IT201900002013A1 - Dispositivo laser a cavita' esterna, sistema e procedimento corrispondenti - Google Patents

Description

DESCRIZIONE dell’invenzione industriale intitolata:

“Dispositivo laser a cavità esterna, sistema e procedimento corrispondenti”

TESTO DELLA DESCRIZIONE

Campo tecnico

La descrizione è relativa a dispositivi laser a cavità esterna. Per esempio, un dispositivo esemplificativo può essere un laser a cavità esterna (External Cavity Lasers -“ECL”) o un laser a cavità esterna estesa (Long External Cavity Lasers - “LECL”).

Una o più forme di attuazione possono essere applicate in contesti di spettroscopia ottica di atomi e/o molecole e di metrologia.

Sfondo tecnologico

I laser a cavità esterna ECL, in particolare quelli a diodi laser denominati ECDL (External Cavity Diode Lasers), sono un tipo di sorgente di radiazione coerente che può essere stabilizzata in frequenza.

Per numerose e/o diverse applicazioni, quali la spettroscopia ottica di atomi e/o molecole e la metrologia, è richiesto che tali laser abbiano:

- caratteristiche di robustezza meccanica che ne permettano un uso prolungato senza interventi da parte di operatori esterni, e/o

- che siano accordabili in frequenza a dei riferimenti.

Le sorgenti di radiazione, dette anche mezzi attivi o sorgenti di luce, impiegate in tale tipo di dispositivo includono, come detto, i diodi laser, i gain chip, ma anche altri tipi di mezzo attivo quali ad esempio i LED superluminescenti (SLED – Superluminescent Light Emitting Diode): questi ultimi sono mezzi attivi configurati per generare luce tramite emissione spontanea amplificata.

Sia i diodi laser, che i gain chip, che gli SLED comprendono, ad esempio, un mezzo attivo semiconduttore dotato di almeno una regione riflettente, in particolare una superficie riflettente, per esempio, su una delle due “facce” del mezzo attivo. Tale regione riflettente può essere realizzata, per esempio, applicando un trattamento riflettente o per riflessione interna (totale o parziale).

I dispositivi laser a cavità esterna e corrispondenti sistemi sintonizzabili comprendono, tradizionalmente:

- una sorgente di radiazione elettromagnetica – brevemente, sorgente di luce o mezzo attivo - configurata per generare e/o emettere un fascio di luce; tale sorgente comprende, come detto, ad esempio diodi laser, SLED o i cosiddetti “gain chip”. In particolare, essi sono configurati per generare luce nella maggior parte dello spettro visibile, del vicino ultravioletto e del vicino e medio infrarosso. Tale sorgente è compresa in una cavità ottica esterna identificata da almeno una sua regione, in particolare superficie, riflettente;

- una lente per collimare la luce emessa dalla sorgente;

- un elemento ottico di selezione spettrale, che realizzi una selezione in frequenza del fascio di luce, per esempio un filtro ottico o un reticolo di diffrazione, in modo da ottenere una emissione laser alla frequenza desiderata;

- un accoppiatore d’uscita (“output coupler”), comprendente almeno un elemento riflettente che fornisca un fascio di luce in uscita. Tale elemento può anche coincidere con l’elemento ottico di selezione spettrale.

Una cavità ottica esterna a lunghezza variabile, brevemente detta “cavità esterna”, è definita dunque fra detta sorgente di radiazione elettromagnetica e l’elemento ottico di selezione spettrale, in particolare fra la regione riflettente della sorgente e tale elemento ottico di selezione spettrale. I modi risonanti di detta cavità ottica esterna sono comunemente noti come modi longitudinali della cavità.

Usualmente, è presente almeno un attuatore, per esempio un attuatore piezoelettrico, controllabile elettricamente in modo da facilitare la variazione della lunghezza della cavità esterna. La frequenza di emissione della luce del laser viene variata di conseguenza, come discusso nel seguito.

Sono noti diversi tipi di laser in cavità esterna comunemente utilizzati, i quali differiscono tra loro, per esempio, per una diversa scelta dell’accoppiatore di uscita e dell’elemento di selezione spettroscopica.

Un primo tipo, denominato “a etalon”, utilizza quale mezzo di selezione spettroscopica un filtro interferenziale mentre l’output coupler comprende uno specchio accoppiato ad un attuatore.

L’uso dello specchio rende il sistema meccanicamente stabile e poco sensibile a disallineamenti, in particolare se viene introdotta una ulteriore lente che focalizza il fascio sullo specchio. Il filtro interferenziale (ad esempio, un “etalon”) è posto all’interno della cavità esterna, facilitando la trasmissione della radiazione luminosa incidente solo rispetto a un intervallo (“range”) limitato di frequenze. Tale range può essere variato cambiando l’angolo tra la normale (ovvero una direzione perpendicolare) al filtro interferenziale (“etalon”), ed un vettore d’onda della radiazione incidente, oppure attraverso la variazione della temperatura a cui è posto il filtro stesso.

L’uso di un filtro quale elemento di selezione spettrale (ovvero in frequenza) presenta degli svantaggi, tra i quali:

- una scarsa stabilità in temperatura: per ottenere una emissione sullo stesso singolo modo longitudinale per un periodo di tempo prolungato, infatti, si richiede di controllare in modo preciso la temperatura del filtro interferenziale;

- alto valore di perdite per assorbimento del filtro stesso: tali perdite possono essere controbilanciate da una maggiore riflettività dello specchio di accoppiamento in uscita, al costo di una riduzione della potenza di uscita del laser.

Un secondo tipo di configurazione nota, denominato “Littman-Metcalf”, utilizza sia come mezzo di selezione spettroscopica che come accoppiatore d’uscita un sistema composto da:

- uno specchio montato su un apposito supporto in cui è posto un attuatore piezoelettrico, e

- un reticolo di diffrazione.

L’uso della configurazione tipo Littman-Metcalf rispetto ad un filtro interferenziale facilita una ridotta dipendenza dalla temperatura dello spettro del fascio di luce in uscita. In questo tipo di configurazione, un primo ordine di diffrazione del fascio luminoso viene inviato sullo specchio che riflette la radiazione di nuovo verso il reticolo e a sua volta verso la sorgente, formando una cavità ottica esterna. A causa della dipendenza dell’angolo di riflessione del reticolo dalla lunghezza d’onda della radiazione, tuttavia, solo un intervallo (“range”) limitato di componenti spettrali (ovvero frequenze) partecipa all’emissione laser.

Per variare questo range – e conseguentemente la lunghezza d’onda di emissione del laser – è necessario variare l’angolo tra il reticolo di diffrazione ed il vettore d’onda della radiazione incidente: questa condizione si implementa variando l’angolo tra lo specchio e il reticolo di diffrazione, tramite la rotazione di un braccio girevole del supporto dello specchio, ad esempio un braccio girevole rispetto ad un punto pivotale esterno. L’accoppiamento in uscita è realizzato dalla radiazione proveniente dal laser e riflessa all’ordine zero dal reticolo di diffrazione.

Anche nella tipologia Littman-Metcalf, si hanno numerose perdite nella cavità esterna, dovute principalmente alla radiazione riflessa dallo specchio ed a sua volta riflessa all’ordine zero dal reticolo. Tali perdite, di nuovo come nel tipo “a etalon”, causano una riduzione della potenza di emissione del laser.

