CN1259236A - 利用相位共轭反馈的激光器系统 - Google Patents

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Abstract

发射高度相干、很单模的输出光束的激光器系统包括发射第一高功率光束的第一激光器(30),例如大面积激光器阵列。外腔形成在激光器和例如响应于第一入射光束而发射第二光束的相位共轭器(35)之间。频率选择单元(37),例如校准仪位于外腔中。来自外腔的反馈强制第一激光器发射稳定的、空间时间相干性显著改善的高功率输出光束。此外,倍频晶体(166)在外腔中的位置应当能够至少对腔中部分光束进行倍频。倍频晶体可以优选地安置在校准仪(221)内部,在该处激光光束的强度和时间相干性均很高。

Description

利用相位共轭反馈的激光器系统
本发明涉及对工作点远高于阈值的激光器系统的相干特性的改进。激光器系统可以包括激光器阵列，例如半导体激光器阵列。
在本领域众知的是激光器可以用作衍射受限制的、时间和空间相干的高能光束的光源。
通常，期望在激光器系统中采用单元件半导体激光器作为光源，因为其成本低、尺寸小、稳定性高。然而，半导体激光器的最大输出功率一般为100-200mW。
在S.Mailhot和N.MacCarthy发表在Canadian Journal ofPhysics，Vol.71，1993上的文章“相位共轭光反馈对可见光低功率激光二极管的发射特性的影响”“Influence of phase conjugateoptical feedback on emission properties of visible low-powerdiode lasers”中，公开了一种改善低功率激光二极管的相干性的系统。该系统包括一个相位共轭反射镜和一个校准仪，并且工作在驱动电流稍稍高于阈值的工作点上。
公开系统的一个缺点是当激光器的工作点远高于阈值时，它无法改善相干性。
公开系统的另一个缺点是它不能产生单模光束。
公开系统的另一个缺点是输出功率只有1-2mW，限制了系统的可用性。
如果需要更高的输出功率，可以加大半导体激光器中的增益媒质的横截面和/或将多个激光器单元合并成一个阵列。例如，大面积激光器是多个发射出激光光束并由低增益区隔离开的高增益区组成的线性阵列。大面积激光器产生的激光光束的输出功率高达2瓦。大面积激光器也可以相互合并成大面积激光器阵列，例如激光器棒，以产生输出功率达20瓦的激光光束。
通常，大面积激光器具有多个纵模和横模，因此系统是动态的，模式结构总是变化的。这是大面积激光器的主要缺点。
公开系统的另一个缺点是输出光束的空间和时间相干性很低，并且不受衍射限制。这种相干性的缺乏降低了谱纯度、可控性，并且对于传统的激光器应用减少了输出光束的通用性。
众所周知，利用外反射镜将光反射回激光器可以改善大面积激光器产生的输出光束的空间和/或时间相干性，其中激光器和反射镜确定了外腔。
如果反射镜处于轴上，空间滤光片(光阑)可以放置在外腔中，以防止特定的横模激射，从而强制激光器工作在单横模状态。
然而，这样做的缺点是由于空间滤波而消耗掉大量的可用功率。
将反射镜偏轴放置可以选择大面积激光器的高阶横模。然而，这种配置对于例如由机械振动、温度变化等因素引起的反射镜失配十分敏感。
众所周知，可以用相位共轭器代替反射镜。显然，反射镜只能将沿着垂直于反射镜的轴传播的入射光束反射回光束发射器。而相位共轭器能够将沿着在较大的角度范围内与相位共轭器成一定角度的轴传播的入射光束反射回光束发射器。此外，相位共轭器还可以实时地调节匹配的微小变化，使激光器免于低频振动和温度变化的干扰。
在美国专利5,430,748中，公开的系统包括可以发射具有相干轴的输出光束的大面积激光器，输出光束的一部分来自由外光学系统导向具有共轭轴的相位共轭器晶体的激光器阵列，光束的相干轴基本上与相位共轭器晶体的共轭轴对准。由此，外腔形成在激光器和相位共轭器之间，光束的输出部分(没有被导向相位共轭器的部分光束)是近乎衍射受限制的输出光束。
公开系统的另一个缺点是发射光束的时间相干性对于各种应用来说太低，例如倍频、干涉传感器等。
公开系统的另一个缺点是由于发射光束中存在多个纵模，其相干长度很短。
公开系统的另一个缺点是它无法产生单纵模的光束。
公开系统的另一个缺点是由于缺乏波长调节装置，它根本无法调节波长。
美国专利5,430,748公开的系统还包括外部独立的单模激光器。在该系统中，相位共轭器用来将单模激光器的输出光束导入大面积激光器。注入光束锁定大面积激光器的频率，使其发射1.34倍于衍射极限的单光束。
该系统的一个缺点是需要外单模激光器以便实现单模工作。这增加了系统的成本和复杂性，而且很难将单模激光器与相位共轭器和大面积激光器对准。
该系统的另一个缺点是为了防止输出光束的波长发生变化，必需严格地控制单模激光器和大面积激光器的温度。
本发明的目的是提供一种能够发射出窄带光谱、稳定、空间和时间高度相干的高功率光束的激光器系统和方法。
本发明的另一个目的是提供能够发射具有长相干长度的光束的激光器系统和方法。
本发明的另一个目的是提供能够发射近衍射受限制的光束的激光器系统和方法。
本发明的另一个目的是提供能够发射单横模光束的激光器系统和方法。
本发明的另一个目的是提供能够发射单纵模光束的激光器系统和方法。
本发明的另一个目的是提供能够发射单纵模、单横模光束的激光器系统和方法。
本发明的另一个目的是提供能够发射不相对于自由振荡(freerunning)激光器的中心频率进行扫描的光束的激光器系统。
本发明的另一个目的是提供能够发射波长可调光束的激光器系统和方法。
本发明的另一个目的是提供一种不必控制激光器的温度的激光器系统。
本发明的另一个目的是提供一种对机械振动极不敏感的激光器系统。
本发明的另一个目的是消除由提供给激光器的电流调制引起的光频率波动。
根据本发明的第一方面，上述和其它目的可以由包含具有外腔、自适应光反馈装置和频率选择单元的激光器实现。
优选的是，激光器系统包括发射第一高功率光束的第一激光器和响应于入射到其上的光而发射第二光束的自适应光反馈装置，该装置相对于第一激光器放置，使得在发射第一光束的过程中该装置受到第一光束的第一部分的照射，第二光束注入第一激光器，自适应光反馈装置和第一激光器确定了其间的外腔。此外，频率选择单元位于外腔中的上述部分第一光束的光路上，频率选择单元和自适应光反馈装置一起选择注入到第一激光器中的第二光束的波长范围，由此激光器系统可以发射出窄带光谱、稳定、空间和时间高度相干的输出光束。
