專利名稱：一種非偏振光輸出的可調(diào)諧激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光電技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種非偏振光輸出的可調(diào)諧激光器。
背景技術(shù)：
由于光柵在大的光譜范圍內(nèi)具有很高光譜分辨率，因此，被廣泛應(yīng)用于各類可調(diào)諧激光器中。其存在的問題是由于需要使用精密步進(jìn)馬達(dá)帶動光柵進(jìn)行掃描，因此，采用這類技術(shù)的可調(diào)諧激光器尺寸比較大，容易受機(jī)械震動的影響，且價格昂貴。傳統(tǒng)的光學(xué)法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具是一種利用多光束干涉原理制作的濾波器件，主要有兩種類型一種是空氣間隔的，一種是光學(xué)玻璃間隔的。通過兩個通光面上多層介質(zhì)膜的高反射率所形成法布里-珀羅腔的多光束干涉效應(yīng)，可以實(shí)現(xiàn)在寬頻譜范圍內(nèi)的多波長窄帶濾波輸出，而且具有性能穩(wěn)定、通光孔徑大、光功率破壞閾值高、結(jié)構(gòu)簡單和成本低等特性，因此，被廣泛應(yīng)用于各類激光器、光學(xué)測量儀器和光纖通訊器件中。利用傳統(tǒng)的光學(xué)法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具可以實(shí)現(xiàn)透射光頻率的調(diào)諧功能。對于空氣間隔的法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具，可通過改變光的入射角度進(jìn)行調(diào)諧，但是這種方法的調(diào)諧范圍很??；也可以采用用機(jī)械方法(如步進(jìn)馬達(dá))改變法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具的腔長進(jìn)行調(diào)諧，這種方法可以實(shí)現(xiàn)大的調(diào)諧范圍，但調(diào)諧精度低，而且對機(jī)械部件的精度要求高，穩(wěn)定性不好。另外，采用PZT壓電陶瓷(鋯鈦酸鉛)技術(shù)通過改變法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具的腔長，可以提高調(diào)諧精度和速度，但是不易做到小型化，且驅(qū)動電路也較復(fù)雜；改變標(biāo)準(zhǔn)具的溫度也可以實(shí)現(xiàn)較大范圍的調(diào)諧，但是，該方法的缺點(diǎn)是速度慢。同時，單一法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具的濾波輸出特性是一個光頻率間隔為自由光譜范圍的多模輸出。聲光可調(diào)諧濾波器(AOTF)是一種固態(tài)的、可電子調(diào)諧的帶通光譜濾波器，這類濾波器大多數(shù)使用各向異性的聲光互作用。晶體生長技術(shù)與高頻壓電式換能器技術(shù)的進(jìn)步大大的改進(jìn)了聲光原件，使得AOTF技術(shù)上已成熟，從實(shí)驗(yàn)室走進(jìn)了工業(yè)的應(yīng)用。AOTF的實(shí)施通常采用各向異性的雙折射聲光(AO)介質(zhì)，并有高速調(diào)諧能力、得到證明的長期穩(wěn)定性以及低成本等優(yōu)點(diǎn)。聲光濾波器的運(yùn)行原理基于一種叫做布拉格衍射的現(xiàn)象，即衍射光的方向取決于聲波的波長。與傳統(tǒng)的技術(shù)相比，AOTF提供了連續(xù)、快速的調(diào)節(jié)能力，但要實(shí)現(xiàn)窄的濾波光譜帶寬，一般要求聲光晶體的尺寸比較大。聲光濾波器有兩種類型共線型與非共線型，其中具有高射頻頻率的非共線型非近軸濾波器可以達(dá)到窄帶光頻率調(diào)諧，但幾乎不可能做到象法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具一樣的窄帶濾波功能。因此，僅僅采用聲光濾波器的可調(diào)諧激光器很難實(shí)現(xiàn)窄帶輸出。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種穩(wěn)定性強(qiáng)、精度高、速度快、無機(jī)械移動部件、電子調(diào)諧以及大頻譜范圍的非偏振光輸出的可調(diào)諧激光器。本發(fā)明解決現(xiàn)有的技術(shù)問題是采取以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的