In un terzo tipo di laser, noto come configurazione Littrow, un reticolo di diffrazione viene utilizzato sia come accoppiatore d’uscita che come elemento di selezione spettrale, come verrà descritto nel seguito in relazione alla Figura 1.

In particolare, nella porzione a) di Figura 1, un primo esempio di configurazione di un dispositivo laser di tipo Littrow 100a comprende una sorgente di luce S, una lente di collimazione C e un modulo accoppiatore d’uscita 6ab comprendente un elemento di selezione spettrale, in particolare ottenuto tramite un reticolo di diffrazione 6a, nonché un attuatore A. In una seconda configurazione di dispositivo laser di tipo Littrow 100b, oltre agli elementi elencati in precedenza con riferimento alla struttura 100a, il modulo accoppiatore d’uscita 6ab può comprendere un reticolo di diffrazione 6a ed uno specchio 6b, per esempio solidale allo stesso supporto su cui è montato il reticolo di diffrazione 6a.

Lo specchio 6b è posto in modo da ricevere il fascio riflesso dal reticolo di diffrazione a un angolo di orientamento θ e rifletterlo lungo un asse parallelo all’asse ottico di emissione della sorgente S. La discussione seguente relativa alla configurazione Littrow 100a si applica analogamente ad elementi analoghi anche nella configurazione Littrow 100b.

Il mezzo attivo/la sorgente S, per esempio un diodo laser, presenta almeno una regione riflettente RS, tale regione (es. una regione di spazio connesso, come una superficie) riflettente RS ottenuta in modi di per sé noti.

La sorgente S è configurata per emettere radiazione (o luce).

Per esempio, il mezzo attivo S può essere alloggiato in un supporto per diodo.

Un fascio di luce generato/emesso dalla sorgente S compie un cammino ottico OPa (100a) o OPb (100b) esternamente alla sorgente S, indicato in figura con linee tratteggiate. Si precisa che per sorgente S si intende ad esempio un diodo laser e che tale cammino ottico OPa, OPb è esterno al modulo che individua la sorgente S, in particolare alla giunzione a semiconduttore e, se è presente, alla cavità Fabry-Pérot interna, oppure esternamente all’involucro della sorgente S.

Lungo tale cammino ottico OPa, OPb sono posti:

- la lente di collimazione C,

- il modulo accoppiatore d’uscita 6ab, comprendente l’elemento selezionatore di spettro, in particolare il reticolo di diffrazione 6a.

Tale fascio di luce emesso dalla sorgente S, una volta collimato con la lente C, incide sul reticolo di diffrazione 6a, che è quindi pure esterno alla sorgente di luce S.

L’attuatore A, per esempio un attuatore piezoelettrico, è accoppiato al reticolo 6a nel modulo accoppiatore d’uscita 6ab.

La regione/superficie riflettente RS della sorgente S e il reticolo di diffrazione 6a (che si trovano ad esempio agli estremi di un asse ottico passante per la lente di collimazione C) nel modulo accoppiatore d’uscita 6ab formano almeno una cavità esterna a lunghezza L variabile.

Una lunghezza L della cavità esterna determina la lunghezza d'onda λ del fascio di luce emesso dalla sorgente S, secondo la formula:

dove n è un numero intero.

Il reticolo 6a, che opera da elemento selezionatore di spettro nel modulo accoppiatore d’uscita 6ab, riflette all’ordine zero il fascio incidente secondo un asse, che forma un angolo di orientamento θ con il cammino ottico della luce OPa, OPb.

Gli angoli orizzontali e verticali di orientamento dell’accoppiatore d’uscita 6ab sono tali da allineare il reticolo 6a nel modulo 6ab nel percorso ottico OPa, OPb in modo tale che una porzione spettrale del fascio di luce incidente su di esso, ad esempio il primo ordine di diffrazione, sia retro-propagato (“back-reflected”) verso la sorgente di luce S. Detto altrimenti, una porzione spettrale del fascio incidente sul reticolo 6a si propaga con un angolo di 180° rispetto alla direzione d’incidenza. Una rimanente porzione del fascio di luce in uscita, ad esempio il riflesso di ordine zero, prosegue il cammino ottico OPa, OPb.

Una porzione di luce riflessa verso il mezzo attivo sorgente S ha una componente spettrale ad almeno una delle frequenze uguali a quelle dei modi risonanti longitudinali della cavità ottica esterna RS, L, 6a di lunghezza L. Questa condizione genera una rete di retroazione sulla sorgente stessa, che permette di regolare le proprietà di emissione solo sulla base delle proprietà della cavità esterna e, non più solo sulla base delle caratteristiche di emissione della sorgente S. Si può dire che il funzionamento del dispositivo laser 100a, 100b è in qualche modo “dominato”, o governato, dalle proprietà della cavità esterna rispetto a quelle della sorgente S.

L’angolo di orientamento θ è tradizionalmente regolato:

- tramite una o più viti di regolazione del supporto (non visibili) su cui è montato l’accoppiatore d’uscita 6ab comprendente il reticolo 6a, e/o

- tramite un segnale elettrico, ad esempio elaborato dall’analisi spettrale della porzione di luce in uscita, inviato all’attuatore piezoelettrico A accoppiato meccanicamente al modulo 6ab.

Come mostrato in Figura 1, sia nella porzione a) che nella porzione b) della figura l’attuatore A tramite il quale attuare la variazione dell’angolo θ dell’inclinazione del reticolo 6a rispetto alla direzione di propagazione della luce, ossia il cammino ottico OPa, OPb, è accoppiato meccanicamente al reticolo 6a, essendo posto all’interno del modulo accoppiatore d’uscita 6ab comprendente una base regolabile solidale con il reticolo 6a. L’attuatore piezoelettrico A, essendo accoppiato meccanicamente al modulo 6ab o al reticolo 6a, facilita cambiare l’angolo θ tra la normale al reticolo di diffrazione 6a e la radiazione incidente. La lunghezza d'onda λ di emissione del fascio uscente può essere regolata variando l’angolo di orientamento θ del reticolo di diffrazione 6a.

Dunque, con le configurazioni Littrow 100a, 100b si ha un vantaggio di non disperdere potenza luminosa, e disporre di un mezzo di selezione spettrale 6a con una debole dipendenza dalla temperatura.

In taluni casi l’attuatore A viene posto all’interno di un supporto meccanico che sostiene il reticolo di diffrazione, in un apposito rientro “a forchetta” formato, ad esempio, scavando una rientranza nel materiale in cui il supporto è realizzato, allo scopo di alloggiare tale attuatore A. Nello stato dell’arte sono anche noti altri tipi di supporti meccanici. L’utilizzo della configurazione Littrow 100a, 100b richiede che il supporto compreso nel modulo accoppiatore d’uscita 6ab sia progettato con specifiche caratteristiche di elasticità per permettere all’attuatore A di avere una corsa sufficientemente ampia pur consentendo un’alta risoluzione di orientamento, ossia nella variazione dell’angolo θ. Pertanto, uno svantaggio della configurazione Littrow 100a, 100b è la complessità meccanica realizzativa richiesta.