根据本发明的第二方面，上述和其它目的可以通过产生相干光束的方法实现，包括以下步骤：
使第一激光器发射第一高功率光束，
利用部分第一光束照射自适应光反馈装置，由此使自适应光反馈装置发射出第二光束并将第二光束注入到第一激光器中，在自适应光反馈装置和第一激光器之间形成外腔，和
通过调节频率选择单元在外腔中、在照射自适应光反馈装置的上述部分第一光束的光路中的位置来选择第二光束的波长范围，由此激光器系统可以发射出窄带光谱、稳定、空间和时间高度相干的输出光束。
窄带光谱光束定义为具有如下光功率谱的输出光束，即与具有高斯包络的光功率谱匹配得最好的半最大值宽度(FWHM)小于孤立的自由振荡激光器的一个纵模间隔。纵模间隔有c/(2nL)确定，其中c是光速，nL是激光腔的光学长度，n是折射率，L是激光腔的长度。
在本文中，在用明显高于阈值的能量泵浦激光器时，激光器将发射出高功率光束。阈值是使激光器激射的最低可能能量值。众所周知，激光器可以用各种类型的能量进行泵浦，例如电能、电磁能，例如光等等。例如，半导体激光器可以通过向激光器施加电流，用电能进行泵浦。半导体激光器在施加于其上的电流大于或等于激光器的阈值电流时开始激射，激光器在施加于其上的电流明显大于阈值电流时发射出高功率输出光束，例如1.5倍于阈值电流。
激光器可以包括任何适当的激光光束产生装置，例如气体激光器、半导体激光器、半导体激光器阵列、超发光激光器二极管、染料激光器、Nd-YAG激光器、氩离子激光器等等。
此外，激光器可以包括任何上述类型激光器的阵列，例如大面积激光器或大面积激光器阵列等。
本发明特别适用于具有宽带增益媒质的激光器，例如染料激光器、半导体激光器、钛蓝宝石激光器、F-心激光器等。
激光器系统可以包括两个与第一激光器相关的腔，第一激光器的内腔和外腔。在这种情况下，外腔可以将第一激光器发射的光线的选定部分反射回第一激光器，使激光器的输出锁定在光线的选定和返回部分上。
另外，第一激光器的第一端反射镜可以略去，使激光腔形成在第一激光器的第二端反射镜和自适应光反馈装置之间。
自适应光反馈装置是一种能够响应于入射到其上的光线而反射光线的装置，例如通过光相位共轭。
自适应光反馈装置可以包括相位共轭器，其中光栅是响应于入射到其上的光线而动态形成的。相位共轭器可以包括非线性媒质，例如光折射晶体，如BaTio3晶体，半导体，非线性气体，如SBS盒(由受激布里渊区散射导致的光相位共轭)，例如包含CS2气体，液晶，有机聚合物等。
非线性媒质可以具有共轭轴，沿着该轴媒质没有反转对称性。
自适应光反馈装置可以由一个或多个独立激光光束泵浦或由反射的光束进行自泵浦。
自适应光反馈装置可以自动补偿作用在系统上的各种类型的变化，由此克服外界条件的变化，例如温度、压力和湿度的变化，以及第一激光器波长的变化和第一激光器发射的横模的变化而保持输出光束波长的稳定。例如，如前所述，BaTio3晶体能够通过动态地改变晶体光栅而实时地调节系统对准的变化，使得沿变化方向传播的光束仍能受到反射，由此第一激光腔的工作免于例如由机械振动、温度变化等因素引起的失配的影响。此外，后向反射光栅在晶体中的形成受一些因素的影响，例如照射晶体的光线的波长范围、横模和/或纵模的数目等，本发明的一个主要优点是如果照射光的波长范围很窄，和/或横模和/或纵模数目很少，那么晶体将压窄第二光束的相应特性，甚至于增强系统的相干性。
频率选择单元或者是使沿着第一传播轴传播、并入射到频率选择单元上的光线偏转，例如反射、折射、散射、衍射等，成为沿着与第一传播轴成一定角度的第二传播轴传播的光线，角度的大小决定于入射光的波长，或者是将特定波长范围内的入射光线的选定部分发射出去、同时吸收或偏转入射光线的其余部分。
频率选择单元可以包括干涉滤光片，吸收滤光片，例如半导体掺杂玻璃等，校准仪，棱镜，光栅，例如衍射光学元件，例如全息图等。
或者单独使用的，例如干涉仪，或者与自适应光反馈装置配合使用的，例如光栅，频率选择单元的工作特性决定入射到第一激光腔中的第二光束的波长范围。
频率选择单元位于外腔中的、照射自适应光反馈装置的部分第一光束的光路上，它可以选择照射自适应光反馈装置的部分第一光束的特定波长范围。响应于照射光，自适应光反馈装置发射波长范围对应于选定波长范围的第二光束，使得频率选择装置与光反馈装置一起选择第二光束的波长范围，而不会显著地降低输出光束的总功率。
校准仪是一种频率滤光片，它只允许有限数目的、与自适应光反馈装置相互作用的频率通过。如果调节校准仪的方位使得峰值传输波长与具有高增益的横模的激射波长匹配，那么就可以实现单横模工作。在这种情况下，输出光束的带宽可以小于0.03nm。
本发明的一个主要优点是对入射到自适应光反馈装置中的光束选择小波长范围使第一激光器保持稳定，使得第一光束的中心频率基本保持恒定，而不受各种工作参数的影响，例如第一激光器的工作温度、系统的机械振动、第一激光器的光调制等。
通常，自适应光反馈装置的响应时间在秒量级，因此，它能够补偿外腔和第一激光器中温度的缓慢变化。由此，在许多应用中，本发明的激光器系统不需要任何温度控制。
通常，半导体激光器的温度漂移为0.25nm/℃。例如，对于图3所示的本发明实施方案，温度引起的半导体激光器波长的变化对于20℃的温度变化下降为0.1nm。
在光通讯系统中，光信号是通过调制施加给激光器的电流来调制半导体激光器发射出的光线而产生的。然而，自由振荡半导体激光器发射出的波长随着施加给激光器的电流变化，因此，对施加电流的调制使光频率产生啁啾，通常是1nm的波长啁啾，这降低了通讯系统的通讯信道的可用容量。
本发明的一个主要优点是可基本消除由调制施加给第一激光器的电流而引起的光频率啁啾。
本发明的另一个优点是提供了能够发射高亮度光束的激光器系统。源的光学亮度定义为单位面积、单位时间、单位立体角、单位频率间隔中的能量。
输出光束的波长可以通过调节频率选择单元传输或偏转的波长范围进行调节。由此，提供了波长可调的激光器系统。例如，带有自由振荡中心波长等于800nm的第一激光器的激光器系统可以调节+/-3nm。
