專利名稱：激光發(fā)生裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及激光發(fā)生裝置。更具體地，本發(fā)明涉及包括激光源 和多個外部諧振器的激光發(fā)生裝置，用于利用單個調(diào)制信號來實現(xiàn)裝置的 穩(wěn)定鎖定。
背景技術(shù)：
FM邊帶技術(shù)("Pound-Drever-Hall鎖定"技術(shù))通常作為用于穩(wěn)定 鎖定激光發(fā)生裝置中的外部諧振器的技術(shù)的示例，并且被廣泛地用于鎖定 外部諧振器。在FM邊帶方法中，使用置于外部諧振器的前級的用以生成誤差信號 的相位調(diào)制器來生成邊帶波。在通過調(diào)制紫外光來生成邊帶波的情況下， 特別地，需要透光率較高且工作電壓較低的高性能相位調(diào)制器。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，為了避免由紫外光導(dǎo)致的對相位調(diào)制器的過度損壞， 紫外光的鎖定是通過構(gòu)造這樣的激光發(fā)生裝置來實現(xiàn)的，所述激光發(fā)生裝 置包括多個外部諧振器、根據(jù)FM邊帶技術(shù)來同時鎖定多個外部諧振器并 且通過多級來實現(xiàn)波長轉(zhuǎn)換。例如當使用兩個外部諧振器時，這樣來實現(xiàn) 上述步驟首先將第一相位調(diào)制器布置在第一外部諧振器的前級，第一外 部諧振器將被根據(jù)FM邊帶技術(shù)來進行鎖定；允許經(jīng)過第一外部諧振器的 波長轉(zhuǎn)換(即，生成波長轉(zhuǎn)換后的光)的光入射到第二相位調(diào)制器上；允 許來自第二相位調(diào)制器的光入射到第二外部諧振器上；并且隨后實現(xiàn)第二 外部諧振器的鎖定，其后是另一次波長轉(zhuǎn)換。但是，在上述需要同時鎖定多個諧振器的配置中，利用了與外部諧振 器一樣多的相位調(diào)制器，原因在于在每一個外部諧振器的前級布置了一個 相位調(diào)制器。另外，由于在相位調(diào)制器中包括作為主要組件的光學(xué)晶體 (非線性光學(xué)元件)，所以相位調(diào)制器的制造相對而言比較昂貴。因此，諧振器的數(shù)目的增加已經(jīng)導(dǎo)致了整體尺寸和裝置成本的過度增加。此外，在經(jīng)波長轉(zhuǎn)換之后輸出的光為紫外光的情況下，相對較少量的 相位調(diào)制器可對紫外光進行操作，因此具有較低的透光率和較差的品質(zhì)因數(shù)(figure of merit)。這導(dǎo)致了幾個難點，例如，用于提供高工作電壓的 高電壓電源的提供，以及由于紫外光所引起的損壞而導(dǎo)致的相對較短的壽 命。日本未審查專利申請公布No. 2002-311467公開了一種設(shè)備和方法， 其中，通過向相位調(diào)制器輸入多個調(diào)制信號(載波)來實現(xiàn)多級鎖定。雖然在上述申請公布中記載的設(shè)備和方法能夠補償前述難點中的一 些，但是在所述設(shè)備和方法中還是有幾點尚待解決，例如，使用多個信號 發(fā)生單元來提供多個調(diào)制信號，以及信號處理的增大的復(fù)雜度。對于使用單個調(diào)制信號來鎖定多級外部諧振器的方法，需要通過下述 方式來使鎖定(諧振狀態(tài))穩(wěn)定通過盡可能地增大從第一級的外部諧振 器反射的已調(diào)光(modulated light)的比例從而增大誤差信號的S/N比，同 時通過允許已調(diào)光盡可能多地通過第一級的外部諧振器從而增大由位于隨 后各級的其它外部諧振器檢測到的誤差信號的S/N比。因此，當沒有在設(shè)置更新之后的初期對外部諧振器整體進行優(yōu)化，或 者由于諧振器損耗和轉(zhuǎn)換效率的變化而發(fā)生外部諧振器的透射寬度隨時間 的變化時，對于包括多個外部諧振器的系統(tǒng)而言，已經(jīng)面臨陷入鎖定的不 穩(wěn)定性的若干難點。另外，為了增大波長轉(zhuǎn)換效率或者獲得大功率的波長轉(zhuǎn)換后的光，大 功率的激光必須照射外部諧振器，以實現(xiàn)激光的波長轉(zhuǎn)換。雖然這種照射 是通過使大功率激光入射到相位調(diào)制器上來實現(xiàn)的，但是由于激光照射可 能導(dǎo)致的損壞效果，入射激光的強度僅能夠被增大到對相位調(diào)制器產(chǎn)生一 定限度的損壞。這種損壞可以通過使用設(shè)有大有效直徑的組件的相位調(diào)制 器來避免。但是，這使得相位調(diào)制器中的光學(xué)晶體(非線性光學(xué)元件)的 尺寸增大并因而增加了其成本。因此，迫切希望能夠利用低強度的激光來 實現(xiàn)穩(wěn)定信號調(diào)制。發(fā)明內(nèi)容考慮到上述難點，本發(fā)明的目的是使用單個調(diào)制信號來解決各個外部 諧振器的穩(wěn)定鎖定，這是通過根據(jù)FM邊帶方法在外部諧振器中生成希望 的激光來實現(xiàn)的。為了實現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一種形式，提供了一種激光發(fā)生裝 置，其包括激光源、第一和第二外部諧振器以及其它多個諧振器、相位調(diào) 制器、信號發(fā)生單元、第一和第二非線性光學(xué)元件、光路長度改變單元、 至少一個光電探測器以及控制電路。第二外部諧振器布置在第一外部諧振器的后級；相位調(diào)制器被配置成 被施加調(diào)制信號；信號發(fā)生單元被配置用于生成施加給相位調(diào)制器的調(diào)制 信號；并且分別布置在第一和第二外部諧振器之中的第一和第二非線性光 學(xué)元件被配置用于對入射在第一和第二外部諧振器的各個上的激光實施波 長轉(zhuǎn)換。另外，光路長度改變單元被配置用于改變第一和第二外部諧振器 中的各個的光路長度，并且至少一個光電探測器被配置用于接收來自第一 和第二外部諧振器中的各個的激光。另外，具有負反饋配置的控制電路被 配置用于獲取由所述至少一個光電探測器接收的至少一個檢測信號和所述 調(diào)制信號，從而獲得用于第一和第二外部諧振器中的各個的誤差信號，并 被配置用于根據(jù)FM邊帶方法、使用誤差信號來控制光路長度改變單元。通過將調(diào)制信號的頻率設(shè)置成與下述值相等，該值使得用于各個外部 諧振器的誤差信號的S/N比可以被平均化，并且通過利用控制電路來控制 各個外部諧振器的光路長度，各個外部諧振器被同時保持在諧振狀態(tài)。作 為用于平均S/N比的措施的一個示例，施加給相位調(diào)制器的調(diào)制信號的頻率被設(shè)置成使得將用于各個外部諧振器的誤差信號的sm比之積P維持在近似等于其最大值。根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，由于形成了這樣的激光發(fā)生裝置，該激光發(fā)生裝置被 配置成獲取各級外部諧振器的誤差信號，并將施加給相位調(diào)制器的調(diào)制信 號的頻率設(shè)置成下述值，該值使得各級的誤差信號的S/N比可以被平均 化，所以所有外部諧振器的穩(wěn)定鎖定將是可行的。特別地，當調(diào)制信號的 頻率被設(shè)置成使得誤差信號的S/N比之積可以近似等于其最大值時，可以總體上穩(wěn)定多個外部諧振器。另外，激光發(fā)生裝置優(yōu)選地設(shè)有調(diào)制頻率設(shè)置單元，用于獲取由外部 諧振器的透射寬度的變化導(dǎo)致的誤差信號，并且用于將施加給相位調(diào)制器 的調(diào)制信號的頻率設(shè)置成下述值，該值使得用于各個外部諧振器的誤差信 號的S/N比各自被平均化。根據(jù)具有調(diào)制頻率設(shè)置單元的上述結(jié)構(gòu)，可以響應(yīng)于外部諧振器的透 射寬度例如隨時間或者由其它因素導(dǎo)致的變化而設(shè)置調(diào)制信號的頻率，因 而可以平均化用于各個外部諧振器的誤差信號的S/N比。結(jié)果，即使在隨 時間推移使得鎖定條件發(fā)生變化的情況下，穩(wěn)定鎖定也將是可行的。根據(jù)本發(fā)明的一種形式，其被配置成使得可以檢測各級外部諧振器的誤差信號，以用于根據(jù)FM邊帶方法來在多個外部諧振器中生成所需的激 光，并且可以將調(diào)制信號的頻率設(shè)置成下述值，該值使得用戶各個外部諧 振器的各個誤差信號的S/N比被平均化。因此，使用單個調(diào)制信號來對各 個外部諧振器進行穩(wěn)定鎖定將是可行的。


圖1是示意性地圖示出根據(jù)本發(fā)明的激光發(fā)生裝置的基本配置的示圖；圖2是示意性地圖示出根據(jù)本發(fā)明第一實施例的激光發(fā)生裝置的示圖；圖3是示意性地圖示出可以在雙極驅(qū)動模式下工作的相位調(diào)制器的示圖；圖4是圖示出圖3的受雙極驅(qū)動的相位調(diào)制器的示例性電路的示圖； 圖5是圖示出包括相位調(diào)制器和光電探測器的控制系統(tǒng)的基本配置的 示圖；圖6是圖示出外部諧振器的有效反射特性的曲線圖； 圖7A和7B是圖示出外部諧振器的有效反射特性和調(diào)制頻率之間的關(guān) 系的示圖；圖8是圖示出從光檢測信號和調(diào)制信號獲得的誤差信號的S依賴性的放大示圖；圖9A、 9B和9C是各自圖示出三級諧振器在鎖定時的有效反射率和 誤差信號之間的相關(guān)性的曲線圖；圖IO是圖示出圖l所示的實施例的變體的示圖；圖11是圖示出包括相位調(diào)制器和光電探測器的又一個控制系統(tǒng)的基本配置的示圖；圖12是示意性地圖示出根據(jù)本發(fā)明第二實施例的激光發(fā)生裝置的示圖；圖13是示意性地圖示出根據(jù)本發(fā)明第三實施例的激光發(fā)生裝置的示圖；圖14是示意性地圖示出根據(jù)本發(fā)明第四實施例的激光發(fā)生裝置的示 圖；以及圖15是示意性地圖示出根據(jù)本發(fā)明第五實施例的激光發(fā)生裝置的示圖。
具體實施方式
