其中，所述光检测器包括：
接收从谐振腔外壳射出的谐波光并吸收具有预定波长的光的吸收池；和
接收穿过吸收池的谐波光并提供输出信号的检测器，其中，所述第一调节过程和所述第二调节过程分别控制第一温度调节器和第二温度调节器，使得吸收池的饱和吸收线的波长基于来自于检测器的输出信号与谐波光的波长相一致。
13.一种激光源装置，包括：
配置为发射激发光的激发光源；
配置为接收激发光并产生基波光的激光介质；
配置为将基波光转换为具有预定波长的谐波光的非线性光学晶体；
配置为允许预定波长的光从其中通过的校准器；
配置为在内部容纳激光介质、非线性光学晶体和校准器的谐振腔外壳；
配置为控制激光介质和非线性光学晶体的温度的第一温度调节器；和
配置为控制校准器的温度的第二温度调节器。
14.如权利要求13所述的激光源装置，还包括配置为稳定谐波光的输出的控制器，其中，基于检测从谐振腔外壳发射的谐波光的波长和光强度的光检测器的检测结果，该控制器控制第一温度调节器和第二温度调节器，使得检测的谐波光的波长接近预定波长，并且使得检测的谐波光的光强度至少为预定值，该控制器以首先调节激光介质和非线性光学晶体的温度、然后调节校准器的温度的次序进行温度调节。
15.如权利要求14所述的激光源装置，还包括控制谐振腔外壳的温度的第三温度调节器，
其中，所述控制器控制第三温度调节器，并将谐振腔外壳的温度保持在预定的基准温度。
16.如权利要求13所述的激光源装置，其中：
所述谐振腔外壳还包括配置为支撑激光介质、非线性光学晶体和校准器之中的每一个的支架，和
所述谐振腔外壳和每一个支架由具有至少170W/mK导热系数的材料构成。
17.如权利要求14所述的激光源装置，其中：
所述谐振腔外壳还包括配置为支撑激光介质、非线性光学晶体和校准器之中的每一个的支架，和
所述谐振腔外壳和每一个支架由具有至少170W/mK导热系数的材料构成。
18.如权利要求15所述的激光源装置，其中：
所述谐振腔外壳还包括配置为支撑激光介质、非线性光学晶体和校准器之中的每一个的支架，和
所述谐振腔外壳和每一个支架由具有至少170W/mK导热系数的材料构成。
19.如权利要求16所述的激光源装置，其中，所述谐振腔外壳和每一个支架由铍铜构成。
20.如权利要求17所述的激光源装置，其中，所述谐振腔外壳和每一个支架由铍铜构成。
21.如权利要求18所述的激光源装置，其中，所述谐振腔外壳和每一个支架由铍铜构成。
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