—種非偏振光輸出的可調(diào)諧激光器，包括第一反射鏡、寬帶激光增益介質(zhì)、可調(diào)諧法布里-珀羅濾波器、可調(diào)諧聲光濾波器、第二反射鏡、第三反射鏡和激光器控制電路；第一反射鏡和第二反射鏡構(gòu)成第一激光諧振子腔，第一反射鏡和第三反射鏡構(gòu)成第二激光諧振子腔；寬帶激光增益介質(zhì)發(fā)出的寬帶光束通過可調(diào)諧法布里-珀羅濾波器濾波后，再經(jīng)過可調(diào)諧聲光濾波器濾波，其一級衍射光束分成兩束偏振態(tài)相互垂直的偏振光，其S態(tài)偏振光束由第二反射鏡反射并在第一激光諧振子腔中形成激光振蕩，其P態(tài)偏振光束由第三反射鏡反射并在第二激光諧振子腔中形成激光振蕩，可調(diào)諧聲光濾波器的零級衍射光束作為激光器的輸出光束；激光器控制電路分別與寬帶激光增益介質(zhì)、可調(diào)諧法布里-珀羅濾波器和可調(diào)諧聲光濾波器相連接實(shí)現(xiàn)對激光器的可調(diào)諧輸出控制功能。而且，所述第一反射鏡、第二反射鏡和第三反射鏡為以下三種類型反射鏡之一平 面鏡、凹面鏡和凸面鏡。而且，所述的可調(diào)諧法布里-珀羅濾波器包括前后依次安裝起來的第一液晶盒、第二液晶盒和可調(diào)諧法布里-珀羅濾波器的驅(qū)動電路，兩個液晶盒均包括依次安裝一起的第一片光學(xué)透明材料、液晶材料和第二片光學(xué)透明材料，第一液晶盒的第二片光學(xué)透明材料與第二液晶盒的第一片光學(xué)透明材料安裝在一起，在第一液晶盒的第一片光學(xué)透明材料上設(shè)置高反射率多層介質(zhì)膜構(gòu)成第一反射鏡，在第二液晶盒的第二片光學(xué)透明材料上設(shè)置高反射率多層介質(zhì)膜構(gòu)成第二反射鏡，兩個液晶盒內(nèi)的液晶材料的光軸相互垂直并設(shè)置在由第一反射鏡和第二反射鏡構(gòu)成的法布里-珀羅腔內(nèi)，所述可調(diào)諧法布里-珀羅濾波器的驅(qū)動電路與兩個液晶盒相連接并通過控制液晶材料的有效折射率實(shí)現(xiàn)濾波器的調(diào)諧功能，該可調(diào)諧法布里-珀羅濾波器的驅(qū)動電路與激光器控制電路相連接。而且，所述第一液晶盒的第一片光學(xué)透明材料上的高反射率多層介質(zhì)膜設(shè)置在第一片光學(xué)透明材料的外側(cè)，該第一光學(xué)透明材料的內(nèi)側(cè)從內(nèi)到外依次設(shè)有光學(xué)增透膜和透明電極；所述第一液晶盒的第二光學(xué)透明材料的外側(cè)為光學(xué)拋光面，第二光學(xué)透明材料的內(nèi)側(cè)從內(nèi)到外依次設(shè)有光學(xué)增透膜、透明電極和非導(dǎo)電材料薄膜，該非導(dǎo)電材料薄膜覆蓋除通光孔徑以外的部分以及一個約I毫米寬連接到第二片光學(xué)透明材料薄片邊緣的通道，用于為多余的液晶材料提供一個出口，并與第一片光學(xué)透明材料的內(nèi)側(cè)構(gòu)成一個空腔用于設(shè)置液晶材料，該透明電極與可調(diào)諧法布里-珀羅濾波器的驅(qū)動電路相連接。而且，所述第一液晶盒的第一片光學(xué)透明材料上的高反射率多層介質(zhì)膜設(shè)置在第一片光學(xué)透明材料的內(nèi)側(cè)，在高反射率多層介質(zhì)膜的內(nèi)側(cè)設(shè)置有透明電極，在第一光學(xué)透明材料的外側(cè)設(shè)置光學(xué)增透膜；所述第一液晶盒的第二光學(xué)透明材料的外側(cè)為光學(xué)拋光面，第二光學(xué)透明材料的內(nèi)側(cè)從內(nèi)到外依次設(shè)有光學(xué)增透膜、透明電極和非導(dǎo)電材料薄膜，該非導(dǎo)電材料薄膜覆蓋除通光孔徑以外的部分以及一個約I毫米寬連接到第二片光學(xué)透明材料薄片邊緣的通道，用于為多余的液晶材料提供一個出口，并與第一片光學(xué)透明材料的內(nèi)側(cè)構(gòu)成一個空腔用于設(shè)置液晶材料，該透明電極與可調(diào)諧法布里-珀羅濾波器的驅(qū)動電路相連接。而且，所述第二液晶盒的第二片光學(xué)透明材料上的高反射率多層介質(zhì)膜設(shè)置在第二片光學(xué)透明材料的外側(cè)，該第二光學(xué)透明材料的內(nèi)側(cè)從內(nèi)到外依次設(shè)有光學(xué)增透膜和透明電極，所述第二液晶盒的第一片光學(xué)透明材料的外側(cè)為光學(xué)拋光面，第一片光學(xué)透明材料的內(nèi)側(cè)從內(nèi)到外依次設(shè)有光學(xué)增透膜、透明電極和非導(dǎo)電材料薄膜，該非導(dǎo)電材料薄膜覆蓋除通光孔徑以外的部分以及一個約I毫米寬連接到該光學(xué)透明材料薄片邊緣的通道，用于為多余的液晶材料提供一個出口，并與第二液晶盒的第二片光學(xué)透明材料的內(nèi)側(cè)構(gòu)成一個空腔用于設(shè)置液晶材料，該透明電極與可調(diào)諧法布里-珀羅濾波器的驅(qū)動電路相連接。而且，所述第二液晶盒的第二片光學(xué)透明材料上的高反射率多層介質(zhì)膜設(shè)置在第二片光學(xué)透明材料的內(nèi)側(cè)，在高反射率多層介質(zhì)膜的內(nèi)側(cè)設(shè)置有透明電極，在第二光學(xué)透明材料的外側(cè)設(shè)置光學(xué)增透膜，所述第二液晶盒的第一片光學(xué)透明材料的外側(cè)為光學(xué)拋光面，第一片光學(xué)透明材料的內(nèi)側(cè)從內(nèi)到外依次設(shè)有光學(xué)增透膜、透明電極和非導(dǎo)電材料薄膜，該非導(dǎo)電材料薄膜覆蓋除通光孔徑以外的部分以及一個約I毫米寬連接到該光學(xué)透明材料薄片邊緣的通道，用于為多余的液晶材料提供一個出口，并與第二液晶盒的第二片光學(xué)透明材料的內(nèi)側(cè)構(gòu)成一個空腔用于設(shè)置液晶材料，該透明電極與可調(diào)諧法布里-珀羅濾 波器的驅(qū)動電路相連接。