本發(fā)明涉及包括具有連續(xù)波(CW)發(fā)射能力的激光源和多個外部諧 振器的激光發(fā)生裝置，例如，其適于通過多級來實現(xiàn)波長轉(zhuǎn)換?，F(xiàn)在參考 附圖，通過示例來示出了本發(fā)明的幾個實施例。 <第一實施例>以下參考圖1到9來描述根據(jù)本發(fā)明第一實施例的激光發(fā)生裝置。圖 1是概念性地圖示出本實施例的基本配置的示圖。參考圖1，激光發(fā)生裝置1至少包括激光源2，用于輸出基本上為單 頻的激光。從激光源2輸出的激光通過相位調(diào)制器4、光學(xué)系統(tǒng)5，隨后 通過多個外部諧振器6到12。另外，相位調(diào)制器4設(shè)有信號發(fā)生單元3 (具有用于生成振蕩信號的本地振蕩器)，.用于生成施加給相位調(diào)制器4 的調(diào)制信號。光學(xué)系統(tǒng)5可選地可以包括透鏡、棱鏡、鏡子和用于模式匹 配的其它相似元件，以及其它組件，例如二向色鏡(dichroic mirror)、吸 收過濾器和用于選擇光并將其傳送到下一級的諧振器的其它組件。多個外部諧振器6到12被首尾相連地布置在一行中，包括第一外部 諧振器和被布置成第一外部諧振器的后級的第二外部諧振器。在對所述裝 置的以下描述中，外部諧振器6被視為第一外部諧振器，并且外部諧振器 9被視為第二外部諧振器。應(yīng)當注意，第一外部諧振器可以不限于位于第一級的外部諧振器6，并且任何外部諧振器都可以充當?shù)谝煌獠恐C振器。類似地，第二外部諧振器可以不限于位于第二級的外部諧振器9，并且任何外部諧振器都可以充當?shù)诙獠恐C振器，只要該外部諧振器位于第一外部諧振器的后級。另外，對于所述裝置的這種配置，需要在激光源2和第一外部諧振器之間的 光路上設(shè)置一個相位調(diào)制器(即，此示例中的相位調(diào)制器4)，并且需要 從第一外部諧振器輸出的光入射到第二外部諧振器上，而不影響相位調(diào)制 器4的相位調(diào)制。在外部諧振器6到12的內(nèi)部分別布置了幾個非線性光學(xué)元件(或者 非線性光學(xué)晶體)7到13。作為非線性光學(xué)元件，列舉了能夠?qū)崿F(xiàn)涉及二 次諧振光生成、和頻(sum frequency)生成等的波長轉(zhuǎn)換的非線性光學(xué)元 件。可替代地，可以在各個外部諧振器的內(nèi)部提供具有增益放大能力的激 光介質(zhì)，以取代非線性光學(xué)元件。外部諧振器中的至少第一外部諧振器6和第二外部諧振器9設(shè)有光路 長度改變單元18，用于改變第一和第二外部諧振器中的每一個的光路長 度。光路長度改變單元18被配置用于執(zhí)行幾種控制，例如使用諸如 VCM (音圈電動機)、壓電元件等的致動器來對外部諧振器中所包括的組 成元件(鏡子和其它光學(xué)元件)的位置和姿勢進行的伺服控制；以及通過 對光學(xué)晶體施加電壓等來對光學(xué)特性(例如，折射指數(shù)和其它類似參數(shù)) 進行的控制。用于模式匹配的幾個光學(xué)系統(tǒng)5到11被布置在激光源2和第一外部諧 振器之間，以及相鄰的外部諧振器之間，以在激光源2和這些諧振器之間 高效地耦合必要光。光電探測器14到16被提供用于分別接收來自外部諧振器6到12的 光。這些光電探測器各自由光電二極管等構(gòu)成，所述光電二極管等能夠?qū)⑻綔y器所檢測到的光轉(zhuǎn)換成電信號。雖然典型地列舉了兩種類型的光電探 測器， 一種檢測從外部諧振器反射的光，另一種檢測透過的光，但是從檢 測信號大小的觀點來看，在本示例中前者更適合。信號處理電路17被配置用于獲取由各個光電探測器14到16輸出的檢測信號以及由信號發(fā)生單元3生成的調(diào)制信號(預(yù)定頻率的振蕩信號)，以基于該檢測信號和調(diào)制信號來執(zhí)行同步檢測，從而獲得誤差信號，并將這樣獲得的誤差信號輸出到光路長度改變單元18。也就是說，控制電路 19當前被形成為具有負反饋的配置，包括用于獲取誤差信號的信號處理電 路17和用于根據(jù)FM邊帶方法來改變外部諧振器的循環(huán)(cuxular)光路 長度的光路長度改變單元18。在這種配置中，從激光源2發(fā)射的激光進入被施加了由信號發(fā)生單元 3生成的調(diào)制信號的相位調(diào)制器4，從而被按預(yù)定頻率來進行相位調(diào)制。 在相位調(diào)制之后，激光通過光學(xué)系統(tǒng)5并進入第一外部諧振器6。另外， 由第一外部諧振器6所包括的非線性光學(xué)元件7生成的光入射到第二外部 諧振器9上。來自第一外部諧振器6和第二外部諧振器9的光(反射光或者透射光 (transmitted light))分別被光電探測器14和15檢測。隨后，基于利用 信號處理電路17通過檢測處理而獲得的誤差信號，光路長度改變單元18 對各個外部諧振器的光路長度(即，循環(huán)光路長度)進行控制，以使其等 于激光波長的整數(shù)倍。即，可變地對各個外部諧振器的光路長度進行控 制，以使得誤差信號將變?yōu)榱?。多個外部諧振器6到12從而被同時保持 在諧振狀態(tài)(所謂的鎖定狀態(tài))。圖2是示出激光發(fā)生裝置100的示圖，激光發(fā)生裝置100被配置成根 據(jù)FM邊帶方法、使用單個相位調(diào)制器4來同時鎖定在兩級中的外部諧振 器6和9。激光發(fā)生裝置100在圖2中被示出為縮略了圖1所示的若干組 件，例如光電探測器14到16、信號處理電路17以及光路長度改變單元 18。與圖1所示的那些相似的組件和單元被用相同的標號來示出，并因而 省略對它們的重復(fù)描述。根據(jù)本發(fā)明的第一實施例，激光源2被用于以單縱模方式輸出紅外光(例如，波長X- 1064nm)。輸出光LTO通過單個相位調(diào)制器4。由于向 相位調(diào)制器4提供了具有單頻fc的高頻信號作為調(diào)制信號，該高頻信號由 在圖中用信號源標記來指示的信號發(fā)生單元3生成，所以通過相位調(diào)制器 4的光被按頻率fc進行相位調(diào)制。從根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的信號發(fā)生單元3輸出的一些已調(diào)信號被 用作本地振蕩信號，用于對由信號處理電路17 (圖1)所生成的誤差信號 進行解調(diào)，其中，這些誤差信號由包括第一外部諧振器6和第二外部諧振 器9在內(nèi)的外部諧振器獲得。為了確保在最后一級的外部諧振器(例如， 圖1中的外部諧振器12)的誤差信號的足夠大的S/N比，有效的措施是按 如圖3所示的雙極驅(qū)動模式來操作相位調(diào)制器。圖4是示出受雙極驅(qū)動的相位調(diào)制器的示例性電路的示圖。如圖4所 示，相位調(diào)制器40是通過彼此組合電隔離的第一和第二相位調(diào)制器來形 成的。再次參考圖4，各自被配置用于生成指定的驅(qū)動電壓V (例如，V = Vosin (2f。t +如))的第一和第二電源單元45和46中的每一個的一端被接 地。另外，第一電源單元45的另一端被連接到第一相位調(diào)制器的電極 42，并且第二電源單元46的另一端被連接到第二相位調(diào)制器的電極44(即，布置在電極42的相對面上的電極)。此外，按彼此接觸的方式來組合的有第一相位調(diào)制器的另一個電極41 和第二相位調(diào)制器的另一個電極43，其中，這些電極41和43各自被接 地。第一和第二相位調(diào)制器的各自的電極間距離被調(diào)整成單個標準相位調(diào) 制器的電極間距離的一半(即，d/2)。結(jié)果，在作為第一和第二相位調(diào)制 器的組合而形成的相位調(diào)制器40中，這些電極41和43之間的電極間距離 被使得等于單個標準相位調(diào)制器的距離d。假設(shè)由電源單元45和46提供電壓信號V，并且兩個電壓信號+V禾口-V分別被施加給相位調(diào)制器40的兩個電極42和44，在電極42和44之間 介有地電位，其中，所述兩個電壓信號極性彼此相反并且相位相同。因 此，在相位調(diào)制器40的電極42和44之間總是存在電位差2V，并且生成了兩倍于普通電場的電場。結(jié)果，誤差信號的S/N比增大。注意，關(guān)于圖4所示的電源單元45和46，可替代地，可以形成包括單個電壓信號供應(yīng)源(未示出)的另一個電路，該電壓信號供應(yīng)源被配置 用于生成極性彼此相反且相位相同的電壓信號，隨后將其提供給相位調(diào)制器40。再次參考圖2，透過相位調(diào)制器4的激光經(jīng)由光學(xué)系統(tǒng)5而進入第一 外部諧振器6。在這種情況下，入射光被假定為與賦予第一外部諧振器6 的獨特模式合適地匹配(即，所謂的模式匹配)。第一外部諧振器6被形成為可選地包括入射鏡子21、多個鏡子22、 23和24以及非線性光學(xué)元件20。也就是，如圖2所示，入射鏡子21和出 射鏡子22被布置在主光路上，非線性光學(xué)元件20被布置在入射鏡子21和 出射鏡子22之間。另外，鏡子23被布置在鏡子21的一側(cè)，而鏡子24被 布置在鏡子22的一側(cè)。預(yù)先進入鏡子21的激光通過非線性光學(xué)元件20， 順序地經(jīng)鏡子22、 23和24反射，隨后返回到21，從而形成外部諧振器 6。優(yōu)選地，提供具有為實現(xiàn)阻抗匹配而進行優(yōu)化的反射率的入射鏡子 21。根據(jù)本發(fā)明的第一實施例，非線性光學(xué)元件20所使用的材料包括針對二次諧波生成(SHG)而合適地相位匹配的晶體和通過周期性極化 (poling)的方法或其它類似方法而被進行相位匹配的另一個晶體。在 SHG的情況下，從激光源2發(fā)射的光的基波的波長(例如，\= 1064 nm) 可以被轉(zhuǎn)換成該波長的一半(即，X= 532nm)?？梢酝ㄟ^利用諸如VCM (音圈電動機)、步進電動機之類的移動設(shè) 備或者利用采用了 PZT等的壓電效應(yīng)的驅(qū)動設(shè)備來改變第一外部諧振器6 中的至少一個鏡子的位置和姿勢，來可變地控制外部諧振器6的循環(huán)光路 的長度。作為用于可變地控制外部諧振器6的循環(huán)光路的長度的又一個方 法，諸如棱鏡、光柵等的若干光學(xué)元件可以適當?shù)靥娲R子。此外，還存 在又一個方法，例如通過對非線性光學(xué)元件或電光晶體施加電壓來改變循 環(huán)光路的長度。由第一外部諧振器6中的鏡子24反射的光的一部分通過鏡子21，被 光電探測器14所接收，并且被進行信號檢測。由于第一外部諧振器6也設(shè)有非線性光學(xué)元件20，所以通過有效的波 長轉(zhuǎn)換而產(chǎn)生的光輸出隨后通過用于模式匹配的光學(xué)系統(tǒng)8而被導(dǎo)引進入第二外部諧振器9。來自第一外部諧振器6的光輸出可以可選地被波長分離鏡(未示出)與沒有經(jīng)過波長轉(zhuǎn)換的光相分離。