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包括外部光學(xué)反饋組件的經(jīng)頻率轉(zhuǎn)換的激光源中的相位調(diào)制的制作方法

文檔序號:6987801閱讀:245來源:國知局
專利名稱:包括外部光學(xué)反饋組件的經(jīng)頻率轉(zhuǎn)換的激光源中的相位調(diào)制的制作方法
包括外部光學(xué)反饋組件的經(jīng)頻率轉(zhuǎn)換的激光源中的相位調(diào)
制相關(guān)申請的交叉引用本申請要求2009年4月7日提交的美國申請No. 12/419,572的優(yōu)先權(quán)。背景本公開涉及經(jīng)頻率轉(zhuǎn)換的激光源,且尤其涉及配置成用于低水平光學(xué)反饋的經(jīng)頻率轉(zhuǎn)換的激光源及其控制方法。

發(fā)明內(nèi)容
盡管本公開的各概念不限于在光譜的任意特定部分中操作的激光器,然而在本文中頻繁地引用倍頻綠色激光器,其中二極管頂源的波長波動(dòng)一般產(chǎn)生經(jīng)頻率轉(zhuǎn)換的綠色輸出功率的波動(dòng)。這種波動(dòng)通常歸因于經(jīng)頻率轉(zhuǎn)換的激光器中使用的波長轉(zhuǎn)換器件(典型地是周期性極化鈮酸鋰(PPLN)SHG晶體)的相對較窄的光譜接受曲線。如果上述經(jīng)頻率轉(zhuǎn)換的激光器用在例如掃描投影儀中,則功率波動(dòng)可產(chǎn)生不可接受的圖像偽影。對于當(dāng)激光器包括二區(qū)段或三區(qū)段DBR激光器的激光器時(shí)的特定情況,激光腔由在激光器芯片一側(cè)上的相對較高反射率的布拉格反射鏡和激光器芯片另一側(cè)上的相對較低反射率涂層 (0. 5-5%)限定。這種配置的所得往返損耗曲線與布拉格反射鏡的光譜反射率曲線成反比。而且,激光器僅選擇稱為腔模式的離散數(shù)量的波長。當(dāng)芯片工作時(shí),其溫度改變,因此半導(dǎo)體材料的折射率改變,使腔模式相對于布拉格反射曲線移位。一旦當(dāng)前的主腔模式離開布拉格反射曲線的峰值太遠(yuǎn),激光器就切換到最接近布拉格反射曲線的峰值的模式,因?yàn)樵撃J綄?yīng)于最低損耗——稱為模式跳變的現(xiàn)象。模式跳變可產(chǎn)生輸出功率的突然變化,并將經(jīng)常產(chǎn)生所投影圖像的稍亮和稍暗區(qū)域之間的可見邊界,因?yàn)槟J教儍A向于出現(xiàn)在所投影圖像內(nèi)的特定位置處。有時(shí),既使當(dāng)激光器離開布拉格反射峰超過一個(gè)自由光譜范圍時(shí)激光器繼續(xù)在特定的腔模式下發(fā)射——很可能與腔中的空間燒孔和電子光子動(dòng)力學(xué)有關(guān)的現(xiàn)象。這導(dǎo)致兩個(gè)或更多腔模式間隔的模式跳變以及相應(yīng)的不可接受的大輸出功率變化。根據(jù)本公開的主題,提供激光器配置和相應(yīng)的操作方法以解決經(jīng)頻率轉(zhuǎn)換的激光源中這些和其它類型的功率變化。根據(jù)本公開的一個(gè)實(shí)施例,提供一種控制經(jīng)頻率轉(zhuǎn)換的激光源的方法,其中激光源包括激光腔、外部光學(xué)反饋組件、波長選擇組件以及波長轉(zhuǎn)換器件,該方法包括利用相位控制信號驅(qū)動(dòng)激光腔的相位區(qū)段,該相位控制信號包括足以在光譜域中移位腔模式的調(diào)制分量,使得在調(diào)制相位控制信號時(shí)為激光腔建立在若干不同腔模式下的連續(xù)激光發(fā)射。構(gòu)想到另外一些實(shí)施例。附圖簡述本發(fā)明的特定實(shí)施例的以下詳細(xì)描述可在結(jié)合以下附圖閱讀時(shí)被最好地理解,在附圖中相同的結(jié)構(gòu)使用相同的附圖標(biāo)記指示,而且在附圖中