Uno svantaggio di una regolazione della lunghezza d’onda λ di emissione secondo quanto discusso in precedenza è invece che durante la variazione della lunghezza d’onda, si crea una cosiddetta “competizione tra i modi”, ad esempio salti quantizzati (“mode hops”) del sistema tra le diverse frequenze a cui risuona la cavità esterna formata dalla regione riflettente RS e dall’elemento selezionatore di spettro 6a.

Il guadagno complessivo, dato dal prodotto combinato di guadagno della sorgente S, dispersione del reticolo 6a e modi risonanti della cavità esterna, può avere valori confrontabili per modi (ovvero frequenze) adiacenti/prossimi della cavità esterna. Una piccola variazione nell’angolo di orientamento θ del reticolo 6a – variato dall’attuatore A - può portare il guadagno complessivo ad essere maggiore per un modo a frequenza vicina all’attuale modo di oscillazione, portando quindi il dispositivo laser 100a, 100b a “saltare” al modo a guadagno maggiore ed a perdere la stabilità della frequenza di emissione.

Dunque una configurazione di tipo Littrow 100a, 100b pone dei requisiti molto stringenti alle proprietà dell’attuatore A, che si richiede avere proprietà di regolazione molto fini e complessi assetti elettromeccanici.

Un ulteriore svantaggio della configurazione Littrow 100a, 100b è che la variazione dell’angolo θ del reticolo causa anche una variazione del range di frequenze diffratte dal reticolo di diffrazione 6a che partecipano alla radiazione laser in uscita dal dispositivo. Il fatto che il moto dell’attuatore piezoelettrico A abbia un doppio effetto sul laser – variare la lunghezza L della cavità esterna e variare il range di selezione spettrale del reticolo di diffrazione 6a - può causare delle instabilità nello spettro di emissione dovute a salti di modo.

Questo effetto può essere annullato scegliendo opportunamente un punto/asse pivotale attorno a cui il reticolo di diffrazione 6a è ruotato, scelto in modo da trovarsi sul piano di emissione della radiazione luminosa della sorgente S. Tale punto pivotale dell’elemento di selezione spettrale 6a del modulo d’uscita 6ab è vincolato ad essere posizionato su un piano di emissione della sorgente S. In questa configurazione 100a e 100b il reticolo 6a deve quindi essere montato su un sistema meccanico sufficientemente rigido – in modo da non compromettere la stabilità di frequenza di emissione del laser a causa di accoppiamento di rumore meccanico a bassa frequenza – e che possa essere finemente ruotato θ in modo da poter controllare la frequenza di emissione del laser.

La presenza di due specifiche tecniche concorrenti rende il sistema di complessa realizzazione dal punto di vista opto-meccanico, e il laser sensibile a disallineamento. Tali dispositivi 100a, 100b e corrispondenti sistemi opto-meccanici sono dunque caratterizzati da una maggiore complessità meccanica, con la conseguenza di un aumento dei costi di realizzazione del laser ed una minore possibilità di integrare il laser, ad esempio all’interno di un dispositivo più complesso o portatile.

Ancora, un ulteriore svantaggio dell’effettuare la regolazione della lunghezza d’onda nella configurazione Littrow 100a è che cambiando l’angolo di orientamento θ del reticolo 6a viene cambiata anche la direzione del fascio in uscita, limitandone le applicazioni per esempio a contesti in cui la stabilità di puntamento non sia richiesta. In particolare la configurazione di tipo Littrow 100a non presenta stabilità di puntamento al variare della frequenza di emissione, in quanto una variazione della lunghezza d’onda causa una variazione dell’angolo di emissione del laser.

Questo effetto può essere ridotto riflettendo la radiazione emessa dal laser tramite uno specchio solidale al supporto del reticolo diffrattivo, rendendo tuttavia molto più complessa la realizzazione meccanica del laser.

Nella forma di attuazione della struttura 100b, lo specchio 6b accoppiato in modo solidale al reticolo 6a nel modulo 6ab facilita l’ottenimento di un fascio luminoso d’uscita avente un asse di emissione fisso al variare dell’angolo di orientamento θ del reticolo 6a di diffrazione, presentando comunque lo svantaggio di una traslazione rigida della direzione di emissione al variare dell’angolo di orientamento θ.

Una soluzione come quella descritta in figura 1, in particolare la soluzione 100a, è nota ad esempio dal documento US 797 00 24 B2.

Nonostante la vasta attività in tale area, come testimoniato sono desiderabili ulteriori soluzioni perfezionate.

Scopo e sintesi

Uno scopo di una o più forme di attuazione è di contribuire a fornire una tale soluzione perfezionata.

Secondo una o più forme di attuazione, tale scopo può essere raggiunto per mezzo di un dispositivo avente le caratteristiche esposte nelle rivendicazioni che seguono. Un dispositivo laser a cavità esterna configurato per essere attuato alla sorgente può essere un esempio di un tale dispositivo.

Una o più forme di attuazione possono essere relative a un sistema corrispondente. Un sistema ottico-laser accordabile può essere un esempio di un tale sistema.

Una o più forme di attuazione possono essere relative a un procedimento corrispondente.

Forme di attuazione hanno il vantaggio di facilitare l’ottenimento di funzionalità migliorate, per es. buona stabilità meccanica/ottica, a fronte di una riduzione di complessità dei componenti.

Le rivendicazioni sono parte integrante dell’insegnamento tecnico qui fornito con riferimento alle forme di attuazione.

Breve descrizione di varie viste dei disegni Una o più forme di attuazione saranno ora descritte, a puro titolo di esempio, con riferimento alle figure annesse, nelle quali:

- la Figura 1 è già stata descritta in precedenza, - la Figura 2 è un diagramma ottico esemplificativo di una o più forme di attuazione del dispositivo laser a cavità esterna qui descritto,

- Figura 3 è una vista meccanica esplosa esemplificativa di una o più forme di attuazione del dispositivo qui descritto,

- Figura 4 è esemplificativa degli andamenti di spettri di frequenza in una o più forme di attuazione del dispositivo qui descritto,

- Figura 5 è un diagramma esemplificativo di uno spettro di emissione di una o più forme di attuazione del dispositivo qui descritto,

- Figura 6 è un diagramma esemplificativo di un sistema ottico-laser accordabile secondo una o più forme di attuazione,

- Figura 7 è un diagramma esemplificativo di un procedimento di sintonizzazione per laser secondo una o più forme di attuazione.

Descrizione dettagliata di esempi di forme di attuazione

Nella descrizione che segue, sono illustrati uno o più dettagli specifici, allo scopo di fornire una comprensione approfondita di esempi di forme di attuazione di questa descrizione. Le forme di attuazione possono essere ottenute senza uno o più dei dettagli specifici o con altri procedimenti, componenti, materiali, ecc. In altri casi, operazioni, materiali o strutture note non sono illustrate o descritte in dettaglio in modo tale che certi aspetti delle forme di attuazione non saranno resi poco chiari.

Un riferimento a “una forma di attuazione” nel quadro della presente descrizione intende indicare che una particolare configurazione, struttura, o caratteristica descritta con riferimento alla forma di attuazione è compresa in almeno una forma di attuazione. Per cui, le frasi come “in una forma di attuazione” che possono essere presenti in uno o più punti della presente descrizione non fanno necessariamente riferimento proprio alla stessa forma di attuazione.

