專利名稱：具有選擇性熱控制的外腔激光器的制作方法
背景技術(shù)：
光纖電信系統(tǒng)對(duì)帶寬的增加有著持續(xù)的需求。來(lái)完成帶寬擴(kuò)展的一種方法是通過(guò)密集波分復(fù)用(DWDM)，其中在單根光纖中同時(shí)存在多個(gè)分開(kāi)的數(shù)據(jù)流，每個(gè)數(shù)據(jù)流的調(diào)制發(fā)生在不同的信道上。每個(gè)數(shù)據(jù)流調(diào)制到以特定的信道波長(zhǎng)操作的相應(yīng)半導(dǎo)體發(fā)射激光器的輸出束之上，來(lái)自半導(dǎo)體激光器的多個(gè)已調(diào)制輸出被結(jié)合到單根光纖上以在它們各自的信道中傳輸。國(guó)際電信聯(lián)盟(ITU)現(xiàn)在要求約0.4納米或約50GHz的信道間隔。這種信道間隔允許單根光纖在當(dāng)前可用的光纖和光纖放大器的帶寬范圍內(nèi)承載多達(dá)128個(gè)信道。光纖技術(shù)的提高以及對(duì)更大帶寬一直在增長(zhǎng)的需求，在將來(lái)可能會(huì)產(chǎn)生更小的信道間隔。
在DWDM系統(tǒng)中使用的發(fā)射激光器一般基于以在反饋控制回路中相關(guān)的參考標(biāo)準(zhǔn)具來(lái)操作的分布反饋(DFB)激光器，所述參考標(biāo)準(zhǔn)具定義ITU波長(zhǎng)柵格。與單個(gè)DFB激光器的制造相關(guān)的統(tǒng)計(jì)差異導(dǎo)致信道中心波長(zhǎng)跨過(guò)波長(zhǎng)柵格的分布，這樣單個(gè)DFB發(fā)射器僅對(duì)單個(gè)信道或較少的相鄰信道是可用的。已經(jīng)發(fā)展連續(xù)可調(diào)諧的外腔激光器來(lái)克服這個(gè)問(wèn)題。
連續(xù)可調(diào)諧電信激光器的出現(xiàn)已對(duì)電信傳輸系統(tǒng)引入了額外的復(fù)雜性。在大多數(shù)電信激光器發(fā)射器中，整個(gè)激光發(fā)射器件安裝在具有高導(dǎo)熱性的單個(gè)通用基體或平臺(tái)上，該基體或平臺(tái)受一個(gè)或多個(gè)TEC(熱電控制器)的熱控制。溫度控制允許保持所有元件的熱對(duì)準(zhǔn)。沒(méi)有熱控制，就可能會(huì)因與所有元件的熱控制的維持相關(guān)的膨脹和收縮而產(chǎn)生光學(xué)元件的空間不對(duì)準(zhǔn)。沒(méi)有熱控制，就可能會(huì)因與各個(gè)元件相關(guān)的膨脹和收縮而產(chǎn)生光學(xué)元件的空間不對(duì)準(zhǔn)，這將降低波長(zhǎng)穩(wěn)定性和激光器輸出功率，并一般會(huì)降低激光器的性能。
對(duì)激光發(fā)射器中的每一個(gè)元件進(jìn)行熱控制往往不是最優(yōu)化的。對(duì)所有元件的無(wú)差別熱控制需要相當(dāng)大的功率來(lái)為整個(gè)組件提供冷卻，并且因?yàn)楣β氏牟槐匾卦黾恿思す馄鞑僮鞒杀尽o(wú)差別熱控制還會(huì)導(dǎo)致在激光器周圍的環(huán)境中引入熱耗散問(wèn)題。在許多激光器構(gòu)造中，某些激光器元件比較不容易熱不對(duì)準(zhǔn)，或者說(shuō)不太容易發(fā)生熱不對(duì)準(zhǔn)的問(wèn)題，向這種元件提供熱控制就導(dǎo)致不必要的功率消耗。目前，還沒(méi)有這樣的激光系統(tǒng)，其對(duì)重要的光學(xué)元件提供有選擇性的熱控制。這種缺陷已導(dǎo)致這種激光器操作成本增加和性能降低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及外腔激光器器件和方法，其中選擇性的熱控制被應(yīng)用到更易熱不對(duì)準(zhǔn)的光學(xué)元件，而且其中避免了對(duì)其它激光器元件的不必要的熱控制。本發(fā)明的裝置包括用于熱控制增益介質(zhì)的光學(xué)輸出模塊，以及在共同的熱控制基體或基底上的所選光學(xué)輸出元件。本發(fā)明的方法包括選擇性地冷卻在共同的熱控制基體或基底上的外腔激光器裝置的增益介質(zhì)和所選光學(xué)輸出元件。
構(gòu)造本發(fā)明的裝置，使得僅僅需要熱控制外腔激光器的對(duì)對(duì)準(zhǔn)最敏感的元件。這樣，激光器器件和冷卻系統(tǒng)可構(gòu)造成僅僅向外腔激光器的對(duì)準(zhǔn)和溫度敏感的最重要的元件提供熱控制。不是溫度敏感的部分分開(kāi)安裝到不同的基體或基底上，該基體或基底與溫度控制基體遠(yuǎn)離或熱隔離?？赏ㄟ^(guò)不同機(jī)制來(lái)調(diào)諧外腔激光器以允許在多個(gè)可選的波長(zhǎng)信道處的發(fā)射。通過(guò)本發(fā)明避免了對(duì)調(diào)諧元件不必要的熱控制。
本發(fā)明的外腔激光器可包括增益介質(zhì)和末端鏡，所述增益介質(zhì)具有第一和第二輸出面。增益介質(zhì)從第一輸出面沿著第一光路發(fā)射第一相干光束，從第二輸出面沿著第二光路發(fā)射第二相干光束。末端鏡位于第一光路中并光耦合到增益介質(zhì)的第一輸出面。光學(xué)輸出組件或模塊可位于第二光路中并光耦合到增益介質(zhì)的第二輸出面。末端鏡和第二輸出面定義了外腔，使得增益介質(zhì)在所述外腔之中并接收從外腔來(lái)的光學(xué)反饋。
提供了導(dǎo)熱基體，增益介質(zhì)和光學(xué)輸出組件安裝在其中。導(dǎo)熱基體設(shè)計(jì)成具有高的導(dǎo)熱性和與增益介質(zhì)匹配的熱膨脹系數(shù)。光學(xué)輸出組件的元件和增益介質(zhì)是溫度敏感的元件，將這些元件安裝到一個(gè)具有高導(dǎo)熱系數(shù)的共同基體上允許對(duì)輸出組件的元件進(jìn)行選擇性的和精確的溫度控制及冷卻。
為導(dǎo)熱基體提供熱控制的熱電控制器(TEC)可連接或耦合到導(dǎo)熱基體。增益介質(zhì)和光學(xué)輸出組件構(gòu)造成經(jīng)由通過(guò)基體的熱傳導(dǎo)而熱耦合到熱電控制器并被其熱控制。本發(fā)明的熱電控制器允許增益介質(zhì)和輸出組件獨(dú)立于末端鏡和外腔激光器的其它元件而被熱控制。
由熱敏電阻提供對(duì)導(dǎo)熱基體的溫度監(jiān)控，所述熱敏電阻可操作地耦合到熱電控制器和導(dǎo)熱基體，這樣就允許所述熱敏電阻檢測(cè)基體(并因此檢測(cè)熱耦合的增益介質(zhì)和光學(xué)輸出組件)中的溫度變化。如果檢測(cè)到對(duì)最優(yōu)溫度的任何溫度偏差，熱敏電阻發(fā)信號(hào)通知熱電控制器調(diào)節(jié)基體的溫度以保持一個(gè)可選的優(yōu)化溫度。