而且，所述的第一液晶盒的第二片光學(xué)透明材料與第二液晶盒的第一片光學(xué)透明材料的安裝方式為使用光學(xué)透明折射率匹配膠粘接在一起，并使得第一反射鏡和第二反射鏡保持平行以形成法布里-珀羅腔。而且，所述的液晶材料采用的是向列相型液晶，該液晶材料的厚度為幾微米至十幾微米。而且，所述的可調(diào)諧法布里-珀羅濾波器的驅(qū)動電路是一種頻率為從一千赫茲到幾千赫茲的方波脈沖電路，脈沖電壓幅度從O伏到5伏可調(diào)。而且，所述可調(diào)諧法布里-珀羅濾波器的自由光譜范圍大于所述可調(diào)諧聲光濾波器的濾波帶寬的半寬度。而且，所述可調(diào)諧聲光濾波器是一種窄帶、非同軸雙折射型聲光濾波器，其一級衍射將入射光分為兩個偏振態(tài)相互垂直并形成一定的夾角的線偏振光。而且，所述可調(diào)諧聲光濾波器由可調(diào)諧聲光濾波器的驅(qū)動電路驅(qū)動，該可調(diào)諧聲光濾波器的驅(qū)動電路與激光器控制電路相連接，所述可調(diào)諧聲光濾波器的驅(qū)動電路是一種頻率從幾兆赫茲到幾百兆赫茲的頻率和功率可調(diào)射頻信號發(fā)生器。而且，所述激光器控制電路通過泵浦電路與寬帶激光增益介質(zhì)相連接。發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是I、本發(fā)明將兩個光軸相互垂直的向列相型液晶材料放置在法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具的腔內(nèi)并利用液晶的電控雙折射效應(yīng)和對入射光產(chǎn)生的光學(xué)相位調(diào)制，實(shí)現(xiàn)在寬頻譜范圍內(nèi)對透過法布里-珀羅濾波器的光的頻率進(jìn)行連續(xù)、快速和精密調(diào)諧且與入射光的偏振態(tài)無關(guān)。由于液晶材料的厚度非常薄，因此可以制作尺寸小、自由光譜范圍大的寬帶可調(diào)諧法布里-珀羅濾波器。由可調(diào)諧法布里-珀羅濾波器輸出的多模光波再通過可調(diào)諧聲光濾波器的濾波，實(shí)現(xiàn)在大的光譜范圍內(nèi)的高精度、快速和穩(wěn)定性好的濾波等特點(diǎn)。由于本發(fā)明采用了兩個激光器諧振子腔，使得由可調(diào)諧聲光濾波器衍射產(chǎn)生的兩個在空間分開的偏振態(tài)相互垂直的線偏振光都能夠形成激光振蕩，因此，本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)非偏振光輸出。2、本發(fā)明設(shè)計(jì)合理，實(shí)現(xiàn)了在較寬頻譜范圍內(nèi)對激光器的輸出光進(jìn)行連續(xù)、快速和精密的調(diào)諧，具有無機(jī)械移動部件、電子調(diào)諧、調(diào)諧速度快、性能穩(wěn)定可靠、尺寸小、易于安裝及生產(chǎn)等特點(diǎn)，可滿足對于要求尺寸小和極端工作環(huán)境下的可靠運(yùn)行，可廣泛用在激光器、光學(xué)測試、光纖通訊、生物、醫(yī)療器械和光纖傳感器網(wǎng)絡(luò)等領(lǐng)域中。


圖I是一個普通法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具的示意圖； 圖2是第一液晶盒的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是第二液晶盒的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是一種可調(diào)諧布里-珀羅濾波器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是光透過液晶材料的相位隨外加電場的變化曲線；圖6是普通法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具的透射光譜示意圖；圖7是可調(diào)諧布里-珀羅濾波器的透射光譜示意圖；圖8是一種可調(diào)諧聲光濾波器的示意圖；圖9是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖10是可調(diào)諧聲光濾波器的輸出光譜示意圖；圖11是可調(diào)諧法布里-珀羅濾波器和可調(diào)諧聲光濾波器的合成輸出光譜示意圖；圖12是本發(fā)明的輸出光譜示意圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖對本發(fā)明實(shí)施例做進(jìn)一步詳述。圖I給出了一種普通的法布里-拍羅(Fabry-Perot)光標(biāo)準(zhǔn)具100的示意圖。該法布里-珀羅光標(biāo)準(zhǔn)具100的材料一般在近紅外和可見光波段采用象融石英或BK7這樣的光學(xué)玻璃，假設(shè)材料的折射率為n，兩個通光面2和4都鍍高反射膜，其反射率為R，厚度為h，光以接近零度的入射角入射，則只有滿足2 =πιλ，才能透過標(biāo)準(zhǔn)具，其中m是透射光的級次。