圖1是包括DBR激光二極管和呈現(xiàn)為分色鏡的外部光學(xué)反饋組件的經(jīng)頻率轉(zhuǎn)換的激光源的示意圖2是經(jīng)頻率轉(zhuǎn)換的激光源的一般化示意圖;圖3示出根據(jù)本公開的激光系統(tǒng)的往返延伸腔光譜反射曲線;以及圖4是具有最高往返反射率的延伸腔模式的波長因變于二極管腔諧振移位的圖。詳細(xì)描述首先參照圖1,根據(jù)本公開的一個(gè)實(shí)施例,經(jīng)頻率轉(zhuǎn)換的激光源100包括以DBR激光二極管10形式呈現(xiàn)的激光腔、呈現(xiàn)為部分反射鏡20的外部光學(xué)反饋組件、呈現(xiàn)為波導(dǎo) PPLN晶體40的波長轉(zhuǎn)換器件以及耦合光學(xué)器件50。盡管本公開討論特例,在該特例中激光源100包括用作頂泵源的三區(qū)段DBR激光二極管10以及用于將頻率翻倍至綠色波長范圍的波導(dǎo)PPLN晶體40,但應(yīng)注意本公開的概念可同樣適用于各種經(jīng)頻率轉(zhuǎn)換的激光器配置,包括但不限于利用二次諧波發(fā)生(SHG)之外的頻率轉(zhuǎn)換的配置。本公開的概念還可適用于除激光掃描投影儀外的各種應(yīng)用。圖2是經(jīng)頻率轉(zhuǎn)換的激光源100’的更一般化示意圖,其包括激光腔10’、外部光學(xué)反饋組件20’和波長轉(zhuǎn)換器件40’。激光腔10’包括增益區(qū)段11’、相位區(qū)段13’和介于相對較高反射率的后反射器12’和相對較低反射率的輸出反射器14’之間的波長選擇DBR 區(qū)段15’。來自激光腔10’的光的一部分沿輸出路徑Ll穿過輸出反射器14’發(fā)射,而其余的光在激光腔10’中來回反射,每次都穿過增益區(qū)段11’的增益介質(zhì)。外部光學(xué)反饋組件 20’沿激光源100的光程從輸出反射器14’移位,且配置成通過沿返回路徑L2部分反射所發(fā)射的光Ll使其穿過輸出反射器14’至激光腔10’來形成延伸腔16’。輸出和返回路徑 L1、L2通常將是共線的,但為了清楚而示為單獨(dú)的光程。分析如圖1所示的三反射鏡腔的一種方式包括計(jì)算系統(tǒng)的往返損耗和腔模式??赏ㄟ^將系統(tǒng)視為由一側(cè)上的激光器的后反射器以及另一側(cè)上的激光輸出面和外部反饋光學(xué)組件形成的法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)器形成,來獲得往返損耗。然后從DBR激光器后反射器的光譜反射曲線和通常為光譜周期函數(shù)的法布里-珀羅反射率曲線的乘積給出的往返反射率的逆來獲得系統(tǒng)的總損耗。結(jié)果在圖3中示出。通過確定可形成駐波的波長(即往返光波相位變化為2 π的波長)來計(jì)算腔模式。此處,計(jì)算還包括將有效反射鏡系統(tǒng)視為由一側(cè)上的DBR激光器后反射鏡和另一側(cè)上的外部法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)器形成。結(jié)果取決于很多參數(shù),諸如反射鏡的反射率及其間隔。可示出,當(dāng)外部反饋光學(xué)組件的反射率大于激光輸出面的反射率時(shí),系統(tǒng)的模式結(jié)構(gòu)由延伸腔支配,導(dǎo)致與不具有外部反饋光學(xué)組件的激光腔相比模式之間的光譜距離(也稱為系統(tǒng)的自由光譜范圍)顯著變小??