外腔激光器的末端鏡可安裝到與熱電控制器熱隔離的第二基體上。在某些實(shí)施例中，末端鏡和其它與外腔相關(guān)的元件可一起安裝到第二基體上或多個(gè)基體上，所述多個(gè)基體不同于或遠(yuǎn)離支持增益介質(zhì)和光學(xué)輸出模塊的導(dǎo)熱基體，或者與其熱隔離。
第一準(zhǔn)直透鏡可包括在基體上，并位于第一光路中以準(zhǔn)直沿著第一光路向末端鏡發(fā)射的相干光束。光學(xué)輸出組件可包括光耦合到增益介質(zhì)的第二輸出面上的第二準(zhǔn)直透鏡，并且第二準(zhǔn)直透鏡位于第二光路中并靠近增益介質(zhì)的第二輸出面。類似于增益介質(zhì)和第一準(zhǔn)直透鏡，光學(xué)輸出組件的第二準(zhǔn)直透鏡也安裝到導(dǎo)熱基體上，并構(gòu)造成經(jīng)由通過(guò)基體的熱傳導(dǎo)而被熱電控制器熱控制。
光學(xué)輸出組件還可包括位于第二光路中并可操作地耦合到光纖的光纖聚焦透鏡。光學(xué)輸出組件還可包括位于第二光路中并光耦合到第二準(zhǔn)直透鏡的光學(xué)隔離器。在一些實(shí)施例中，光學(xué)隔離器在第二光路中位于第二準(zhǔn)直透鏡之后和光纖聚焦透鏡之前，使得光纖聚焦透鏡光耦合到光學(xué)隔離器。光學(xué)隔離器提供使光從增益介質(zhì)到光纖的單向傳輸，并不一定是對(duì)準(zhǔn)敏感的，但由于其緊鄰對(duì)對(duì)準(zhǔn)敏感的準(zhǔn)直透鏡和光纖聚焦透鏡，其可方便地位于熱控制基體上。
遠(yuǎn)離或者與導(dǎo)熱基體及其溫度控制器熱隔離的外腔激光器的元件可包括，例如信道選擇器和調(diào)諧組件。信道選擇器可包括楔形標(biāo)準(zhǔn)具、光柵、光電標(biāo)準(zhǔn)具、坡度過(guò)濾器或其它波長(zhǎng)調(diào)諧器件，信道選擇器可在第一光路中位于增益介質(zhì)的第一輸出面和末端鏡之間。調(diào)諧組件可操作地耦合到信道選擇器并構(gòu)造成經(jīng)由平移和/或轉(zhuǎn)動(dòng)位置調(diào)節(jié)、電壓調(diào)節(jié)或其它形式的調(diào)諧調(diào)節(jié)來(lái)調(diào)節(jié)信道選擇器。調(diào)諧組件可包括例如步進(jìn)電機(jī)，其構(gòu)造成對(duì)第一光路中的楔形標(biāo)準(zhǔn)具進(jìn)行位置調(diào)節(jié)。信道選擇器和調(diào)諧組件被定位成使得導(dǎo)熱基體以及其上的增益介質(zhì)和光學(xué)輸出組件受這樣的熱控制，其獨(dú)立于或基本獨(dú)立于與信道選擇器和調(diào)諧組件相關(guān)的任何熱特性或熱控制。換言之，信道選擇器和調(diào)諧組件與導(dǎo)熱基體和熱電控制器熱隔離并遠(yuǎn)離導(dǎo)熱基體。
在某些實(shí)施例中，光學(xué)輸出組件可包括可用于評(píng)估外腔激光器沿著第二光路的輸出波長(zhǎng)的粗分光計(jì)。粗分光計(jì)安裝到導(dǎo)熱基體上并熱耦合到TEC上。粗分光計(jì)可在第二光路中位于第二準(zhǔn)直透鏡之后和光學(xué)隔離器之前，或者在光學(xué)隔離器之后和光纖聚焦透鏡之前。
在其它實(shí)施例中，光學(xué)輸出組件可包括柵格標(biāo)準(zhǔn)具，其中柵格標(biāo)準(zhǔn)具安裝到導(dǎo)熱基體上并通過(guò)其熱耦合到TEC。柵格標(biāo)準(zhǔn)具可在第二光路中位于第二準(zhǔn)直透鏡之后和光學(xué)隔離器之前，或者在光學(xué)隔離器之后和光纖聚焦透鏡之前。
根據(jù)本發(fā)明，在單個(gè)導(dǎo)熱基體上可受選擇性的熱控制的溫度敏感元件包括增益介質(zhì)、輸出耦合光學(xué)件(準(zhǔn)直透鏡)和柵格標(biāo)準(zhǔn)具(標(biāo)準(zhǔn)具)，但不限于此。當(dāng)柵格標(biāo)準(zhǔn)具是溫度敏感的元件時(shí)，柵格標(biāo)準(zhǔn)具在一些實(shí)施例中可在單獨(dú)的基體上受獨(dú)立的溫度控制。
本發(fā)明可在激光器裝置中實(shí)施，所述激光器裝置包括光學(xué)輸出模塊，所述模塊自身包括安裝到共同的導(dǎo)熱基體上的增益介質(zhì)和光學(xué)輸出組件，并熱耦合到熱電控制器或其它溫度控制源。光學(xué)輸出組件在構(gòu)造上可改變，但一般會(huì)構(gòu)造成使得光學(xué)輸出元件安裝到導(dǎo)熱表面上以調(diào)節(jié)對(duì)對(duì)準(zhǔn)敏感的輸出元件的溫度。
本發(fā)明還提供了用于選擇性地冷卻外腔二極管激光器裝置的方法。所述方法可包括提供具有第一和第二輸出面的增益介質(zhì)、光耦合到第一輸出面的末端鏡和光耦合到第二輸出面的光學(xué)輸出組件；以及獨(dú)立于末端鏡對(duì)增益介質(zhì)和光學(xué)輸出組件進(jìn)行熱控制。對(duì)增益介質(zhì)和光學(xué)輸出組件進(jìn)行熱控制可包括將增益介質(zhì)和光學(xué)輸出組件安裝到導(dǎo)熱基體上，以及將導(dǎo)熱基體耦合到熱電控制器。


圖1是根據(jù)本發(fā)明具有選擇性熱控制的外腔激光器裝置的示意圖；圖2A-2C是對(duì)圖1的外腔激光器的楔形標(biāo)準(zhǔn)具、柵格標(biāo)準(zhǔn)具和外腔相對(duì)波長(zhǎng)柵格中所選信道的通帶特性的圖形圖示；圖3A-3C是對(duì)圖1的外腔激光器在波長(zhǎng)柵格中的多個(gè)信道調(diào)諧的增益響應(yīng)的圖形圖示；圖4是根據(jù)本發(fā)明的熱控制模塊的透視圖；圖5是圖4的熱控制模塊的俯視平面圖；圖6是外腔激光器中熱控制模塊的另一個(gè)實(shí)施例的示意圖。
具體實(shí)施例方式
更具體地參考附圖，為說(shuō)明的目的，本發(fā)明實(shí)施為圖1到圖6中所示出的裝置和方法。應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，所述裝置可改變其構(gòu)造和部件細(xì)節(jié)，所述方法可改變細(xì)節(jié)和事件的順序，而不偏離這里所公開(kāi)的基本概念。主要按照使用外腔激光器來(lái)公開(kāi)本發(fā)明。但是，對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言很明顯本發(fā)明可用于其它類型的激光器和光學(xué)系統(tǒng)。還應(yīng)理解這里所使用的術(shù)語(yǔ)僅僅是為了描述具體的實(shí)施例，而無(wú)意于限制本發(fā)明。