光標(biāo)準(zhǔn)具100的自由光譜范圍FSR1可以表示為Δ λ = λ V (2nh),或用頻率表示Δ v=c/ (2nh),其中c是光速。透射光的峰值頻率可以表示為v=mc/ (2nh)，其中m是干涉級次，透射光的頻率寬帶可以表示為Λν (FWHM) =c (I-R)/(2nhR1/2)，其中c是光速。從上述兩個公式可以看出，光標(biāo)準(zhǔn)具100的自由光譜范圍FSR1與厚度為h成反比。假設(shè)材料的折射率為n=l. 5，要實(shí)現(xiàn)FSR1=IOOGHz,厚度h I毫米。自由光譜范圍FSR1越大，其厚度就越小。在標(biāo)準(zhǔn)具的材料和厚度確定后，透射光的頻帶寬度主要和反射率R有關(guān)，反射率越高，頻帶寬度或銳度(finesse)越小。法布里-拍羅(Fabry-Perot)光標(biāo)準(zhǔn)具的透射光譜的特點(diǎn)是每個透射譜的帶寬可以做到非常窄，透射光譜的頻率間隔相等并且光頻率響應(yīng)帶寬非常寬，一般可覆蓋大于100納米的光頻譜帶，光標(biāo)準(zhǔn)具100的輸出光頻譜如圖6所示。由于一般用作光電器件的液晶材料具有高的電阻率，因此，可以被認(rèn)為是理想的電介質(zhì)材料。由于構(gòu)成分子的有序取向和拉伸延長的形態(tài)，液晶具有各向異性的電介質(zhì)特性和單軸對稱性，就象一個單軸晶體一樣，其光軸的方向與分子的排列取向一致。當(dāng)液晶分子在外界電場的作用下，會形成電偶極子。在電偶極子所形成的力矩作用下，使得液晶分子的取向轉(zhuǎn)向電場的方向，可以通過改變電場的強(qiáng)弱，改變液晶的光軸的方向。因此，可以利用液晶的這一特性制作光相位調(diào)制器，可調(diào)諧濾波器或其他光電器件，如光開關(guān)和光強(qiáng)調(diào)制器等。一般用作光電器件的液晶膜層的厚度為幾微米到十幾微米。本發(fā)明正是利用液晶在電場作用下對線偏振光的折射率產(chǎn)生改變這一特性設(shè)計(jì)而成。本發(fā)明中所涉及的偏振無關(guān)可調(diào)諧法布里-珀羅濾波器包括兩個光軸方向相互垂直的液晶盒。如圖2所示，第一個液晶盒200包括兩種結(jié)構(gòu)。第一種結(jié)構(gòu)包括第一片光學(xué)透明材料8、液晶材料14和第二片光學(xué)透明材料22，第一片光學(xué)透明材料8外側(cè)表面上設(shè)置高反射率多層介質(zhì)膜6，內(nèi)側(cè)從內(nèi)到外分別設(shè)置光學(xué)增透膜10和透明電極膜層12，第二片光學(xué)透明材料22外側(cè)表面24是光學(xué)拋光面，內(nèi)側(cè)從內(nèi)到外分別設(shè)置光學(xué)增透膜20，透明電極膜層18和非導(dǎo)電材料薄膜16，非導(dǎo)電材料薄膜16的厚度為幾微米到十幾微米，覆蓋除通光孔徑外的其他部分和一個寬度約為I毫米的通到光學(xué)透明材料22邊緣的通道，用于排除多余的液晶材料，該非導(dǎo)電材料薄膜16與第一片光學(xué)透明材料8構(gòu)成一個空腔用于設(shè)置液晶材料14，液晶材料14采用的是向列相型液晶，該液晶材料的厚度約為幾微米道十幾微 米。液晶盒200的第二種結(jié)構(gòu)與第一種結(jié)構(gòu)的不同之處在于所述第一片光學(xué)透明材料8外側(cè)表面上設(shè)置光學(xué)增透膜6，內(nèi)側(cè)從內(nèi)到外分別設(shè)置高反射率多層介質(zhì)膜10和透明電極膜層12，其他設(shè)置與液晶盒200的第一種結(jié)構(gòu)相同，其目的是改變法布里-珀羅腔的厚度。如圖3所示，第二個液晶盒300包括兩種結(jié)構(gòu)。第一種結(jié)構(gòu)包括第一片光學(xué)透明材料28、液晶材料36、第二片光學(xué)透明材料42，第二片光學(xué)透明材料42外側(cè)表面26設(shè)置高反射率多層介質(zhì)膜44，內(nèi)側(cè)從內(nèi)到外分別設(shè)置光學(xué)增透膜40，透明電極膜層32，第一片光學(xué)透明材料28外側(cè)表面26是光學(xué)拋光面，內(nèi)側(cè)從內(nèi)到外分別設(shè)置光學(xué)增透膜30，透明電極膜層32和非導(dǎo)電材料薄膜34，非導(dǎo)電材料薄膜34的厚度為幾微米到十幾微米，覆蓋除通光孔徑外的其他部分和一個寬度約為I毫米的通到光學(xué)透明材料28邊緣的通道，用于排除多余的液晶材料，非導(dǎo)電材料薄膜34與第二片光學(xué)透明材料42構(gòu)成一個空腔用于設(shè)置液晶材料36。一般可用環(huán)氧樹脂或紫外光膠等把上述構(gòu)成液晶腔的兩片材料的液晶腔以外的部分粘接起來，液晶材料36采用的是向列相型液晶，該液晶材料的厚度約為幾微米道十幾微米。液晶盒300的第二種結(jié)構(gòu)與第一種結(jié)構(gòu)的不同之處在于第二片光學(xué)透明材料42外側(cè)表面上設(shè)置光學(xué)增透膜44，內(nèi)側(cè)從內(nèi)到外分別設(shè)置高反射率多層介質(zhì)膜40和透明電極膜層38，其他設(shè)置與液晶盒300的第一種結(jié)構(gòu)相同，其目的是改變法布里-珀羅腔的厚度。