Inoltre, particolari conformazioni, strutture o caratteristiche possono essere combinate in un modo adeguato qualsiasi in una o più forme di attuazione.

I riferimenti usati qui sono forniti semplicemente per convenienza e quindi non definiscono l’ambito di protezione o l’ambito delle forme di attuazione.

Nelle soluzioni illustrate in precedenza, si riscontra come a meno di non causare perdite nel cammino ottico sia assente la possibilità di variare con continuità la frequenza di emissione del laser tramite l’attuatore senza variare il puntamento del fascio emesso dal dispositivo.

Una o più forme di attuazione facilitano poter disaccoppiare la stabilizzazione meccanica dell’elemento, per disaccoppiare il puntamento del laser dalla sua stabilizzazione in frequenza.

A questo riguardo in Figura 2 è mostrato un diagramma ottico esemplificativo di una forma di attuazione di un dispositivo laser a cavità esterna 100, che è pilotato/attuato in accoppiamento alla sorgente S, facilitando:

- la riduzione della complessità realizzativa dei componenti meccanici, e/o

- la stabilizzazione in frequenza ed in puntamento. Di nuovo, per semplicità, saranno usati gli stessi riferimenti della figura 1 per indicare componenti analoghi, salvo diversamente indicato.

Il dispositivo laser a cavità esterna 100, ad esempio come mostrato in Figura 2, comprende:

- un attuatore lineare 24, comprendente un elemento a dimensione variabile 2, ossia un elemento configurato per cambiare le sue dimensioni almeno lungo un asse dietro ricevimento di grandezza di comando, quindi in particolare un elemento trasduttore fra la grandezza di comando e un movimento lineare. L’elemento a dimensione variabile 2 nell’esempio è un elemento in materiale piezoelettrico. L’attuatore lineare 24 comprende inoltre preferibilmente un elemento elastico di richiamo 4, ad esempio un o-ring di materiale polimerico o una molla meccanica, ossia un elemento elastico che viene disposto sull’elemento su cui l’attuatore opera in modo da fornire una forza elastica di reazione in direzione contraria a quella esercitata dallo spostamento dell’elemento a dimensione variabile 2, facilitandone la stabilità;

- un modulo collimatore 3, che comprende una sorgente di radiazione elettromagnetica (brevemente, luce) S ed almeno una lente di collimazione C assemblati nel modulo 3;

- uno stadio dispersivo 6, ad esempio un reticolo ottico di diffrazione, che può essere utilizzato sia come mezzo di selezione spettrale che come accoppiatore d’uscita.

La lente di collimazione C può comprendere, ad esempio, un doppietto acromatico, o un qualsiasi insieme di lenti, atto a collimare la radiazione luminosa emessa dal mezzo attivo S.

La sorgente di luce S e la lente di collimazione C sono assemblate insieme nel modulo collimatore 3, con la lente C posta sul percorso ottico OP della luce in uscita dalla sorgente di luce S in modo da collimare detta luce.

Dal punto di vista ottico, la sorgente di luce S genera un fascio di luce che invia alla lente di collimazione C nel collimatore 3, da cui viene collimato sul/verso il reticolo di diffrazione 6 e di qui riflesso all’ordine zero a un angolo di orientamento φ statico. Infatti, in questo caso il reticolo 6 non è associato a un attuatore che ne muta l’orientamento, come nel caso del dispositivo 100a.

L’attuatore lineare 24 è disposto a monte del modulo collimatore 3, in particolare lo è l’elemento a dimensione variabile 2 che applica la trasduzione in spostamento lineare di un segnale elettrico di comando.

In figura 3 è rappresentata invece una vista esplosa del dispositivo 100, che permette di apprezzarne la struttura meccanica.

Nella forma di attuazione rappresentata nelle figure 2 e 3 almeno una cavità ottica esterna a lunghezza variabile RS, L, 6 è definita fra tale sorgente di radiazione elettromagnetica S e tale stadio dispersivo 6.

L’attuatore lineare 24 è meccanicamente accoppiato al modulo di collimazione 3, ad esempio alla sorgente di luce S in esso integrata, in modo da muovere tale sorgente S e la lente C nella direzione di un asse, in particolare dell’asse di emissione della sorgente S, ad esempio lungo un asse di detta cavità esterna RS, L, 6.

Il modulo di collimazione 3 comprende, nell’esempio, un tubo collimatore cilindrico. Nell’attuatore lineare 24 l’elemento a dimensione variabile 2, ossia l’attuatore piezolettrico, è accoppiato con una prima superficie (“faccia”) del modulo collimatore 3, per esempio dal lato del mezzo attivo sorgente S, mentre l’elemento di richiamo 4 nell’esempio mostrato è accoppiato con una seconda superficie del modulo collimatore 3 posto da un lato opposto dell’elemento a dimensione variabile 2 rispetto alla sorgente S, per esempio dal lato della lente C. Si noti che tale disposizione degli elementi dell’attuatore lineare 24 è puramente esemplificativa. Altri esempi di disposizione possono prevedere che l’elemento di richiamo 4 sia accoppiato alla prima faccia del modulo 3, mentre l’elemento variabile 2 è accoppiato ad una seconda faccia del modulo 3.

L’elemento elastico di richiamo 4 (o-ring) può anche non essere presente nell’attuatore 24, in quanto la sua assenza non pregiudica la messa in atto, il funzionamento o l’accordabilità tramite l’elemento variabile 2. La funzione dell’elemento di richiamo 4 è quella di migliorare la stabilità e diminuire l’isteresi del movimento dell’elemento variabile 2.

In una forma di attuazione, ad esempio quando l’elemento variabile 2 è accoppiato alla seconda faccia del modulo 3, tale elemento variabile 2 può avere una forma che permetta il passaggio libero della radiazione luminosa al suo interno, ad esempio può avere la forma di un cilindro cavo.

Alternativamente, si possono utilizzare più attuatori, per esempio formati da tre elementi a lunghezza variabile 2 aventi assi longitudinali disposti ad angoli, per esempio, di 120° l’uno dall’altro, i quali possono essere accoppiati al modulo collimatore 3 favorendo il passaggio dei cavi senza richiedere la presenza di fori negli attuatori stessi.

Un elemento di richiamo 4 adatto allo stesso scopo può essere un qualsiasi elemento cilindrico comprendente materiale elastico, ad esempio un o-ring di materiale polimerico.

L’elemento elastico di richiamo 4 coopera con l’estensione o la compressione dell’elemento variabile 2 con il conseguente spostamento del modulo collimatore 3. Specificamente, l’elemento di richiamo 4 oppone una forza in una direzione opposta a quella dell’elemento variabile 2, permettendo di regolarne la corsa.

Si noti che l’attuatore lineare 24 può essere realizzato anche con tecniche di per sé note e non limitate ad attuatori lineari comprendenti materiale piezoelettrico, come apprezzabile dall’esperto del settore, che abbiano gli analoghi requisiti dinamici e di risoluzione. Ad esempio possono essere usati attuatori di tipo elettromagnetico formati da magneti e bobine che operano lungo l’asse di spostamento.

