本發(fā)明涉及一種激光束發(fā)生裝置和一種用于調(diào)節(jié)激光束的波長的方法。

背景技術(shù)：

激光束產(chǎn)生通常地涉及激光源元件和腔體。腔體用作形成駐波光的共振器。腔體可以由另外的元件形成，然后被稱為外腔。用于這種外腔的激光源元件可以是激光二極管。

外腔有利于允許在腔體內(nèi)布置波長選擇元件，從而實(shí)現(xiàn)波長相關(guān)反饋。激光源元件可以被鎖定到特定頻率。波長選擇元件的示例包括光柵例如體布拉格光柵(volume Bragg grating，VBG)、法布里-珀羅干涉儀(標(biāo)準(zhǔn)具(Etalon))及其組合。

在利特羅(Littrow)配置中，具有背刻面的二極管產(chǎn)生被準(zhǔn)直的光束，然后與衍射光柵相互作用。光柵被配置為在0級衍射模式形成輸出光束的同時(shí)反射1級衍射模式。背刻面與衍射光柵一起構(gòu)成共振器。對光柵進(jìn)行調(diào)節(jié)允許調(diào)節(jié)激光器的波長，但會導(dǎo)致輸出光束平移。

在Littman配置中，1級模式不被光柵直接反射回來，而是反射到一反射鏡上。然后反射鏡將第一模式反射回二極管中。對反射鏡進(jìn)調(diào)節(jié)允許調(diào)節(jié)激光器的波長，同時(shí)避免了輸出光束的平移。

丹紐·V等人在2000年3月15日光學(xué)快報(bào)上發(fā)表了″在外腔中的寬發(fā)光區(qū)二極管激光器陣列的光譜束組合″(Daneu V.，et al.，″spectral beam combining of a broad-stripe diode laser array in an external cavity"，Opt.Lett.，2000Mar 15；25(6)：405-7)。具有寬發(fā)光區(qū)的11元件線性二極管激光器陣列的輸出光束已經(jīng)使用包括光柵的常見外腔組合成單個(gè)光束，其同時(shí)地使每個(gè)陣列元件在不同的但受控的波長下運(yùn)行，并且使來自所有元件的光束重疊且在相同方向上傳播。這種組合也稱為波長多路復(fù)用。

WO2013143862描述了一種可用于抽運(yùn)的具有外部的體布拉格光柵的激光二極管，其中LD的耦合共振器具有Yb：YAG作為激光活性介質(zhì)，以及用于抑制不受窄帶VBG抑制的光譜分量的法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具。

US 6,876,679 B1描述了通過濾波器和布拉格光柵的非相干激光束的多路復(fù)用。EP 1 850 431 A1教導(dǎo)了相對于入射光改變標(biāo)準(zhǔn)具的傾斜度，用于改變標(biāo)準(zhǔn)具峰值的波長。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提出進(jìn)一步改善激光束的生成和波長調(diào)節(jié)的目的。本發(fā)明特別地允許簡化激光源元件的組合從而隨著其光束重疊且在相同的方向上傳播，它們以不同的但是受控的波長來運(yùn)行。因此，本發(fā)明允許單獨(dú)地使波長穩(wěn)定以及在單個(gè)實(shí)施例中用于多路復(fù)用和穩(wěn)定化。

這通過如權(quán)利要求1所述的激光束發(fā)生裝置來實(shí)現(xiàn)。有利的實(shí)施例在從屬權(quán)利要求中進(jìn)行了說明。

激光束發(fā)生裝置包括至少一個(gè)激光源元件和外腔。該外腔包括輸出耦合器和周期濾波器元件，該周期濾波器元件被布置在從激光源元件到輸出耦合器的光路上，在激光源和輸出耦合器之間。該激光束發(fā)生裝置的特征在于，該激光束發(fā)生裝置還包括各自布置在激光源和標(biāo)準(zhǔn)具之間的光路上的至少兩個(gè)截止濾波器元件。

通過截止濾波器元件的使用，以簡單的方式實(shí)現(xiàn)了帶通濾波器元件，這額外地允許激光源元件的光譜組合。通過帶通，周期濾波器元件的單共振模式被反饋給激光源元件。因此激光源元件被鎖定到在該單共振模式的峰值頻率時(shí)發(fā)射。