圖4給出了一種與偏振無關(guān)的可調(diào)諧布里-珀羅濾波器的結(jié)構(gòu)示意圖。該可調(diào)諧法布里-珀羅濾波400，包括第一個液晶盒200、第二個液晶盒300和可調(diào)諧法布里-珀羅濾波的驅(qū)動電路52。液晶盒200的第二片光學(xué)透明材料的外側(cè)和液晶盒300的第一片光學(xué)透明材料的外側(cè)用光學(xué)透明折射率匹配膠50粘合在一起并使得液晶盒200的第一光學(xué)透明材料和液晶盒300的第二光學(xué)透明材料上設(shè)有高反射率介質(zhì)膜的面保持并行而形成諧法布里-珀羅腔。驅(qū)動電路52與液晶盒200和液晶盒300的透明電極連接，由驅(qū)動電路52產(chǎn)生的驅(qū)動信號在兩透明電極膜層之間形成驅(qū)動電場；利用電場改變法布里-珀羅(Fabry-Perot)腔內(nèi)液晶的有效折射率n，來調(diào)節(jié)法布里-珀羅濾波器的透射光的光頻率v和自由光譜范圍(FSR)。通常的驅(qū)動電場是電壓為幾伏，頻率為I千赫茲到幾千赫茲的方波信號。由于液晶的厚度很小(幾微米到十幾微米)，因此，可以制作本征自由光譜范圍(即在無外加電場時的可調(diào)諧濾波器的自由光譜范圍)的可調(diào)諧法布里-珀羅濾波器。由于第一液晶盒200和第二液晶盒300中液晶的光軸相互垂直，因此，濾波器400與入射光的偏振態(tài)無關(guān)。在圖4中，入射到濾波器400的光束48是一束準(zhǔn)直光束，假設(shè)光透明材料的折射率為n，第一液晶盒200的第一片光學(xué)透明材料上和第二液晶盒300的第二片光學(xué)透明材料上鍍高反射介質(zhì)膜的反射率為R，法布里-珀羅腔的長度為D，則只有滿足2nD+r=na的光才能透過標(biāo)準(zhǔn)具，其中m是透射光的級次。濾波器400的自由光譜范圍FSR2和透射光頻率分別為Λ λ = λ2/(2η +Γ),或用頻率表示Av=c/(2nD+r)，其中c是光速，Γ代表由液晶在外加電場作用下由折射改變對入射光所產(chǎn)生的光程。透射光的峰值頻率可以表示為v=mc/ (2nD+ Γ ),其中m是干涉級次,透射光的頻率寬帶可以表示為Δ v (FffHM) =c (I-R)/((2nD+r )R1/2)，其中c是光速。利用第一個液晶盒200和第二個液晶盒300的兩種不同的結(jié)構(gòu)的組合可以增大或減少法布里-珀羅腔的長度D，從而調(diào)節(jié)濾波器400的自由光譜范圍 FSR2。圖5給出了一個厚度約為10微米的向列相型液晶在2KHz方波電壓的驅(qū)動下，對光波長為1550納米光波相位變化的關(guān)系示意圖。最大可實(shí)現(xiàn)約2 π的光相位延遲。通過實(shí)驗(yàn)和分析，可調(diào)諧法布里-珀羅濾波器400對于接近零度入射的準(zhǔn)直光可以得到約I. 5倍的FSR2的透射光頻率的調(diào)諧范圍，而對自由光譜范圍△ V和透射光的頻帶寬帶的改變要小的多?？烧{(diào)諧法布里-珀羅濾波器的透射光54的光譜示意圖如圖7所示。由此可見，可調(diào)諧法布里-珀羅濾波器400在外加電場的作用下，可以實(shí)現(xiàn)較大范圍的透射光峰值頻率的調(diào)諧而基本不改變透射光的頻帶寬度和自由光譜范圍。這個特性對于將可調(diào)諧法布里-珀羅濾波器400許多應(yīng)用中，如激光器和頻譜儀器等具有重要意義。圖8給出了一種可調(diào)諧聲光濾波器的示意圖。該聲光濾波器500 —般采用的介質(zhì)是各向異性并有雙折射特性。其中一種物質(zhì)二氧化碲(Te02)，由于其運(yùn)行在剪切模式時具有高光學(xué)均勻性、低光吸收度和耐高光功率能力等特點(diǎn)，廣泛使用于這類應(yīng)用中。其他物質(zhì)例如鈮酸鋰(LiNb03)、磷化鎵(GaP)和鑰酸鉛(PbMo04)也經(jīng)常用于各種聲光器件中。影響選擇特定物質(zhì)的因素有很多，下面僅列出幾種，如聲光器件的類型、高質(zhì)量晶體是否容易獲得以及應(yīng)用的類型和需求，例如衍射效率功率損耗、入射光與衍射光的分散度和整體器件的大小等?？烧{(diào)諧聲光濾波器500是一種具有雙折射特性，非共線和非近軸型聲光濾波器。包括采用二氧化碲的聲光晶體57和換能器58，由可調(diào)諧聲光濾波器的驅(qū)動電路60直接驅(qū)動換能器58在晶體57中產(chǎn)生聲波場59而形成衍射光柵。一束準(zhǔn)直光束56進(jìn)入晶體57并與聲波場59成布拉格角θ B,被衍射可調(diào)諧聲光濾波器后,一級衍射光分成兩束線偏振光，S光62和P光64，和零級衍射光束66.兩束線偏振光62和64與零級衍射光束形成的夾角等于布拉格角ΘΒ。聲光晶體57的切割使得入射面55和出射面61與入射光成垂直或接近垂直的角度。為了減少光的損耗，入射面55和出射面61都鍍光學(xué)增透膜?？烧{(diào)諧聲光濾波器500的濾波光譜的特點(diǎn)是可在一個寬頻帶的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)光頻率的連續(xù)可調(diào)諧，如圖10所示。濾波光譜的帶寬Λ V、半寬度(FWHM) Λ Vl/2、分辨率和衍射效率等頻譜取決于聲光晶體的尺寸、換能器的結(jié)構(gòu)和射頻驅(qū)動功率等因素的影響。