Dunque, con riferimento in particolare allo schema ottico di figura 2, nel dispositivo 100, similmente a quanto descritto in precedenza in relazione al percorso ottico OPa, OPb, la luce emessa dalla sorgente di luce S si propaga in un percorso ottico OP, esterno a tale sorgente S, ed incide su una superficie dello stadio dispersivo, specificamente del reticolo di diffrazione 6. Tale reticolo 6, come anticipato, presenta almeno un asse ottico, per esempio un asse di riflessione, che forma un angolo statico φ con la direzione di propagazione della luce dalla sorgente.

Si sottolinea come, poiché nel dispositivo 100 viene meno il requisito di variare dinamicamente, per esempio in modo fine, l’angolo statico φ, la struttura può avere caratteristiche diverse da una struttura di tipo Littrow 100a, 100b. Ad esempio il supporto meccanico del reticolo 6 utilizzato in una o più forme di attuazione qui descritte non richiede la presenza di particolari alloggi per l’attuatore piezoelettrico o di particolari materiali flessibili. Ad esempio, si può utilizzare un tradizionale porta-specchi.

Il dispositivo laser a cavità esterna 100 facilita l’ottenimento di un fascio di luce, avente direzione di puntamento stabile. Lo stadio dispersivo, nell’esempio il reticolo 6, è allineato per selezionare la frequenza desiderata con un angolo φ che può mantenere uno stesso valore, ovvero un angolo costante, su tutto il range di frequenze o lunghezze d’onda da esso selezionate, ad esempio durante una variazione della lunghezza d’onda dell’emissione ad opera dell’attuatore lineare 24.

Specificamente, il punto pivotale dell’elemento rotante dello stadio dispersivo 6 non è più vincolato all’essere posizionato sul piano di emissione del mezzo attivo/della sorgente di luce S, ciò si traduce inoltre nella possibilità di ridurre l’ingombro del laser stesso.

L’angolo statico φ formato dall’asse di riflessione del reticolo con la direzione di propagazione del fascio di luce, ad esempio con il cammino ottico OP, viene quindi scelto in modo da determinare, anche in modo grossolano, la frequenza di emissione del dispositivo 100, mentre la regolazione fine della frequenza (o lunghezza d’onda) è realizzata dall’attuatore lineare 24 che muove il modulo collimatore 3.

Una forma di attuazione con una struttura meccanica come esemplificata nell’esploso di Figura 3 facilita l’ottenimento di un fascio di luce, per esempio spazialmente e temporalmente coerente (in uscita al dispositivo 100) avente una direzione costante, ovvero stabilità di puntamento, in un ampio spettro di frequenze. Come si può vedere da figura 3, tale forma di attuazione comprende, come in parte descritto in precedenza, il modulo collimatore 3, lo stadio dispersivo 6 comprendente il reticolo di diffrazione, l’attuatore lineare 24 e un modulo di supporto 7, assemblati su una base regolabile 9, accoppiata a una o più viti di regolazione 10, per esempio micrometriche. Il modulo di supporto è accoppiato a una o più viti di regolazione 8, per esempio micrometriche.

Di nuovo, come indicato, il modulo collimatore 3 comprende, nell’esempio alle due estremità, la sorgente di luce S, per esempio sorgente di radiazione elettromagnetica, ed almeno una lente di collimazione C.

Come discusso in precedenza, la sorgente di luce/il mezzo attivo S, ad esempio un diodo laser, un diodo laser con trattamento (“coating”) antiriflesso (gain chip) o uno SLED, presenta almeno una regione adeguatamente riflettente RS. In particolare, tale sorgente di luce può avere una regione (ad es. una zona una superficie o uno spigolo o un lato) trattata con un trattamento antiriflesso, in maniera di per sé nota. Sostanzialmente, la sorgente S può avere una, due o più regioni adeguatamente riflettenti RS.

Specificamente, nel caso di una sorgente S quale un diodo laser, la regione RS è situata in prossimità dell’estremità più esterna del mezzo attivo sorgente S, ovvero l’estremità opposta alla superficie di emissione del fascio di luce.

In forme varianti, tale regione riflettente RS corrisponde ad almeno una delle superfici interne di una guida d’onda ottica.

La sorgente S è assemblata all’interno del modulo collimatore 3 insieme alla sua lente di collimazione C, detto modulo collimatore 3 posto ad esempio tra un trasduttore piezoelettrico come elemento variabile 2 e l’anello o-ring di materiale polimerico come elemento di richiamo 4 all’interno di un supporto per il montaggio 5.

Il trasduttore piezolettrico 2, che muove il modulo collimatore 3, per esempio lungo il suo asse di simmetria, determina piccole variazioni della lunghezza L della cavità esterna RS, L, 6 del dispositivo 100, ossia il dispositivo ECL, il che permette variazioni e correzioni precise della lunghezza d’onda della radiazione, ad esempio laser, tramite variazioni dei modi della cavità esterna RS, L, 6. L’o-ring 4 ha lo scopo di facilitare il movimento o la stabilità dell’elemento variabile 2 dell’attuatore lineare 24.

Il modulo collimatore 3 ha dunque la funzione di permettere di muovere un’estremità situata in corrispondenza della sorgente S, cioè ad esempio la regione riflettente RS, della cavità esterna RS, L, 6 mantenendo al contempo la desiderata distanza focale tra sorgente e collimatore. Il modulo dell’attuatore lineare 24 e il collimatore 3, come mostrati in figura 3 sono di forma cilindrica e si inseriscono all’interno dell’alloggiamento corrispondentemente cavo di un supporto per diodi 5. Con 1 è indicata in figura 3 una boccola, ad esempio avvitata all’estremità filettata del supporto per diodi 5 che contiene al suo interno il modulo dell’attuatore lineare 24 e il collimatore 3, permette di tenere unito il complesso di elementi e, ad esempio, di pre-caricare l’attuatore lineare 24. Infatti l’elemento di richiamo elastico 4 associato alla seconda faccia del collimatore 3 va in battuta sul fondo della cavità cilindrica del supporto 5, esercitando una forza elastica contraria a quella dell’elemento 2. L’elemento 4, inteso come molla, può essere quindi pre-caricato in modo determinato, permettendo di regolare il campo di variazione dell’espansione del piezoelettrico 2.

Il supporto 5 o l’attuatore piezoelettrico 2 possono essere forati, ad esempio avendo forma cilindrica, per permettere ai cavi di alimentazione del diodo di uscire da supporto 5.

In una forma di attuazione la sorgente di luce S può comprendere un diodo laser semiconduttore con trattamento antiriflesso (gain chip) della superficie d’uscita che emette luce a 790 nanometri (1 nanometro = 10<-9 >m) prodotto presso Eagleyard Photonics, Berlino, Germania. Naturalmente il dispositivo laser 100 di attuazione in varie forme d’attuazione può operare con mezzi attivi e materiali ottici che ne permettono il funzionamento in diverse zone spettrali, ad esempio dal vicino ultravioletto al medio infrarosso, ovunque si abbia una sorgente e materiali ottici adatti.

La lente di collimazione C, come detto, può comprendere, ad esempio, una lente acromatica composta da un doppietto di lenti.