例如，当频率选择单元包括光栅时，激光器系统可以包括选择输出光束频率的频率调节装置，频率调节装置调节光栅相对于照射自适应光反馈装置的光束的传播轴的倾斜角。由于光栅将光线偏转到由光线波长决定的传播方向上，入射到自适应光反馈装置的光波长决定于光栅相对于反馈单元的倾斜角。调节光栅的倾斜角产生的不是连续的频率调节，而是处于不同纵模之间的离散频率阶梯，各个阶梯都属于同一横模。
光栅的倾斜角由压电元件控制。因此，可以通过向压电元件施加电压而自动地调节频率。
此外，对于固定的光栅位置，波长可以通过调节第一激光器的温度而连续地调节。利用小于1℃的温度变化，波长可以在与一个纵模间隔相应的波长范围内调节。
优选的是，自适应光反馈装置是相位共轭器。相位共轭器后向反射入射光束，后向反射光束的相位与入射光束相反。因此，相位共轭器相对于激光器系统的其它部分，特别是入射到其上的光束的位置并不重要，因为相位共轭器可以自动地沿所期望的方向、以所期望的相位反射回入射光。相位共轭器可以包括光折射晶体。
优选的是，相位共轭器包括一个具有共轭轴的各向异性晶体，相位共轭器沿该轴没有反转对称性。更优选的是，晶体是在自泵浦配置中使用的、例如掺杂了铑的BaTiO3晶体。该晶体是光折射晶体，它的典型响应范围是可见光和包括800nm的近红外波长范围。
偏振轴是指光束线性偏振的方向。相干轴是指光束具有最大空间相干性的方向。这两个轴基本垂直于光束的传播轴。如果在入射光照射共轭器的共轭器表面上轴处于共轭轴和光束传播轴形成的平面内，那么偏振轴或相干轴将与共轭轴对准。
为了实现对准而必需使轴旋转的角度是对失配的一种的度量。基本对准表明失配不大于20°。
如上所述，BaTiO3晶体可以通过动态调节晶体光栅来实时地调节系统对准的微小变化，这样沿着改变后的方向传输的光束仍是后向反射的，由此第一激光器的工作免于机械振动、温度变化等因素引起的失配的影响。此外，后向反射光栅在晶体中的形成受一些因素的影响，例如照射晶体的光线的波长范围、横模数目等，本发明的一个重要优点是如果照射光的波长范围很窄和/或横模数目很少，晶体将压缩第二光束的相应特性，由此系统将更加稳定。
利用相位共轭晶体的进一步优点是它可以恢复入射到其上的光线的波前，即如果波前发生畸变，例如由系统的光学元件引起的。利用晶体中的光栅可以恢复初始的非畸变波前，使得后向反射光具有非畸变波前。
利用相位共轭晶体的另一个优点是它将入射到其上的各个入射光束后向反射回各光束的发射源，即在第一激光器包含激光器阵列时，光线射入阵列中的各个激光器，使各个激光器锁定在入射光线上。由此，在整个公开内容中，后向反射光束可以由多个后向反射光束组成，每个后向反射光束都是响应于激光器阵列中的单个激光器射出的光束而产生的。
如果第一激光器射出的光线是线性偏振的，偏振轴优选地基本上于共轭轴对准，由此便于发射第二或后向反射光束。因此，优选地，激光器系统包括将第一激光器的偏振轴与相位共轭器的共轭轴对准的装置。
将偏振轴与共轭轴对准的装置包括波片。优选地，波片是半波片或零阶半波片，波片的厚度基本上等于照射波片的光线波长的一半加上该波长的任意整数倍。
此外，当第一激光器射出的光线具有相干轴时，相位共轭器优选地相对于第一激光器放置，使得激光器的相干轴基本上与共轭轴对准，由此提高了第二光束相对于第一光束的第一部分的能量。
共轭轴和相干轴的对准在沿着共轭轴形成的泵浦光束和后向反射光束之间形成的耦合最大。
激光器系统还可以包括位于第一光束的第一部分的光路上、并用来防止选定横模向自适应光反馈装置传播的空间滤光片。
根据本发明的优选实施方案，激光器系统包括位于外腔中的第一光束的光路上的、用于传输第一光束的第一部分和反射第一光束的第二部分的分束器，至少部分反射光束形成输出光束。
激光器系统还包括用于对至少部分入射光束进行频率转换的变频装置，例如倍频器，光参量振荡器等，使得相干光束的波长选定为所需的波长。
例如，激光器系统还包括将至少部分入射光束倍频的倍频器，使得相干光束的波长基本上等于入射光束波长的一半。这种方法可以形成新的波长范围在1nm-50μm的倍频光源，例如100nm-10μm，例如100nm-3μm，优选的是100nm-500nm，和300nm-550nm。
在本说明书中，应当理解的是倍频器可以由能够产生任意需要波长的光参量振荡器晶体代替。
在外腔内部，光束的强度很高，在外腔中安置倍频器可以提供高功率的倍频输出。
在外腔中，倍频器可以安置在频率选择单元内部，例如安置在由反射表面形成的校准仪内部，或者倍频器的表面本身就是频率选择单元。
频率选择单元，例如校准仪内部的光束强度可以按照因子1/(1-r)2得到增强，其中r是反射表面相对于校准仪外部的光束的反射率。因此，在每个表面上的反射率均为0.9的校准仪内部的强度按照因子100得到放大。倍频光束的强度比例于入射到倍频器上的光线的强度的平方，通常在倍频器位于外腔中时，只有小部分入射光得到倍频。通过将倍频器安置在外腔中的校准仪的内部或者用倍频器的表面替代外腔频率选择单元，待倍频的光束可以获得高强度，并且是高度准直的，由此提高了倍频效率。由于外腔中的光束具有高强度、高稳定性和高度的空间时间相干性，本发明还使第一激光器能够发射出窄带输出光束，该输出光束将被倍频。
在现有系统中，窄带激光器的频率是利用包含反射镜和倍频器的外倍频腔进行倍频的。为了在这种系统中获得高倍频转换效率，必需仔细地控制外倍频腔的长度，通常利用电子伺服系统进行控制，以便使待倍频的光束谐振。
利用自适应光反馈装置，例如相位共轭器，外腔内部的倍频腔自动地使待倍频光束发生谐振。这就不必相对于第一激光器的发射波长来控制倍频腔的长度。倍频器或倍频腔还可以安置在外腔的外部，并由稳定的、空间和时间高度相干的输出光束进行泵浦。在外腔内部具有倍频器的激光器系统还可以包括分束器，用于传输波长基本上等于第一光束波长的光线，至少部分传输光束构成了第一光束的第一部分，和用于反射波长基本上等于第一光束波长的一半的光线，该分束器位于外腔中的、第一光束相对于倍频器的下行方向的光路中，由此倍频输出光束在空间上与系统的其它光束是隔离的。
激光器系统还可以包括第二光栅，用于将波长基本上等于第一光束波长的第三光束相对于第一光束偏转第一角度，至少部分第三光束构成了第一光束的第一部分，用于将波长基本上等于第一光束波长一半的第四光束相对于第一光束偏转第二角度，该光栅位于外腔中的、第一光束相对于倍频器的下行方向的光路中，至少部分第四光束构成了倍频输出光束，由此第四光束在空间上与系统的其它光束是隔离的。