以類似于第一外部諧振器6的方式，第二外部諧振器9包括入射鏡子 31、多個鏡子32、 33和34以及非線性光學(xué)元件30。也就是，如圖2所 示，入射鏡子31和出射鏡子32被布置在主光路上，并且非線性光學(xué)元件 30被布置在入射鏡子31和出射鏡子32之間。另外，鏡子33被布置在鏡 子31的一側(cè)，鏡子34被布置在鏡子32的一側(cè)。預(yù)先經(jīng)由光學(xué)系統(tǒng)8而進 入鏡子31的激光通過非線性光學(xué)元件30，順序地被鏡子32、 33和34反 射，隨后被返回到31，從而形成外部諧振器9。優(yōu)選地，提供具有為實現(xiàn) 阻抗匹配而進行優(yōu)化的反射率的入射鏡子31。根據(jù)本發(fā)明的第一實施例，非線性光學(xué)元件30所使用的材料包括 針對二次諧波生成(SHG)而合適地相位匹配的晶體和通過周期性極化而 被進行相位匹配的另一個晶體。在這種情況下，從第一外部諧振器6輸出 的光的基波的波長(例如，X= 532 nm)可以被轉(zhuǎn)換成該波長的一半(例 如，X=266nm)。同樣以類似于第一外部諧振器6的方式，外部諧振器9的循環(huán)光路的 長度被配置成能夠通過下述方式來可變地控制利用諸如VCM (音圈電 動機)、步進電動機等的移動設(shè)備或者利用采用了 PZT等的壓電現(xiàn)象的驅(qū) 動設(shè)備來改變形成第二外部諧振器9的至少一個鏡子的位置和姿勢。由第二外部諧振器9中的鏡子34反射的光的一部分通過鏡子31，被 光電探測器15所接收，并且被進行信號檢測。另外，在利用非線性光學(xué)元件30進行有效波長轉(zhuǎn)換之后輸出的光通 過鏡子32，隨后輸出到外部作為光輸出LT1。如上所述，能夠?qū)θ肷湓诘谝煌獠恐C振器6上的激光的波長進行轉(zhuǎn)換 的非線性光學(xué)元件20被布置在主光路上，并且在有效波長轉(zhuǎn)換之后輸出 的光通過光學(xué)系統(tǒng)而入射在第二外部諧振器9上。以類似于第一外部諧振 器6的方式，根據(jù)FM邊帶方法來鎖定第二外部諧振器9，并且在由非線性光學(xué)元件30實施的波長轉(zhuǎn)換之后獲得光輸出。圖5是示出包括相位調(diào)制器和光電探測器在內(nèi)的控制系統(tǒng)的基本配置 的示圖。由于第一和第二外部諧振器在電路布置方面相類似，所以兩個外部諧振器都擁有的部分和組件在圖5中用相應(yīng)標號來并排示出。如上所述，頻率為fc的調(diào)制信號由信號發(fā)生單元3生成，并在隨后被 施加給相位調(diào)制器4 (圖中示出為"EOM (電光調(diào)制器)")，從而使激 光經(jīng)歷相位調(diào)制。至少一個檢測信號和作為本地振蕩信號的調(diào)制信號(頻率為fc的高頻 信號)兩者被提供給用于實施同步檢測的檢測單元47 (在圖5中指示為乘 法器)，所述至少一個檢測信號是通過從第一外部諧振器6和第二外部諧 振器9反射并由光電探測器(例如，用于第一外部諧振器6的光電探測器 14和用于第二外部諧振器9的光電探測器15，兩者都在圖5中示出)檢測 到的光生成的。如上所述通過同步檢測而獲得的誤差信號(指示為 "Err")被提供給伺服控制單元48。雖然在圖中未示出，但是在這里注 意，可以額外地提供所謂的"拉入(pull-in)"電路，以基于來自總光量 監(jiān)視器的信號來判斷是否實施鎖定。伺服控制單元48生成控制信號以使得誤差信號Err的電平變?yōu)榱悖?后使用控制信號對外部諧振器的光路長度(循環(huán)光路長度)進行控制以使 其等于激光波長的整數(shù)倍。也就是，在圖2的示例中，通過控制分別在第 一和第二外部諧振器6和9中的鏡子23和33的位置和姿勢來實現(xiàn)上述控制。由于已知機構(gòu)可以用作鏡子的移動機構(gòu)、驅(qū)動控制電路等，所以在此 省略對它們的進一步描述。另外，在此僅示出了用于所述處理的基本元 件，但是注意，諸如用于在接收到光之后從檢測信號中提取高頻信號的濾 波電路之類的一些用于信號處理的電路沒有在圖中示出(可替代地，這可 以包括在光電探測器或其它類似設(shè)備中)。各個外部諧振器都同時處在模式匹配和阻抗匹配的條件下，并且顯而 易見，諧振器中的諧振發(fā)生在特定光路長度(即，第一光路長度)處，隨 后發(fā)生在另一個光路長度處，所述另一個光路長度是從第一光路長度增大一個激光波長或者其倍數(shù)而得到的。當光路長度改變單元18至少在針對各個外部諧振器而進行了很好地 調(diào)整的空間環(huán)境附近被進行掃描(即，改變循環(huán)光路長度)時，周期性地 出現(xiàn)若干區(qū)域，在這些區(qū)域中，來自外部諧振器的光反射由于諧振而降 低。對于光反射，由下式(1)給出有效反射率R(5)，其中，入表示激光的 波長，L表示外部諧振器的循環(huán)光路長度，5表示激光在外部諧振器中的循環(huán)光路上的相位延遲，&表示激光從外部入射到其上的鏡子(例如，鏡 子21)的反射率，Rj表示外部諧振器中的第j個鏡子的反射率，而Tj表示 除該鏡子之外的第j個內(nèi)置光學(xué)元件的透射率(包括非線性光學(xué)元件的線 性和非線性損失)。<formula>formula see original document page 21</formula>其中，<formula>formula see original document page 21</formula>由于從波長轉(zhuǎn)換得到的基波分量對上述損失具有一定貢獻，所以波長轉(zhuǎn)換的效率也必須包括在其中以用于計算復(fù)合反射率(composite reflectivity ) Rm ( William Kozlovsky等人，IEEE Journal of Quantum Electronics,第24巻之6，第913頁(1988))。如上所述，復(fù)合反射率 Rm被定義為排除入射鏡子之外的循環(huán)透射率(即，在外部諧振器內(nèi)部的激 光光路上的除了入射鏡子之外的各個鏡子的反射因數(shù)之積乘以各個光學(xué)元 件的透射因數(shù)之積)。根據(jù)本發(fā)明的第一實施例，假設(shè)入射光和諧振器模 式之間的空間模式匹配(即，模式匹配)的系數(shù)接近于1 (一)。當關(guān)系 Ri二Rm為真時，阻抗匹配(或者匹配)的條件得以實現(xiàn)。圖6是示出外部諧振器的有效反射特性的曲線圖，表示當循環(huán)光路長 度L經(jīng)歷掃描操作(用相位延遲5的量來表示)時的有效反射率R(5)的變化。由于從式(1)中可見，相位延遲5的固有大小較大，所以為了簡單 起見，使用了從相位延遲S中減去2TT的整數(shù)倍而獲得的參數(shù)5'。因此，圖6描繪了垂直方向上的有效反射率R(S)與水平方向上的相位延遲S，的關(guān)系圖。順便提及，由于在正常情況下將入射光和諧振器模式之間的空間模式匹配系數(shù)r^維持在70%到90%的范圍內(nèi)是相對容易的，所以該系數(shù)在 此近似為7^=1。同樣為了簡單起見，假設(shè)針對諧振器實現(xiàn)了阻抗匹配，并 且關(guān)系^4 = 1^ = 0.95 (95%)為真。從式(1)包括正弦函數(shù)sin (5/2)的平方項這一事實中清楚可見，外部 諧振器的表見反射率(apparent reflectivity)(有效反射率)在S， = p' r (p 是偶數(shù))的情況下急劇降低，并且?guī)缀跛械娜肷涔舛歼M入外部諧振器， 因而增大了在外部諧振器內(nèi)部的循環(huán)光路上的光的強度。這被稱為"諧振 狀態(tài)"，并且這種諧振狀態(tài)的維持被稱為"鎖定"。優(yōu)選的是，維持循環(huán)光路長度以滿足由關(guān)系式S' = 2tL/\ = pt表示 的條件，抵抗諸如抖動和溫度變化之類的外部干擾，并且用于可變地控制 循環(huán)光路長度L的單元可能有必要。可以或者通過改變鏡子(例如，圖2 中的鏡子23和33)或非線性光學(xué)元件的位置等、或者通過使用電光元件 來改變折射率或類似的其它參數(shù)，來適當?shù)靥峁┻@個單元。圖7A和7B是示出外部諧振器6的有效反射特性和調(diào)制頻率之間的關(guān) 系的示圖，其中，圖7A是針對第一外部諧振器6的有效反射特性、在圖6 中的S， = 0附近的部分的放大示圖，圖7B是圖示出垂直方向上的入射在 諧振器外部諧振器6上的光的光譜強度與水平方向上的頻率(根據(jù)轉(zhuǎn)換成 參數(shù)5'的頻率差(與光頻率fl的頻率差))的關(guān)系圖的示圖。邊帶頻率與相位延遲S'的對應(yīng)程度一般由關(guān)系式fc= CS'/(27TL)給出， 其中c是真空中的光速。為了描述方便，入射光的頻率t被示出在外部諧 振器的透射范圍的中心，并且這對應(yīng)于正確鎖定的情況。在這里僅示出了 從入射光頻率t和調(diào)制頻率f。得到的和頻和差頻(difference frequency)。該圖指示出，通過適當?shù)剡x擇在同步檢測中使用的、來自信 號發(fā)生單元3 (本地振蕩器)的信號的頻率，可以按需選擇調(diào)制頻率f。從 而在透射范圍中包括已調(diào)光。發(fā)生相位延遲5'的周期性降低，并且這種周期性降低以2TT的整數(shù)倍 為周期來重復(fù)。在降低時，反射光的強度將為最小，并且?guī)缀跛械娜肷?光都進入第一外部諧振器6。例如，對于士0.27t的相位延遲S，，反射率是
99.3% (即，透射0. 7%);而對于士0.03T，反射率降低到約為77% (透 射23%)。在圖7A所示的示例中，由峰值有效反射率的50%的強度來定 義的相位延遲S，的范圍，即，半高全寬S，a5 (以下稱為"透射寬度")， 近似為0.033tt。順便提及，可替代地，可以根據(jù)在有效透射曲線的半峰值 高度處測得的5'值來獲得透射寬度5'a5。
如上所述，由于第一外部諧振器6的有效反射率在鎖定時降低，所以 大多數(shù)入射光進入到第一外部諧振器6。假設(shè)非線性光學(xué)元件20例如采用 用于二次諧波生成的光學(xué)晶體，并且假設(shè)生成波長為基波波長的一半的 光，則相對較高比例的經(jīng)過相位調(diào)制的分量也進入到第一外部諧振器6的 內(nèi)部，并在隨后經(jīng)歷波長轉(zhuǎn)換。
