CN216251609U - 一种波长可调节的激光器 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于激光器技术领域，公开了一种波长可调节的激光器，包括光源；光源产生光束通过准直元件准直后射入声光调制器；声光调制器对发射光束的波长选定，形成第一透射光束和第一反射光束；第一反射镜用于第一反射光束的反射并形成第二反射光束；第二反射光束进入声光调制器形成第三反射光束和第二透射光束；第二反射镜与第二透射光束的光路相垂直，用于对第二透射光束反射形成进入声光调制器的反射光束；本实用新型的激光器可以实现对不同波长光束快速、精准选定，获得不同波长光束更高输出精度和效率，并将声光调制器透射形成的透射光束进行反射，使其重新射入声光调制器中进行振荡，从而提高该激光器电光转化效率，获得更高的输出效率。

Description

一种波长可调节的激光器

技术领域

本实用新型属于激光器技术领域，特别涉及一种波长可调节的激光器。

背景技术

波长可调节的激光器在光通信、光谱测量、干涉测量等多个领域都有应用，这样的激光器具有效率高、结构紧凑、成本低和高可靠性等优点，通过对外腔的调整可以达到改变外腔内波长的目的，满足对不同波长的需求。

结合图1所示，在现有的波长可调节的半导体激光器中，通常由光栅6和腔镜7构成半导体激光器的外腔，光源1产生的光束2经过准直元件3准直后照射到光栅6上，光栅6对射入的光束进行波长选定，选定后的波长经过光栅6反射至腔镜7，再通过腔镜7反射经过光栅6返回至光源1中。通过调节光栅6和腔镜7的摆放角度以及摆放位置，可以改变所选定光束的波长，达到调节输出不同波长的目的。

采用上述现有结构的半导体激光器进行输出波长调节时，随着所需波长的改变，相应地，需要对光栅和腔镜的摆放角度以及摆放位置进行机械调节，这种机械调节不仅速度慢，且很难达到精准调节光栅和腔镜角度的效果，即很难达到对不同波长光束的精准选定。

实用新型内容

针对上述问题，本实用新型公开了一种波长可调节的激光器，以克服上述问题。

一种波长可调节的激光器，包括光源、准直元件、声光调制器、第一反射镜和第二反射镜；所述准直元件位于所述光源和所述声光调制器之间，用于对所述光源产生的光束进行准直并形成射入所述声光调制器的发射光束；所述声光调制器对所述发射光束进行波长选定，并形成第一透射光束和第一反射光束；所述第一反射镜位于所述第一反射光束的光路，用于对第一反射光束进行反射并形成第二反射光束；所述第二反射光束进入所述声光调制器形成第三反射光束和第二透射光束，并且所述第三反射光束射向所述光源；所述第二反射镜位于所述第二透射光束的光路，所述第二反射镜的反射面与所述第二透射光束的光路相垂直，用于对所述第二透射光束进行反射形成进入所述声光调制器的反射光束。

可选的，所述声光调制器的超声波频率为连续可调的超声波频率。

可选的，所述声光调制器的超声波频率的调节范围为10MHz～1GHz。

可选的，所述声光调制器的反射率为5％～95％。

可选的，所述第一透射光束沿所述发射光束的延长线方向输出，所述第二透射光束沿所述第二反射光束的延长线方向输出。

可选的，所述第一反射镜的反射率为5％～100％。

可选的，所述第二反射镜的反射率为5％～100％。

可选的，所述第二反射镜的反射率是可调节的。

可选的，所述声光调制器的声光介质选用二氧化碲晶体或石英晶体。

可选的，光源采用半导体激光器单管。

本实用新型的优点及有益效果是：

在本实用新型的激光器中，通过设置声光调制器和第一反射镜，利用声光调制器中超声波频率的不同对由光源产生并射入的发射光束进行特定波长选定，并且对选定波长的光束进行反射和透射，其中反射形成的反射光束在第一反射镜的作用下再次射入声光调制器并在光源、声光调制器和第一反射镜之间形成振荡，而透射形成的透射光束则作为输出光束。这样，通过对声光调制器中超声波频率进行电信号调节，就可以在不改变光源、声光调制器和第一反射镜之间相对物理位置关系的情况下，实现对不同波长光束的选定，并且对选定波长的光束形成振荡和输出，从而达到对不同波长光束的快速、精准选定目的，提高该激光器对不同波长光束的输出精度和效率；同时，通过设置第二反射镜，并利用第二反射镜对声光调制器透射形成的透射光束进行反射，使其重新射入声光调制器中进行振荡，从而提高该激光器的电光转化效率，获得更高的输出效率。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本实用新型的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1为现有的波长可调节的激光器的示意图；