傊ㄟ^在系統(tǒng)中增加外部反饋反射鏡,自由光譜范圍減小,且較小光譜幅度的模式跳變成為可能。而且,當(dāng)外部反射鏡反射率相對接近激光器輸出面之一時(shí),圖3所示的調(diào)制對比接近100%。結(jié)果,當(dāng)激光腔內(nèi)的材料的折射率開始變化時(shí),當(dāng)前操作(激光發(fā)射)腔模式將在光譜域中移動(dòng),但外部法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)器的反射率峰將不會(huì)移動(dòng)從而損耗將從最小值快速地變化到接近100%的值。因?yàn)閾p耗變得非常高,激光器將切換(跳變) 到具有較低損耗的模式。增加外部腔于是導(dǎo)致光譜域中較小幅度的模式跳變。為了放大該現(xiàn)象,本領(lǐng)域的技術(shù)人員可調(diào)制施加到相位區(qū)段的電流,以便連續(xù)改變該區(qū)段的折射率,因此形成高頻低幅模式跳變。根據(jù)本文所述的方法,利用增益信號驅(qū)動(dòng)激光腔10’的增益區(qū)段11’,該增益信號包括數(shù)據(jù)分量,該數(shù)據(jù)分量相對較慢且不一定是周期性的,而激光腔10’的相位區(qū)段13’由包括相位調(diào)制分量的相位控制信號驅(qū)動(dòng),該相位調(diào)制分量較快且是周期性的。例如但不作為限制,增益信號的數(shù)據(jù)分量可表示視頻信號的視頻內(nèi)容,而相位控制信號的相位調(diào)制分量可以是頻率高于圖像像素頻率的恒幅正弦調(diào)制。相位調(diào)制分量的特征是調(diào)制幅度小^足以在光譜域中移位腔模式,使得當(dāng)調(diào)制相位控制信號時(shí)連續(xù)地建立激光腔10’的若干不同腔模式的激光發(fā)射。更具體地,參考圖1,其中DBR激光器10包括增益區(qū)段11、相位區(qū)段13和波長選擇DBR區(qū)段15,低反射率反射鏡20位于PPLN晶體40之后以主要傳送綠光并反射部分其余的頂泵。DBR激光腔10的DBR區(qū)段15提供光譜選擇性。DBR激光腔10的相位區(qū)段13 — 般不提供增益,但允許調(diào)制光相位或有效的腔長度??捎孟鄬^低反射率涂層涂覆激光器 10的前面以形成輸出反射器14??稍趦蓚?cè)上對PPLN晶體40進(jìn)行角度拋光,并且可對其進(jìn)行針對綠光和頂波長的AR涂覆。為了簡化配置,一個(gè)方便的選項(xiàng)是使用具有面向DBR激光器10的有角度輸入面和部分反射的非有角度輸出面的PPLN晶體。圖3示出根據(jù)上述方法獲得的往返延伸腔光譜反射曲線的一個(gè)示例。為了完整性,注意圖3的曲線已進(jìn)行歸一化,使得最大反射等于1. 0。又參考圖1,注意圖3的曲線是利用DBR區(qū)段15獲得的,該DBR區(qū)段15具有的全寬度半最大值(FWHM)光譜帶寬為0. 4nm、 輸出反射器反射率為2.5%、再循環(huán)頂功率約為15% (包括DBR激光器和PPLN波導(dǎo)之間的耦合損耗,但忽略由于SHG引起的非線性損耗)、DBR激光腔長度為3mm(無延伸腔的光譜范圍為0. 06nm)、以及延伸腔長度為44mm。由圖3中的曲線表示的反射率調(diào)制的頻率取決于延伸腔的長度,且深度(對比度) 取決于輸出反射器14的反射率和外部光學(xué)反饋組件20的反射率之比。當(dāng)該比接近一時(shí), 對比度接近100%。