在這種情況下，入射光的頻率fl和調(diào)制頻率fe發(fā)生干涉，并且其結(jié)果 是生成了在頻率fL周圍的頻率為fL± fc的邊帶。如果這些頻率是在第二外 部諧振器9中具有相對較高的反射率的那些頻率，則可以從第二外部諧振 器9中提取具有邊帶分量的反射光，并從該反射光中獲得誤差信號。具體
而言，這樣來選擇調(diào)制頻率fe以使得光的"fL士fc"分量差不多通過第一外
部諧振器6，并且同時使得這些分量被第二外部諧振器9反射。因此，這 個調(diào)制頻率fc可以用于鎖定第二外部諧振器9。
因此，提供了這樣一種情況，其中，在"第一波長"和"第二波長" 上實現(xiàn)上述波長轉(zhuǎn)換，"第一波長"表示從激光源2發(fā)射的光的波長， "第二波長"表示利用在第一外部諧振器6中包括的非線性光學(xué)元件20 來進行波長轉(zhuǎn)換而生成的光的波長。然后，當具有"第二波長"的光被致 使入射在第二外部諧振器9上時，具有第一波長的光可以起的作用是利 用具有第一波長的一些反射光來獲得誤差信號，并利用誤差信號來鎖定第
一外部諧振器6;而具有第二波長的光可以起的作用是利用具有第二波
長的一些反射光來獲得另外的誤差信號，并利用這些另外的誤差信號與第
一外部諧振器6同時地來鎖定第二外部諧振器9。如上所述，通過向激光源2提供在兩級上緊接著的外部諧振器6和
9，并通過配置成向相位調(diào)制器4施加調(diào)制信號(其中，調(diào)制信號具有針 對諧振而適當?shù)剡x擇的單頻(fc)分量)，可以利用FM邊帶方法來將各 個外部諧振器維持在諧振狀態(tài)。
此外，這種諧振狀態(tài)是僅利用布置在單個外部諧振器6之前的相位調(diào) 制器4來實現(xiàn)的，從而消除了布置多個相位調(diào)制器(各自位于各個外部諧 振器之前的級上)的必要。另外應(yīng)當注意，優(yōu)選地，在已調(diào)光所包括的一 些邊帶被第一外部諧振器6反射、并且其它部分通過第一外部諧振器6并 隨后在波長轉(zhuǎn)換之后被第二外部諧振器9反射的前提之下執(zhí)行上述對合適 的調(diào)制頻率的選擇。
在FM邊帶方法中，首先通過使用相位調(diào)制器來調(diào)制激光從而生成邊 帶，并根據(jù)被外部諧振器反射的光中所包括的邊帶來獲得誤差信號。參考 圖5，誤差信號(Err)是通過下述方式來獲得的(a)向檢測單元47發(fā) 送光電探測器14和15所接收的光檢測信號，并同時向檢測單元47提供頻 率與來自信號發(fā)生單元3 (內(nèi)部本地振蕩器)的調(diào)制信號頻率fc相同的信 號，以及(b)使用檢測單元47來執(zhí)行對檢測信號和從信號發(fā)生單元3發(fā) 送而來的信號的同步相位檢測。
圖8是圖示出從光檢測信號和調(diào)制信號獲得的誤差信號(Err)的5依 賴性的放大示圖，描繪了水平方向的相位延遲5與垂直方向的信號電平的 關(guān)系圖。
誤差信號Err是這樣的信號，這些信號是在諧振器的諧振頻率接近激 光的頻率時，基于被反射的兩側(cè)邊帶信號(兩側(cè)波)之間的平衡來獲得 的，其指示了位移離諧振位置(例如，S'=0)的方向和大小。也就是，在 圖8的右側(cè)，信號電平隨著沿5'軸向前移動而增大直到達到正峰值，然后 隨著進一步向前移動而迅速下降直到漸近地接近5'軸。作為對比，在圖.8 的左側(cè)，信號電平隨著在S，軸上向相反方向移動而降低直到達到最低值， 然后迅速增大直到漸近地接近5，軸。因此，這個曲線圖基本上具有相對于 在5，=0處的原點的旋轉(zhuǎn)對稱，因而可以根據(jù)誤差信號來跟蹤與諧振位置的 偏差的方向和大小。關(guān)于利用調(diào)制頻率來調(diào)制入射光的頻率而生成的邊帶，由于上邊帶的
極性與下邊帶相反，所以與邊帶的平衡相對應(yīng)的誤差信號Err是通過關(guān)于 從本地振蕩器(信號發(fā)生單元3)發(fā)送而來的本地振蕩信號、對在被外部 諧振器反射的光中包括的邊帶信號(高頻分量)執(zhí)行同步檢測而在諧振點 (最小反射率點)附近獲得的。
在通過調(diào)整本地振蕩器的相位來使諧振中心與誤差信號的零點相匹配 之后，通過利用伺服控制單元48來驅(qū)動從而適當?shù)卣{(diào)整鏡子或其它類似 元件從而調(diào)整循環(huán)諧振器長度L，實現(xiàn)對諧振點的鎖定(FM邊帶方 法)。在鎖定諧振點時，外部諧振器的表見反射率迅速降低，并且?guī)缀跛?有的入射光都被導(dǎo)引到外部諧振器中。同時，在外部諧振器中出現(xiàn)了功率 遠大于入射光的光的循環(huán)，結(jié)果，增大了非線性光學(xué)元件20的轉(zhuǎn)換效
;<當?shù)谝煌獠恐C振器6處于諧振狀態(tài)，并且具有大功率且在第一外部諧 振器6內(nèi)循環(huán)的光被利用非線性光學(xué)元件20轉(zhuǎn)換成另一個波長(在SHG 的情況下轉(zhuǎn)換為半波長)時，在波長轉(zhuǎn)換之后在光的中心頻率2t周圍生 成上邊帶和下邊帶。因此，上下邊帶具有分別與2fL相差士fe的頻率，并在 隨后被致使通過光學(xué)系統(tǒng)8而入射到第二外部諧振器9。
這些邊帶可以被用于鎖定作為隨后的級上的諧振器的第二外部諧振器 9。此外，當這些邊帶被用于鎖定第三外部諧振器時，只要滿足下述條件 就可以實現(xiàn)對相關(guān)頻率的選擇，所述條件即，邊帶的一部分被第一外部諧 振器6反射、并且其余邊帶通過第一外部諧振器6并在隨后被第二外部諧 振器9反射。
當在控制電路19中形成用于校正外部諧振器的組件(例如，鏡子 等)的位置或其它類似參數(shù)的負反饋系統(tǒng)，并通過負反饋系統(tǒng)來控制各個 諧振器的循環(huán)光路長度L以使得誤差將變?yōu)榱銜r，可以維持諧振狀態(tài)。在 這種情況下， 一般而言，通過在反射光中包括盡可能多的邊帶(邊帶分 量)，誤差信號Err的幅度增大并且其信噪(S/N)比可以增大。
在S/N比的幾種定義中，當前所采用的是通過將(a)圖8所示的S 形狀的誤差信號曲線的兩個峰值之間的電位差(2V》的一半，即V！(信號)，除以(b)在誤差信號曲線的峰值之間的斜率部分中、在示波器屏
幕上觀測到的線的幅寬(breadth)或?qū)挾鹊牧种?(1/6)所對應(yīng)的數(shù)值 (噪聲)而得到的值。這是由于這樣一個事實，即，線寬一般為變差 (variation)的標準偏差d的六倍(士3倍)或者變差的均方根(RMS)的六倍。
為了在圖2的配置中增大誤差信號Err的S/N比，優(yōu)選的是，邊帶頻 率fe與第二外部諧振器9的透射寬度所對應(yīng)的頻率范圍相比足夠大。另一 方面，當邊帶頻率大于與第一外部諧振器6的透射寬度相對應(yīng)的頻率范圍 時，幾乎所有的邊帶都被第一外部諧振器6反射，并且?guī)缀鯖]有邊帶進入 諧振器6中。結(jié)果，從第一外部諧振器6入射到第二外部諧振器9上的經(jīng) 過波長轉(zhuǎn)換的光的邊帶頻率降低，并且鎖定第二外部諧振器9所需的誤差 信號Err的S/N比惡化。因此，這導(dǎo)致產(chǎn)生了關(guān)于邊帶頻率的折衷。
因此，在設(shè)計階段確定調(diào)制信號的頻率f。的情況下，優(yōu)選的是，對于 針對各級外部諧振器所獲得的S/N比，考慮采用適當?shù)闹祷蛘咂骄祦碜?為系統(tǒng)穩(wěn)定性的度量之一。例如，如下所述，當積P取最大時，該積P作 為該適當?shù)闹悼赡苁怯行У摹＜僭O(shè)針對第j個外部諧振器而獲得的誤差信 號的S/N比為(S/N)j (其中，j=l,2，...)，則積P用式(2)來表示。
PKS/N、X(S/N)2X........(2)
隨后，通過計算各自針對n (數(shù)目)個外部諧振器而獲得的所有n個 誤差信號的S/N比的積的n次方根，獲得針對n個外部諧振器而獲得的誤 差信號的S/N比的幾何平均。因此，所獲得的幾何平均等于在用式(2) 表示的積P為最大時的值，從而滿足獲得上述平均值的要求。
因此，在激光發(fā)生裝置的設(shè)計階段，可以基于各種條件來確定最適合 鎖定的載波頻率(調(diào)制信號的頻率)。但是，在實踐中可能會在設(shè)計值和 商業(yè)生產(chǎn)的裝置的值之間發(fā)生關(guān)于它們的制造容差的偏差。作為用于減少 這樣的偏差的單元，優(yōu)選的是，提供用于初始化調(diào)制信號的頻率的單元， 以使得可以將針對各級外部諧振器而獲得的S/N比被平均化。
例如，這通過提供這樣的配置來實現(xiàn)，所述配置是用戶可以手動調(diào)整 由信號發(fā)生單元3生成的調(diào)制信號的頻率的配置。可替代地，通過將信號發(fā)生單元3與計算機(未示出)相連接以使得它們能夠相互傳送數(shù)據(jù)來提 供另一個單元。然后，這個單元被這樣配置，即，在用戶通過輸入設(shè)備向 計算機輸入調(diào)制信號的最佳頻率值之后，可以基于所輸入的調(diào)制信號的頻 率數(shù)據(jù)來適當?shù)卦O(shè)置將從信號發(fā)生單元3輸出的頻率。
一般而言，更有效的是，在可能的限度內(nèi)將第二外部諧振器9的透射 寬度降低到與第一外部諧振器6的透射寬度相當或者低于第一外部諧振器
6的透射寬度。另外，邊帶的反射率優(yōu)選地處在大約從20%到80%的范圍 內(nèi)。當在考慮到涉及透射和反射的上述因素的情況下使用式(1)來進行 計算時，優(yōu)選地是，所獲得的邊帶頻率f。處在以第一外部諧振器的諧振頻 率為中心的、第一外部諧振器的透射寬度頻率的0.5到2倍的范圍內(nèi)，并 且同時處在以第一外部諧振器6的諧振頻率為中心的、第二外部諧振器9 的透射寬度頻率的至少0.5倍的范圍內(nèi)，其中，透射寬度頻率(半高半 寬)表示與上述透射寬度相對應(yīng)的頻率范圍。
關(guān)于根據(jù)本發(fā)明第一實施例的激光發(fā)生裝置100，具體數(shù)值列舉如 下。作為發(fā)射單頻激光的激光源2，使用的是單頻環(huán)形諧振器Nd:以 1064nm進行發(fā)射的YAG激光器，或者配置用于對上述激光器發(fā)射或來自 另一個DFB (分布式反饋)光纖激光器的發(fā)射進行放大的光纖激光器。來 自激光源2的輸出發(fā)射被致使入射到設(shè)有電光晶體的相位調(diào)制器4上。在 普通的單級FM邊帶鎖定的情況下，施加給相位調(diào)制器4的電壓是根據(jù)諸 如晶體長度、由有效電光系數(shù)指定的所需場強以及電極間距之類的幾種因 素來確定的。