在實(shí)施例中，外腔可以使用位于外腔中的一組光學(xué)元件以及輸出耦合器反射率和曲率的選擇來進(jìn)行優(yōu)化。

該截止濾波器元件可以是具有不同截止波長的長通濾波器元件，該長通濾波器元件中的每個(gè)濾波器元件都允許波長長于各自截止波長的輻射通過，并且至少反射波長短于各自截止波長的輻射。例如，該至少兩個(gè)長通濾波器元件可以是冷光鏡。該冷光鏡可以包括電介質(zhì)涂層。

或者，該截止濾波器元件是短通濾波器元件，該短通濾波器元件中的每個(gè)濾波器元件都允許波長短于各自的截止波長的輻射通過，并且至少反射波長長于各自的截止波長的輻射?；蛘?，該截止濾波器元件中的一個(gè)濾波器元件是長通濾波器元件并且一個(gè)是短通濾波器元件。

激光源元件和該至少兩個(gè)截止濾波器元件可以被布置在光路上從而激光源元件的光被輻照在該至少兩個(gè)截止濾波器元件中的第一截止濾波器元件上并且該輻照的光的反射部分通過第一截止濾波器元件被反射至該至少兩個(gè)截止濾波器元件中的第二截止濾波器元件上，該光透射通過第二截止濾波器元件。

另外的激光源元件可以被包括在該激光束發(fā)生裝置中，該另外的激光源元件被布置在光路上從而該另外的激光源元件的另外的光被輻照在第二截止濾波器元件上并且通過第二截止濾波器元件反射以使它被保持在外腔中。

然后，另外的截止濾波器元件可以被包括在該激光束發(fā)生裝置中，該另外的截止濾波器元件被布置在第二截止濾波器元件和該另外的激光源元件之間的另外的光路上或者在第二截止濾波器元件和周期濾波器元件之間的光路上。

激光源元件和/或該另外的激光源元件可以是激光二極管，其發(fā)射的光在第一方向上比在垂直于該第一方向的第二方向上發(fā)散得更快，該激光二極管和雙色鏡被布置為使該激光二極管的光在第一方向上被疊加。

然后，準(zhǔn)直裝置可以被包括在該激光束發(fā)生裝置中，該準(zhǔn)直裝置使激光二極管發(fā)射的光準(zhǔn)直，該準(zhǔn)直裝置在第一方向和第二方向上進(jìn)行準(zhǔn)直。該激光二極管可以是單發(fā)射器。單發(fā)射器可以以陣列進(jìn)行布置。單發(fā)射器可以水平地或垂直地進(jìn)行堆疊。

周期濾波器可以包括以空氣間隔放置的兩個(gè)平行的板，其中該板的側(cè)面彼此面向。該板能夠被涂布來對功率反射率作針對性調(diào)整。

還提出了根據(jù)權(quán)利要求13所述的一種使用根據(jù)本發(fā)明的激光束發(fā)生裝置調(diào)節(jié)激光束的波長的方法。該方法包括通過繞軸旋轉(zhuǎn)標(biāo)準(zhǔn)具對波長進(jìn)行精細(xì)調(diào)節(jié)來改變?nèi)肷浣恰?/p>

本發(fā)明的不同實(shí)施例能夠彼此有利地進(jìn)行結(jié)合。

附圖說明

下面，本發(fā)明的示例性實(shí)施例將借助附圖進(jìn)行更加詳細(xì)地描述，其中

圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的激光束發(fā)生裝置的第一示例性實(shí)施例；

圖2示意性地示出了圖1的示例性實(shí)施例的截止濾波器元件和周期濾波器元件的依賴波長lambda的透光率T；

圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的激光束發(fā)生裝置的第二示例性實(shí)施例；

圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的激光束發(fā)生裝置的第三示例性實(shí)施例；

圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的激光束發(fā)生裝置的第四示例性實(shí)施例；

圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的激光束發(fā)生裝置的第五示例性實(shí)施例；