其它光栅还构成了频率选择单元。
第一光束可以由第一激光器的第一表面射出，输出光束可以由第一激光器的第二表面射出。
系统还包括相对于第一激光器配置的第二激光器，使得第二激光器的增益媒质受输出光束的照射，由此第二激光器由输出光束进行泵浦。
第二激光器在第一激光器的激射波长基本上等于810nm的情况下可以是Nd：YAG激光器，Nd：YVO4激光器等。利用高度稳定的相干光束泵浦这些激光器可以获得许多好处。第一激光器的输出频率可以调节到与第二激光器中的激光棒的最佳吸收峰相匹配的频率上，由此提高系统的转换效率。此外，第一激光器的稳定、空间时间高度相干、可调谐、近衍射受限制的输出光束能紧密地聚焦在激光棒上，由此提高了输入电能向输出激光能转换的效率。
系统还包括单模光纤和空间滤光片，该滤光片位于第一光束的第一部分的光路中，用于向自适应光反馈装置传输选定的横模，还包括将输出光束耦合到单模光纤中的装置。单模光纤的芯直径大约为5μm。这种系统获得良好耦合效率是由近衍射受限制的系统输出光束和输出光束的高亮度带来的。
系统还可以用于干涉传感器和激光光谱测量中。采用干涉传感器的应用包括Twyman-Green干涉中的长度测量和基于激光测速法中的流速传感器。
现参照附图，通过实例描述本发明。
图1示出大面积激光器的输出光束的远场能量分布。
图2示出本发明的两种实施方案。在图2a示出的实施方案中，全部输出光束都是相位共轭的，在图2b示出的实施方案中，只有部分输出光束是相位共轭的。
图3示出包括校准仪和相位共轭器的本发明实施方案，其中全部光束都是相位共轭的。
图4示出图3所示的、并具有精度(finesse)为17的校准仪的实施方案射出的光线的远场能量分布。
图5示出图3所示的、并具有精度为2.6的校准仪的实施方案射出的光线的远场能量分布。
图6示出包括相位共轭器、频率选择单元、校准仪和空间滤光片的本发明实施方案。只有部分光束是相位共轭的。
图7示出图6所示实施方案射出的光线的远场能量分布。
图8示出图6所示实施方案射出的光线的波长谱。
图9示出图6所示实施方案射出的光线的相干度。
图10示出图6所示实施方案射出的光束的最小焦点。
图11示出包括相位共轭器、空间滤光片和光栅的本发明实施方案。
图12示出图11所示实施方案射出的光线的波长谱。
图13示出图11所示实施方案射出的光线的远场能量分布。
图14a)-e)示出图11所示实施方案在光栅倾斜时射出的光线的光谱。
图15示出图11所示实施方案射出的光线的相干度。
图16示出用于泵浦固体激光器的本发明实施方案。
图17示出包括倍频器、校准仪和偏转输出光束的分束器的本发明实施方案。
图18示出包括倍频器和光栅的本发明实施方案。
图19示出一个本发明实施方案，其中照射相位共轭器的光束由激光器的一个表面射出，而输出光束由激光器的另一个表面射出。
图20示出包括光栅和非线性校准仪的本发明实施方案。
图21示出一个本发明实施方案，其中倍频器位于校准仪内部。
图22示出包括相位共轭器、光栅、倍频器和第二光反馈装置的另一本发明实施方案。
在图1中，示出了大面积激光器10和大面积激光器射出的光线的远场能量分布。
大面积激光器10射出的光线沿着图1所示的两个主轴具有不同的空间相干性。垂直于大面积激光器结的光束的一个截面示出在光束宽度上具有高度空间相干性的近高斯模11。平行于大面积激光器结的光束的复杂的横模结构，称为双瓣结构12，它在整个宽度上具有有限的空间相干性。
图2示出本发明的两种实施方案。图2a所示的本发明实施方案20，即双瓣相位共轭结构，包括与相位共轭器22形成外腔的激光器阵列21，其中还插入了校准仪23和聚焦透镜24，由于激光器的所有输出光束都是相位共轭的，所以该结构十分稳定。该实施方案的输出26通过在外腔中插入分束器27而产生。该实施方案射出的光线的远场能量分布不受衍射限制，仍旧是双瓣的；然而，本发明的该实施方案可以工作在单横模。图2a所示实施方案的优点是它射出的光线相对于温度变化是稳定的，并且发射光线的相干长度很长。
图2b所示的实施方案28，即单瓣相位共轭反馈结构，包括与相位共轭器22形成外腔的激光器阵列21，其中还插入了校准仪23和聚焦透镜24，所述双瓣结构中只有一个瓣是相位共轭的。晶体到激光器阵列的反馈迫使更多的能量进入不是相位共轭的那个瓣，即输出29。晶体和激光器之间的耦合小于结构20中的耦合。图2b所示的实施方案的优点是它射出的光线接近衍射受限制的。
图3示出包括校准仪和相位共轭器的本发明实施方案，其中全部光束都是相位共轭的。图3所示实施方案中使用的激光器阵列30，以及图6和11所示的本发明实施方案中的激光器阵列，是SDL-2432大面积激光器(BAL)，它是GaAlAs 10-条质子植入增益波导激光器，其阈值为0.29安培，驱动电流为0.9安培时(3.2×Ith)的最大输出功率为0.5瓦特。激射波长在20.0℃时为813.5nm。
BAL的纵模间隔是0.11nm。当BAL自由振荡时，每个纵模包括多个横模。两个横模间的模式间隔为～0.02nm。如果没有专门提及的话，BAL的工作电流为0.55安培(＝2×Ith)。驱动电流为2×Ith时，总输出功率为0.19瓦特。当BAL自由振荡时，谱具有大约0.68nm的半极值全谱宽(FWHM)。驱动电流为3×Ith，激光器大约以10个纵模自由振荡时，谱的FWHM为1.2nm。发射结是1×100μm。
BAL射出的光线由有效焦距为4.5mm、数值孔径为0.55的Thorlab C230TM-B透镜31准直。32是焦距为76.2mm的球形单透镜(singlet)。33是焦距为150mm的圆柱形透镜。34是焦距为150mm的球形单透镜。为了减小外腔损耗，所有的透镜都具有宽带增透膜(R＜1％)。在BAL和C230TM-B透镜31之间存在大约20％的耦合损耗。外腔由掺杂了铑(800ppm)、并处于自泵浦模式的BaTiO3晶体35端接。采用45度和0度切割的晶体对于在该实施方案中实现的性能没有显著的差异。
BAL的输出的偏振状态平行于BAL的结。为了获得最大的相位共轭反射率，相干轴、偏振和晶体C-轴必需处于同一平面内。这种要求只能在光束偏振旋转90度，而同时相干轴处于共轭轴平面内的条件下得到满足。这可以通过在BAL和相位共轭器之间的光路中插入半波波片36实现。波片在波长为815nm时是零阶λ/2的。另外，相干轴还可以用一对反射镜旋转。