對于利用1:33分量(Pockels系數(shù))的KPT晶體(具有長度為12mm、 電極間距為3mm的透光面)，施加給晶體的電壓的范圍從幾(伏)到近 似20 (伏)就足夠了。在本發(fā)明的第一實施例中，當通過適當?shù)卣{(diào)整外部 諧振器的循環(huán)光路的長度來使第一外部諧振器6的邊帶的反射率約為50 %，并且使第二外部諧振器9的邊帶的反射率為70%或更大時，大小近似 等于在上述范圍內(nèi)的電壓就足夠了 。
但是，在更長的諧振波長的情況下，可能需要更大的電壓。在這種情 況下，通過利甩電放大器將信號發(fā)生單元3所生成的調(diào)制信號放大到從20到150V的范圍來穩(wěn)定鎖定?？商娲?，為了在不將電源電壓提高那么多 的情況下有效地實施信號調(diào)制，如上所述(圖4)，通過對調(diào)制器4所包 括的兩個相反電極各自施加兩個相反極性的電壓信號，可以有效地操作相位調(diào)制器4。從激光源2發(fā)射的激光經(jīng)過相位調(diào)制，隨后被使得通過光學(xué)系統(tǒng)5而 入射到第一外部諧振器6。在這個處理中，入射光和諧振器模式之間的空 間匹配被稱為模式匹配，其效率可能達到最大100%。但是，在實踐中， 在大多數(shù)情況下模式匹配效率近似在70%到95%的范圍內(nèi)，并且取決于 激光束質(zhì)量而變化，所述激光束質(zhì)量用M2值、指示光束展開角的光束參 數(shù)積(BPP)和其它類似參數(shù)來表示。當假設(shè)第一外部諧振器6的循環(huán)光路長度為380mm時，其自由光譜 范圍(FSR)近似為800MHz。這使得圖7A所示的值S，=0.05 r對應(yīng)于 20MHz，假設(shè)為波長的1/40。因此，施加給作為非線性光學(xué)元件20的電 光晶體的高頻信號的頻率現(xiàn)在例如被假設(shè)為20MHz。當20MHz的高頻信 號被施加給相位調(diào)制器4時，有效反射率和調(diào)制頻率的特性幾乎與圖7A 和7B所示的情況相同(對應(yīng)于正確鎖定的情況)。在鎖定的情況下，對于第一外部諧振器6，入射在其上的邊帶的近似 90%被入射鏡子反射從而入射在光電二極管(布置在用于鎖定伺服的光電 探測器中)上，并且邊帶的剩余10%被使得入射到諧振器的內(nèi)部。進入到 第一外部諧振器6的邊帶隨后在諧振器內(nèi)部循環(huán)以達到諧振狀態(tài)。這不僅 對于中心光頻率t而且對于邊帶頻率都為真。當在處于諧振狀態(tài)的諧振器 中循環(huán)的光的功率被視為循環(huán)功率時，可以發(fā)現(xiàn)該功率等于近似放大[1/(1-v^^]倍的入射光的功率。在入射光功率為20W、模式匹配效率近似為100%、 iK4=Rm=95% (即，入射鏡子的反射率Ri和外部諧振器的復(fù)合反射率I^相等，都為95 %)的情況下，入射到第一外部諧振器6的光功率被放大20倍，至 400W。如果假設(shè)另一個情況R!= Rm= 99.5%，則出現(xiàn)更大的200倍的增 長，這也是可行的。對于入射在厚度近似為30mm的LBO晶體上的循環(huán)功率為400W的光，預(yù)期二次諧波(532nm)的生成具有幾瓦級別的功率。假設(shè)來自第一外部諧振器6的波長為532nm的光被使得通過光學(xué)系統(tǒng) 8而入射到第二外部諧振器9上。為了簡化起見，第二外部諧振器9的循 環(huán)光路長度被假定為與第一外部諧振器6的上述長度相同，即380mm。由 于自由光譜范圍(FSR)近似為800MHz，所以得到的與針對R！ = Rm = 99.5%的情況的透射寬度(半高全寬)相對應(yīng)的頻率范圍S'為0.013tt，其 在半高半寬的情況下對應(yīng)于16MHz的頻率。當采用頻率為20MHz的邊帶 時，這個邊帶頻率與第二外部諧振器9的透射寬度的0.5倍相等，或者更 大。結(jié)果，在這種情況下，入射光的近似60%被諧振器9反射，并且獲得 S/N比增大了的誤差信號。圖9A、 9B和9C是各自示出三級諧振器在鎖定時的有效反射率和誤 差信號之間的相關(guān)性的曲線圖，其中，圖9A包括針對被配置用于執(zhí)行從 1064nm到532nm的波長轉(zhuǎn)換的第一級外部諧振器的曲線圖，圖9B包括針 對被配置用于執(zhí)行從532nm到266nm的轉(zhuǎn)換的第二級外部諧振器的曲線 圖，并且圖9C包括針對被配置用于執(zhí)行從266nm到198nm的轉(zhuǎn)換的第三 級外部諧振器的曲線圖。應(yīng)當注意，在這種情況下，圖9C中包括的當前轉(zhuǎn)換得到的波長 198nm與133nm (即，轉(zhuǎn)換之前的波長266nm的一半)不同。這個198nm 的波長是通過實際嘗試用實驗方法得到的，以避免否則的話將由較短波長 的紫外光導(dǎo)致的照射損壞。從有效反射率相對于頻率的曲線圖中還可以發(fā) 現(xiàn)，外部諧振器的透射寬度將隨著從第一、第二到第三級諧振器的級前進 而變窄。結(jié)果，諧振器的反射率在第三級增大，并且可以獲得S/N比改善 了的誤差信號。根據(jù)上面關(guān)于包括多個外部諧振器的鎖定系統(tǒng)而描述的本發(fā)明的第一 實施例，可以減少在該系統(tǒng)中使用的相位調(diào)制器的數(shù)目，并且這可以產(chǎn)生 降低成本的效果。另外，由于在該鎖定系統(tǒng)中使用的相位調(diào)制器的類型也 可以更加有限，所以降低了過度的采購成本和混同的風(fēng)險。另外，通過配置成利用紅外光或者可見光、通過多級外部諧振器來實 施相位調(diào)制，相位調(diào)制器可以自由地被使用，而不用考慮由紫外光束導(dǎo)致 的任何損壞。因此，降低了修復(fù)成本，并且可以免除用于操作相位調(diào)制器 的高電壓電源。對于利用具有多個不同頻率的調(diào)制信號來操作的其它鎖定方法，上述 配置通過僅包括一個信號發(fā)射單元而在簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方面是有效的。此外，在使用單個調(diào)制信號來執(zhí)行對多個外部諧振器的同時鎖定的情 況下，通過初始化調(diào)制信號的頻率，以使得通過將根據(jù)來自各級外部諧振 器的反射光所得到的誤差信號的S/N比之積設(shè)置為至少接近最大值，可以 優(yōu)化針對各級的外部諧振器所獲得的誤差信號的S/N比，從各個外部諧振 器反射的調(diào)制光的比率可以被總體上優(yōu)化，并且結(jié)果是，可以使鎖定系統(tǒng) 的鎖定操作穩(wěn)定。接下來，描述根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的變體。圖IO是示出圖l所 示的第一實施例的變體的示圖。激光發(fā)生裝置100A除了額外設(shè)有調(diào)制頻率設(shè)置單元49之外，具有與 激光發(fā)生裝置1 (圖1)相似的系統(tǒng)配置。圖IO所包括的與圖l相似的組 件和單元被用相同的標號來表示，并且在此省略對它們的重復(fù)描述。如前所述，希望在激光發(fā)生裝置的設(shè)計階段確定最適合各種條件下的 鎖定的調(diào)制信號頻率。但是，由于若干因素可能發(fā)生在初始化之后的隨時 間的幾種變化。例如，諧振器損耗隨時間的增加和非線性光學(xué)元件的轉(zhuǎn)換 效率的降低可能引起外部諧振器的透射寬度的變化。在這種情況下，透射 寬度的變化又引起誤差信號的S/N比之積P (式2)從其被預(yù)先設(shè)置的最 大值偏移，尤其是在固定調(diào)制頻率的情況下。在這樣的情況下，希望將 S/N比之積P至少維持在最大值附近，從而可以防止鎖定系統(tǒng)變得不穩(wěn) 定。因此，額外地提供了調(diào)制頻率設(shè)置單元49，其被配置用于適當?shù)馗淖?由信號發(fā)生單元3生成的調(diào)制信號的頻率，以使得可以利用該設(shè)置單元來 穩(wěn)定激光發(fā)生裝置100A。可替代地，調(diào)制頻率設(shè)置單元49可以被配置成 通過適當?shù)卣{(diào)整檢測相位來與透射寬度的變化相對應(yīng)。圖11是示出包括相位調(diào)制器和光電探測器的另一個控制系統(tǒng)的基本 配置的示圖。由于第一和第二外部諧振器6和9具有相似的電路配置，所 以應(yīng)當注意，兩個外部諧振器都擁有的部分和組件在圖11中被用相應(yīng)的 標號并排示出。另外，與圖5所示的那些組件和單元相似的組件和單元被 用相同的標號來示出，并且在此省略對它們的重復(fù)描述。首先，由信號發(fā)生單元3生成具有初始頻率fc的調(diào)制信號，隨后該調(diào)制信號被施加給相位調(diào)制器4 (EOM)，從而使激光經(jīng)受相位調(diào)制。接下來，兩種信號被傳送至檢測單元47。即，第一種信號是由從第一 外部諧振器6和第二外部諧振器9反射并且利用諸如用于第一外部諧振器 6的光電探測器14和用于第二外部諧振器9的光電探測器15 (圖11)之 類的光電探測器檢測到的的光生成的檢測信號，并且第二種是作為本地振 蕩信號的為高頻fc的調(diào)制信號。隨后，基于由光電探測器14和15檢測到 的檢測信號和從本地振蕩器(信號發(fā)生單元3)發(fā)送的頻率為fc的本地振 蕩信號，檢測單元47執(zhí)行同步檢測，從而生成誤差信號Err。誤差信號 Err被發(fā)送到伺服控制單元48，并被發(fā)送到調(diào)制頻率設(shè)置單元49。伺服控制單元48生成用以使誤差信號Err的電平將為零的控制信號， 并且使用控制信號來對各個外部諧振器的光路長度(即，循環(huán)光路長度) 進行控制以使其等于激光波長的整數(shù)倍。另一方面，調(diào)制頻率設(shè)置單元49 操作以監(jiān)控從檢測單元47輸出的誤差信號Err，并且基于誤差信號Err來 對從信號發(fā)生單元3提供給相位調(diào)制器4的調(diào)制信號的頻率和檢測相位實 施控制。根據(jù)第一實施例的這種配置，可以獲得以下效果即使當外部諧振器 的透射寬度由于諧振器損耗和轉(zhuǎn)換效率隨時間的變化而不同時，也可以獲 得由這些變化所導(dǎo)致的誤差信號，并且可以基于誤差信號來將施加給相位 調(diào)制器的調(diào)制信號的頻率設(shè)置成這樣的值，該值使得各個外部諧振器的誤 差信號的S/N比可以平均化。這例如通過下述方式來實現(xiàn)，即，通過將誤 差信號的S/N比之積維持在最大值來控制誤差信號的S/N比以使其被不斷 優(yōu)化。