圖7示意性地示出了圖6的示例性實(shí)施例的截止濾波器元件和周期濾波器元件的依賴波長lambda的透光率T；以及

圖8示出了根據(jù)本發(fā)明的激光束發(fā)生裝置的第六示例性實(shí)施例。

具體實(shí)施方式

圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的激光束發(fā)生裝置的第一示例性實(shí)施例。

該第一實(shí)施例包括通過激光二極管11和至少兩個(gè)截止濾波器元件示例性地實(shí)現(xiàn)的激光源元件，該至少兩個(gè)截止濾波器元件通過長通濾波器元件21、22示例性地實(shí)現(xiàn)。長通濾波器元件21、22被布置為使激光二極管11發(fā)射的光的部分通過該至少兩個(gè)長通濾波器元件21、22中的第一長通濾波器元件被反射。該被反射的部分包括比第一截止波長W1短的波長。該被反射的部分被反射至該至少兩個(gè)長通濾波器元件21、22中的第二長通濾波器元件上。在被第二長通濾波器元件22反射的部分中，第二長通濾波器元件22使透射部分通過至以標(biāo)準(zhǔn)具30來示例性地實(shí)現(xiàn)的周期濾波器元件上。該通過的部分包括等于或者長于第二截止波長W2的波長，該第二截止波長W2比第一截止波長W1短。光穿過標(biāo)準(zhǔn)具30遇到輸出耦合器40，輸出耦合器40也被稱為輸出反射鏡，在此光穿過標(biāo)準(zhǔn)具30被反射回到第二長通濾波器元件22上。該反射回的光然后穿過標(biāo)準(zhǔn)具和濾波器被過濾并且被反饋至激光源之中，以這種方式來選擇發(fā)射的波長。

在描述的第一示例性實(shí)施例中，有位于外腔中的光學(xué)元件91用于優(yōu)化性能。但是光學(xué)元件91是可選的，并且本發(fā)明的這個(gè)示例性實(shí)施例也可以沒有光學(xué)元件91而實(shí)現(xiàn)。

因此，當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)具30允許精確選擇波長時(shí)，該至少兩個(gè)通常濾波器元件21、22實(shí)現(xiàn)了帶通濾波器元件，該帶通濾波器元件具有在第一截止波長W1和第二截止波長W2之間的通帶并且通過標(biāo)準(zhǔn)具30實(shí)現(xiàn)選擇周期峰值的一個(gè)或多個(gè)。

圖2示意性地示出了圖1的示例性實(shí)施例的截止濾波器元件和周期濾波器元件的依賴波長lambda的透光率T。如圖2中示例性地示出的，該峰具有周期濾波器元件的選擇模式的峰寬DL，約是第一截止波長W1和第二截止波長W2之間的通帶的寬度DＣ＝W1-W2的一半。在反饋中被截止濾波器元件抑制的模式以虛線示出。

這提供了一種非常精確的波長鎖定。此外，第二激光源元件的光能夠疊加并且因而容易進(jìn)行光譜組合。

疊加能夠例如通過向第二長通濾波器元件22發(fā)射第二激光源元件12的另外的光來完成，從而第二長通濾波器元件22將該另外的光的另外的反射部分反射到標(biāo)準(zhǔn)具30上。這在示出了根據(jù)本發(fā)明的激光束發(fā)生裝置的第二示例性實(shí)施例的圖3中示例性地示出了。

然后，第一激光二極管11的到達(dá)標(biāo)準(zhǔn)具的光與第二激光二極管12的達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)具的另外的光不具有共同的波長。并且，在通過輸出耦合器40反射回和穿過標(biāo)準(zhǔn)具30通過的光中，第二長通濾波器元件22將波長短于第二截止波長W2的光反射回至激光二極管中。在該反射回和通過的光中，第一長通濾波器元件21將波長等于或大于第二截止波長W2但是小于第一截止波長W1的光反射回激光二極管，因此可通過標(biāo)準(zhǔn)具30來完成選擇周期峰值中的一個(gè)或多個(gè)。