曲線上的實(shí)點(diǎn)表示與延伸腔模式對應(yīng)的波長,這可從光波的往返相位變化等于2π的整數(shù)倍的條件來計(jì)算出。典型地,盡管二極管激光器可同時(shí)在多個(gè)腔模式下操作,但當(dāng)激光器切換至導(dǎo)通時(shí),它將選擇具有最低損耗的模式并在該模式下操作,即在圖 3中由圓點(diǎn)指示的模式。當(dāng)通過調(diào)制相位控制信號來改變激光腔的有效長度時(shí),圖3中的曲線停留在適當(dāng)位置上,因?yàn)槠湓诓ㄩL域中的位置由輸出反射器14和外部光學(xué)反饋組件20之間的固定距離確定。然而,如圖3中的實(shí)點(diǎn)所指示的,延伸腔模式的相應(yīng)位置將沿共同方向移位,且圖中的一些點(diǎn)沿曲線的傾斜部分向上移動(dòng)而一些點(diǎn)向下移動(dòng)。由圓實(shí)點(diǎn)表示的最初在峰值往返反射處或其附近的模式將向下移動(dòng),指示該模式的損耗增加。在一些點(diǎn)處,激光器將切換到具有較高往返反射率或較低往返損耗的另一種模式,導(dǎo)致模式跳變。圖4是具有最高往返反射率(最低損耗)的延伸腔模式的波長因變于二極管腔諧振移位的圖。為了簡化,假設(shè)在新的延伸腔模式變?yōu)樽畹蛽p耗模式之后立即發(fā)生模式跳變, 圖表表示這一激光器的輸出波長的演變。事實(shí)上,由于諸如空間燒孔和光子-電子動(dòng)力學(xué)之類的現(xiàn)象,最初選擇的低損耗模式可比所示持續(xù)更長時(shí)間,甚至在它不再是低損耗模式之后。比較本文所述的具有和不具有延伸腔的激光源,注意,當(dāng)不具有延伸腔的激光源中有效腔長度變化時(shí),最初選擇的低損耗模式通常跟隨移位腔諧振,直到激光器跳變至最接近布拉格反射峰的另一諧振。不幸的是,新模式通常與舊模式分離一個(gè)光譜范圍以上。對于采用本文所述的延伸腔的激光源,當(dāng)調(diào)制相位控制信號時(shí),操作模式可沿有效反射率曲線快速向下移動(dòng),并在顯著偏離布拉格反射峰之前強(qiáng)制激光器選擇新的操作模式。如此,新模式在波長上非常接近原始模式,且很少會(huì)遠(yuǎn)離超過不具有外部反射鏡的激光腔的一個(gè)自由光譜范圍。因此,即使調(diào)制相位控制信號以激勵(lì)模式跳變,操作波長將維持接近布拉格反射峰且將僅導(dǎo)致波長轉(zhuǎn)換器件的輸出功率中的小變化。再次參考圖2中示意性示出的激光源100’,在實(shí)施本文所述的方法時(shí),注意,由后反射器12’和外部光學(xué)反饋組件20’限定的延伸激光腔16’可配置成通過確??稍诩す馇?6’的波長選擇DBR區(qū)段15’的反射峰的FWHM光譜帶寬內(nèi)并且在波長轉(zhuǎn)換器件40’的 FWHM轉(zhuǎn)換帶寬內(nèi)建立以若干不同的腔模式的激光發(fā)射,來優(yōu)化輸出穩(wěn)定性。為此,可將外部腔配置成使得若干周期性法布里-珀羅諧振落在激光腔16’的波長選擇組件的反射峰的 FffHM光譜帶寬內(nèi)并且在波長轉(zhuǎn)換器件40,的FWHM轉(zhuǎn)換帶寬內(nèi)。例如而非作為限制,在激光腔16’的波長選擇DBR區(qū)段15’的反射峰的FWHM光譜帶寬介于約0. 4nm至約0. 6nm之間且波長轉(zhuǎn)換器件40’的FWHM轉(zhuǎn)換帶寬為約0. Inm的情況下,周期性法布里_珀羅諧振可分離約0. 0125nm?;蛘撸也幌拗票竟_的范圍,周期性法布里-珀羅諧振可分離約0. 025nm 或更少,周期性法布里-珀羅諧振的間隔是輸出反射器14’和外部光學(xué)反饋組件20’沿光程的相對定位的函數(shù)。