結(jié)果，鎖定系統(tǒng)可以總是保持在諧振狀態(tài)，而不受到不穩(wěn)定性的影 響。<第二實施例>圖12是示意性地示出根據(jù)本發(fā)明第二實施例的激光發(fā)生裝置的示圖。圖12中包括的與圖2所示的那些組件和單元相似的組件和單元被用 相同的標號來示出，并且在此省略對它們的重復(fù)描述。為了確保處在最后一級的外部諧振器9的誤差信號的足夠大的S/N 比，有效的措施是在相位調(diào)制器4和第一外部諧振器6之間布置具有放大 能力的元件。在圖12所示的激光發(fā)生裝置200的示例中，這種有效措施 是基于根據(jù)本發(fā)明第一實施例的激光發(fā)生裝置100 (圖2)的結(jié)構(gòu)、通過 在相位調(diào)制器4和第一外部諧振器6之間的光路上額外地布置放大器50、 而保持其它組件和單元與激光發(fā)生裝置100所包括的那些組件和單元相似 來實現(xiàn)的。參考圖12，由激光源2生成的激光LT0被使用單頻的調(diào)制信號來進行 相位調(diào)制，被導(dǎo)引通過光學(xué)系統(tǒng)5、放大器50以及另一個光學(xué)系統(tǒng)5a，并 在隨后被使得入射到第一外部諧振器6。隨后的歩驟被按與以上參考圖2 來描述的那些方式相似的方式來執(zhí)行，以使得通過第一外部諧振器6內(nèi)的 有效波長轉(zhuǎn)換而得到的光輸出入射到處于隨后一級的第二外部諧振器9 上，并且使得通過第二外部諧振器9內(nèi)的另一次波長轉(zhuǎn)換而得到的光LT2 被輸出到外部。在相位調(diào)制器4被布置在放大器50的后面的情況下，經(jīng)過放大器50 放大的大功率光可能會導(dǎo)致相位調(diào)制器4的損壞。因此，為了簡化鎖定系 統(tǒng)并延長其壽命，有效的是在相位調(diào)制之后再放大激光LTO，并且將已調(diào) 光導(dǎo)引進入第一外部諧振器6，然后執(zhí)行波長轉(zhuǎn)換。放大器50的適當示例包括光纖放大器、使用塊狀激光介質(zhì)的固體激 光放大器以及使用半導(dǎo)體芯片的半導(dǎo)體激光放大器。隨著雙包層(double-clad) 光纖最近的發(fā)展，可以相對容易地得到光纖激光放大器，光纖激光 放大器被配置成使用具有大NA數(shù)值孔徑的雙包層來實現(xiàn)對來自低發(fā)光度 (low-luminosity)半導(dǎo)體激光器的被激勵光(excited light)的同軸傳輸。 這可以通過導(dǎo)引被激勵光使其入射至纖芯(core)并且對入射光進行放大來執(zhí)行。應(yīng)當注意，可以適當?shù)夭捎蒙鲜龉饫w激光放大器來作為根據(jù)本實 施例的激光發(fā)生裝置的結(jié)構(gòu)中的放大器50。根據(jù)本發(fā)明的第二實施例，激光發(fā)生裝置被配置成在對低功率激光進 行放大之前執(zhí)行對該激光的相位調(diào)制，并在放大之后執(zhí)行波長轉(zhuǎn)換。因 此，可以獲得以下效果，例如，消除了對相位調(diào)制器的過度損壞，并且將 波長轉(zhuǎn)換之后輸出的功率和轉(zhuǎn)換效率兩者都維持在高水平上。 <第三實施例>圖13是示意性地示出根據(jù)本發(fā)明第三實施例的激光發(fā)生裝置的示圖。圖13所包括的與圖2所示的那些組件和單元相似的組件和單元被用相同的標號來示出，并且在此省略對它們的重復(fù)描述。參考圖13，根據(jù)本發(fā)明第三實施例的激光發(fā)生裝置300至少包括第一 外部諧振器60和第二外部諧振器9A。第一外部諧振器60包括入射鏡子 61和其它鏡子62到65以及激光介質(zhì)66。激光介質(zhì)66被布置在鏡子62和 63之間的光路上，并且光學(xué)系統(tǒng)67和泵源(pumping source) 68被置于漠i 光介質(zhì)66和鏡子63的延長線上。從泵源68發(fā)射的激勵光(excitation light)被致使通過光學(xué)系統(tǒng)67而入射到鏡子63上，隨后通過鏡子63從而 照射激光介質(zhì)66。另一方面，從激光源2發(fā)射的光LT0經(jīng)過相位調(diào)制器4使用預(yù)定頻率 的調(diào)制信號所進行的相位調(diào)制，隨后被致使通過光學(xué)系統(tǒng)5而入射到第一 外部諧振器60。入射到第一外部諧振器60的光被導(dǎo)引通過鏡子61、 62和 激光介質(zhì)66,進一步地順序通過鏡子63、 64、 61和65，并被致使入射到 后一級的第二外部諧振器9A。通過第二外部諧振器9A內(nèi)的波長轉(zhuǎn)換而得 到的光LT3被輸出到外部。激光發(fā)生裝置300被配置成使用單頻的調(diào)制信號來對激光源2所生成 的激光LTO進行相位調(diào)制，之后通過光學(xué)系統(tǒng)5將其引入第一外部諧振器 60，隨后對其進行放大，這被稱為注入鎖定(injection locking)方法。在 這種情況下，在將第一外部諧振器60的縱模(諧振頻率)與當前引入的 光LT0的頻率彼此匹配之后，光進入到第一外部諧振器60，并被激光介 質(zhì)66放大。結(jié)果，這個系統(tǒng)就好像反射率增大了一樣地進行操作。因此，通過利用鏡子65來取出一部分反射光，并且使用反射光中包括的邊帶、根據(jù)FM邊帶方法來執(zhí)行鎖定，可以從第一外部諧振器60中提 取出功率大于入射光LTO的光。如此所獲得的光被致使通過光學(xué)系統(tǒng)8而 入射到第二外部諧振器9A，隨后被使用非線性光學(xué)元件30A來執(zhí)行波長 轉(zhuǎn)換。由于在第一外部諧振器60中沒有執(zhí)行波長轉(zhuǎn)換，所以當前用于鎖 定第二外部諧振器9A的光和邊帶的頻率與用于鎖定第一外部諧振器60的 光和邊帶的頻率相同。根據(jù)本發(fā)明的第三實施例，由于激光發(fā)生裝置被配置成利用布置在第 一外部諧振器60中的激光介質(zhì)來放大入射光，所以可以有效地簡化系統(tǒng) 結(jié)構(gòu)(節(jié)省空間)，并且由于放大之后具有增大的功率的光被導(dǎo)引入射到 第二外部諧振器上，所以可以有效地增加第二外部諧振器中的轉(zhuǎn)換效率。 其它效果包括第二實施例所包括的那些效果。 <第四實施例〉圖14是示意性地示出根據(jù)本發(fā)明第四實施例的激光發(fā)生裝置的示 圖。圖14所包括的與圖2和圖13所示的那些組件和單元相似的組件和單 元被用相同的標號來示出，并且在此省略對它們的重復(fù)描述。參考圖14， 根據(jù)本發(fā)明第四實施例的激光發(fā)生裝置400至少包括第一外部諧振器70 和第二外部諧振器9，并且在第一外部諧振器70中設(shè)有作為波長轉(zhuǎn)換晶體 的非線性光學(xué)元件20。因此，第一外部諧振器70的配置是通過在上述根 據(jù)本發(fā)明第三實施例的、具有注入鎖定能力的第一外部諧振器60中額外 地布置非線性光學(xué)元件20來形成的。第一外部諧振器70包括入射鏡子71和其它多個鏡子72到74、用于 波長轉(zhuǎn)換的非線性光學(xué)元件20以及激光介質(zhì)66。激光介質(zhì)66被布置在鏡 子72和73之間的光路上，并且光學(xué)系統(tǒng)67和泵源68位于激光介質(zhì)66和 鏡子73的延長線上。從泵源68發(fā)射的激勵光被致使通過光學(xué)系統(tǒng)67而入 射到鏡子73，隨后通過鏡子73從而照射激光介質(zhì)66。從激光源2發(fā)射的光LTO經(jīng)過相位調(diào)制器4使用單頻的調(diào)制信號所進 行的相位調(diào)制，隨后被致使通過光學(xué)系統(tǒng)5而入射到第一外部諧振器70。 入射到第一外部諧振器70的光被導(dǎo)引通過鏡子71和72、激光介質(zhì)66，進一步地順序通過鏡子73、 74和71，隨后被致使入射到后一級的第二外 部諧振器9。通過第二外部諧振器9內(nèi)的波長轉(zhuǎn)換而得到的光LT4被輸出 到外部。基于由第一外部諧振器70中的鏡子71和第二外部諧振器9中的 鏡子31反射的光中所包括的邊帶，獲得誤差信號。隨后，基于誤差信號 來執(zhí)行各個外部諧振器70和9的鎖定。根據(jù)本發(fā)明的第四實施例，除了本發(fā)明第三實施例所獲得的效果之 外，該激光發(fā)生裝置可以在對入射到第一外部諧振器70上的光進行放大 的同時以極高的效率來執(zhí)行波長轉(zhuǎn)換。 <第五實施例>圖15是示意性地示出根據(jù)本發(fā)明第五實施例的激光發(fā)生裝置的示 圖。圖15所包括的與圖2所示的那些組件和單元相似的組件和單元被用 相同的標號來示出，并且在此省略對它們的重復(fù)描述。在之前的本發(fā)明的第一到第四實施例中，波長轉(zhuǎn)換的步驟主要是針對 輸入一種頻率的光然后輸出不同頻率的光的情況來描述的。相比之下，根 據(jù)本發(fā)明第五實施例所描述的是兩種頻率輸入和一種頻率輸出的情況，這 種情況是使用從第一外部諧振器6輸出的光、另一個激光輸出以及彼此共 用一個波長轉(zhuǎn)換晶體的第二外部諧振器80和第三外部諧振器90來實現(xiàn) 的。第二外部諧振器80至少包括四個鏡子81到84以及用于差頻混合的非 線性光學(xué)元件110。具體而言，形成了這樣的光路，其中，被致使從第一 外部諧振器6入射到鏡子81上的光通過非線性光學(xué)元件110，順序地被鏡 子82、 83和84反射，隨后返回到鏡子81。從激光源96發(fā)射的單頻光被 致使通過用于模式匹配的光學(xué)系統(tǒng)95而入射到第三外部諧振器90。第三 外部諧振器90設(shè)有四個鏡子91到94，并設(shè)有與第二外部諧振器80共用 的非線性光學(xué)元件110。形成了另一條光路，其中，從激光源96入射到鏡 子91上隨后被鏡子92反射的光通過非線性光學(xué)元件110，順序地被鏡子 93和94反射，并返回到鏡子91。第一和第二外部諧振器6和80的鎖定控制類似于先前所述的鎖定控 制。具體而言，通過下述方式來執(zhí)行控制，即，向相位調(diào)制器4施加頻率為fc的調(diào)制信號，并且同時通過配置使得頻率為fc的反射光的一部分調(diào) 制分量(邊帶)可以被第一外部諧振器6反射，而邊帶的其余部分可以通 過第一外部諧振器6，并被第二外部諧振器80反射。隨后，作為使用非線性光學(xué)元件110、利用從激光源96發(fā)射的光和從第一外部諧振器6輸出的 光來生成和頻的結(jié)果，由非線性光學(xué)元件110生成光輸出LT5。