為了選擇標(biāo)準(zhǔn)具的單共振模式用于反饋至第二激光源中，另外的截止濾波器元件60可以被放置在第二激光源元件20和第二長通濾波器元件22之間，如示出了根據(jù)本發(fā)明的激光束發(fā)生裝置的第三示例性實(shí)施例的圖4中所示?；蛘?，另外的截止濾波器元件60可以被放置在第二長通濾波器元件22和標(biāo)準(zhǔn)具30之間，如示出了根據(jù)本發(fā)明的激光束發(fā)生裝置的第四示例性實(shí)施例的圖5中所示。每一個(gè)所示的另外的截止濾波器元件60是具有比第一截止波長W1和第二截止波長W2更短的最短截止波長的長通濾波器元件。

在所示的第二、第三和第四示例性實(shí)施例中，有位于外腔中的用于激光二極管11、12中的每一個(gè)二極管的光學(xué)元件91、92用于優(yōu)化性能。但是光學(xué)元件91、92是可選的并且本發(fā)明的這些示例性實(shí)施例中的每個(gè)實(shí)施例也可以只有光學(xué)元件91、92中的一個(gè)或都沒有來實(shí)現(xiàn)。

在圖6中，縮放在根據(jù)本發(fā)明的激光束發(fā)生裝置的第五示例性實(shí)施例中示例性地示出。也就是說，對于將進(jìn)一步光譜地組合的每個(gè)激光源元件，有截止濾波器元件反射各輻照光中的一部分到用于光譜組合的輸出耦合器、標(biāo)準(zhǔn)具和截止濾波器元件被放置的共同路徑上。在圖6中，第三激光源元件13的光通過具有比第二截止波長W2小的第三截止波長W3的第三長通濾波器元件23與第一激光源元件和第二激光源元件11、12的光進(jìn)行光譜組合。

在圖6中，另外的截止濾波器元件60也被放置在該共同路徑上。在這個(gè)實(shí)施例中，第三截止波長必須大于該最小的截止波長。

在所示的第五示例性實(shí)施例中，有位于外腔中的用于激光二極管11、12、13中的每一個(gè)二極管的光學(xué)元件91、92、93用于優(yōu)化性能。但是光學(xué)元件91、92、93是可選的并且本發(fā)明的這個(gè)示例性實(shí)施例也可以只有光學(xué)元件91、92、93中的一個(gè)或兩個(gè)或都沒有來實(shí)現(xiàn)。

圖7示意性地示出了圖6的示例性實(shí)施例的截止濾波器元件和周期濾波器元件的依賴波長lambda的透光率T。如圖7中示例性地示出的，在鄰近的截止濾波器元件中的每對截止波長之間有周期濾波器元件的峰。

圖8示出了根據(jù)本發(fā)明的激光束發(fā)生裝置的第六示例性實(shí)施例。在圖8中，四個(gè)不同的激光源元件11、12、13、14輻射的光通過截止濾波器元件21、22、23、24進(jìn)行光譜組合。沒有另外的截止濾波器元件被呈現(xiàn)在這個(gè)示例中，但是其可以增加在第四截止濾波器元件24和第四激光源元件24之間或在第四截止濾波器元件24和標(biāo)準(zhǔn)具30之間。

在描述的第六示例性實(shí)施例中，有位于外腔中的在標(biāo)準(zhǔn)具30和輸出耦合器40之間的光學(xué)元件94用于優(yōu)化性能。但是光學(xué)元件94是可選的。它還可以布置在標(biāo)準(zhǔn)具30和第四截止濾波器元件24之間。

因此，本發(fā)明提供了一種使用n個(gè)截止濾波器和單個(gè)周期濾波器用于n個(gè)激光源的光譜組合和頻率鎖定的裝置。有利地，另外的截止濾波器能夠被使用。

所描述和示出的示例性實(shí)施例利用了長通濾波器元件。在模擬模式中，可以使用短通濾波器元件。此外，對于根據(jù)本發(fā)明所包括或使用的每個(gè)截止濾波器元件，可以單獨(dú)決定其是否可以通過長通濾波器元件或通過短通濾波器元件來實(shí)現(xiàn)。

周期性濾波器元件可以與截止濾波器元件一起被放置在共同的外部共振腔中，從而使振蕩波長多路復(fù)用的自動(dòng)選擇和同時(shí)選擇成為可能，二極管激光器或二極管激光器組中的每個(gè)在單個(gè)波長信道上振蕩。