L’attuatore lineare 24 è accoppiato alla sorgente di luce S, che può essere configurata ad emettere luce coerente. Come detto, ad esempio, la sorgente può essere del tipo laser a diodo o LED superluminescente (SLED – Superluminescent Light Emitting Diode).

Il reticolo di diffrazione che nell’esempio mostrato implementa lo stadio dispersivo 6, opera sia come elemento di selezione spettrale che come accoppiatore d’uscita. Tale reticolo 6 può essere, a puro titolo di esempio, un reticolo dispersivo olografico denominato GH13-18V con passo 1800 scanalature per millimetro (1 millimetro = 10<-3 >m) prodotto presso Thorlabs.

L’attuatore lineare 24, come detto, è configurato per muovere il modulo collimatore 3 comprendente la sorgente di radiazione elettromagnetica/luce S e la lente di collimazione C.

Tale attuatore lineare 24 può comprendere, ad esempio, un attuatore piezoelettrico ad anello del tipo Piezosystem Jena HPSt 500/15-5/7.

In figura 3 è rappresentato un modulo di supporto 7 del reticolo 6, il quale è di tipo analogo al supporto meccanico con rientro “a forchetta” impiegato nell’arte nota per supportare l’attuatore del reticolo nelle configurazioni Littrow 100a, 100b. Si tratta di un esempio di supporto meccanico possibile. In forme varianti di attuazione il modulo di supporto 7 può essere ad esempio un semplice porta-specchi. In generale, in altre forme di attuazione il modulo di supporto 7 può anche essere realizzato in modo differente. In una o più forme d’attuazione, il mezzo attivo S e la lente C, così come il collimatore 3, possono essere integrati all’interno dell’attuatore lineare 24, per esempio formando un modulo unico/integrato.

In una o più forme di attuazione, il modulo collimatore 3 può comprendere, a titolo di esempio, un tubo di collimazione del tipo denominato Thorlabs LT230P-B.

Come ulteriormente mostrato nell’esploso di figura 3, il reticolo 6 è fissato su un montaggio 7, avente un braccio girevole, in modo che l’asse di riflessione del reticolo 6 formi un angolo statico φ con la direzione di propagazione della luce. Tale angolo φ si può selezionare muovendo la vite micrometrica 8. Questo permette una selezione della lunghezza d’onda con risoluzione spettrale data dalle proprietà del reticolo, secondo quando discusso in precedenza.

I supporti 5, 7 della sorgente (es. diodo) S e del reticolo 6 sono montati sulla base 9, opzionalmente regolabile per esempio tramite viti micrometriche 10. In questa variante, la parte della base 9 dove è fissato il supporto 7 per il reticolo 6 può essere flessa tramite due viti 10. L’allineamento verticale del fascio riflesso dal reticolo (ad esempio verso la sorgente S) può essere effettuato tramite la regolazione della flessione di parte della base 9 effettuata tramite almeno due viti 10 che lavorano in opposizione a spingere e tirare i due lati opposti della base.

Una cella di Peltier 11, montata su un blocco 12 ad esempio di alluminio e avente funzione di dissipatore termico, può essere usata per stabilizzare la temperatura della base 9 e della testa del mezzo attivo sorgente S con un’unità o un circuito di controllo.

Il fascio di luce emesso dal dispositivo laser 100, ad esempio in questa forma di attuazione, è debolmente dipendente dalla temperatura, e la frequenza di emissione può essere agganciata ad un riferimento aggiustando la lunghezza L della cavità ottica esterna RS, L, 6 stessa, mantenendo stabile la posizione (per esempio, l’angolo statico φ) del reticolo di diffrazione 6 e quindi senza variazione dell’angolo di emissione. Una volta allineato il reticolo di diffrazione 6 a selezionare la frequenza di emissione del dispositivo 100, il laser 100 è dunque stabile in puntamento φ.

In una variante di attuazione, la dimensione della cavità esterna RS, L, 6 è maggiore o uguale ai 10 centimetri (1 centimetro = 10<-2 >m), ovvero una configurazione a cavità esterna estesa denominata Long Extended Cavity Laser, brevemente “LECL”.

L’utilizzo di forme di attuazione come discusso in precedenza, con particolare riferimento alla figura 2, in un LECL risulta particolarmente vantaggiosa perché facilita l’ampliamento del range di frequenze su cui può il dispositivo può operare in assenza di mode hops. Infatti, in una configurazione Littrow, l’estensione di variabilità dell’attuatore A del reticolo 6a richiesta per garantire che il punto pivotale sia situato sul piano di emissione può essere complessa ed onerosa, sia meccanicamente che otticamente.

In una variante, il dispositivo 100 può essere assemblato insieme ad un involucro P, ad esempio di PVC o plexiglass, di protezione.

Il dispositivo a cavità esterna 100 può avere un comportamento in frequenza come illustrato nel grafico in Figura 4.

L’asse orizzontale f delle ascisse è indicativo di un range di frequenze, mentre l’asse verticale delle ordinate S(f) è indicativo di ampiezze di spettri in frequenza f. Una prima curva di spettro gm è indicativa dell’andamento dello spettro dello stadio di dispersione 6 (“grating mode profile”) mentre una seconda curva di spettro ecm è indicativa dell’andamento dello spettro dei modi (risonanti) della cavità esterna RS, L, 6 che varia in funzione della lunghezza L della cavità stessa (“external cavity modes”). In un dispositivo 100a, 100b di tipo Littrow sia un rispettivo “grating mode profile” che rispettivi “external cavity modes” sono spostati, per esempio traslano, in frequenza f per l’azione dell’attuatore piezoelettrico A accoppiato al modulo 6ab, mentre in una o più forme di attuazione del dispositivo laser a cavità estesa 100 solo gli “external cavity modes” vengono spostati/cambiati dall’azione dell’attuatore lineare 24, ad esempio dell’elemento a lunghezza variabile 2, mentre il “grating mode profile” è dato dalla selezione dell’angolo statico φ, per esempio cambiato manualmente attraverso delle viti di regolazione poste sul portareticolo 7.

Di conseguenza, uno spettro dispersivo gm di tale reticolo di diffrazione, esemplificativo dello stadio di dispersione 6 del dispositivo 100, è indipendente dalla variazione della lunghezza L della cavità ottica esterna a lunghezza variabile RS, L, 6 in quanto lo spettro dispersivo dipende dall’angolo statico φ formato da uno degli assi di riflessione del reticolo 6 con la direzione di propagazione di detto fascio luce. Inoltre, allo stesso tempo, uno spettro di risonanza ecm varia in funzione di un singolo parametro geometrico della cavità esterna RS, L, 6, ovvero al variare della lunghezza L la cavità ottica esterna a lunghezza variabile RS, L, 6.

In Figura 5 è riportato un diagramma dell’andamento dello spettro di emissione di una o più forme di attuazione del dispositivo laser a cavità esterna 100 come esemplificato in figure 2 e 3.