參考圖1，示出了根據(jù)本發(fā)明的外腔激光器裝置10，其提供對(duì)對(duì)準(zhǔn)敏感的光學(xué)元件的選擇性熱控制。裝置10包括增益介質(zhì)12和末端反射器14。增益介質(zhì)12可包括傳統(tǒng)的法布里—佩羅(Fabry-Perot)二極管發(fā)射芯片，并具有涂覆有防反射(AR)層的前(第一)面16和部分反射的后(第二)面18。回射元件14可包括末端鏡。外激光器腔由后面18和末端鏡14來(lái)限定。增益介質(zhì)12從前面16發(fā)射相干光束，透鏡20使該光束平行而定義了與所述外腔的光軸共線的第一光路22。增益介質(zhì)12從第二面18發(fā)射第二相干光束而形成第二光路21。增益介質(zhì)12的前面16和后面18也相對(duì)于外腔的光軸校準(zhǔn)。光學(xué)輸出組件23位于第二光路21中并和第二輸出面18相關(guān)，用于將外腔激光器10的輸出耦合到光纖50中。
外腔激光器10包括柵格標(biāo)準(zhǔn)具元件和可調(diào)諧元件，分別在圖1中示為柵格標(biāo)準(zhǔn)具24和楔形標(biāo)準(zhǔn)具26，它們?cè)诠饴?2中位于增益介質(zhì)12和末端鏡14之間。柵格標(biāo)準(zhǔn)具24一般在光路22中位于可調(diào)諧元件26之前，并具有平行反射表面28和30。柵格標(biāo)準(zhǔn)具24作為干涉過(guò)濾器來(lái)操作，并且由表面28和30之間的間距所定義的柵格標(biāo)準(zhǔn)具24的折射率與柵格標(biāo)準(zhǔn)具24的光學(xué)厚度，在通信頻帶中與所選波長(zhǎng)柵格的中心波長(zhǎng)相符的波長(zhǎng)處導(dǎo)致極小值的多重性，所選波長(zhǎng)柵格可包括例如ITU(國(guó)際電信聯(lián)盟)柵格?；蛘咭部蛇x擇其它波長(zhǎng)柵格。柵格標(biāo)準(zhǔn)具具有相應(yīng)于ITU柵格的柵格線之間間隔的自由頻譜范圍(FSR)，于是柵格標(biāo)準(zhǔn)具24操作以提供中心在波長(zhǎng)柵格的每個(gè)柵格線上的多個(gè)通帶。柵格標(biāo)準(zhǔn)具24具有精細(xì)度(finesse)(自由頻譜范圍除以半高全寬或FWHM)，所述精細(xì)度抑制外腔激光器在波長(zhǎng)柵格的每個(gè)信道之間的相鄰模式。
柵格標(biāo)準(zhǔn)具24可以是用固體、液體或氣體間隔開(kāi)的平行板狀標(biāo)準(zhǔn)具或其它類型的標(biāo)準(zhǔn)具，并可通過(guò)經(jīng)由溫度控制的熱膨脹和收縮而精確確定表面28和30之間的光學(xué)厚度來(lái)調(diào)節(jié)?？赏ㄟ^(guò)傾斜柵格標(biāo)準(zhǔn)具而改變表面28和30之間的光學(xué)厚度，或者通過(guò)對(duì)光電標(biāo)準(zhǔn)具材料施加電場(chǎng)來(lái)調(diào)節(jié)柵格標(biāo)準(zhǔn)具24。柵格標(biāo)準(zhǔn)具24還可在激光器操作期間主動(dòng)調(diào)節(jié)，如題為“連續(xù)調(diào)節(jié)柵格生成器的外腔激光器(External Cav的Laser withContinuous Tuning of Grid Generator)”、發(fā)明人為Andrew Daiber的美國(guó)專利申請(qǐng)Ser.No.09/900,474，該申請(qǐng)和本申請(qǐng)一起遞交并在此通過(guò)引用而結(jié)合進(jìn)來(lái)。
楔形標(biāo)準(zhǔn)具26也用作干涉過(guò)濾器，具有形成錐形形狀的不平行反射面32和34?？裳刂す馄鬏S來(lái)細(xì)微改變表面32和34之間的間隔，間隔的改變量小于或等于操作的波長(zhǎng)，這種間隔的改變是通過(guò)將表面32和34延伸到光束所能照到這些表面的區(qū)域之外，以及逐漸減小這些表面的間隔，以使得表面間的錐度小到足以忽略或忍受表面32和34之間跨越激光光束的厚度變化，并使得所述錐度大到過(guò)濾器跨越激光光束的宏觀運(yùn)動(dòng)會(huì)引起表面32和34之間距離沿著光束的微觀變化。表面32和34之間的空間可被氣體、液體或固體填充。可以通過(guò)以下手段來(lái)改變表面32和34之間的空間熱膨脹固體標(biāo)準(zhǔn)具；熱、壓電或微機(jī)械地膨脹氣體或液體標(biāo)準(zhǔn)具中的間隙；傾斜氣體、固體或液體標(biāo)準(zhǔn)具；改變氣體標(biāo)準(zhǔn)具的壓力；用光電材料作為間隔件并用所施加的電場(chǎng)來(lái)改變折射率；在間隔層中使用非線性光學(xué)材料并用第二光束來(lái)產(chǎn)生通路長(zhǎng)度變化；或適于波長(zhǎng)調(diào)節(jié)的任何其它系統(tǒng)或方法。
如圖1中所示的楔形標(biāo)準(zhǔn)具信道選擇器26僅僅是可根據(jù)本發(fā)明在外腔激光器中使用的一種可調(diào)諧元件?？稍诒景l(fā)明中使用各種其它類型的信道選擇器。在美國(guó)專利No.6,108,355中描述了將一種空氣間隙的楔形標(biāo)準(zhǔn)具用于信道選擇，其中所述“楔”是由相鄰基體定義的錐形空氣間隙。在發(fā)明人為Andrew Daiber、于2001年3月21日遞交的美國(guó)專利申請(qǐng)Ser.No.09/814,646中描述了使用樞軸可調(diào)的光柵器件作為由光柵角度調(diào)整來(lái)調(diào)諧的信道選擇器，以及在外腔激光器中使用通過(guò)選擇性的施加電壓來(lái)調(diào)諧的光電可調(diào)諧信道選擇器。在美國(guó)專利申請(qǐng)Ser.No.09/814,646和與本申請(qǐng)一起遞交的發(fā)明人為Hopkins等人、題為“坡度薄膜楔形干涉過(guò)濾器及其用于激光調(diào)諧的方法(Graded Thin Film Wedge Interference Filter andMethod of Use for Laser Tuning)”的美國(guó)專利申請(qǐng)Ser.No.09/900,412中描述了，使用平移調(diào)諧坡度薄膜干涉過(guò)濾器來(lái)作為信道選擇器。這里通過(guò)引用而結(jié)合了上述公開(kāi)。