图2为本实用新型的一实施例中波长可调节的激光器的示意图；

图中：1-光源；2-光束；21-发射光束；22-第一透射光束；23-第一反射光束；24-第二反射光束；25-第二透射光束；26-第三反射光束；3-准直元件；4-声光调制器；5-第一反射镜；6-光栅；7-腔镜；8-第二反射镜。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型具体实施例及相应的附图对本实用新型技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

以下结合附图，详细说明本实用新型各实施例提供的技术方案。

本实施例公开了一种波长可调节的激光器，该激光器通过调节声光调制器的超声波频率，就能获得所需波长的光束。

结合图2所示，本实施例的激光器包括光源1、准直元件3、声光调制器4、第一反射镜5和第二反射镜8。

光源1采用但不限于半导体激光器单管。

准直元件3位于光源1和声光调制器4之间，光源1所产生不同波长的光束经准直元件3形成平行的发射光束21，并且射入声光调制器4中。声光调制器4对射入的发射光束21进行透射和反射，分别形成第一透射光束22和第一反射光束23。其中，根据所需声波波长与期望的光束波长间关系的公式以及超声波频率公式，通过改变声光调制器4的超声波频率，可以达到声光调制器4对所射入发射光束21的特定波长选定的目的，从而对选定波长的光束形成透射和反射，获得选定波长的第一透射光束22和第一反射光束23。

第一反射镜5位于第一反射光束23的光路上，用于对第一反射光束23进行反射并且形成再次射入声光调制器4的第二反射光束24。即第一反射光束23射出声光调制器4之后，经第一反射镜5的反射之后，以相对于第一反射光束23反向平行的第二反射光束24再次射入声光调制器4中。

第二反射光束24射入声光调制器4之后，由声光调制器4再次对射入的第二反射光束24进行反射和透射，分别形成第二透射光束25和第三反射光束26。其中，第二透射光束25沿第二反射光束24的延长线方向射出，第三反射光束26则沿与发射光束21反向平行的方向射向光源1处。

此时，通过声光调制器4对光源1发出的发射光束21进行波长选定，并且对选定波长的光束进行反射和透射，从而形成具有特定波长的第一反射光束23和第一透射光束22，同时借助第一反射镜5对第一反射光束23进行反射使其以第二反射光束24的形式再次射入声光调制器4，而声光调制器4则对第二反射光束24再次进行反射和透射并形成射回光源1的第三反射光束26和射出的第二透射光束25，从而由声光调制器4和第一反射镜5构成该激光器的外腔。这样，根据受激辐射原理，声光调制器4对射入光束进行特定波长选定之后，在光源1、声光调制器4和第一反射镜5之间形成对特定波长光束的振荡，并通过第一透射光束22和第二透射光束25完成对特定波长光束的输出。

在本实施例中，通过在第二透射光束25的光路上设置第二反射镜8，就可以利用第二反射镜8对第二透射光束25进行反射并形成反射光束，反射光束并再次射入声光调制器4中。即第二透射光束25射出声光调制器4之后，经第二反射镜8的反射之后，以相对于第二反射光束24反向平行的反射光束再次射入声光调制器4中。

然后，借助第二反射镜8对第二透射光束25的反射处理，使第二透射光束25重新进入声光调制器4进行振荡，从而使第一透射光束22作为该激光器的唯一输出光束。这样，就可以使更多经声光调制器4选定波长的光束进行振荡，并通过第一透射光束22进行集中输出，大大提高该激光器的电光转化效率，获得更高的激光输出效率。

