[發(fā)明專(zhuān)利]頻率可調(diào)的激光裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310692881.3
• 申請(qǐng)日: 2009-12-16
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103762499A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-04-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 戴維·羅伯茨·麥克默特里;艾倫·詹姆斯·霍洛韋
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 瑞尼斯豪公司
• 主分類(lèi)號(hào): H01S5/10
• 分類(lèi)號(hào): H01S5/10
• 代理公司: 北京金思港知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11349
• 代理人: 邵毓琴

本專(zhuān)利申請(qǐng)是申請(qǐng)?zhí)枮?00980150913.9（國(guó)際申請(qǐng)?zhí)枮镻CT/GB2009/002880）、申請(qǐng)人為“瑞尼斯豪公司”、發(fā)明名稱(chēng)為“頻率可調(diào)的激光裝置”的專(zhuān)利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種頻率可控的激光裝置。具體而言，本發(fā)明涉及一種頻率可控的激光裝置，其能在高頻率下對(duì)其進(jìn)行調(diào)制或線性調(diào)頻（chirp）。

背景技術(shù)

公知用于干涉測(cè)量等領(lǐng)域的線性調(diào)頻激光裝置。具體而言，公知的是提供執(zhí)行所謂Littrow方案的激光裝置，其中激光腔包括校準(zhǔn)光線被引導(dǎo)至其上的衍射光柵。衍射光柵的傾斜使得可同時(shí)改變激光器的頻率和腔長(zhǎng)度，從而無(wú)需跳模即可產(chǎn)生所需的頻率調(diào)節(jié)。然而，所述Littrow布置的缺點(diǎn)在于，必須繞預(yù)定的樞轉(zhuǎn)點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)衍射光柵。因而，提供光柵運(yùn)動(dòng)所需精度所需要的重要穩(wěn)定機(jī)械裝置使得難以獲得高的頻率調(diào)制速度。

US6049554描述了基于上述Littrow方案以及類(lèi)似的Littman方案的激光腔的各種例子。具體而言，US6049554詳細(xì)描述了如何從數(shù)學(xué)上推導(dǎo)用于衍射光柵或鏡子的樞轉(zhuǎn)點(diǎn)以提供對(duì)激光頻率和腔長(zhǎng)度的同時(shí)改變，從而無(wú)需引入多余的跳模效應(yīng)即可改變輸出頻率。

發(fā)明內(nèi)容

根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種頻率可調(diào)的激光裝置，其包括由多個(gè)光學(xué)元件形成的激光腔，所述多個(gè)光學(xué)元件包括用于產(chǎn)生光束的激光源、光譜調(diào)節(jié)元件以及用于將光束導(dǎo)向到所述光譜調(diào)節(jié)元件上的一個(gè)或多個(gè)其它光學(xué)元件，其中，所述多個(gè)光學(xué)元件中的至少一個(gè)光學(xué)元件可在第一自由度上運(yùn)動(dòng)，而且所述至少一個(gè)可動(dòng)光學(xué)元件在所述第一自由度上的這一運(yùn)動(dòng)同時(shí)改變所述激光腔的有效光學(xué)路徑長(zhǎng)度和所述光譜調(diào)節(jié)元件的調(diào)節(jié)頻率，從而無(wú)需跳模即可提供頻率調(diào)節(jié)，所述頻率可調(diào)的激光裝置的特征在于，所述有效光學(xué)路徑長(zhǎng)度和所述調(diào)節(jié)頻率基本上對(duì)所述至少一個(gè)可動(dòng)光學(xué)元件在與所述第一自由度不同的自由度上的任何運(yùn)動(dòng)不敏感。