例如，通過在第一外部諧振器6中執(zhí)行波長轉(zhuǎn)換，使得從激光源2發(fā) 射的波長為532nm的光可以被轉(zhuǎn)換成266nm，并且被用于鎖定第二外部諧 振器80，同時另一個激光輸出可以進行對第三外部諧振器90的鎖定，上 述兩種光都可以通過利用非線性光學(xué)元件(波長轉(zhuǎn)換晶體)110所實施的 和頻混合與差頻混合而被轉(zhuǎn)換成希望的波長。波長轉(zhuǎn)換方法的示例包括二次諧波生成、和頻生成以及差頻生成。另 外，還可以引用另一種方法，用于使用OPO (光學(xué)參數(shù)振蕩器)來生成更 長波長的光。因此，關(guān)于波長轉(zhuǎn)換的方法，可以考慮各種變體。如上所述，可以采用被這樣配置的系統(tǒng)配置，即，從激光源2發(fā)射的 光通過被施加調(diào)制信號的相位調(diào)制器4，隨后經(jīng)過使用布置在第一外部諧 振器6中的非線性光學(xué)元件20來進行的波長轉(zhuǎn)換，并且被致使順序地入 射到多個外部諧振器(例如，排列成列的外部諧振器)，而不通過另一個 相位調(diào)制器。還在這種情況下，可以使用調(diào)制信號和根據(jù)由光電探測器檢 測到的外部諧振器的反射光中的信號來生成的誤差信號、根據(jù)FM邊帶方 法來同時將各個外部諧振器維持在諧振狀態(tài)。為了實現(xiàn)外部諧振器的穩(wěn)定鎖定，優(yōu)選的是，通過對從激光源2發(fā)射 的光調(diào)制而生成的邊帶、和分別從邊帶中獲得的和頻信號或差頻信號中的 每一個都保持關(guān)于調(diào)制信號頻率(信號發(fā)生單元3的振蕩頻率)的穩(wěn)定的 位置關(guān)系。這優(yōu)選地是通過配置成在同步檢測期間、針對各個邊帶來獨立 地調(diào)整相位延遲量而實現(xiàn)的。例如，如圖5所示，通過在光電探測器14 和15與信號處理電路47之間插入延遲電路，可以實現(xiàn)用于適當?shù)卣{(diào)整光 電檢測得到的信號的相位延遲的配置。根據(jù)本發(fā)明的上述實施例的非線性光學(xué)元件所使用的合適材料包括非 線性光學(xué)材料，例如KTiOP04(KTP)、 /3-BaB204(BBO)、 LiB305 (LBO)、MgO:LiNb03、 PP-KTiOP04、 PP-MgO:LiNb03、 PP-MgO:S-LiNb03、 PP-S-LiTa03、 PP-MgO:S-LiTa03以及其它類似材料。在以上命名的符號中，"PP"表示周期性極化，意味著通過應(yīng)用電場 等、對非線性光學(xué)晶體進行周期性極化處理從而得到周期性極化結(jié)構(gòu)的非 線性光學(xué)晶體，并利用其來形成非線性光學(xué)元件。通過對這些材料進行整 形以使其在當前使用的波長上具有滿足相位匹配條件的適當?shù)慕嵌?，并進 行加工以使其具有適當?shù)闹芷谛詷O化結(jié)構(gòu)，從而使這些材料滿足(準)相 位匹配條件。另外，符號"S "指示材料的化學(xué)計量組成(stoichiometric composition)。另外，優(yōu)選的是，非線性光學(xué)元件的大小相對地大于基波 和在外部諧振器內(nèi)經(jīng)過轉(zhuǎn)換得到的波的光束大小。這些光學(xué)晶體也可以用 于波長轉(zhuǎn)換，例如，和頻生成、參數(shù)放大、三次諧波生成等。雖然在描述本發(fā)明的各個實施例時、在轉(zhuǎn)換得到的波長相同的情況下 已經(jīng)使用相同的名稱來陳述一種非線性光學(xué)元件(光學(xué)晶體)，但是可替 代地也可以使用其它合適的光學(xué)晶體。作為比較，在轉(zhuǎn)換得到的波長不同 的情況下，即使在相同的晶體上，晶體方向可以針對適當?shù)南辔黄ヅ錀l件 而變化。另外，當使用表面覆蓋材料來保護光學(xué)晶體時，選擇的透射范圍 的波長依據(jù)覆蓋材料而變化。當然，對于各個轉(zhuǎn)換得到的波長，可以使用 不同的光學(xué)晶體。應(yīng)當了解，本發(fā)明的配置并不限于在此公開的實施例。例如，在不脫 離本發(fā)明的范圍的情況下，可以針對布置在激光發(fā)生裝置所包括的諧振器 內(nèi)部的多反射部分中的光學(xué)元件的數(shù)目、和用于該裝置所包括的耦合諧振 器的透鏡的數(shù)目來實施各種變化和修改，也可以針對用于構(gòu)造該裝置的材 料成分和其它必備因素來實施各種變化和修改。另外，由用于波長轉(zhuǎn)換的 非線性光學(xué)元件所生成的高次諧波并不限于二次諧波。因此，利用該非線 性光學(xué)元件，還可以獲得諸如三次或更高次之類的諧波，并且也可以執(zhí)行 通過和頻生成來進行的高次諧波生成以及通過參數(shù)振蕩來進行的波長轉(zhuǎn) 換。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當了解，根據(jù)設(shè)計要求和其它因素可以對本發(fā)明進行各種修改、組合、子組合和變更，只要它們在所附權(quán)利要求或其等同物 的范圍內(nèi)。本發(fā)明包含與2007年3月28日在日本專利局提交的日本專利申請JP 2007-85305相關(guān)的主題，該申請的全部內(nèi)容通過引用而結(jié)合于此。
權(quán)利要求
1.一種激光發(fā)生裝置，包括激光源；第一外部諧振器和布置在所述第一外部諧振器的后級上的第二外部諧振器；布置在所述激光源和所述第一外部諧振器之間的光路上的相位調(diào)制器，所述相位調(diào)制器被施加調(diào)制信號；信號發(fā)生單元，被配置用于生成施加給所述相位調(diào)制器的所述調(diào)制信號；分別布置在所述第一外部諧振器和所述第二外部諧振器之中的第一非線性光學(xué)元件和第二非線性光學(xué)元件，被配置用于對入射在所述第一外部諧振器和所述第二外部諧振器中的每一個上的激光實施波長轉(zhuǎn)換；光路長度改變裝置，用于改變所述第一外部諧振器和所述第二外部諧振器中的每一個的光路長度；至少一個光電探測器，被配置用于接收來自所述第一外部諧振器和所述第二外部諧振器中的每一個的激光；以及具有負反饋配置的控制電路，被配置用于獲取由所述至少一個光電探測器接收的至少一個檢測信號和所述調(diào)制信號，從而獲得用于所述第一外部諧振器和所述第二外部諧振器中的每一個的誤差信號，并被配置用于根據(jù)FM邊帶方法、使用所述誤差信號來控制所述光路長度改變裝置，其中通過將所述調(diào)制信號的頻率設(shè)置成與下述值相等，并且通過利用所述控制電路來控制所述第一外部諧振器和所述第二外部諧振器中的每一個的光路長度，所述第一外部諧振器和所述第二外部諧振器各自同時被保持在諧振狀態(tài)，所述值的獲得使得用于所述第一外部諧振器和所述第二外部諧振器中的每一個的誤差信號的信噪比可以被平均化。
2. —種激光發(fā)生裝置，包括 激光源；第一外部諧振器和布置在所述第一外部諧振器的后級上的第二外部諧振器；布置在所述激光源和所述第一外部諧振器之間的光路上的相位調(diào)制器，所述相位調(diào)制器被施加調(diào)制信號；布置在所述相位調(diào)制器和所述第一外部諧振器之間的光路上的放大器；信號發(fā)生單元，被配置用于生成施加給所述相位調(diào)制器的所述調(diào)制信號；分別布置在所述第一外部諧振器和所述第二外部諧振器之中的第一非 線性光學(xué)元件和第二非線性光學(xué)元件，被配置用于對入射在所述第一外部 諧振器和所述第二外部諧振器中的每一上的激光實施波長轉(zhuǎn)換；光路長度改變裝置，用于改變所述第一外部諧振器和所述第二外部諧 振器中的每一個的光路長度；至少一個光電探測器，被配置用于接收來自所述第一外部諧振器和所 述第二外部諧振器中的每一個的激光；以及具有負反饋配置的控制電路，被配置用于獲取由所述至少一個光電探 測器接收的至少一個檢測信號和所述調(diào)制信號，從而獲得用于所述第一外 部諧振器和所述第二外部諧振器中的每一個的誤差信號，并被配置用于根 據(jù)FM邊帶方法、使用所述誤差信號來控制所述光路長度改變裝置，其中通過將所述調(diào)制信號的頻率設(shè)置成與下述值相等，并且通過利用所述 控制電路來控制所述第一外部諧振器和所述第二外部諧振器中的每一個的 光路長度，所述第一外部諧振器和所述第二外部諧振器各自同時被保持在 諧振狀態(tài)，所述第一外部諧振器和所述第二外部諧振器各自同時被保持在 諧振狀態(tài)，所述值的獲得使得用于所述第一外部諧振器和所述第二外部諧 振器中的每一個的誤差信號的信噪比可以被平均化。
3. —種激光發(fā)生裝置，包括 激光源；其中具有增益介質(zhì)的第一外部諧振器；布置在所述第一諧振器的后級上的第二外部諧振器；布置在所述激光源和所述第一外部諧振器之間的光路上的相位調(diào)制器，所述相位調(diào)制器被施加調(diào)制信號；信號發(fā)生單元，被配置用于生成施加給所述相位調(diào)制器的所述調(diào)制信號，布置在除了所述第一外部諧振器之外的外部諧振器中的非線性光學(xué)元 件，被配置用于對入射激光實施波長轉(zhuǎn)換；光路長度改變裝置，用于改變所述第一外部諧振器和所述第二外部諧 振器中的每一個的光路長度；至少一個光電探測器，被配置用于接收來自所述第一外部諧振器和所 述第二外部諧振器中的每一個的激光；以及具有負反饋配置的控制電路，被配置用于獲取由所述至少一個光電探 測器接收的至少一個檢測信號和所述調(diào)制信號，從而獲得用于所述第一外 部諧振器和所述第二外部諧振器中的每一個的誤差信號，并被配置用于根 據(jù)FM邊帶方法、使用所述誤差信號來控制所述光路長度改變裝置，其中通過將所述調(diào)制信號的頻率設(shè)置成與下述值相等，并且通過利用所述 控制電路來控制所述第一外部諧振器和所述第二外部諧振器中的每一個的 光路長度，所述第一外部諧振器和所述第二外部諧振器各自同時被保持在 諧振狀態(tài)，所述值的獲得使得用于所述第一外部諧振器和所述第二外部諧 振器中的每一個的誤差信號的信噪比可以被平均化。