輸出反射器14’和外部光學(xué)反饋組件20’之間的光程部分應(yīng)優(yōu)選地比激光腔10’內(nèi)的光程部分要長。為了避免圖像偽影,相位控制信號的調(diào)制分量的調(diào)制頻率£ 應(yīng)達(dá)到或超過增益信號的數(shù)據(jù)分量的最高頻率f數(shù)據(jù)。對于光柵掃描激光器投影應(yīng)用的情況,該頻率將等于像素頻率(與投影單個(gè)圖像像素的時(shí)間成反比)。此外,相位調(diào)制頻率。 還可與增益信號的最高頻率f Sdg的倍數(shù)同步以避免圖像混疊。盡管外部光學(xué)反饋組件在圖1和2中被示為獨(dú)立的反射器,但可構(gòu)想到可將反饋組件設(shè)置成各種形式以引入本文所述的延伸腔,包括例如通過在波長轉(zhuǎn)換器件的輸出面上形成分色鏡作為反射涂層。此外,為了優(yōu)化延伸腔的完整性,外部光學(xué)反饋組件和輸出反射器的相應(yīng)反射率應(yīng)為同一數(shù)量級。而且,為了最優(yōu)性能,優(yōu)選的是將輸出反射器和外部光學(xué)反饋組件的反射率保持相對較低,因此高反射率可增加激光器內(nèi)的功率密度并影響系統(tǒng)的可靠性。而且,高反饋可形成不穩(wěn)定性并降低轉(zhuǎn)換效率,因?yàn)椴ㄩL轉(zhuǎn)換器件通常在對應(yīng)于轉(zhuǎn)換效率最大值的波長處引入附加損耗。因此優(yōu)選地選擇具有低轉(zhuǎn)換的模式,導(dǎo)致較低效率。實(shí)驗(yàn)上,我們觀察到利用0. 5-2. 5%范圍的激光輸出反射率和5-20%范圍的反饋幅度獲得最佳結(jié)果。當(dāng)增加反饋反射率時(shí),實(shí)驗(yàn)指示激光器落入其中光譜寬度顯著增加導(dǎo)致轉(zhuǎn)換效率下降的一些操作模式。而且,理論預(yù)測該方法應(yīng)與較長的延伸腔一起工作,因?yàn)樵黾油獠壳环瓷溏R的距離會(huì)減小腔模式之間的間隔。然而,由于組件尺寸限制,從激光器輸出面至外部反饋組件的距離一般相對較短,例如在20mm至30mm的范圍內(nèi)。波長選擇組件也可設(shè)置成各種形式并且在沿激光源的光程的諸位置處。例如,在圖1的實(shí)施例中,波長選擇組件包括DBR激光器10的分布式布拉格反射器。在其它實(shí)施例中,波長選擇組件可位于延伸腔中或沿激光源的光程的任意位置,包括例如作為波長轉(zhuǎn)換器件40中形成的光柵,該光柵也沿延伸激光腔16’中的光程定位。盡管已經(jīng)在特例的背景下介紹本公開的諸方面,其中相位控制信號被施加于DBR激光二極管的相位區(qū)段,但可構(gòu)想到本公開的諸方面還可延伸到其它配置,諸如利用法布里一珀羅或其它類型的外部腔激光器且波長選擇組件位于激光腔內(nèi)且相位調(diào)制區(qū)段呈現(xiàn)為單獨(dú)的相位調(diào)制器的配置。已詳細(xì)地并參照本發(fā)明的具體實(shí)施例描述了本發(fā)明的主題,但顯然多種修改和變化是可能的,且不背離所附權(quán)利要求書中所限定的本發(fā)明的范圍。更具體地,雖然本發(fā)明的某些方面在本文中被標(biāo)識為優(yōu)選的或特別有優(yōu)勢的,但可構(gòu)想本發(fā)明不一定限于這些方面。例如,構(gòu)想到激光器的增益控制信號可包括調(diào)制分量Im,可將調(diào)制分量Im選擇地應(yīng)用于激光器的增益區(qū)段以在光譜域中移位可用腔模式,使得當(dāng)調(diào)制信號時(shí)建立在多個(gè)不同腔模式下的連續(xù)激光發(fā)射。