如要實(shí)現(xiàn)窄帶濾波光譜和高的衍射濾波效率，需要加大換能器和聲光晶體的尺寸。圖9給出了本發(fā)明的結(jié)構(gòu)，下面結(jié)合圖9對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行說明。一種非偏振光輸出的可調(diào)諧激光器包括第一反射鏡72、寬帶激光增益介質(zhì)76、可調(diào)諧法布里-珀羅濾波器400、可調(diào)諧聲光濾波器500、第二反射鏡84、第三反射鏡86以及一個驅(qū)動控制系統(tǒng)。該驅(qū)動控制系統(tǒng)包括激光泵浦電路74、可調(diào)諧法布里-珀羅濾波器400的驅(qū)動電路52、可調(diào)諧聲光濾波器500的驅(qū)動電路60以及激光器控制電路88。由寬帶激光增益介質(zhì)76發(fā)出的光束首先通過濾波器400，其輸出光束78通過可調(diào)諧聲光濾波器500后，輸出光束分為零級衍射光81、一級衍射光分為兩個偏振態(tài)相互垂直的線偏振光S偏振光80和P偏振光82，第二反射鏡84和第三反射鏡86設(shè)置的角度和位置分別使得S偏振光80和P偏振光82被沿著原光路反射回到可調(diào)諧聲光濾波器500，且分別在由第一反射鏡72和第二反射鏡84組成的第一激光諧振子腔中以及由第一反射鏡72和第三反射鏡86組成的第二激光諧振子腔中形成激光振蕩，通過激光控制電路88控制和調(diào)節(jié)激光泵浦電路74、可調(diào)諧法布里-珀羅 濾波器400的驅(qū)動電路52以及可調(diào)諧聲光濾波器500的驅(qū)動電路60實(shí)現(xiàn)對激光器輸出功率和波長的調(diào)諧和控制。準(zhǔn)直光束76入射進(jìn)入可調(diào)諧法布里-珀羅濾波器400，透射光78的光譜如圖7所示，透射光的峰值頻率的可調(diào)諧范圍約為1. 5倍的FSR2，在可調(diào)諧的范圍內(nèi)和約100納米的光譜范圍內(nèi)，可調(diào)諧法布里-珀羅濾波器400的自由光譜范圍基本保持不變。透射光78透過可調(diào)諧聲光濾波器500后，一級衍射光分離成兩束偏振態(tài)相互垂直的光束80和82，當(dāng)可調(diào)諧聲光濾波器500的透射帶寬Λ V小于2倍的可調(diào)諧法布里-珀羅濾波器400的本征自由光譜范圍FSR2，透射光80和82均是一束單模光束，其光譜特性如圖12所示與可調(diào)諧法布里-珀羅濾波器400的一個透射模的光譜特性相同。如果考慮可調(diào)諧法布里-珀羅濾波器400的透射光的頻譜度Λ V時(參考圖11)，要實(shí)現(xiàn)單模輸出或高的透射光邊摸抑制比，調(diào)諧聲光濾波器500的透射帶寬Av還需要更窄。需要提出的是，可調(diào)諧法布里-珀羅濾波器400和可調(diào)諧聲光濾波器500的透射光的頻譜寬度△ V的定義是根據(jù)實(shí)際應(yīng)用中對激光輸出光譜的噪聲或邊摸抑制比的需要確定的。根據(jù)不同的激光器增益介質(zhì)類型和對輸出的要求，第一反射鏡72、第二反射鏡84、第三反射鏡86可以采用全反射鏡或部分反射鏡，如可以利用從部分反射鏡的泄漏光對激光器的腔內(nèi)光功率進(jìn)行監(jiān)控等，也可采用不同的類型的反射鏡，如平面鏡，凸面鏡或凹面鏡，構(gòu)成不同類型的激光諧振腔，如穩(wěn)定腔，介穩(wěn)腔或非穩(wěn)腔等。另外，要使得可調(diào)諧法布里-珀羅濾波器400和可調(diào)諧聲光濾波器500處于最好的工作狀態(tài)，需要輸入光束是準(zhǔn)直光束，因此，如果寬帶激光增益介質(zhì)76發(fā)出的是分散型的光束，如半導(dǎo)體激光增益介質(zhì)，可以采用一個腔內(nèi)準(zhǔn)直透鏡對光束進(jìn)行準(zhǔn)直。由于本發(fā)明是利用可調(diào)諧法布里-珀羅濾波器400的濾波功能以及可調(diào)諧聲光濾波器500的衍射濾波功能，對不同光頻率的光束有不同的響應(yīng)特性，因此，要獲得精確的激光器輸出功率和頻率，需要對系統(tǒng)進(jìn)行校準(zhǔn)。激光器控制電路88包括一個以數(shù)字信號處理器以及嵌入式軟件為核心的控制電路，數(shù)據(jù)分析軟件和數(shù)據(jù)竄型接口用于控制，調(diào)諧以及接收外界控制信號和對外輸出信號。需要強(qiáng)調(diào)的是，上述說明僅起演示和描述的作用，并不是一個詳細(xì)無遺漏的說明，也沒有意圖將本發(fā)明限制在所描述的具體形式上。經(jīng)過上面的描述，對本發(fā)明的許多改動和變化都可能出現(xiàn)。所選擇的具體實(shí)施僅僅是為了更好的解釋本發(fā)明的原理和實(shí)際中的應(yīng)用。這個說明能夠使熟悉此領(lǐng)域的人可以更好的利用本發(fā)明，根據(jù)實(shí)際需要設(shè)計(jì)不同的具體實(shí)施和進(jìn)行相應(yīng)的改動。
權(quán)利要求