La figura 5 mostra sull’asse orizzontale delle ascisse f un intervallo di frequenze in unità arbitrarie e sull’asse delle ordinate un’ampiezza di intensità luminosa quando un dispositivo configurazione Littrow e un dispositivo laser a cavità esterna come quello descritto con riferimento alle figure 2,3 sono agganciati in frequenza in maniera indipendente ad un segnale di spettroscopia saturata su una cella di Rubidio tramite un lento feedback al trasduttore piezoelettrico (con banda <15Hz). Il feedback elimina lente variazioni della frequenza dei due laser dovuti a variazioni in temperatura o di altra natura. Lo spettro in frequenza del battimento tra i due laser (indipendenti), come rappresentato in figura 5, risulta in una larghezza di riga per il singolo laser, paragonabile, di nuovo a titolo esemplificativo, a larghezze di riga ottenute con precedenti design di ECL agganciati in frequenza in un dispositivo Littrow 100a, 100b.

Una o più forme di attuazione comprendono un corrispondente sistema 500, come esemplificato in Figura 6.

Il dispositivo 100 può essere posto in un sistema ottico-laser accordabile 500 in maniera automatica in cui la lunghezza d’onda (o la frequenza di emissione) del dispositivo 100 può essere “agganciata” ad un riferimento in una rete di retroazione che faccia variare la dimensione, es. la lunghezza L, della cavità esterna RS, L, 6 stessa, mantenendo costante l’orientamento φ del reticolo 6, come discusso nel seguito ad esempio in relazione a Figura 6.

Il sistema 500, come ad esempio in Figura 6, può comprendere:

- un dispositivo laser rappresentato ad esempio dal dispositivo laser a cavità esterna 100 descritto in precedenza,

- una sorgente di alimentazione 540, accoppiabile a detto dispositivo ottico 100 e configurata per alimentare la sorgente di luce S nel dispositivo ottico 100,

- un’unità di controllo 520 accoppiata e all’attuatore 24 configurata per operare (ad es. elaborare e/o fornire e/o pilotare) un segnale di feed-back, ad esempio un segnale di errore rispetto ad un desiderato comportamento del dispositivo 100, ad esempio un errore nel valore di frequenza fornito in uscita; opzionalmente, l’unità di controllo 520 può essere accoppiata sia all’attuatore 24 che alla sorgente di alimentazione 540 della sorgente di luce S;

- un’interfaccia di configurazione 510, per esempio un’interfaccia grafica di un software, configurata per fornire informazioni su come operare l’alimentazione del mezzo attivo S e per operare l’attuatore lineare 24 del dispositivo 100 tramite l’unità di controllo 520,

- opzionalmente, un sottosistema (“interlock”) di sicurezza, configurato per disaccoppiare la sorgente di alimentazione 540 dal dispositivo 100 e/o operare l’unità di controllo 520 a disaccoppiare la sorgente di alimentazione 540 dal dispositivo 100. A titolo di esempio, l’unità di controllo 540 può comprendere un controller denominato Thorlabs LDC8002 prodotto presso Thorlabs.

In forme di attuazione, per un sistema comprendente un dispositivo 100 ECL (e/o LECL), la sorgente di alimentazione 540 può essere pilotata, ad es. dall’unità di controllo 520, in modo da operare come un ulteriore regolatore sul dispositivo 100, ad esempio un’ulteriore regolazione in corrente che può quindi regolare la corrente di alimentazione, ad esempio fornita dall’alimentatore 540 della sorgente di luce S, in modo da facilitare il mantenimento della stabilità della frequenza di uscita della luce emessa dalla cavità esterna RS, L, 6 del dispositivo 100. Oltre a questo, l’unità di controllo 520, in forme varianti, può anche essere configurata per pilotare l’alimentatore 540 per variare la corrente della sorgente S durante una scansione in frequenza in concomitanza con la variazione dell’attuatore lineare 24, come discusso nel seguito.

L’attuatore lineare 24, può ricevere dall’unità di controllo 520 un segnale di feed-back e trasformare in movimento una porzione dello spettro di tale segnale di feed-back fornito dall’unità di controllo 520, ad esempio in base al valore di una propria frequenza di cut-off, tal che l’attuatore 24 si attiva/risponde alle frequenze al di sotto di tale cut-off. La sorgente di alimentazione 540 della sorgente di radiazione S invece può essere pilotabile da segnali a banda (di frequenze) che comprende frequenze maggiori di quelle dell’attuatore lineare 24 di quella dell’attuatore lineare 24. Da quanto sopra deriva che il segnale di feed-back fornito dall’unità di controllo 520 può essere usato per pilotare la sorgente di alimentazione 540 a correggere o regolare il comportamento del dispositivo 100, qualora sia necessario operare una regolazione più rapida rispetto a quella operata tramite l’attuatore lineare 24. In forme di attuazione, l’attuatore lineare 24 presenta una frequenza di cut-off adeguata a rispondere alle componenti spettrali del segnale di feedback dall’unità di controllo 520 che permettono di compensare variazioni di temperatura e/o di rumori acustici e meccanici a bassa frequenza (per esempio con frequenza inferiore a 10KHz), mentre la sorgente di alimentazione 540 della sorgente di radiazione S facilita la correzione di errori in maniera fine o da ulteriori sorgenti di errore oltre a quelle già elencate. Il segnale di feedback può dunque essere ripartito sull’attuatore e sull’alimentatore secondo diverse strategie, ad esempio secondo diverse ripartizioni spettrali, tenendo conto della frequenza di cut-off dell’attuatore.

Tale modalità ha lo scopo di facilitare la riduzione della larghezza di riga spettrale della radiazione emessa dal dispositivo 100 laser a cavità esterna.

In figura 7 è mostrato un diagramma di flusso rappresentativo di operazioni di un procedimento 1000 attuato dal sistema 500 e dal dispositivo 100 descritti. Come mostrato in figura e previsto di:

- indicato con 1500: fornire un sistema ottico-laser accordabile 500 secondo quando discusso in precedenza,

- indicato con 1510: selezionare un angolo statico φ formato dall’asse di riflessione dello stadio dispersivo 6 con il cammino ottico OP di propagazione della luce dalla sorgente S,

- indicato con 1520: fornire un riferimento in frequenza, in un modo di per sé noto ad esempio da una cavità ottica stabile, una radiazione laser stabile o un segnale di spettroscopia (per esempio un sistema di spettroscopia ad assorbimento) su campione atomico o molecolare che fornisce un segnale indicativo di uno spettro di riferimento noto,

- indicato con 1530: generare un fascio di luce da tale sistema 500,

- indicato con 1540: operare un confronto di tale fascio di luce con tale riferimento,

- indicato con 1550: fornire a detta unità di controllo 520 di tale sistema 500 un segnale indicativo di tale confronto,

- indicato con 1560: variare la dimensione, per esempio la lunghezza L, della cavità esterna RS, L, 6 in funzione di tale segnale indicativo di tale confronto, per esempio in modo iterativo.

Il procedimento può anche prevedere in forme varianti di operare unitamente o in alternativa al procedimento 1000 la variazione della corrente di alimentazione 540 della sorgente S nel sistema 500.

Si sottolinea che l’ordine dei passi mostrati nel diagramma di figura 7 è puramente esemplificativo, ma potrà essere anche diverso, ad esempio i passi 1520 di fornire il riferimento in frequenza ed accendere il fascio 1530 possono essere effettuati all’inizio del procedimento o prima del passo 1510.