4. 一種激光發(fā)生裝置，包括激光源；其中具有增益介質(zhì)的第一外部諧振器； 布置在所述第一諧振器的后級上的第二外部諧振器； 布置在所述激光源和所述第一外部諧振器之間的光路上的相位調(diào)制 器，所述相位調(diào)制器被施加調(diào)制信號；信號發(fā)生單元，被配置用于生成施加給所述相位調(diào)制器的所述調(diào)制信號；分別布置在所述第一外部諧振器和所述第二外部諧振器之中的第一非 線性光學(xué)元件和第二非線性光學(xué)元件，被配置用于對入射在所述第一外部 諧振器和所述第二外部諧振器中的每一個上的激光執(zhí)行波長轉(zhuǎn)換；光路長度改變裝置，用于改變所述第一外部諧振器和所述第二外部諧 振器中的每一個的光路長度；至少一個光電探測器，被配置用于接收來自所述第一外部諧振器和所 述第二外部諧振器中的每一個的激光；以及具有負反饋配置的控制電路，被配置用于獲取由所述至少一個光電探 測器接收的至少一個檢測信號和所述調(diào)制信號，從而獲得用于所述第一外 部諧振器和所述第二外部諧振器中的每一個的誤差信號，并被配置用于根 據(jù)FM邊帶方法、使用所述誤差信號來控制所述光路長度改變裝置，其中通過將所述調(diào)制信號的頻率設(shè)置成與下述值相等，并且通過利用所述 控制電路來控制所述第一外部諧振器和所述第二外部諧振器中的每一個的 光路長度，所述第一外部諧振器和所述第二外部諧振器各自同時被保持在 諧振狀態(tài)，所述值的獲得使得用于所述第一外部諧振器和所述第二外部諧 振器中的每一個的誤差信號的信噪比可以被平均化。
5. 如權(quán)利要求1至4中任一項所述的激光發(fā)生裝置，其中分別向所述相位調(diào)制器的第一電極和第二電極施加極性相反且相位相 同的第一電壓信號和第二電壓信號，所述第一電極和第二電極分別形成在 所述相位調(diào)制器的第一表面和與所述第一表面相對的第二表面上。
6. 如權(quán)利要求1至4中任一項所述的激光發(fā)生裝置，其中 通過對所述激光進行相位調(diào)制而生成的邊帶的頻率被設(shè)置在第一范圍中，并且同時在第二范圍中，其中，所述第一范圍是以所述第一外部諧振 器的諧振頻率為中心的、與所述第一外部諧振器透射寬度的半高半寬的相 對應(yīng)的第一頻率范圍的0.5到2倍，所述第二范圍是以所述第一外部諧振器的諧振頻率為中心的、與所述第二外部諧振器的透射寬度的半高半寬相 對應(yīng)的第二頻率范圍的至少0.5倍。
7. 如權(quán)利要求1至4中任一項所述的激光發(fā)生裝置，還包括 調(diào)制頻率設(shè)置裝置，用于獲取由所述外部諧振器的透射寬度的變化導(dǎo)致的誤差信號，并用于基于所述誤差信號來將施加給所述相位調(diào)制器的調(diào) 制信號的頻率設(shè)置成下述值，所述值使得用于所述外部諧振器的誤差信號 的信噪比各自被平均化。
8. 如權(quán)利要求1至4中任一項所述的激光發(fā)生裝置，其中 施加給所述相位調(diào)制器的所述調(diào)制信號的頻率被設(shè)置成使得將用于所述外部諧振器的誤差信號的信噪比之積(P)維持在近似等于最大值。
9. 如權(quán)利要求1至4中任一項所述的激光發(fā)生裝置，其中通過對所述激光進行相位調(diào)制而生成的邊帶中的一部分被所述第一外 部諧振器反射，而其余邊帶通過所述第一外部諧振器并在隨后被所述第二 外部諧振器反射。
10. —種激光發(fā)生裝置，包括 激光源；第一外部諧振器和布置在所述第一外部諧振器的后級上的第二外部諧振器；布置在所述激光源和所述第一外部諧振器之間的光路上的相位調(diào)制 器，所述相位調(diào)制器被施加調(diào)制信號；信號發(fā)生單元，被配置用于生成施加給所述相位調(diào)制器的所述調(diào)制信號 分別布置在所述第一外部諧振器和所述第二外部諧振器之中的第一非 線性光學(xué)元件和第二非線性光學(xué)元件，被配置用于對入射在所述第一外部 諧振器和所述第二外部諧振器中的每一個上的激光實施波長轉(zhuǎn)換；光路長度改變單元，被配置用于改變所述第一外部諧振器和所述第二 外部諧振器中的每一個的光路長度；至少一個光電探測器，被配置用于接收來自所述第一外部諧振器和所 述第二外部諧振器中的每一個的激光；以及具有負反饋配置的控制電路，被配置用于獲取由所述至少一個光電探 測器接收的至少一個檢測信號和所述調(diào)制信號，從而獲得用于所述第一外 部諧振器和所述第二外部諧振器中的每一個的誤差信號，并被配置用于根 據(jù)FM邊帶方法、使用所述誤差信號來控制所述光路長度改變單元，其中通過將所述調(diào)制信號的頻率設(shè)置成與下述值相等，并且通過利用所述 控制電路來控制所述第一外部諧振器和所述第二外部諧振器中的每一個的 光路長度，所述第一外部諧振器和所述第二外部諧振器各自同時被保持在諧振狀態(tài)，所述值的獲得使得用于所述第一外部諧振器和所述第二外部諧 振器中的每一個的誤差信號的信噪比可以被平均化。
11. 一種激光發(fā)生裝置，包括'激光源；第一外部諧振器和布置在所述第一外部諧振器的后級上的第二外部諧 振器；布置在所述激光源和所述第一外部諧振器之間的光路上的相位調(diào)制 器，所述相位調(diào)制器被施加調(diào)制信號；布置在所述相位調(diào)制器和所述第一外部諧振器之間的光路上的放大器；信號發(fā)生單元，被配置用于生成施加給所述相位調(diào)制器的所述調(diào)制信號，分別布置在所述第一外部諧振器和所述第二外部諧振器之中的第一非 線性光學(xué)元件和第二非線性光學(xué)元件，被配置用于對入射在所述第一外部 諧振器和所述第二外部諧振器中的每一個上的激光實施波長轉(zhuǎn)換；光路長度改變單元，被配置用于改變所述第一外部諧振器和所述第二 外部諧振器中的每一個的光路長度；至少一個光電探測器，被配置用于接收來自所述第一外部諧振器和所 述第二外部諧振器中的每一個的激光；以及具有負反饋配置的控制電路，被配置用于獲取由所述至少一個光電探 測器接收的至少一個檢測信號和所述調(diào)制信號，從而獲得用于所述第一外 部諧振器和所述第二外部諧振器中的每一個的誤差信號，并被配置用于根 據(jù)FM邊帶方法、使用所述誤差信號來控制所述光路長度改變單元，其中通過將所述調(diào)制信號的頻率設(shè)置成與下述值相等，并且通過利用所述 控制電路來控制所述第一外部諧振器和所述第二外部諧振器中的每一個的 光路長度.，所述第一外部諧振器和所述第二外部諧振器各自同時被保持在 諧振狀態(tài)，所述值的獲得使得用于所述第一外部諧振器和所述第二外部諧 振器中的每一個的誤差信號的信噪比可以被平均化。 12. —種激光發(fā)生裝置，包括激光源；其中具有增益介質(zhì)的第一外部諧振器； 布置在所述第一諧振器的后級上的第二外部諧振器；布置在所述激光源和所述第一外部諧振器之間的光路上的相位調(diào)制 器，所述相位調(diào)制器被施加調(diào)制信號；信號發(fā)生單元，被配置用于生成施加給所述相位調(diào)制器的所述調(diào)制信號 布置在除了所述第一外部諧振器之外的外部諧振器中的非線性光學(xué)元 件，被配置用于對入射激光實施波長轉(zhuǎn)換；光路長度改變單元，被配置用于改變所述第一外部諧振器和所述第二 外部諧振器中的每一個的光路長度；至少一個光電探測器，被配置用于接收來自所述第一外部諧振器和所 述第二外部諧振器中的每一個的激光；以及具有負反饋配置的控制電路，被配置用于獲取由所述至少一個光電探 測器接收的至少一個檢測信號和所述調(diào)制信號，從而獲得用于所述第一外 部諧振器和所述第二外部諧振器中的每一個的誤差信號，并被配置用于根 據(jù)FM邊帶方法、使用所述誤差信號來控制所述光路長度改變單元，其中通過將所述調(diào)制信號的頻率設(shè)置成與下述值相等，并且通過利用所述 控制電路來控制所述第一外部諧振器和所述第二外部諧振器中的每一個的 光路長度，所述第一外部諧振器和所述第二外部諧振器各自同時被保持在 諧振狀態(tài)，所述值的獲得使得用于所述第一外部諧振器和所述第二外部諧 振器中的每一個的誤差信號的信噪比可以被平均化。 13. —種激光發(fā)生裝置，包括激光源；其中具有增益介質(zhì)的第一外部諧振器； 布置在所述第一諧振器的后級上的第二外部諧振器； 布置在所述激光源和所述第一外部諧振器之間的光路上的相位調(diào)制 器，所述相位調(diào)制器被施加調(diào)制信號；信號發(fā)生單元，被配置用于生成施加給所述相位調(diào)制器的所述調(diào)制信號 分別布置在所述第一外部諧振器和所述第二外部諧振器之中的第一非 線性光學(xué)元件和第二非線性光學(xué)元件，被配置用于對入射在所述第一外部諧振器和所述第二外部諧振器中的每一個上的激光執(zhí)行波長轉(zhuǎn)換；光路長度改變單元，被配置用于改變所述第一外部諧振器和所述第二 外部諧振器中的每一個的光路長度；至少一個光電探測器，被配置用于接收來自所述第一外部諧振器和所 述第二外部諧振器中的每一個的激光；以及具有負反饋配置的控制電路，被配置用于獲取由所述至少一個光電探 測器接收的至少一個檢測信號和所述調(diào)制信號，從而獲得用于所述第一外 部諧振器和所述第二外部諧振器中的每一個的誤差信號，并被配置用于根 據(jù)FM邊帶方法、使用所述誤差信號來控制所述光路長度改變單元，其中通過將所述調(diào)制信號的頻率設(shè)置成與下述值相等，并且通過利用所述 控制電路來控制所述第一外部諧振器和所述第二外部諧振器中的每一個的 光路長度，所述第一外部諧振器和所述第二外部諧振器各自同時被保持在 諧振狀態(tài)，所述值的獲得使得用于所述第一外部諧振器和所述第二外部諧 振器中的每一個的誤差信號的信噪比可以被平均化。
全文摘要
本發(fā)明提供了激光發(fā)生裝置。一種激光發(fā)生裝置包括激光源、相位調(diào)制器、被配置用于生成施加給相位調(diào)制器的調(diào)制信號的信號發(fā)生單元、第一外部諧振器、布置在第一外部諧振器的后級的第二外部諧振器、各自設(shè)置在外部諧振器之中用于實施波長轉(zhuǎn)換的非線性光學(xué)元件、用于改變各個外部諧振器的光路長度的光路長度改變單元、以及具有負反饋配置的控制電路，該控制電路被配置用于獲取用于各個外部諧振器的誤差信號，并被配置用于根據(jù)FM邊帶方法、使用誤差信號來控制光路長度改變單元。在激光發(fā)生裝置中，通過設(shè)置調(diào)制信號的頻率并通過控制各個外部諧振器的光路長度來將各個外部諧振器同時保持在諧振狀態(tài)。
文檔編號G02F1/35GK101276125SQ200810089808
公開日2008年10月1日 申請日期2008年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月28日
發(fā)明者增田久 申請人:索尼株式會社