BAL射出的所有光束导向晶体，产生自泵浦四波混合，并向BAL返回相位共轭波前。
由于双瓣反馈结构中的BaTiO3的相位共轭反馈机制，常常发生BAL的自诱导频率扫描，即输出光束的中心频率在特定的频率范围内随时间变化。然而，为了避免BAL的这种自诱导频率扫描，频率选择单元37插在BAL和相位共轭器之间，如图3所示。图3的频率选择单元是校准仪。在实验中使用了两个不同的校准仪。第一校准仪的厚度为300μm，精度大约为17。自由谱范围(FSR)为350GHz(或者在815nm处的0.75nm)。校准仪的FWHM带宽是20GHz(或者在815nm处的0.04nm)。第二校准仪的FSR为225GHz，精度为2.6。FWHM带宽是86GHz(或者在815nm处的0.19nm)。圆柱形透镜33的用途是准直光束，以便在校准仪上获得平面波。
利用插入的精度为17的校准仪，相位共轭器的相位共轭反射率由驱动电流为2×Ith时的15％下降到驱动电流为3×Ith时的8％。在分束器(BS)上测量到的反馈值由在驱动电流小于2×Ith时的4-8％到更高驱动电流时的1.5-2％。反馈回阵列的功率值是4mW，独立于在2×Ith和3×Ith(总辐射功率分别为200mW和440mW)之间的驱动电流。驱动电流为3×Ith时，无法实现窄带工作，近邻横模(旁带)开始出现，带宽增加到0.1nm。然而，应当注意，输出谱仍是前面定义的窄带谱。
图3所示实施方案的输出光束39由外腔中的分束器38产生。
校准仪是频率滤光片，它只能通过有限数目的频率，并与相位共轭器相互作用。随着相位共轭器反射率的增加，谱显著地变窄。如果调节校准仪的方位，使峰值发射波长与具有高增益的横模的激射波长匹配，那么可以实现单横模工作。在这种情况下，反馈锁定谱的带宽将小于光谱仪的分辨率(0.03nm)。
在图4中，示出了图3所示实施方案射出的光线的远场能量分布。共示出了两种情况，i)窄带工作40和ii)双横模工作41。使用了高精度(精度为17)校准仪。校准仪的带宽为0.04nm，两横模之间的模式间隔大约为0.02nm。在通过校准仪时，即使相邻最近的BAL模式也具有显著不同的传输损耗，因此可以实现窄带工作。然而，如图4所示，如果校准仪失配，还是可能出现多模。
在图5中，示出了在将低精度(精度为2.6)校准仪插入外腔的情况下，图3所示实施方案射出的光线的远场能量分布。当利用低精度校准仪代替高精度校准仪时，会出现更多的横模。在图5中，示出了将低精度校准仪插入外腔时，图3所示实施方案射出的光线的远场能量分布50。可以识别出多个横模。校准仪的带宽为0.19nm，只有不同的纵模(由多个横模组成)才具有不同的传输损耗，因此，一组环绕同一纵模的横模将实现激射。谱的带宽为0.15nm。在BAL输出面的前部测量到的、进入BAL的反馈高达5％。
把校准仪放在外腔中将产生窄带工作。然而，远场能量分布仍远离衍射极限。对于波长在815nm处的100-μm宽BAL，衍射极限为0.55度。衍射极限定义为远场(强度曲线)中的最低阶BAL模的FWHM，并由1.189λ/2x0给出，其中λ是波长，x0是BAL的半宽度。当激光器自由振荡时，远场能量分布图形的FWHM角宽度为4度(7.3倍于衍射极限)。
图6示出包括相位共轭器、频率选择单元、校准仪和空间滤光片的本发明实施方案。只有部分光束是相位共轭的。将空间滤光片插入图3所示的本发明实施方案中，可以提高BAL射出的光线的亮度。图6示出这种包括空间滤光片的实施方案。与图3所示的实施方案相比，作了两个修正。第一，在远场面62中的双瓣结构中，只有一个瓣指向相位共轭器。另一个瓣是输出光束63。第二，包括了空间滤光片，只允许一个或少数几个横模与相位共轭器相互作用。空间滤光片61由两个安置在传送台上的剃刀光阑构成。透镜31将BAL的输出准直。透镜32在距离BAL的输出面585mm的距离上产生伪远场。在远场面上，1mm大约对应1度。圆柱形透镜33在包含相干轴的平面内准直光束。球形单透镜34将光线聚焦在相位共轭器上。
当同时使用空间滤光片61和频率滤光片37时，可以获得最高亮度。
图7示出图6所示实施方案射出的光线的远场能量分布。在驱动电流分别为2×Ith和3×Ith时，远场能量分布图形的FWHM角宽度分别为0.75度(1.4倍于衍射极限)和0.92度(1.7倍于衍射极限)。
如同包括校准仪的实施方案那样，利用分别位于1.8和2.4度的空间滤光片61的剃刀光阑可以获得最佳结果。
在单瓣实验中，经过透镜33的有效能量的70％出现在输出光束中，总辐射能量的50％包含在输出光束中。然而，如图7中的曲线71所示，正瓣包含的能量超过远场总辐射能量的80％。根据该曲线，可以估计出，如果忽略透镜等的损耗，辐射能量的80％可以包含在输出光束中。当驱动电流为2×Ith和3×Ith时，输出光束的测量功率分别是107mW和227mW。
在分束器上测量到的反馈量一般在0.4-1％范围内(在较低电流下的最高值)。对于各种驱动电流，相位共轭器的相位共轭反射率在12和15％之间。反馈到阵列中的功率值是0.5-1.4mW(电流较低时的最大值)。在2×Ith时，总辐射输出功率是200mW，相应的对反馈到阵列中的能量的放大大于21dB(＝200mW/1.4mW)。
图8示出图6所示实施方案在窄带工作时所射出的光线的波长谱。
图9示出图6所示实施方案发射的光线的相干度。相干度V由基于分束器和两个反射镜的标准Michelson干涉仪测量。一个反射镜固定在距分束器110mm的位置，另一个反射镜安置在传送台上，以便改变两个臂中的路径长度之间的差异。干涉图形可以在光电二极管阵列上观测到。两个臂中的强度是相等的，因此相干度由下式给出：V＝(Imax-Imin)/(Imax+Imin)，其中Imax和Imin分别是在干涉图形中观测到的最大和最小强度。图9示出了图6所示实施方案(校准仪+空间滤光片)射出的光线的测量相干度90随两个臂之间的路径差异的变化。在图9中，还示出了在本发明实施方案中使用的BAL处于自由振荡91的情况下测量得到的相干度。对于激光器自由振荡和施加反馈的两种情况，比较在0.5的相干度，可以看出，相干长度大约按照因子75增加。如果相干长度定义为：Lc＝ΔλFWHM/λ2，其中ΔλFWHM(在I＝2×Ith时为0.68nm)是带宽，λ是激射波长(815nm)，在驱动电流为2×Ith，激光器进行自由振荡时，Lc等于0.9nm。相位共轭反馈将相干长度增加到75×0.9nm＝68nm。