在一些情況下為清楚起見(jiàn)而夸大了外腔激光器10的各種光學(xué)元件的相對(duì)大小、形狀和元件間的距離，這些元件的大小、形狀和元件間的距離不一定按比例示出。外腔激光器10可包括其它元件(未示出)，例如聚焦和準(zhǔn)直元件，以及構(gòu)造成去掉與外腔激光器10的各個(gè)元件相關(guān)的偽反饋的偏振光學(xué)件。
由楔形標(biāo)準(zhǔn)具26所定義的通帶大體上寬于柵格標(biāo)準(zhǔn)具24的通帶，楔形標(biāo)準(zhǔn)具26的更寬通帶實(shí)際上是對(duì)應(yīng)于由柵格標(biāo)準(zhǔn)具24所定義的最短和最長(zhǎng)波長(zhǎng)信道之間間隔的周期。換言之，楔形標(biāo)準(zhǔn)具26的自由頻譜范圍對(duì)應(yīng)于由柵格標(biāo)準(zhǔn)具24所定義的波長(zhǎng)柵格的全波長(zhǎng)范圍。楔形標(biāo)準(zhǔn)具26具有抑制與一特定所選信道相鄰信道的精細(xì)度。
通過(guò)改變楔形標(biāo)準(zhǔn)具26的表面32和34之間的光學(xué)厚度，楔形標(biāo)準(zhǔn)具26被用來(lái)在多個(gè)通信信道之間選擇。這通過(guò)沿著x軸平移或驅(qū)動(dòng)楔形標(biāo)準(zhǔn)具26來(lái)完成，此方向平行于楔形標(biāo)準(zhǔn)具26錐形的方向并垂直于光路22和外腔激光器10的光軸。由楔形標(biāo)準(zhǔn)具26所定義通帶中的每一個(gè)都支持一個(gè)可選擇的信道，當(dāng)楔子前進(jìn)或平移到光路22中時(shí)，沿著光路22行進(jìn)的光束穿過(guò)楔形標(biāo)準(zhǔn)具26逐漸變厚的部分，這些部分在較長(zhǎng)波長(zhǎng)的信道處支持相對(duì)表面32和34間的相長(zhǎng)干涉。當(dāng)楔形標(biāo)準(zhǔn)具26從光路22中撤出時(shí)，光束將經(jīng)歷楔形標(biāo)準(zhǔn)具26逐漸變薄的部分并將通帶暴露給光路22，這些通帶相應(yīng)地支持更短波長(zhǎng)的信道。如上面注意到的，楔形標(biāo)準(zhǔn)具26的自由頻譜范圍對(duì)應(yīng)于柵格標(biāo)準(zhǔn)具24的全波長(zhǎng)范圍，這樣就可以跨越波長(zhǎng)柵格來(lái)調(diào)諧通信頻帶中的單個(gè)損失最小值。從柵格標(biāo)準(zhǔn)具24和楔形標(biāo)準(zhǔn)具26到增益介質(zhì)12的組合反饋支持在所選信道的中心波長(zhǎng)處發(fā)出激光。在整個(gè)調(diào)諧范圍內(nèi)，楔形標(biāo)準(zhǔn)具26的自由頻譜范圍都寬于柵格標(biāo)準(zhǔn)具24的。
經(jīng)由調(diào)諧組件來(lái)對(duì)楔形標(biāo)準(zhǔn)具26進(jìn)行位置調(diào)諧，該組件包括驅(qū)動(dòng)元件36，其被結(jié)構(gòu)化并配置成能根據(jù)所選信道可調(diào)地定位楔形標(biāo)準(zhǔn)具26。驅(qū)動(dòng)元件36可包括步進(jìn)電機(jī)以及適于精確移動(dòng)楔形標(biāo)準(zhǔn)具26的硬件?；蛘唑?qū)動(dòng)元件可包括各種類型的驅(qū)動(dòng)器，包括而不限于DC伺服電機(jī)、螺線管、音圈驅(qū)動(dòng)器、壓電驅(qū)動(dòng)器、超聲驅(qū)動(dòng)器、形狀記憶器件以及類似的線性驅(qū)動(dòng)器。
驅(qū)動(dòng)元件36可操作地連接到控制器38上，控制器38提供信號(hào)來(lái)通過(guò)驅(qū)動(dòng)元件36控制楔形標(biāo)準(zhǔn)具26的定位?？刂破?8可包括數(shù)據(jù)處理器和存儲(chǔ)器(未示出)，該存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)楔形標(biāo)準(zhǔn)具26對(duì)應(yīng)于所選信道波長(zhǎng)的位置信息的查找表?？刂破?8可在驅(qū)動(dòng)元件36之內(nèi)，或者可在其外并如下所描述的在其它元件中共享本發(fā)明定位和伺服的功能。
當(dāng)外腔激光器10被調(diào)諧到不同的通信信道時(shí)，控制器38根據(jù)查找表中的位置數(shù)據(jù)發(fā)信號(hào)通知驅(qū)動(dòng)元件36，而驅(qū)動(dòng)元件36將楔形標(biāo)準(zhǔn)具26平移或驅(qū)動(dòng)到正確的位置，其中楔形標(biāo)準(zhǔn)具26位于光路22中那部分的光厚度提供了支持所選信道的相長(zhǎng)干涉?？山Y(jié)合楔形標(biāo)準(zhǔn)具26和驅(qū)動(dòng)元件36使用線性編碼器40，用于保證通過(guò)驅(qū)動(dòng)器36來(lái)使楔形標(biāo)準(zhǔn)具26正確定位。
楔形標(biāo)準(zhǔn)具26可在其末端包括可光學(xué)檢測(cè)的不透明區(qū)域42和44，它們用來(lái)在楔形標(biāo)準(zhǔn)具26已經(jīng)被位置調(diào)諧到其最長(zhǎng)或最短信道波長(zhǎng)的時(shí)候驗(yàn)證楔形標(biāo)準(zhǔn)具26的位置。不透明區(qū)域42和44另外提供了一種在楔形標(biāo)準(zhǔn)具的位置調(diào)諧中可用的編碼器機(jī)制。當(dāng)楔形標(biāo)準(zhǔn)具26移到不透明區(qū)域42和44中的一個(gè)進(jìn)入光路22的位置時(shí)，不透明區(qū)域42和44將阻擋或衰減沿著光路的光束。如下面進(jìn)一步描述的，光的這種衰減是可檢測(cè)的。因?yàn)椴煌该鲄^(qū)域42和44在楔形標(biāo)準(zhǔn)具26上的位置可以精確確定，所以控制器38可預(yù)測(cè)不透明區(qū)域42和44何時(shí)進(jìn)入光路22。不透明區(qū)域42和44在不同于所預(yù)測(cè)的點(diǎn)的點(diǎn)處出現(xiàn)在光路22中將表示編碼器錯(cuò)誤，控制器38可基于檢測(cè)到不透明區(qū)域42和44出現(xiàn)在光路22中而做出合適的校正。可在楔形標(biāo)準(zhǔn)具26上的其它位置包括其它的不透明區(qū)域(未示出)。