其中，在本实施例中，将第二反射镜8设置在了第二透射光束25的光路上，并与第二透射光束25的光路相垂直的位置处，由此形成对第二透射光束25的反射，使第一透射光束22作为该激光器的唯一输出光束。同样，在其他实施例中，根据设计和使用要求，也可以将第二反射镜8设置在第一透射光束22的光路上，并与第一透射光束22的光路相垂直的位置处，从而形成对第一透射光束22的反射，使第二透射光束25作为该激光器的唯一输出光束。由于第二反射镜8的反射率是可调节的，在此情况下，将第二反射镜8调节至反射率为100％，以提高对第二透射光束25的反射效率，降低第二反射镜8处由于第二透射光束25的透射而造成的光束浪费。

当然，在其他实施例中，在第一透射光束22和第二透射光束25的光路上同时设置第二反射镜8，且两个第二反射镜8的反射面分别与第一透射光束22和第二透射光束25的光路相垂直；再根据输出光束的强度调节其对应通过的第二反射镜的反射率，根据该激光器使用工况的不同或者设计要求的不同，调节第二反射镜8的反射率，例如反射率为80％、50％、30％甚至低至5％的反射镜。这样，无需机械更换两个第二反射镜8就可以调节第一透射光束22和第二透射光束25分别通过对应的第二反射镜时，形成反射光束和透射光束的比例关系，从而达到对第一透射光束22和第二透射光束25不同的处理效果。同理，第一反射镜5可以选用不同反射率的反射镜，从而调节对第一反射光束23的反射效果和透射效果，进而形成对第一反射光束23的不同处理效果。通过对第一反射镜5的反射率和第二反射镜8的反射率进行调整，就可以达到改变参与振荡的光束量，最终改变该激光器所输出激光的能量。

在本实施例中，选用了超声波频率调节范围为10MHz～1GHz的声光调制器4。这样，通过在10MHz～1GHz范围内对声光调制器4进行超声波频率调节，可以确保声光调制器4中声光介质能能够承受超声波频率的情况下，实现对更宽范围波长光束的选定，使该激光器能够输出更宽波长范围的光束，提高该激光器的使用效率和使用效果。

进一步，在本实施例中，通过对输入声光调制器4的电信号进行连续调节，达到对声光调制器4的超声波频率连续调节效果。这样，就可以通过连续的超声波频率达到对一定范围内连续波长的选定，实现对连续波长光束的输出，进一步提高该激光器的使用效率和使用效果。

其中，在本实施例中，针对声光调制器4的声光介质选用二氧化碲晶体的情况，声光调制器4内的声波传播速度为4.2km/s。此时，再根据所需声波波长与期望的光束波长间关系的公式：

和超声波频率公式：

λ为期望的光束波长、θ为图2中声波波面与光束传播方向间的夹角、v为声光调制器中声波传播速度、d为所需声波波长、f为所需超声波频率。

当期望的光束波长λ为976nm时，进一步的，由于声光调制器4的超声波频率调节范围为10MHz～1GHz，根据超声波频率公式，计算出所需声波波长d的范围为4.2μm～420μm，预设所需声波波长为25.01μm，再根据所需声波波长与期望的光束波长间关系的公式和超声波频率公式能够计算获得：θ＝19.52mrad＝1.118°，f为167.93Mhz。

因此，在进行光源1、声光调制器4、第一反射镜5和第二反射镜8的安装固定时，以声光调制器4为坐标原点，就可以将光源1摆放在-x方向与+y方向组成的第二象限内，且与-x轴成θ＝19.52mrad＝1.118°方向上；将第一反射镜5摆放在+x方向与+y方向组成的第一象限内，且与+x轴成θ＝19.52mrad＝1.118°的方向上；将第二反射镜8位于第二透射光束25的光路上，即位于-x方向与-y方向组成的第三象限内，且与-x轴成θ＝19.52mrad＝1.118°的方向上。再通过对声光调制器4施加超声波频率为167.93Mhz的电信号之后，就可以由声光调制器4和第一反射镜5对光源1所射出波长为976nm的光束进行选定形成振荡并输出。