一旦启用相位共轭装置，并实现窄带工作，输出功率就可以相对于波长和功率保持稳定。在连续工作3小时的条件下，测量到的标准偏差是测量功率的0.6％，测量到的中心波长标准偏差小于0.01nm(受分辨率的限制)。
图10示出图6所示实施方案射出的光束的最小焦点。在距反射镜63 330mm的1/e2点上测量，输出光束是0.96×7.7mm(平行于结面的最小尺寸)。由两个圆柱形透镜(f＝25mm和f＝150mm)组成的扩束器将输出光束的最小尺寸扩展到6mm。然后，用焦距为80mm的消色差透镜聚焦输出光束。可获得的最小光点为23μm×14μm。图6所示实施方案射出的光束的最小尺寸焦点是用光束扫描器测量的，在图10中示出了圆形点100。在驱动电流为2×Ith、单瓣光束结构的条件下，输出光束的总功率100mW。利用焦距为40mm的消色差透镜聚焦输出光束，可获得的最小点是11.7μm×11.8μm。
图11示出包括相位共轭器、空间滤光片和光栅的本发明实施方案。校准仪由用作频率选择单元的光栅110代替，并在图11中示出了本发明实施方案。光栅衍射的所有能量由透镜34收集，并导向相位共轭器35。因此，光栅不能象校准仪那样看作是频率带通滤光片。频率选择是通过光栅和相位共轭器之间的相互作用实现的。如果没有空间滤光片，反馈将使BAL的锁定谱进行连续扫描循环。因此，只有一个BAL瓣导向光栅。光栅由商用的光谱分析器制成，具有1200线/mm和标准的铝膜。对于异常光线，反射系数是63％。在图11所示实施方案中还在波长为750nm的条件下测试了1200线/mm和26°闪烁角的划线光栅。测试结果对于两种光栅很相似。
如同包含校准仪的实施方案那样，在空间滤光片61的剃刀光阑(razor blade)分别位于1.8度和2.4度时可以获得最佳结果。
图12示出图11所示实施方案射出的光线的波长谱，如图所示，实现了窄带工作。图12所示的波长谱分别示出了在激光器锁定120和激光器自由振荡121的条件下的波长谱。
图13示出图11所示实施方案射出的光线的远场能量分布。图13所示的远场能量分布示出了在驱动电流为2×Ith、激光器自由振荡时131的分布。还示出了在施加了反馈、激光器的驱动电流分别为2×Ith132和3×Ith133时的远场能量分布。对于I＝2×Ith，远场能量分布图形132的FWHM角宽度为0.84度(1.5倍于衍射极限)。如曲线133所示，在驱动电流增加到3×Ith时主峰依然很窄。然而，附加横模开始出现，带宽增加到0.1nm。
对于2×Ith和3×Ith的驱动电流，在输出光束中测量到的功率分别为110mW和220mW。当阵列自由振荡时，对于2×Ith和3×Ith的驱动电流，圆柱形透镜后面的总功率分别为150mW和320mW。当驱动电流为2×Ith和3×Ith、并施加相位共轭反馈时，阵列发出的总辐射功率分别为222mW和465mW，即透镜133后面的可用功率的70％包含在输出光束中，总辐射功率(透镜133之前)的50％包含在输出光束中。在分束器上测量到的相位共轭反馈值一般为0.4-0.7％(该值在驱动电流低时最大)。反馈到阵列中的功率值大约为0.5-1.4mW(在低电流时最高)，对应的总反馈值为0.1-0.6％。
一旦启用相位共轭器，就可以实现窄带工作，锁定谱可以是通过倾斜光栅来调节的频率。频率调节不是连续的，而是在属于不同纵模的同一横模之间的离散阶梯。因此，频率可以在一个纵模间隔(0.11nm)内调节。然而，通过细微调节BAL结的温度(＜1摄氏度)，纵模的绝对频率将发生移动，结果利用该实施方案可以获得在中心频率±3nm范围内的任何频率。
在图14中，示出了I＝2×Ith时的光谱。在图14a)中，示出的是激光器阵列自由振荡时的光谱。出现多个纵模，FWHM为0.7nm。在图14b)-e)中，示出了在同一驱动电流下，利用不同的光栅倾角施加反馈时的输出光束谱。一旦实现窄带工作，就可以通过倾斜光栅来调节频率。光栅的倾斜角由压电元件控制。在图14b)和14e)的记录中，光栅倾斜0.43°，灵敏度为12nm/度。光栅倾角的变化导致空气-晶体界面上的入射点和入射角的变化。当光栅倾斜时，阵列将优化振荡频率，以便与晶体中已有的光栅实现最佳布拉格匹配，由此再次由相位共轭器获得高反射率。通过倾斜光栅，频率可以由对应于阵列纵模间隔(0.11nm)的离散阶梯调节，然而，由于随着光栅的倾斜，能量会缓慢地由一个纵模传递到另一个纵模，因此可能有两个纵模同时振荡。当光栅倾斜停止时，自适应相位共轭器将调节并优化最高反射率，窄带工作在几秒钟之内又能重新实现。对于固定的光栅位置，通过在小于1摄氏度的范围内调节阵列结的温度，可以在对应于一个纵模间隔的0.1nm的范围内连续调节频率。
GaAlAs阵列的增益带宽远大于5nm，所以有限波长范围可以解释如下：随着光栅的倾斜，光束将横向移出晶体内部带有光栅的区域，这使反射率降低，由此，导致了有限的调节范围。
频率可以通过向控制光栅倾斜角的压电元件施加锯齿形调制电压来自动地调节。当激光器阵列的驱动电流达到2×Ith，压电元件的调制频率低于0.2Hz时，相位锁定谱将在单个模式内平滑地来回扫描，如前所述那样将能量传递给下一个模式。在扫描过程中，相位共轭器的反射率与光栅固定的情况相比下降10-20％。如果调制频率高于0.5Hz，锁定谱的带宽将大于0.3nm，在5-10Hz时，带宽将与阵列自由振荡时的相同。如果调制频率大约高于0.2Hz，相位共轭器的反射率将逐渐地下降到零。BaTiO3晶体的响应时间在1秒量级，只有对于非常低的调制频率(＜0.2Hz)，晶体才能响应入射光束的变化，由此保持高的相位共轭反射率。
图15示出图11所示的实施方案射出的光线的相干度。测量到的相干度140显示为两个臂之间的路径差异的函数。图15还示出了在激光器自由振荡情况下141所测得的相干度。对于激光器自由振荡和施加反馈的两种情况，比较0.5处的相干度，可以看出，对于驱动电流2×Ith，相干长度大约按照因子45增加到至少16mm。对于驱动电流3×Ith，相干长度按照因子28增加。