In tale ambito dunque una o più forme di attuazione del procedimento 1000 di sintonizzazione per laser, comprendono, ad esempio, le operazioni di:

- impiegare 1500 il sistema 500 ottico-laser accordabile,

- selezionare 1510 un angolo φ formato da detto almeno un asse di riflessione nello stadio dispersivo 6 con detto cammino ottico OP di detto fascio di luce dalla sorgente di radiazione elettromagnetica S,

- operare un confronto 1540 di segnali indicativi di detto fascio di luce 530 con segnali indicativi di un riferimento in frequenza 1520 fornito al sistema 500,

- fornire 1550 a detta unità di controllo 520 di detto sistema 500 un segnale indicativo di detto confronto 1540, - variare 1560 iterativamente detta lunghezza L di detta almeno una cavità esterna RS, L, 6

in funzione di detto segnale indicativo di detto confronto 1550 muovendo 24 detta sorgente di radiazione elettromagnetica S in funzione di detto segnale indicativo di detto confronto 1550.

Fermi restando i principi di fondo, i dettagli e le forme di attuazione possono variare, anche in modo apprezzabile, rispetto a quanto è stato descritto, puramente a titolo di esempio, senza uscire dall’ambito di protezione. L’ambito di protezione è definito dalle rivendicazioni annesse.

Claims (13)

1. RIVENDICAZIONI 1. Un dispositivo (100) laser, che comprende: - una sorgente di radiazione elettromagnetica (S) configurata per generare un fascio di luce che compie un cammino ottico (OPa; OP) esternamente a detta sorgente (S), - uno stadio dispersivo (6a; 6) posto esternamente a detta sorgente (S) in detto cammino ottico (OPa; OP) di detto fascio di luce generato da detta sorgente (S), detto stadio dispersivo (6a; 6) comprendendo almeno un asse di riflessione che forma un angolo (θ; φ) con detto cammino ottico (OPa; OP) di detto fascio di luce ed essendo configurato per riflettere: - almeno una prima porzione spettrale di detto fascio di luce generato da detta sorgente (S) verso detta sorgente (S), e - una seconda porzione spettrale di detta luce generata dalla sorgente (S) lungo detto asse di riflessione, in cui almeno una cavità ottica esterna a lunghezza variabile (RS, L, 6) è definita fra detta sorgente di radiazione elettromagnetica (S) e detto stadio dispersivo (6a; 6), - almeno una lente di collimazione (C) posta in detto cammino ottico (OPa; OP) e configurata per collimare detto fascio di luce da detta sorgente (S), - un modulo collimatore (3) in cui detta sorgente (S) e detta almeno una lente di collimazione (C) sono assemblati, e - un attuatore (A; 24) configurato per variare una lunghezza (L) di detta almeno una cavità ottica esterna a lunghezza variabile (RS, L, 6), caratterizzato dal fatto che: - detto attuatore (24) è accoppiato meccanicamente a detto modulo collimatore (3), - detto attuatore (24) è configurato per variare la lunghezza (L) di detta almeno una cavità ottica esterna a lunghezza variabile (RS, L, 6) muovendo detto collimatore (3).
2. 2. Il dispositivo (100) secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detta sorgente (S) comprende almeno una regione riflettente (RS), detta almeno una cavità ottica esterna a lunghezza variabile (RS, L, 6) essendo definita fra detta almeno una regione riflettente (RS) e detto stadio dispersivo (6).
3. 3. Il dispositivo (100) secondo la rivendicazione 1 o la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che detto attuatore (24) comprende un elemento a lunghezza variabile (2) associato a una delle estremità del collimatore (3).
4. 4. Il dispositivo (100) secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che detto elemento a lunghezza variabile (2) comprende un attuatore piezoelettrico.
5. 5. Il dispositivo (100) secondo la rivendicazione 3 o la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che detto elemento a lunghezza variabile (2) è geometricamente configurato per permettere il passaggio del fascio di luce dalla sorgente (S), in particolare ha forma di cilindro cavo.
6. 6. Il dispositivo (100) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto attuatore (24) comprende un elemento elastico di richiamo (4) associato al collimatore (3) in modo da applicare una forza elastica al collimatore (3) contraria a una forza applicata dall’elemento a lunghezza variabile (2).
7. 7. Il dispositivo (100) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto attuatore (24) comprende un insieme di attuatori lineari piezoelettrici (2).
8. 8. Il dispositivo (100) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto stadio dispersivo (6) è configurato per deviare detta seconda porzione spettrale di detta luce generata dalla sorgente (S) direttamente in uscita al dispositivo (100) in una direzione costante (φ) al variare della frequenza di detta prima e/o detta seconda porzione spettrale.
9. 9. Il dispositivo (100) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto stadio dispersivo (6) è accoppiato ad un supporto regolabile (7), detto supporto regolabile (7) essendo: - configurato per essere orientabile su un asse di rotazione e/o traslazione, e - accoppiato ad almeno una vite regolabile (8), configurata per allineare il supporto regolabile (7) di detto stadio dispersivo (6) con la sorgente (S).
10. 10. Il dispositivo (100) secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto che comprende almeno uno fra: - una base (9), un dissipatore di calore (12) ed un elemento Peltier (11), - un involucro di protezione (P), ed in cui: - detta base (9) comprende un supporto (5) e/o una o più viti di regolazione (10) ed è configurata ad essere accoppiata ad almeno uno tra detta sorgente (S), detto attuatore (24), dette una o più viti di regolazione (10); - detto elemento Peltier (11) configurato per essere interposto tra detta base (9) e detto dissipatore di calore (12).
11. 11. Il dispositivo (100) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detta sorgente (S) comprende, alternativamente, uno tra: - un diodo laser, o - un gain chip, o - un LED superluminescente, SLED.
12. 12. Un sistema (500) ottico-laser accordabile che comprende: - un dispositivo laser (100) a cavità esterna secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1 a 11, - una sorgente di alimentazione (540) accoppiabile a detto dispositivo laser (100) a cavità esterna e configurata per alimentare detta sorgente di radiazione elettromagnetica (S) nel dispositivo laser (100) a cavità esterna, - un’unità di controllo (520) accoppiata almeno a detto attuatore (24).
13. 13. Un procedimento (1000) di sintonizzazione per laser, che comprende: - impiegare (1500) il sistema (500) ottico-laser accordabile secondo la rivendicazione 12, - selezionare (1510) un angolo (θ; φ) formato da detto almeno un asse di riflessione nello stadio dispersivo (6a; 6) con detto cammino ottico (OPa; OP) di detto fascio di luce dalla sorgente di radiazione elettromagnetica (S), - operare un confronto (1540) di segnali indicativi di detto fascio di luce (1530) con segnali indicativi di un riferimento in frequenza (1520) fornito al sistema (500), - fornire (1550) a detta unità di controllo (520) di detto sistema (500) un segnale indicativo di detto confronto (1540), - variare (1560) iterativamente detta lunghezza (L) di detta almeno una cavità esterna (RS, L, 6) in funzione di detto segnale indicativo di detto confronto (1550) muovendo (24) detta sorgente di radiazione elettromagnetica (S) in funzione di detto segnale indicativo di detto confronto (1550).