在圖2A到圖2C中用圖形圖示了柵格標(biāo)準(zhǔn)具24、楔形標(biāo)準(zhǔn)具26以及由后面18和末端鏡14所定義外腔間的通帶關(guān)系，這些圖示出了外腔通帶PB1、柵格標(biāo)準(zhǔn)具通帶PB2和楔形標(biāo)準(zhǔn)具通帶PB3。在縱軸上示出相對(duì)增益，在橫軸上示出波長(zhǎng)。如圖所見(jiàn)，楔形標(biāo)準(zhǔn)具26的自由頻譜范圍(FSR所選信道)大于柵格標(biāo)準(zhǔn)具24的自由頻譜范圍(FSR柵格生成器)，后者又大于外腔的自由頻譜范圍(FSR腔)。外腔的通帶波峰PB1周期性地與由柵格標(biāo)準(zhǔn)具24的波長(zhǎng)柵格所定義的通帶PB2的中心波長(zhǎng)對(duì)齊。有一個(gè)楔形標(biāo)準(zhǔn)具26的通帶波峰PB3，其伸展在波長(zhǎng)柵格的所有通帶PB2之上。在圖2A-2C中示出的特定例子中，波長(zhǎng)柵格伸展在分隔開(kāi)0.5納米(nm)或62GHz的64個(gè)信道之上，最短波長(zhǎng)信道在1532nm處，而最長(zhǎng)波長(zhǎng)信道在1563.5nm處。
柵格標(biāo)準(zhǔn)具24和楔形標(biāo)準(zhǔn)具26的精細(xì)度確定了相鄰模式或信道的衰減。如上面所注意到的，精細(xì)度等于自由頻譜范圍除以半高全寬，或精細(xì)度＝FSR/FWHM。柵格標(biāo)準(zhǔn)具通帶PB2在半高處的寬度示出在圖2B中，而楔形標(biāo)準(zhǔn)具通帶PB3在半極大值處的寬度示出在圖2C中。柵格標(biāo)準(zhǔn)具24和楔形標(biāo)準(zhǔn)具26在外腔中的定位改善了邊模式抑制(side modesuppression)。
在圖3A-3C中用圖形圖示了在中心在1549.5nm處的信道與在1550nm處的相鄰信道之間對(duì)楔形標(biāo)準(zhǔn)具26的通帶PB3的調(diào)諧，其中示出了由柵格標(biāo)準(zhǔn)具24生成的信道的選擇以及相鄰信道或模式的衰減。為了清楚起見(jiàn)，圖3A-3C中省略了在圖2A-2C中示出的外腔通帶PB1。柵格標(biāo)準(zhǔn)具24選擇相應(yīng)于柵格信道間隔的外腔周期縱向模式，而丟棄相鄰的模式。楔形標(biāo)準(zhǔn)具26選擇波長(zhǎng)柵格中的特定信道并丟棄所有其它信道。對(duì)于在將近加減半個(gè)信道間隔的范圍內(nèi)的過(guò)濾器偏移，所選的信道或激光作用模式在某個(gè)特定的信道處不變。對(duì)于更大的信道偏移，激光作用模式則跳到下一個(gè)緊鄰信道上。
在圖3A中，楔形標(biāo)準(zhǔn)具通帶PB3中心在1549.5nm的柵格信道處。與在1549.5nm處的通帶PB2相關(guān)的相對(duì)增益較高，而與在1549.0nm和1550.0nm處緊鄰的通帶PB2相關(guān)的相對(duì)增益水平則相對(duì)于所選的1549.5nm信道而被抑制了。與在1550.5nm處和1548.5nm處的通帶PB2相關(guān)的增益則進(jìn)一步被抑制。虛線表示沒(méi)有楔形標(biāo)準(zhǔn)具26的抑制時(shí)通帶PB2的相對(duì)增益。
圖3B示出了在1549.5nm和1550.0nm處的信道間的位置處的楔形標(biāo)準(zhǔn)具通帶PB，這在信道切換期間出現(xiàn)。與在1549.5nm和1550.0nm處的通帶PB2相關(guān)的相對(duì)增益都較高，兩個(gè)信道中沒(méi)有一個(gè)被抑制。與在1549.0nm和1550.5nm處的通帶PB2相關(guān)的相對(duì)增益水平則相對(duì)于1549.5nm和1550.0nm的信道而被抑制了。虛線表示沒(méi)有楔形標(biāo)準(zhǔn)具26的抑制時(shí)通帶PB2的相對(duì)增益。
圖3C示出了中心在1550.0nm的柵格信道處的楔形標(biāo)準(zhǔn)具通帶PB3，與在1550.0nm處的通帶PB2相關(guān)的相對(duì)增益較高，而與在1549.5nm和1550.5nm處的通帶PB2相關(guān)的相對(duì)增益水平則相對(duì)于所選的1550.0nm信道被抑制了，并且與在1551.0nm和1549.0nm處的通帶PB2相關(guān)的增益則進(jìn)一步被抑制了。虛線也表示沒(méi)有楔形標(biāo)準(zhǔn)具26的抑制時(shí)通帶PB2的相對(duì)增益。
光學(xué)輸出組件23構(gòu)造成將來(lái)自增益介質(zhì)面18的輸出光耦合到光纖50中。在這點(diǎn)上，輸出組件23包括位于第二光路21中的光纖聚焦透鏡52，并通過(guò)光纖套圈(fiber ferrule)54而光耦合到光纖50上。第二準(zhǔn)直透鏡56光耦合到輸出面18并位于第二光路46中第二輸出面18與光纖聚焦透鏡52之間。光學(xué)隔離器58在第二光路46中位于第二準(zhǔn)直透鏡56之后及光纖聚焦透鏡52之前。
在圖1中所示的實(shí)施例中，光學(xué)輸出組件23、增益介質(zhì)12和第一準(zhǔn)直透鏡20都是熱控制模塊60的部分。在熱控制模塊60中，光學(xué)輸出組件23、增益介質(zhì)12、準(zhǔn)直透鏡20和“狗骨狀”安裝元件62都安裝在導(dǎo)熱基體64上?；w64連接或安裝到熱電控制器66上，熱電控制器66構(gòu)造成獨(dú)立或基本獨(dú)立于外腔激光器10的其它元件而來(lái)對(duì)模塊60進(jìn)行熱控制。柵格標(biāo)準(zhǔn)具24和末端鏡14在圖1中示為遠(yuǎn)離基體64定位并安裝到不同的基體68上。由模塊60提供的對(duì)所選光學(xué)元件使用熱控制，通過(guò)有選擇地僅僅加熱對(duì)對(duì)準(zhǔn)敏感的重要光學(xué)元件和光學(xué)表面，而降低操作裝置10的功率要求。
增益介質(zhì)12(和面16、18)以及準(zhǔn)直透鏡20、56和光纖聚焦透鏡52的表面，代表了裝置10的許多對(duì)對(duì)準(zhǔn)敏感的重要光學(xué)表面，而且增益介質(zhì)12和透鏡20、52、56包括在熱控制模塊60中并安裝到溫度控制基體64之上，以允許對(duì)這些元件的精確熱控制，而不用對(duì)裝置10中的其它元件進(jìn)行不必要的熱控制。位于基體68上的末端鏡14和柵格標(biāo)準(zhǔn)具24與熱控制模塊60中的導(dǎo)熱基體64熱隔離或基本上熱隔離，使得經(jīng)由導(dǎo)熱基體對(duì)增益介質(zhì)12、準(zhǔn)直器20和輸出組件23的熱控制不會(huì)涉及對(duì)末端鏡14和柵格標(biāo)準(zhǔn)具的直接、有意的熱控制。由驅(qū)動(dòng)元件36和編碼器40提供的調(diào)諧組件可安裝到基體68上，由此相對(duì)基體64熱隔離?？刂破?8可類似地安裝到基體68上。