一旦启用相位共轭器，并实现了窄带工作，输出频率和输出功率将十分稳定。如果通过倾斜光栅使波长相对于多模谱的中心频率λ0红移1-2nm，可以实现最大稳定性。在驱动电流为2×Ith时，连续3小时记录了输出光束的功率和波长。检测到的功率和波长的标准偏差分别小于0.7％和0.01nm(受分辨率的限制)。
在强制调节过程中，远场能量分布几乎保持不变，最大波动小于几个百分点。
图16示出泵浦固体激光器的本发明实施方案。图16示出具有激光器阵列和准直透镜系统150的本发明实施方案。双瓣结构输出光束中的一个瓣反射到光栅151，并在相位共轭器152中实现相位共轭，由此更多的功率泵浦到形成输出光束153的另一瓣中。聚焦透镜154插在输出光束的光路中，并将光束聚焦在带有反射镜输出157的固体激光器156的激光棒155上，由此泵浦外部激光器。
图17示出包含倍频器、校准仪和偏转输出光束的分束器的本发明实施方案。通常，由于激光器阵列的空间和时间相干性很差，很难利用这些激光器的输出获得倍频。然而，如上所述，在将频率选择单元和空间滤光片，以及谱滤光片161插入激光器阵列160和相位共轭器163之间的激光器阵列160的光路中时，激光器阵列160可以实现窄带工作。图17所示的本发明实施方案包括准直透镜系统164和改变光束偏振的波片165。该实施方案还包括将至少部分第一光束倍频的倍频装置166。倍频装置166包括插在激光器阵列160和相位共轭器163之间的外腔中的非线性晶体。即使在光束路径中插入非线性倍频晶体时激光器阵列仍能保持窄带工作，因为晶体在800nm处具有非常低的吸收。
激光器阵列的红外输出光束有倍频晶体166转换为蓝光。大约处于400nm的倍频蓝色激光光束168由对800nm的红外光透明、而对400nm的蓝光100％反射的分束器167耦合到外腔。。
除了频率滤光片，还采用了空间滤光片，以便获得更好、更稳定的窄带工作。
图18示出包括倍频器和光栅的本发明实施方案。在图18中，图17中的分束器和谱滤光片由衍射光栅171代替。衍射光栅插在倍频光束和透过倍频器的第一光束的光路中。由于光束的波长不同(800nm和400nm)，这两个光束的反射角度也不同。由此，倍频光束172指向一个角度，形成高度稳定的相干输出光束，而第一光束透过聚焦透镜指向相位共轭器，由此保证窄带工作。
本发明的该实施例提供了通过旋转光栅来调节激光器列阵的频率进而调谐蓝色输出光束的频率的方法。
图19示出一个非常紧凑的本发明实施方案。准直透镜系统180插在激光器两侧，这样需要利用激光器的两面。在激光器系统的一端，R＝100％的普通反射镜182插在远场面182中，以便反射一个瓣，由此将能量泵浦到形成输出光束183的另一个瓣。在激光器的另一端，在远场面182中，空间滤光片184安置在用于旋转光束偏振的波片185的前面。然后，光束衍射到光栅186上，并在相位共轭器187中实现相位共轭。在本发明的该实施方案中，激光器阵列用作一端带有共轭反射镜、另一端带有普通反射镜的增益媒质(内腔放大器)。本发明实施方案的优点是，激射媒质中产生的相位畸变可以从输出光束中消除。
图20和21所示的实施方案类似于图18所示的实施方案。差异在于倍频器安置在频率选择单元内部。
在图20中，非线性媒质192的表面191镀了层反射材料(对于λ＝810nm，R＞70％)，该镀层构成了校准仪。
在图21中，倍频器220安置在由两个反射面形成的校准仪221内部。
频率选择单元，例如校准仪内部的光束强度相对于校准仪外部按照因子1/(1-r)2增强，其中r是反射面的光束的反射率。因此，每个表面的反射率均为0.9的校准仪内部的强度放大了100倍。倍频光线的强度比例于入射到倍频器上的光线强度的平方，通常在倍频器位于外腔中时，只有很小一部分入射光线受到倍频。将倍频器安置在外腔中的校准仪内部，或使倍频器的表面形成外腔的频率选择单元，待倍频的光束将具有高强度，并且是高度准直的，由此提高了倍频效率。
由于外腔内的光束具有高强度、高稳定性和高度的空间时间相干性，本发明还提供了能够发射窄带输出光束的第一激光器，其输出光束是经过倍频的。
在普通系统中，窄带激光器的频率是利用包含反射镜和倍频器的外倍频腔实现倍频的。为了在该系统中实现高倍频转换效率，必需仔细控制外倍频腔的长度，这通常是利用电子伺服系统实现的，以便实现待倍频光束的谐振。
利用自适应光反馈装置，例如相位共轭器，外腔内部的倍频腔可以自动地进行调节，以便使待倍频光束谐振。这就不必相对于第一激光器的发射波长调节倍频腔的长度。
图22示出另一实施方案，其中激光器阵列远场中的一个瓣耦合到外相位共轭反馈腔，如图11所述的，还包括透镜系统230、耦合镜片225、倍频器220和透镜系统226。激光器远场中的另一个瓣耦合到包含耦合镜片227和光反馈装置228，例如反射镜或光栅的普通反馈腔中。普通反馈腔的用途是提高倍频晶体中的强度，这样可以获得高效率的频率转换。倍频光线229由光栅110(或对于倍频频率透明的反射镜110)耦合出来。

Claims (53)

1.发射输出光束的激光器系统，包括
发射第一高功率光束的第一激光器，
响应于入射到其上的光线而发射第二光束的自适应光反馈装置，该装置相对于第一激光器配置，使得在发射第一光束的过程中，该装置由第一光束的第一部分照射，且第二光束射入第一激光器，其中自适应光反馈装置和第一激光器在其间确定了外腔，
位于外腔中的第一光束的第一部分的光路中的频率选择单元，频率选择单元和自适应光反馈装置一起确定射入到第一激光器中的第二光束的波长范围，由此可以控制激光器发射出谱宽窄、稳定、且空间时间高度相干的高功率输出光束。
2.权利要求1的系统，其中第一激光器具有多个横模。
3.权利要求1或2的系统，其中第一激光器发射具有偏振轴的光束。
4.权利要求1-3中任何一个的系统，其中第一激光器发射具有相干轴的光束。
5.权利要求1-4中任何一个的系统，其中第一激光器包含激光器阵列。
6.权利要求5的系统，其中激光器阵列包含半导体激光器阵列。
7.上述任一权利要求的系统，其中第一激光器包含染料激光器。
8.上述任一权利要求的系统，其中自适应光反馈装置包含相位共轭器。
9.权利要求8的系统，其中相位共轭器具有相位共轭轴。
10.权利要求9的系统，其中相位共轭器包含BaTiO3晶体。
11.权利要求9或10的系统，其中第一激光器发射具有偏振轴的光束，并包含将第一激光器的偏振轴与相位共轭器的共轭轴在共轭器表面上对准以便发射第二光束的装置。