在保持光源1、声光调制器4和第一反射镜5之间安装固定位置不变的情况下，通过调整输入声光调制器4的电信号，以改变声光调制器4内超声波频率，就可以由声光调制器4对光源1所射出不同波长的光束进行选定，进而形成对选定波长光束的振荡输出。

例如，当调整输入声光调制器4的电信号，使168.62MHz的超声波频率在声光调制器4中产生类似的周期性折射率时，声光调制器4内的声波波长为24.91μm，进而形成对波长为972nm光束的选定并形成振荡和输出。

再例如，当调整输入声光调制器4的电信号，使167.24MHz的超声波频率在声光调制器4中产生类似的周期性折射率时，声光调制器4内的声波波长为25.11μm，进而形成对波长为980nm光束的选定并形成振荡和输出。

另外，在本实施例中，声光调制器4的反射率为80％。这样，在经声光调制器4选定波长的光束中，其中80％经声光调制器4的反射形成反射光束，而其余光束则大部分经声光调制器4的透射形成输出光束。同样，在其他实施例中，根据该激光器使用工况和使用要求的不同，可以选用反射率在5％～95％之间的声光调制器4进行特定波长光束的选定和输出，并达到对反射光束和透射光束的比例调控。

此外，在本实施例中，第一反射镜5选用反射率为100％的反射镜。此时，通过选用高反射率的反射镜作为第一反射镜5，可以使第一反射光束23尽可能的完全形成第二反射光束24并重新射入声光调制器4，从而使更多被选定的光束进行振荡并输出，提高输出光束强度，提高该激光器对选定波长光束的输出效率。

在其他实施例中，根据设计和使用环境的不同，声光调制器的声光介质还可以选用其他晶体，例如石英晶体。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，在本实用新型的上述教导下，本领域技术人员可以在上述实施例的基础上进行其他的改进或变形。本领域技术人员应该明白，上述的具体描述只是更好的解释本实用新型的目的，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种波长可调节的激光器，其特征在于：包括光源、准直元件、声光调制器、第一反射镜和第二反射镜；所述准直元件位于所述光源和所述声光调制器之间，用于对所述光源产生的光束进行准直并形成射入所述声光调制器的发射光束；所述声光调制器对所述发射光束进行波长选定，并形成第一透射光束和第一反射光束；所述第一反射镜位于所述第一反射光束的光路，用于对第一反射光束进行反射并形成第二反射光束；所述第二反射光束进入所述声光调制器形成第三反射光束和第二透射光束，并且所述第三反射光束射向所述光源；所述第二反射镜位于所述第一透射光束和/或所述第二透射光束的光路，所述第二反射镜的反射面与所述第一透射光束和/或所述第二透射光束的光路相垂直，用于对所述第一透射光束和/或所述第二透射光束进行反射形成进入所述声光调制器的反射光束。

2.根据权利要求1所述的波长可调节的激光器，其特征在于：所述声光调制器的超声波频率为连续可调的超声波频率。

3.根据权利要求2所述的波长可调节的激光器，其特征在于：所述声光调制器的超声波频率的调节范围为10MHz～1GHz。

4.根据权利要求1所述的波长可调节的激光器，其特征在于：所述声光调制器的反射率为5％～95％。

5.根据权利要求1所述的波长可调节的激光器，其特征在于：所述第一透射光束沿所述发射光束的延长线方向输出，所述第二透射光束沿所述第二反射光束的延长线方向输出。

6.根据权利要求1所述的波长可调节的激光器，其特征在于：所述第一反射镜的反射率为5％～100％。

7.根据权利要求1所述的波长可调节的激光器，其特征在于：所述第二反射镜的反射率为5％～100％。

8.根据权利要求7所述的波长可调节的激光器，其特征在于：所述第二反射镜的反射率是可调节的。

9.根据权利要求1-8中任意一项所述的波长可调节的激光器，其特征在于：所述声光调制器的声光介质选用二氧化碲晶体或石英晶体。

10.根据权利要求1-8中任意一项所述的波长可调节的激光器，其特征在于：所述光源采用半导体激光器单管。

Images