在一些實(shí)施例中需要由單獨(dú)的熱電控制器(未示出)來(lái)對(duì)柵格標(biāo)準(zhǔn)具24單獨(dú)提供熱控制。在其它實(shí)施例中，柵格標(biāo)準(zhǔn)具24可如下面進(jìn)一步描述地包括在導(dǎo)熱基體64上。應(yīng)考慮到在一些情況下，模塊60的加熱或冷卻可通過(guò)輻射熱傳遞或經(jīng)由在下面的共同基底(未示出)的無(wú)意熱傳導(dǎo)，而導(dǎo)致對(duì)激光器裝置10的其它部分的間接熱化，所述共同基底支持基體68和熱電控制器66。
更具體地參考圖4和圖5，可見(jiàn)熱控制模塊60允許將激光器輸出元件置于基體64上，基體64不同于基體68或支持其它外腔激光器元件的基體并與其分開(kāi)。熱控制模塊60包括安裝到激光器光學(xué)輸出組件基體68上的以下部分有輸出面16、18的二極管發(fā)射芯片(增益介質(zhì))12，準(zhǔn)直透鏡20、56分別光耦合到面16、18上；狗骨狀導(dǎo)熱組件62；熱敏電阻70；光學(xué)隔離器58；光纖聚焦透鏡52；和光纖套圈54。圖4還示出了用于向模塊60提供功率的電線72。
模塊60的基體64粘接到熱電控制器66，熱電控制器66經(jīng)由熱敏電阻70監(jiān)視基體64的溫度并對(duì)基體64以及其上的以下元件提供熱控制增益介質(zhì)、準(zhǔn)直器20和56、光纖聚焦透鏡52、光纖套圈54和光學(xué)隔離器58。增益介質(zhì)面16、18以及準(zhǔn)直器20、56和透鏡52的表面，給出了激光器裝置10的對(duì)對(duì)準(zhǔn)敏感的幾個(gè)更重要光學(xué)表面，并且將所有這些元件包括在單個(gè)熱控制基體64上允許對(duì)這些元件的集體溫度控制，以防止由于熱不一致的光學(xué)對(duì)準(zhǔn)問(wèn)題。
基體64和狗骨狀安裝件62理想地包括高導(dǎo)熱性的材料，例如金屬、金屬氧化物、金屬氮化物、金屬碳化物、或這些的合金、混合物(blend或mixture)或化合物。在某些實(shí)施例中，基體64和安裝元件62包括氮化鋁、碳化硅或碳化硅混合物(合金)。安裝元件62和基體64構(gòu)造成增益介質(zhì)12通過(guò)安裝元件62而熱耦合到基體64?；w64和安裝元件62可與增益介質(zhì)12在CTE(熱膨脹系數(shù))上匹配。
光纖套圈54、光學(xué)隔離器58、安裝元件62以及透鏡20、52和56優(yōu)選地通過(guò)導(dǎo)熱粘接劑或焊接劑安裝或連接到基體64上，所述粘接劑或焊接劑可以與每個(gè)具體元件是CTE匹配的。增益介質(zhì)12用導(dǎo)熱粘接劑或焊接劑以相似的方式連接到安裝件62上，所述粘接劑或焊接劑可以與增益介質(zhì)12和安裝元件62是CTE匹配的。安裝元件62、光纖套圈54以及透鏡20、52和56可以構(gòu)造和配置成能改善與基體64的熱接觸。在這點(diǎn)上，透鏡20、52和56可裝在合適的導(dǎo)熱殼中以改善與基體64的熱接觸。基體64類似地可包括凹槽、凹口或其它表面特征(未示出)，以優(yōu)化與前述元件的熱接觸。本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的各種其它熱控制設(shè)想都可在以下操作中使用將元件62、光纖套圈54以及透鏡20、52和56安裝到基體64上；將基體64耦合到熱電控制器66；以及將熱敏電阻70耦合到基體64和熱電控制器66。
更具體地參考圖5，粘接墊74包括在狗骨狀安裝元件62的一端上，安裝元件62支持電導(dǎo)體76。導(dǎo)體76耦合到安裝件62上的第二粘接墊78。粘接墊78上的導(dǎo)體80耦合到增益介質(zhì)12上表面上的電極82上。導(dǎo)體84耦合到增益介質(zhì)下表面上的電極上(未示出)，以允許以傳統(tǒng)的方式將驅(qū)動(dòng)電流傳導(dǎo)到增益介質(zhì)12。
再參考圖1以及圖4和圖5，在激光器裝置10的操作中，驅(qū)動(dòng)電流施加到增益介質(zhì)12上，增益介質(zhì)12從涂覆有防反射涂層的面16沿著通路22發(fā)射相干光束到末端鏡14，末端鏡14提供對(duì)增益介質(zhì)12的光學(xué)反饋，增益介質(zhì)12輸出另一相干光束穿過(guò)輸出組件23進(jìn)入光纖50。楔形標(biāo)準(zhǔn)具26可相對(duì)光路22移動(dòng)以按上述方式調(diào)諧激光器的輸出。在泵激增益介質(zhì)12期間，熱電控制器66冷卻基體64以抵消由增益介質(zhì)12在操作時(shí)生成的熱。因?yàn)樵鲆娼橘|(zhì)12、準(zhǔn)直器20和輸出組件23經(jīng)由基體64而熱耦合到熱電控制器66，所以增益介質(zhì)12、準(zhǔn)直器20和輸出組件23的溫度不變或基本不變，由此防止了耦合到基體64上的元件由于熱波動(dòng)而產(chǎn)生的不對(duì)準(zhǔn)或不一致。在激光器操作期間經(jīng)由基體64和熱電控制器66對(duì)增益介質(zhì)12的冷卻還有助于避免輸出面16上的防反射涂層(未示出)的降解和老化。
當(dāng)外腔激光器10未使用時(shí)，增益介質(zhì)12、準(zhǔn)直器20和輸出組件23可通過(guò)熱電控制器66和基體64而維持在不變的溫度處，使得模塊60上的各個(gè)光學(xué)表面溫度高于外腔激光器的外圍部分的溫度。在斷電期間保持模塊60上元件的較高溫度有助于避免在模塊中重要光學(xué)表面上凝聚水氣或揮發(fā)性有機(jī)化合物，而如果允許模塊的元件冷卻下來(lái)就會(huì)發(fā)生在重要光學(xué)表面上凝聚水氣或揮發(fā)性有機(jī)化合物的現(xiàn)像。與本申請(qǐng)一起遞交的發(fā)明人為Sell等人、題為“隔離密封的外腔激光器系統(tǒng)和方法(HermetcallySealed External Cavity Laser System and Method)”的美國(guó)專利申請(qǐng)Ser.No.09/900,423中描述了在隔離密封的容器中對(duì)外腔激光器的所選光學(xué)元件有選擇的加熱，這里通過(guò)引用而結(jié)合了該申請(qǐng)。
