激光器激光频率的调谐方法与流程

本发明涉及激光频率调谐，特别是一种激光器激光频率的调谐方法。该方法在激光频率调谐过程中可保持输出激光的位置和方向不变。

背景技术：

可调谐激光器最早发明于20世纪60年代(有机染料激光器)，由于其输出激光频率可在一定范围内进行调谐，在光谱学、光化学、医学、生物学、集成光学、污染监测、半导体材料加工、信息处理和通信等领域有重要应用。

实现激光器可调谐性能的方法有很多，其中一个是在激光器谐振腔或者外腔中使用和调节光栅等元件进行选模来实现。传统的使用光栅作为调谐元件的方法主要是两种。第一种如图4所示，移动闪耀光栅4到位置10，使得激光器外腔或者谐振腔腔长改变，进而改变谐振腔的振荡频率，改变激光频率。但同时，其输出激光的位置由8改变到9。第二种如图5所示，改变光栅角度由4到10，衍射角度发生变化，因而衍射极大的激光频率发生改变。但同时，其输出激光的方向由8改变至9。

在传统的使用光栅构成外腔或者谐振腔并作为调谐元件的激光器中存在调谐过程中输出激光方向或者光束位置发生变化的缺点。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种激光器激光频率的调谐方法，该方法可保障调谐过程中激光的输出方向和位置不变。

本发明的技术解决方案如下：

一种激光器激光频率的调谐方法，该方法包括下列步骤：

1)调节闪耀光栅的位置和角度使闪耀光栅与腔镜构成外腔或者谐振腔，入射光和衍射光在外腔或者谐振腔中构成往返振荡，形成激光,在所述的闪耀光栅的反射方向上有激光输出；

2)将压电陶瓷垂直于伸缩方向的一面粘结在所述的闪耀光栅的垂直于闪耀方向标识的侧面上，该压电陶瓷的垂直于伸缩方向的另一面固定；

3)给所述的压电陶瓷施加扫描电压信号，此时所述的闪耀光栅会平行于闪耀方向移动，此时的输出激光波长即会随着扫描信号变化而改变。

本发明的原理如下：

激光入射至闪耀光栅上，其衍射光与入射光有一固定的相位差。当精密控制元件伸缩进而推动所述的闪耀光栅沿闪耀方向平移时，该相位差的变化值与平移量的关系为：

其中，为衍射光与入射光之间相位差，a为光栅周期，Δx为沿闪耀方向的光栅平移量，n为返回至谐振腔中激光的衍射级次。由于激光在谐振腔中来回一周需要满足共振条件，即满足行走一周的相位差为2π的整数倍，因而谐振腔中激光波长将发生变化以弥补由于闪耀光栅沿闪耀方向平移导致的相位变化。当激光在谐振腔内走完一周只经历一次衍射的情况下，波长变化与闪耀光栅沿闪耀方向的平移量的对应关系为：

其中，λ为激光波长，L为谐振腔腔长。a与激光波长在一个量级上，因而该方法的调谐能力与通过改变谐振腔腔长的激光频率调谐方法(ΔL为腔长改变量)相当。

本发明的技术效果如下：

给压电陶瓷施加扫描电压信号下，输出激光的频率发生调谐，但光栅角度保持不变，光栅构成的谐振腔腔长保持不变，输出激光的位置和方向不变。

附图说明

图1是本发明激光器激光频率的调谐方法的示意图

图2是本发明实施例1，本发明方法用于Littrow结构外腔半导体激光器的示意图

图3是本发明实施例2，本发明方法用于环形谐振腔的示意图

图4是现有技术之一：通过移动光栅改变外腔或者谐振腔腔长的传统调谐方法示意图

图5是现有技术之二：通过旋转光栅改变光栅衍射角度的传统调谐方法示意图

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。

先请参阅图1，由图可见，本发明激光器激光频率的调谐方法，该方法包括下列步骤：

1)调节闪耀光栅4的位置和角度使闪耀光栅4与腔镜1构成外腔或者谐振腔，入射光6和衍射光7在外腔或者谐振腔中构成往返振荡，形成激光,在所述的闪耀光栅4的反射方向上有激光8输出，即输出激光；

2)将压电陶瓷3垂直于伸缩方向的一面粘结在所述的闪耀光栅4的垂直于闪耀方向标识的侧面上，该压电陶瓷3的垂直于伸缩方向的另一面固定；

3)给所述的压电陶瓷3施加扫描电压信号，此时所述的闪耀光栅4会平行于闪耀方向移动，此时的输出激光波长即会随着扫描信号变化而改变。

参阅图2，图2是本发明实施例1，本发明方法用于Littrow结构外腔半导体激光器的示意图，该方法包括下列步骤：

1)调节闪耀光栅4的位置和角度使闪耀光栅4与腔镜1构成外腔或者谐振腔，入射光6和衍射光7在外腔或者谐振腔中构成往返振荡，形成激光,在所述的闪耀光栅4的反射方向上有激光8输出，即输出激光；

2)将压电陶瓷3垂直于伸缩方向的一面粘结在所述的闪耀光栅4的垂直于闪耀方向标识的侧面上，该压电陶瓷3的垂直于伸缩方向的另一面固定；

3)给所述的压电陶瓷3施加扫描电压信号，此时所述的闪耀光栅4会平行于闪耀方向移动，此时的输出激光波长即会随着扫描信号变化而改变。

所述的半导体激光管1发射激光，经过准直镜2准直后，入射至闪耀光栅4，发生-1级衍射，产生衍射光7。衍射光7与半导体激光管输出光6共线，方向相反，返回至半导体激光管1中构成谐振。同时在所述的闪耀光栅4的反射方向有输出激光8。当外部电路控制压电陶瓷3使其伸缩，粘结在压电陶瓷3上面的闪耀光栅4产生平行于光栅闪耀方向标识5的移动。如上述原理所述，此时衍射光7与入射光6之间的相位差相应成比例发生变化，因而在谐振腔中共振的激光频率发生变化，形成调谐。同时由于光栅角度、外腔腔长不变，输出光的方向、位置均保持不变。

参阅图3，图3是本发明实施例2，本发明方法用于环形谐振腔的示意图，该方法包括下列步骤：

1)调节闪耀光栅4的位置和角度使闪耀光栅4与腔镜1构成外腔或者谐振腔，入射光6和衍射光7在外腔或者谐振腔中构成往返振荡，形成激光,在所述的闪耀光栅4的反射方向上有激光8输出，即输出激光；

2)将压电陶瓷3垂直于伸缩方向的一面粘结在所述的闪耀光栅4的垂直于闪耀方向标识的侧面上，该压电陶瓷3的垂直于伸缩方向的另一面固定；

3)给所述的压电陶瓷3施加扫描电压信号，此时所述的闪耀光栅4会平行于闪耀方向移动，此时的输出激光波长即会随着扫描信号变化而改变。

谐振腔由腔镜1、腔镜2和闪耀光栅4构成。从腔镜1反射来的激光6入射至闪耀光栅4上发生衍射，产生衍射光7,衍射光7再经过腔镜2反射再经过腔镜1反射回到激光6原位置，形成谐振。同时闪耀光栅反射光8可作为输出激光。激光环绕一周产生的相位延迟加上衍射光与入射光的相位差等于2Π的整数倍。当外部电路控制压电陶瓷3使其伸缩，闪耀光栅4将产生平行于闪耀方向标识5的移动，此时衍射光与入射光的相位差改变，在环形谐振腔中共振的激光频率也将发生变化，而同时由于光栅角度，环形腔腔长不变，输出光的方向、位置也保持不变。