因此本發(fā)明提供了一種頻率可控制或可調(diào)節(jié)的激光裝置，其中由多個(gè)光學(xué)元件形成諧振或激光腔，所述多個(gè)光學(xué)元件包括激光源（例如，激光二極管）、光譜調(diào)節(jié)元件（例如，衍射光學(xué)元件和/或標(biāo)準(zhǔn)具）以及一個(gè)或多個(gè)其他光學(xué)元件（例如，透鏡、玻璃組件、帶通濾光器、鏡子等）。所述多個(gè)光學(xué)元件中的至少一個(gè)可在第一自由度上運(yùn)動(dòng)；例如，該可動(dòng)的光學(xué)元件可沿著線性軸線平動(dòng)，或者繞軸線轉(zhuǎn)動(dòng)。所述可動(dòng)光學(xué)元件在所述第一自由度上的運(yùn)動(dòng)設(shè)置成可同時(shí)改變激光腔的有效光學(xué)路徑長(zhǎng)度以及所述光譜調(diào)節(jié)元件的調(diào)節(jié)頻率，從而無(wú)需跳模即可產(chǎn)生頻率調(diào)節(jié)。

本發(fā)明人已經(jīng)意識(shí)到基于Littrow和Littman方案的現(xiàn)有頻率可調(diào)激光器的缺點(diǎn)，即，必須非常精確地控制運(yùn)動(dòng)元件（例如，衍射光柵或控制光線入射到衍射光柵上的入射角的背反射器）的樞轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。樞轉(zhuǎn)點(diǎn)的引起運(yùn)動(dòng)元件不可控傾斜或平動(dòng)的任何運(yùn)動(dòng)都將導(dǎo)致腔長(zhǎng)度和調(diào)節(jié)頻率不同步變化；這會(huì)導(dǎo)致在調(diào)節(jié)過(guò)程中出現(xiàn)不想要的跳模效應(yīng)。因而，在現(xiàn)有技術(shù)的裝置中，采用高精度（從而成本也相對(duì)較高）的運(yùn)動(dòng)控制裝置來(lái)控制運(yùn)動(dòng)元件繞著樞轉(zhuǎn)的點(diǎn)。這種運(yùn)動(dòng)控制設(shè)備的壽命也是有限的。

與現(xiàn)有技術(shù)的裝置不同，根據(jù)本發(fā)明的激光裝置設(shè)置成使得有效光學(xué)路徑長(zhǎng)度與調(diào)節(jié)頻率基本上對(duì)所述至少一個(gè)可動(dòng)光學(xué)元件在與所述第一自由度不同的自由度上的任何小的運(yùn)動(dòng)不敏感。換言之，路徑長(zhǎng)度和頻率調(diào)節(jié)需要同時(shí)變化，這主要來(lái)自于光學(xué)元件在一個(gè)（即第一）自由度上的運(yùn)動(dòng)，而且還應(yīng)對(duì)其他自由度上的任何運(yùn)動(dòng)具有耐受性。其優(yōu)點(diǎn)在于：只需在所述第一自由度上實(shí)施運(yùn)動(dòng)控制，而且能耐受在其他自由度上的不受控運(yùn)動(dòng)。因而，本發(fā)明能采用復(fù)雜程度較低（較廉價(jià)）的運(yùn)動(dòng)控制裝置，而且/或者能以較高的速度驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)控制裝置。

本發(fā)明人在意識(shí)到上述問(wèn)題并得到上述解決方案后，設(shè)計(jì)了大量的專(zhuān)用光學(xué)裝置，在這些光學(xué)裝置中，可采用針對(duì)可動(dòng)光學(xué)元件的一個(gè)自由度的控制來(lái)對(duì)光譜調(diào)節(jié)元件所形成的頻率調(diào)節(jié)和有效的腔長(zhǎng)度進(jìn)行控制。例如，以下參照?qǐng)D2至圖5詳細(xì)描述的實(shí)施方式涉及這樣一種系統(tǒng)，其中光束控制鏡子的第一自由度包括沿一軸線的線性平動(dòng)，且鏡子在其他自由度上的運(yùn)動(dòng)（例如，傾斜、沿其他軸線的平動(dòng)等）對(duì)有效腔長(zhǎng)度和頻率調(diào)節(jié)的同時(shí)變化沒(méi)有什么大影響，該變化是由光束控制鏡子的線性運(yùn)動(dòng)引起的。這樣一來(lái)就降低了所需的運(yùn)動(dòng)控制復(fù)雜度，相應(yīng)地降低了裝置成本。