通過(guò)將各種其它光學(xué)元件安裝到基體64或根據(jù)本發(fā)明的其它熱控制基體上，可使各種其它光學(xué)元件受到選擇性的熱控制。圖6是光學(xué)熱控制模塊86的另一個(gè)實(shí)施例的示意圖，其中相似的標(biāo)號(hào)用來(lái)指示相似的部分。在圖6的實(shí)施例中，柵格標(biāo)準(zhǔn)具24安裝到基體64上而非激光器外腔中的其它位置，并通過(guò)基體64而熱耦合到熱電控制器66。如圖所示，柵格標(biāo)準(zhǔn)具24可在第二光路21中位于第二準(zhǔn)直透鏡56之后和光學(xué)隔離器58之前，或者在光學(xué)隔離器58之后和光纖聚焦透鏡54之前。通過(guò)導(dǎo)熱基體64和熱電控制器66來(lái)將柵格標(biāo)準(zhǔn)具24熱控制在所選的固定溫度處，能保持柵格標(biāo)準(zhǔn)具的頻率柵格不變，并保持柵格標(biāo)準(zhǔn)具24的表面相對(duì)光路21的優(yōu)化對(duì)準(zhǔn)。或者柵格標(biāo)準(zhǔn)具24可位于其它地方，例如如圖1所示的在第一光路22中，并如上所考慮的受到單獨(dú)的熱控制。
圖6的熱控制模塊86還包括粗分光計(jì)(coarse spectrometer)88，其安裝到導(dǎo)熱基體64上并通過(guò)基體64熱耦合到熱電控制器66。粗分光計(jì)88用于本發(fā)明的、要求到光纖50的光學(xué)輸出的波長(zhǎng)特性的實(shí)施例中，例如在用于測(cè)試和測(cè)量目的的外腔激光器中。粗分光計(jì)88安裝到導(dǎo)熱基體64上，并在光路21中位于隔離器58之后和光纖聚焦透鏡52之前?；蛘叽址止庥?jì)88可在光路21中位于準(zhǔn)直透鏡56之后和隔離器58之前。
雖然已經(jīng)參考其中的具體實(shí)施例描述了本發(fā)明，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解在不偏離本發(fā)明的真正精神和范圍的前提下可進(jìn)行各種修改及用等同物替換。此外，可對(duì)本發(fā)明的目的、精神和范圍做許多修改以適應(yīng)具體的情況、材料、物質(zhì)成分、工藝、工藝步驟或步驟。所有這些修改都在權(quán)利要求的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種激光器裝置，包括(a)增益介質(zhì)，具有第一和第二輸出面；(b)反射器，所述反射器和所述第一輸出面定義外腔；(c)光學(xué)輸出組件，光耦合到所述第二輸出面；(d)導(dǎo)熱基體，所述增益介質(zhì)和所述光學(xué)輸出組件安裝到所述導(dǎo)熱基體上；(e)熱電控制器，連接到所述導(dǎo)熱基體，所述增益介質(zhì)和所述光學(xué)輸出組件構(gòu)造成經(jīng)由通過(guò)所述基體的熱傳導(dǎo)而被所述熱電控制器熱控制；和(f)所述反射器位于遠(yuǎn)離所述導(dǎo)熱基體和所述熱電控制器的位置。
2.如權(quán)利要求1所述的激光器裝置，其中所述導(dǎo)熱基體具有與所述增益介質(zhì)的匹配的熱膨脹系數(shù)。
3.如權(quán)利要求1所述的激光器裝置，還包括(a)信道選擇器；(b)調(diào)諧組件，可操作地耦合到所述信道選擇器上并構(gòu)造成用來(lái)調(diào)節(jié)所述信道選擇器；(c)所述信道選擇器和所述調(diào)諧組件位于遠(yuǎn)離所述導(dǎo)熱基體的位置。
4.如權(quán)利要求1所述的激光器裝置，還包括光耦合到所述第一輸出面的第一準(zhǔn)直透鏡，所述第一準(zhǔn)直透鏡安裝到所述導(dǎo)熱基體上并構(gòu)造成由通過(guò)所述基體的熱傳導(dǎo)而被所述熱電控制器熱控制。
5.如權(quán)利要求1所述的激光器裝置，其中所述輸出組件包括光耦合到所述第二輸出面上的第二準(zhǔn)直透鏡。
6.如權(quán)利要求4所述的激光器裝置，其中所述光學(xué)輸出組件還包括光學(xué)隔離器，所述光學(xué)隔離器光耦合到所述第二準(zhǔn)直透鏡。
7.如權(quán)利要求4所述的激光器裝置，其中所述光學(xué)輸出組件還包括光纖聚焦透鏡，所述光纖聚焦透鏡光耦合到所述光學(xué)隔離器和光纖。
8.如權(quán)利要求1所述的激光器裝置，還包括熱敏電阻，可操作地耦合到所述導(dǎo)熱基體和所述熱電控制器。
9.如權(quán)利要求1所述的激光器裝置，還包括柵格標(biāo)準(zhǔn)具，所述柵格標(biāo)準(zhǔn)具安裝到所述導(dǎo)熱基體上。
10.如權(quán)利要求4所述的激光器裝置，其中所述光學(xué)輸出組件還包括粗分光計(jì)，所述粗分光計(jì)安裝到所述導(dǎo)熱基體上。
11.如權(quán)利要求1所述的激光器裝置，其中所述增益介質(zhì)、所述光學(xué)輸出組件、所述導(dǎo)熱基體和所述熱電控制器被隔離密封在惰性氣體中。
12.如權(quán)利要求1所述的激光器裝置，其中所述導(dǎo)熱基體包括從氮化鋁、碳化硅和碳化硅/氮化鋁合金中選擇的一種材料。
13.如權(quán)利要求3所述的激光器裝置，其中所述反射器、所述信道選擇器和所述調(diào)諧組件安裝到不同的第二基體上。
14.一種外腔激光器裝置，包括(a)增益介質(zhì)，具有第一和第二輸出面，所述增益介質(zhì)從所述第一輸出面沿著第一光路發(fā)射第一相干光束，從所述第二輸出面沿著第二光路發(fā)射第二相干光束；(b)末端鏡，位于所述第一光路中，所述末端鏡和所述第一輸出面定義外腔；(c)光學(xué)輸出組件，位于所述第二光路中；(d)導(dǎo)熱基體，所述增益介質(zhì)和所述光學(xué)輸出組件安裝到所述導(dǎo)熱基體上；(e)熱電控制器，連接到所述導(dǎo)熱基體，所述增益介質(zhì)和所述光學(xué)輸出組件通過(guò)所述導(dǎo)熱基體而熱耦合到所述熱電控制器；和(f)所述末端鏡，與所述熱電控制器熱隔離。
15.如權(quán)利要求14所述的外腔激光器裝置，其中所述導(dǎo)熱基體具有與所述增益介質(zhì)匹配的熱膨脹系數(shù)。
16.如權(quán)利要求14所述的外腔激光器裝置，還包括(a)信道選擇器，在所述第一光路中位于所述第一輸出面和所述末端鏡之間；(b)調(diào)諧組件，可操作地耦合到所述信道選擇器并構(gòu)造成用來(lái)調(diào)節(jié)所述信道選擇器；和(c)所述信道選擇器和所述調(diào)諧組件與所述導(dǎo)熱基體和所述熱電控制器熱隔離。