因?yàn)楹芏嗖ㄩL轉(zhuǎn)換器件將非線性引入激光源,所以激光源的經(jīng)頻率轉(zhuǎn)換的輸出功率也可能是非線性的P2v = k(IDATA+I 腳)2其中示經(jīng)波長轉(zhuǎn)換的輸出功率,Iiis表示增益信號的數(shù)據(jù)分量,工^表示增益信號的調(diào)制分量,且k表示常數(shù)。結(jié)果,為了避免圖像偽影,可通過根據(jù)以下關(guān)系將負(fù)調(diào)制分量合并在增益信號Ig中來校正該非線性Ig= (P2v/k)°'5-IM0D為了確保無負(fù)電壓施加到增益區(qū)段,可將經(jīng)校正的增益信號Ig限于0值或高于0值。還可通過使增益信號的調(diào)制分量Im與增益信號的數(shù)據(jù)分量I 成比例來校正增益信號Ig,從而補(bǔ)償輸出功率非線性Imod= α I 數(shù)據(jù)其中α表示常數(shù)。在這種情況下,可將倍頻功率寫為P2v = k(l+a)2I 數(shù)據(jù)2對視頻信號施加的校正開始Ig= (P2vA)0'5/(1+α)關(guān)于該最后的公式的一個(gè)有趣的特征是數(shù)字存儲(chǔ)的圖像通常包含用于補(bǔ)償諸如 LCD或CRT屏幕之類的常規(guī)顯示器的非線性的校正因數(shù)。該校正因數(shù)稱為Y校正。結(jié)果是對于激光投影系統(tǒng),需要通過以下公式對圖像進(jìn)行反補(bǔ)償I數(shù)據(jù)=I數(shù)字γ其中系數(shù)Y通常接近2. 2。通過將該公式代入前一公式,我們以以下公式結(jié)束Ig= (I 數(shù)字 1Vk0.5)/(1+α)通過認(rèn)為指數(shù)(1. 1)足夠接近1,在第一逼近中可將進(jìn)入增益區(qū)段的電流視為數(shù)字信息的線性函數(shù),且僅需要線性校正。作為另一個(gè)示例,構(gòu)想到本文公開的方法可應(yīng)用于多種控制方案,其中可利用DBR 信號驅(qū)動(dòng)激光腔的波長選擇區(qū)段(即DBR激光器的DBR區(qū)段),該DBR信號包括具有調(diào)制幅度Im的調(diào)制分量,該調(diào)制幅度Im足以在光譜域中移位可用腔模式,使得當(dāng)調(diào)制DBR信號時(shí)建立若干不同腔模式下的連續(xù)激光發(fā)射。為描述和限定本發(fā)明,注意本文中提到的作為參數(shù)或另一變量的“函數(shù)”的變量并不旨在表示該變量僅是所列舉的參數(shù)或變量的函數(shù)。相反,本文所提到的作為所列舉的參數(shù)的“函數(shù)”的變量旨在作為開放式的描述,以使該變量可以是單個(gè)參數(shù)或多個(gè)參數(shù)的函
還應(yīng)注意,本文中對本發(fā)明的部件以特定方式“配置”以使特定屬性具體化、或以特定方式起作用的敘述都是結(jié)構(gòu)性的敘述,與期望用途的敘述相反。更具體地,本文所提到的部件被“配置”的方式表示該部件的現(xiàn)有物理狀態(tài),因此,它應(yīng)被理解為對部件的結(jié)構(gòu)特性的明確陳述。注意,類似“優(yōu)選”、“普遍”和“通常”之類的術(shù)語在本文中采用時(shí)不用于限制要求保護(hù)的本發(fā)明的范圍或者暗示某些特征是關(guān)鍵性的、必要的、或甚至對要求保護(hù)的本發(fā)明的結(jié)構(gòu)或功能而言重要。相反,這些術(shù)語僅僅旨在標(biāo)識本發(fā)明的實(shí)施例的特定方面,或強(qiáng)調(diào)可用于也可不用于本發(fā)明的特定實(shí)施例的替代或附加特征。