12.权利要求11的系统，将偏振轴与共轭轴对准的装置包含波片。
13.权利要求9-12中任何一个的系统，其中第一激光器发射具有相干轴的光束，相位共轭器相对于第一激光器配置，使得激光器的相干轴基本上在共轭器表面上与相位共轭器的共轭轴对准，由此相对于第一光束的第一部分提高第二光束的能量。
14.上述任一权利要求的系统，其中频率选择单元包括第一光栅。
15.权利要求14的系统，还包括确定输出光束频率的频率调节装置。
16.权利要求15的系统，其中频率调节装置调节光栅相对于第一光束的第一部分的传播轴的倾斜角。
17.权利要求15或16的系统，其中频率调节装置调节第一激光器的温度。
18.上述任一权利要求的系统，其中频率选择单元包含校准仪。
19.上述任一权利要求的系统，其中频率选择单元包含干涉滤光片。
20.上述任一权利要求的系统，其中频率选择单元包括棱镜。
21.上述任一权利要求的系统，还包含位于第一光束的第一部分的光路中、并防止所选定的横模向自适应光反馈装置传播的空间滤光片。
22.上述任一权利要求的系统，还包含位于外腔中的第一光束的光路中的分束器，用于透射第一光束的第一部分、反射第一光束的第二部分，至少部分反射光束形成输出光束。
23a.上述任一权利要求的系统，还包含至少使部分第一光束频率转换到期望波长的频率转换装置。
23b.权利要求23a的系统，其中频率转换装置包含光参量振荡器晶体。
23.权利要求23a的系统，还包含至少使部分第一光束倍频的倍频器，使得输出光束的波长基本上等于第一光束波长的一半。
24.权利要求23的系统，其中倍频器位于频率选择单元内部。
25.权利要求23或24的系统，其中倍频器的表面构成频率选择单元。
26.权利要求23的系统，其中第一激光器是窄带谱激光器。
27.权利要求23的系统，其中倍频器位于外腔外部且位于输出光束的光路中。
28.权利要求23的系统，还包含分束器，以便
以便透射波长基本上等于第一光束波长的光线，至少部分透射光束构成第一光束的第一部分，
以便反射波长基本上等于第一光束波长一半的光线，
分束器位于外腔中的、倍频器下游的第一光束的光路中，由此倍频输出光束在空间上与系统的其它光束隔开。
29.权利要求23的系统，还包含第二光栅，
以便将波长基本上等于第一光束波长的第三光束相对于第一光束偏转第一角度，至少部分第三光束构成第一光束的第一部分，
以便将波长基本上等于第一光束波长一半的第四光束相对于第一光束偏转第二角度，
该光栅位于外腔中的、倍频器下游的第一光束的光路中，至少部分第四光束构成倍频输出光束，由此第四光束在空间上与系统的其它光束隔开。
30.权利要求29的系统，其中第二光栅还构成了频率选择单元。
31.上述任一权利要求的系统，其中第一光束由第一激光器的第一表面射出，输出光束由第一激光器的第二表面射出。
32.上述任一权利要求的系统，还包含相对于第一激光器配置的第二激光器，使得第二激光器的增益媒质由输出光束照射，由此第二激光器由输出光束进行泵浦。
33.权利要求1-31中任一个的系统，还包含单模光纤，位于第一光束的第一部分的光路中以便向自适应光反馈装置透射所选横模的空间滤光片，和将输出光束耦合到单模光纤中的装置。
34.上述任一权利要求的系统，用于干涉测量传感器中。
35.产生输出光束的方法，包含以下步骤
使第一激光器射出第一光束，
利用下述步骤在自适应光反馈装置和第一激光器之间形成外腔，
利用第一光束的第一部分照射自适应光反馈装置，由此使自适应光反馈装置射出第二光束，
并将第二光束注入到第一激光器中。
通过将频率选择单元安置在外腔中的第一光束的第一部分的光路中来确定第二光束的波长范围，由此控制激光器系统发射窄谱带、稳定、空间时间高度相干的高功率输出光束。
36.权利要求35的方法，其中第一激光器发射具有偏振轴的光束。
37.权利要求35或36的方法，其中第一激光器发射具有相干轴的光束。
38.权利要求35-37中任一个的方法，其中形成外腔的步骤包含将相位共轭器用作自适应光反馈装置以便对光线进行相位共轭的步骤。
39.权利要求38的方法，其中相位共轭的步骤包含利用具有相位共轭轴的相位共轭器的步骤。
40.权利要求38或39的方法，其中第一激光器发射具有偏振轴的光束，该方法还包含在共轭器表面上将第一激光器的偏振轴与相位共轭器的共轭轴对准以便发射第二光束的步骤。
41.权利要求38-40中任一个的方法，其中第一激光器发射具有相干轴的光束，该方法还包含在共轭器表面上将第一激光器的相干轴与相位共轭器的共轭轴对准以便相对于第一光束的第一部分提高第二光束能量的步骤。
42.权利要求35-41中任一个的方法，还包含通过利用频率选择单元选择第一光束的第一部分的相应波长来选择输出光束波长的步骤。
43.权利要求35-42中任一个的方法，还包含对第一光束的第一部分进行空间滤波的步骤，以便防止所选的横模射向自适应光反馈装置。
44.权利要求35-43中任一个的方法，还包含对至少部分第一光束进行倍频的步骤，以便使输出光束的波长基本上等于第一光束波长的一半。
45.权利要求44的方法，还包含将倍频器安置在频率选择单元内部的步骤。
46.权利要求44或45的方法，其中倍频器的表面构成频率选择单元。
47.权利要求44的方法，其中第一激光器发射窄谱带、高功率光束。
48.权利要求44的方法，还包含将倍频器安置在外腔外部的输出光束的光路中的步骤。
49权利要求44的方法，还包含以下步骤，将使波长基本上等于第一光束波长的光线透射，其中至少部分透射光束构成第一光束的第一部分，使波长基本上等于第一光束波长一半的光线反射的分束器安置在外腔中的、倍频器下游的第一光束的光路中，由此倍频输出光束在空间上与系统的其它光束分离。
50.权利要求44的方法，还包含以下步骤，将使波长基本上等于第一光束波长的第三光束相对于第一光束偏转第一角度，其中至少部分第三光束构成第一光束的第一部分，使波长基本上等于第一光束波长一半的第四光束相对于第一光束偏转第二角度的第二光栅安置在外腔中的、倍频器下游的第一光束的光路中，至少部分第四光束构成输出光束，由此输出光束在空间上与系统的其它光束分离。
51.权利要求35-50中任一个的方法，其中第一激光器由其第一表面发射第一光束，由其第二表面发射输出光束。
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