17.如權(quán)利要求16所述的外腔激光器裝置，其中(a)所述信道選擇器包括楔形標(biāo)準(zhǔn)具；以及(b)所述調(diào)諧組件包括步進(jìn)電機(jī)，所述步進(jìn)電機(jī)構(gòu)造成對(duì)所述第一光路中的所述楔形標(biāo)準(zhǔn)具進(jìn)行位置調(diào)節(jié)。
18.如權(quán)利要求17所述的外腔激光器裝置，其中所述調(diào)諧組件還包括光學(xué)編碼器，所述光學(xué)編碼器構(gòu)造成用來(lái)監(jiān)控所述步進(jìn)電機(jī)和所述楔形標(biāo)準(zhǔn)具的定位。
19.如權(quán)利要求14所述的外腔激光器裝置，還包括第一準(zhǔn)直透鏡，位于所述第一光路中并靠近所述第一輸出面，所述第一準(zhǔn)直透鏡安裝到所述導(dǎo)熱基體上并通過(guò)所述導(dǎo)熱基體而熱耦合到所述熱電控制器。
20.如權(quán)利要求14所述的外腔激光器裝置，其中所述光學(xué)輸出組件包括(a)光纖聚焦透鏡，位于所述第二光路中并光耦合到光纖；(b)第二準(zhǔn)直透鏡，在所述第二光路中位于所述第二輸出面和所述光纖聚焦透鏡之間；(c)光學(xué)隔離器，在所述第二光路中位于所述第二準(zhǔn)直透鏡之后和所述光纖聚焦透鏡之前。
21.如權(quán)利要求20所述的外腔激光器裝置，還包括柵格標(biāo)準(zhǔn)具，安裝到所述導(dǎo)熱基體上并熱耦合到所述熱電控制器，所述柵格標(biāo)準(zhǔn)具在所述第二光路中位于所述第二準(zhǔn)直透鏡之后。
22.如權(quán)利要求20所述的外腔激光器裝置，還包括粗分光計(jì)，安裝到所述導(dǎo)熱基體上并熱耦合到所述熱電控制器，所述粗分光計(jì)在所述第二光路中位于所述第二準(zhǔn)直透鏡之后。
23.一種外腔激光器裝置，包括(a)增益介質(zhì)，具有第一和第二輸出面，所述增益介質(zhì)從所述第一輸出面沿著第一光路發(fā)射第一相干光束，從所述第二輸出面沿著第二光路發(fā)射第二相干光束；(b)末端鏡，位于所述第一光路中，所述末端鏡和所述第一輸出面定義外腔；(c)光學(xué)輸出組件，位于所述第二光路中；(d)導(dǎo)熱基體，所述增益介質(zhì)和所述光學(xué)輸出組件安裝到所述導(dǎo)熱基體上；(e)熱電控制器，連接到所述導(dǎo)熱基體，所述增益介質(zhì)和所述光學(xué)輸出組件通過(guò)所述基體而熱耦合到所述熱電控制器；和(f)所述末端鏡，定位成允許所述熱電控制器獨(dú)立于所述末端鏡對(duì)所述增益介質(zhì)和所述光學(xué)輸出組件進(jìn)行熱控制。
24.如權(quán)利要求23所述的外腔激光器裝置，還包括(a)信道選擇器，在所述第一光路中位于所述第一輸出面和所述末端鏡之間；(b)調(diào)諧組件，可操作地耦合到所述信道選擇器上并構(gòu)造成用來(lái)調(diào)節(jié)所述信道選擇器；和(c)所述信道選擇器和所述調(diào)諧組件定位成允許所述熱電控制器獨(dú)立于所述信道選擇器和所述調(diào)諧組件而對(duì)所述增益介質(zhì)和所述光學(xué)輸出組件進(jìn)行熱控制。
25.一種激光器裝置，包括(a)增益介質(zhì)，具有第一和第二輸出面；(b)末端鏡，光耦合到所述第一輸出面；(c)光學(xué)輸出組件，光耦合到所述第二輸出面；(d)第一基體，所述第一基體是導(dǎo)熱的，所述增益介質(zhì)和所述光學(xué)輸出組件安裝到所述第一基體上；(e)熱電控制器，連接到所述第一基體，所述增益介質(zhì)和所述光學(xué)輸出組件構(gòu)造成經(jīng)由通過(guò)所述第一基體的熱傳導(dǎo)而被所述熱電控制器熱控制；和(f)第二基體，所述末端鏡位于所述第二基體上并與所述熱電控制器熱隔離。
26.一種激光器裝置，包括(a)增益介質(zhì)，具有第一和第二輸出面；(b)末端鏡，光耦合到所述第一輸出面；(c)熱電控制器，熱耦合到所述增益介質(zhì)并構(gòu)造成獨(dú)立于所述末端鏡來(lái)熱控制所述增益介質(zhì)。
27.如權(quán)利要求26所述的激光器裝置，還包括光學(xué)輸出組件，光耦合到所述第二輸出面并熱耦合到所述熱電控制器，所述熱電控制器構(gòu)造成用來(lái)熱控制所述光學(xué)輸出組件。
28.一種選擇性地冷卻激光器裝置的方法，包括(a)提供具有第一和第二輸出面的增益介質(zhì)、光耦合到所述第一輸出面的末端鏡和光耦合到所述第二輸出面的光學(xué)輸出組件；以及(b)獨(dú)立于所述末端鏡而對(duì)所述增益介質(zhì)和所述光學(xué)輸出組件進(jìn)行熱控制。
29.如權(quán)利要求28所述的方法，其中所述熱控制包括(a)將所述增益介質(zhì)和所述光學(xué)輸出組件安裝到第一導(dǎo)熱基體上，所述第一導(dǎo)熱基體耦合到熱電控制器；以及(b)將所述末端鏡安裝到第二基體上，所述第二基體與所述第一基體和所述熱電控制器熱隔離。
30.一種激光器裝置，包括(a)增益介質(zhì)；(b)反射器，所述反射器和所述增益介質(zhì)的一個(gè)輸出面定義激光器外腔；和(c)用于向所述增益介質(zhì)提供獨(dú)立于所述反射器的選擇性熱控制的裝置。
31.如權(quán)利要求30所述的激光器裝置，還包括(a)光學(xué)輸出組件，光耦合到所述增益介質(zhì)；和(b)裝置，用于向所述光學(xué)輸出組件提供獨(dú)立于所述反射器的選擇性熱控制。
32.如權(quán)利要求31所述的激光器裝置，其中用于提供選擇性熱控制的所述裝置包括(a)導(dǎo)熱基體，所述增益介質(zhì)和所述光學(xué)輸出組件安裝到所述導(dǎo)熱基體上；和(e)熱電控制器，連接到所述導(dǎo)熱基體上，所述增益介質(zhì)和所述光學(xué)輸出組件構(gòu)造成經(jīng)由通過(guò)所述基體的熱傳導(dǎo)而被所述熱電控制器熱控制。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種激光器裝置，其中增益介質(zhì)和光學(xué)輸出模塊安裝到共同的導(dǎo)熱基體上，所述導(dǎo)熱基體對(duì)基體上的增益介質(zhì)和光學(xué)輸出模塊提供選擇性熱控制，而避免了對(duì)其它激光器元件的不必要的熱控制。本發(fā)明還公開(kāi)了一種方法，用于選擇性地冷卻激光器裝置的增益介質(zhì)和輸出元件。
文檔編號(hào)H01S5/06GK1531768SQ02813671
公開(kāi)日2004年9月22日 申請(qǐng)日期2002年7月5日 優(yōu)先權(quán)日2001年7月6日
發(fā)明者安德魯·約翰·戴貝爾, 安德魯 約翰 戴貝爾 申請(qǐng)人:英特爾公司