1.一種非偏振光輸出的可調(diào)諧激光器,其特征在于包括第一反射鏡、寬帶激光增益介質(zhì)、可調(diào)諧法布里-珀羅濾波器、可調(diào)諧聲光濾波器、第二反射鏡、第三反射鏡和激光器控制電路；第一反射鏡和第二反射鏡構(gòu)成第一激光諧振子腔，第一反射鏡和第三反射鏡構(gòu)成第二激光諧振子腔；寬帶激光增益介質(zhì)發(fā)出的寬帶光束通過可調(diào)諧法布里-珀羅濾波器濾波后，再經(jīng)過可調(diào)諧聲光濾波器濾波，其一級衍射光束分成兩束偏振態(tài)相互垂直的偏振光，其S態(tài)偏振光束由第二反射鏡反射并在第一激光諧振子腔中形成激光振蕩,其P態(tài)偏振光束由第三反射鏡反射并在第二激光諧振子腔中形成激光振蕩，可調(diào)諧聲光濾波器的零級衍射光束作為激光器的輸出光束；激光器控制電路分別與寬帶激光增益介質(zhì)、可調(diào)諧法布里-珀羅濾波器和可調(diào)諧聲光濾波器相連接實(shí)現(xiàn)對激光器的可調(diào)諧輸出控制功能。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種非偏振光輸出的可調(diào)諧激光器，其特征在于所述第一反射鏡、第二反射鏡和第三反射鏡為以下三種類型反射鏡之一平面鏡、凹面鏡和凸面鏡。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種非偏振光輸出的可調(diào)諧激光器，其特征在于所述的可調(diào)諧法布里-珀羅濾波器包括前后依次安裝起來的第一液晶盒、第二液晶盒和可調(diào)諧法布里-珀羅濾波器的驅(qū)動電路，兩個液晶盒均包括依次安裝一起的第一片光學(xué)透明材料、液晶材料和第二片光學(xué)透明材料，第一液晶盒的第二片光學(xué)透明材料與第二液晶盒的第一片光學(xué)透明材料安裝在一起，在第一液晶盒的第一片光學(xué)透明材料上設(shè)置高反射率多層介質(zhì)膜構(gòu)成第一反射鏡，在第二液晶盒的第二片光學(xué)透明材料上設(shè)置高反射率多層介質(zhì)膜構(gòu)成第二反射鏡，兩個液晶盒內(nèi)的液晶材料的光軸相互垂直并設(shè)置在由第一反射鏡和第二反射鏡構(gòu)成的法布里-珀羅腔內(nèi)，所述可調(diào)諧法布里-珀羅濾波器的驅(qū)動電路與兩個液晶盒相連接并通過控制液晶材料的有效折射率實(shí)現(xiàn)濾波器的調(diào)諧功能，該可調(diào)諧法布里-珀羅濾波器的驅(qū)動電路與激光器控制電路相連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種非偏振光輸出的可調(diào)諧激光器,其特征在于所述第一液晶盒的第一片光學(xué)透明材料上的高反射率多層介質(zhì)膜設(shè)置在第一片光學(xué)透明材料的外偵牝該第一光學(xué)透明材料的內(nèi)側(cè)從內(nèi)到外依次設(shè)有光學(xué)增透膜和透明電極；所述第一液晶盒的第二光學(xué)透明材料的外側(cè)為光學(xué)拋光面，第二光學(xué)透明材料的內(nèi)側(cè)從內(nèi)到外依次設(shè)有光學(xué)增透膜、透明電極和非導(dǎo)電材料薄膜，該非導(dǎo)電材料薄膜覆蓋除通光孔徑以外的部分以及一個約I毫米寬連接到第二片光學(xué)透明材料薄片邊緣的通道，用于為多余的液晶材料提供一個出口，并與第一片光學(xué)透明材料的內(nèi)側(cè)構(gòu)成一個空腔用于設(shè)置液晶材料，該透明電極與可調(diào)諧法布里-珀羅濾波器的驅(qū)動電路相連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種非偏振光輸出的可調(diào)諧激光器,其特征在于所述第一液晶盒的第一片光學(xué)透明材料上的高反射率多層介質(zhì)膜設(shè)置在第一片光學(xué)透明材料的內(nèi)偵牝在高反射率多層介質(zhì)膜的內(nèi)側(cè)設(shè)置有透明電極，在第一光學(xué)透明材料的外側(cè)設(shè)置光學(xué)增透膜；所述第一液晶盒的第二光學(xué)透明材料的外側(cè)為光學(xué)拋光面，第二光學(xué)透明材料的內(nèi)側(cè)從內(nèi)到外依次設(shè)有光學(xué)增透膜、透明電極和非導(dǎo)電材料薄膜，該非導(dǎo)電材料薄膜覆蓋除通光孔徑以外的部分以及一個約I毫米寬連接到第二片光學(xué)透明材料薄片邊緣的通道，用于為多余的液晶材料提供一個出口，并與第一片光學(xué)透明材料的內(nèi)側(cè)構(gòu)成一個空腔用于設(shè)置液晶材料，該透明電極與可調(diào)諧法布里-珀羅濾波器的驅(qū)動電路相連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種非偏振光輸出的可調(diào)諧激光器，其特征在于所述第二液晶盒的第二片光學(xué)透明材料上的高反射率多層介質(zhì)膜設(shè)置在第二片光學(xué)透明材料的外偵牝該第二光學(xué)透明材料的內(nèi)側(cè)從內(nèi)到外依次設(shè)有光學(xué)增透膜和透明電極，所述第二液晶盒的第一片光學(xué)透明材料的外側(cè)為光學(xué)拋光面，第一片光學(xué)透明材料的內(nèi)側(cè)從內(nèi)到外依次設(shè)有光學(xué)增透膜、透明電極和非導(dǎo)電材料薄膜，該非導(dǎo)電材料薄膜覆蓋除通光孔徑以外的部分以及一個約I毫米寬連接到該光學(xué)透明材料薄片邊緣的通道，用于為多余的液晶材料提供一個出口，并與第二液晶盒的第二片光學(xué)透明材料的內(nèi)側(cè)構(gòu)成一個空腔用于設(shè)置液晶材料，該透明電極與可調(diào)諧法布里-珀羅濾波器的驅(qū)動電路相連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種非偏振光輸出的可調(diào)諧激光器，其特征在于所述第二液晶盒的第二片光學(xué)透明材料上的高反射率多層介質(zhì)膜設(shè)置在第二片光學(xué)透明材料的內(nèi)偵牝在高反射率多層介質(zhì)膜的內(nèi)側(cè)設(shè)置有透明電極，在第二光學(xué)透明材料的外側(cè)設(shè)置光學(xué)增透膜，所述第二液晶盒的第一片光學(xué)透明材料的外側(cè)為光學(xué)拋光面，第一片光學(xué)透明材料的內(nèi)側(cè)從內(nèi)到外依次設(shè)有光學(xué)增透膜、透明電極和非導(dǎo)電材料薄膜，該非導(dǎo)電材料薄膜覆蓋除通光孔徑以外的部分以及一個約I毫米寬連接到該光學(xué)透明材料薄片邊緣的通道，用于為多余的液晶材料提供一個出口，并與第二液晶盒的第二片光學(xué)透明材料的內(nèi)側(cè)構(gòu)成一個空腔用于設(shè)置液晶材料，該透明電極與可調(diào)諧法布里-珀羅濾波器的驅(qū)動電路相連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種非偏振光輸出的可調(diào)諧激光器，其特征在于所述的第一液晶盒的第二片光學(xué)透明材料與第二液晶盒的第一片光學(xué)透明材料的安裝方式為使用光學(xué)透明折射率匹配膠粘接在一起，并使得第一反射鏡和第二反射鏡保持平行以形成法布里-珀羅腔。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種非偏振光輸出的可調(diào)諧激光器，其特征在于所述的液晶材料采用的是向列相型液晶，該液晶材料的厚度為幾微米至十幾微米。
10.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種非偏振光輸出的可調(diào)諧激光器，其特征在于所述的可調(diào)諧法布里-珀羅濾波器的驅(qū)動電路是一種頻率為從一千赫茲到幾千赫茲的方波脈沖電路，脈沖電壓幅度從O伏到5伏可調(diào)。
11.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種非偏振光輸出的可調(diào)諧激光器，其特征在于所述可調(diào)諧法布里-珀羅濾波器的自由光譜范圍大于所述可調(diào)諧聲光濾波器的濾波帶寬的半寬度。
12.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種非偏振光輸出的可調(diào)諧激光器，其特征在于所述可調(diào)諧聲光濾波器是一種窄帶、非同軸雙折射型聲光濾波器，其一級衍射將入射光分為兩個偏振態(tài)相互垂直并形成一定的夾角的線偏振光。
13.根據(jù)權(quán)利要求I或12所述的一種非偏振光輸出的可調(diào)諧激光器，其特征在于所述可調(diào)諧聲光濾波器由可調(diào)諧聲光濾波器的驅(qū)動電路驅(qū)動，該可調(diào)諧聲光濾波器的驅(qū)動電路與激光器控制電路相連接；所述可調(diào)諧聲光濾波器的驅(qū)動電路是一種頻率從幾兆赫茲到幾百兆赫茲的頻率和功率可調(diào)射頻信號發(fā)生器。
14.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種非偏振光輸出的可調(diào)諧激光器，其特征在于所述激光器控制電路通過泵浦電路與寬帶激光增益介質(zhì)相連接。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種非偏振光輸出的可調(diào)諧激光器，其主要技術(shù)特點(diǎn)是包括第一反射鏡、寬帶激光增益介質(zhì)、可調(diào)諧法布里-珀羅濾波器、可調(diào)諧聲光濾波器、第二反射鏡、第三反射鏡和激光器控制電路；寬帶激光增益介質(zhì)發(fā)出的寬帶光束通過可調(diào)諧法布里-珀羅濾波器濾波后，再經(jīng)過可調(diào)諧聲光濾波器濾波，其一級衍射光束分成兩束偏振態(tài)相互垂直的偏振光，可調(diào)諧聲光濾波器的零級衍射光束作為激光器的輸出光束。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了在較寬頻譜范圍內(nèi)對激光器的輸出光進(jìn)行連續(xù)、快速和精密的調(diào)諧，具有無機(jī)械移動部件、電子調(diào)諧速度快、性能穩(wěn)定可靠、尺寸小、易于安裝及生產(chǎn)等特點(diǎn)，可廣泛用在激光器、光學(xué)測試、光纖通訊、生物、醫(yī)療器械和光纖傳感器網(wǎng)絡(luò)等領(lǐng)域中。
文檔編號H01S3/107GK102820611SQ201210325418
公開日2012年12月12日 申請日期2012年9月5日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月5日
發(fā)明者高培良 申請人:天津奇譜光電技術(shù)有限公司