為了描述和定義本發(fā)明,注意在本文中采用術(shù)語“近似”來表示可歸因于任何定量比較、數(shù)值、測量值、或其它表示的固有不確定程度。本文還采用術(shù)語“近似”來表示一定量表示偏離規(guī)定參考值的程度,但不會(huì)在此問題上導(dǎo)致本發(fā)明主題的基本功能改變。注意,所附權(quán)利要求中的一項(xiàng)或多項(xiàng)使用術(shù)語“其中”作為過渡短語。出于限定本發(fā)明的目的,應(yīng)注意該術(shù)語是作為開放式的過渡短語而被引入所附權(quán)利要求中的,該開放式的過渡短語用于引入對所述結(jié)構(gòu)的一系列特性的陳述,且應(yīng)當(dāng)按照與更常用的開放式前序術(shù)語“包括”相似的方式進(jìn)行解釋。
權(quán)利要求
1.一種控制經(jīng)頻率轉(zhuǎn)換的激光源的方法,所述激光源包括激光腔、外部光學(xué)反饋組件、 波長選擇組件以及波長轉(zhuǎn)換器件,其中所述激光腔包括增益區(qū)段、相位區(qū)段和介于相對較高反射率的后反射器與相對較低反射率的輸出反射器之間的波長選擇區(qū)段,且被配置成穿過輸出反射器發(fā)射光;所述外部光學(xué)反饋組件沿激光源的光程從輸出反射器移位,且被配置成通過部分反射所發(fā)射的光使光穿過輸出反射器返回至激光腔;所述波長轉(zhuǎn)換器件沿激光源的光程定位,且其特征為具有全寬度半最大值(FWHM)的光譜接受曲線;所述后反射器、輸出反射器和外部光學(xué)反饋組件限定可用腔模式,且頻率選擇組件確保激光器操作僅發(fā)生在位于波長轉(zhuǎn)換器件的FWHM內(nèi)的可用腔模式中;所述方法包括利用包括數(shù)據(jù)分量的增益信號驅(qū)動(dòng)激光腔的增益區(qū)段,并利用包括調(diào)制分量的相位控制信號驅(qū)動(dòng)激光腔的相位區(qū)段;以及所述相位控制信號的調(diào)制分量包括相位調(diào)制幅度Φm,所述相位調(diào)制幅度Φ·足以在光譜域中移位可用腔模式,使得當(dāng)調(diào)制相位控制信號時(shí)建立若干不同腔模式下的連續(xù)激光發(fā)射。
2.如權(quán)利要求1所述的方法,其特征在于,所述增益區(qū)段、所述相位區(qū)段和所述波長選擇區(qū)段形成DBR激光二極管,且所述方法包括利用調(diào)制相位控制信號驅(qū)動(dòng)DBR激光二極管的相位區(qū)段。
3.如權(quán)利要求1所述的方法,其特征在于,所述增益區(qū)段、所述相位區(qū)段和所述波長選擇區(qū)段形成外部腔激光二極管,且所述方法包括利用調(diào)制相位控制信號驅(qū)動(dòng)外部腔激光二極管的相位區(qū)段。
4.如權(quán)利要求1所述的方法,其特征在于,所述波長選擇組件的特征為具有FWHM光譜帶寬的反射峰,且系統(tǒng)的參數(shù)使得在波長選擇組件的反射峰的FWHM光譜帶寬內(nèi)且在波長轉(zhuǎn)換器件的FWHM轉(zhuǎn)換帶寬內(nèi)建立若干不同的腔模式下的激光發(fā)射。
5.如權(quán)利要求4所述的方法,其特征在于所述波長選擇組件的反射峰的FWHM光譜帶寬介于約0. 4nm至約0. 6nm之間; 所述波長轉(zhuǎn)換器件的FWHM轉(zhuǎn)換帶寬介于約0. Inm至約0. 2nm之間;以及輸出反射器和外部光學(xué)反饋組件沿光程的相對定位產(chǎn)生間隔開約0. 0125nm的周期性法布里-珀羅諧振。
6.如權(quán)利要求1所述的方法,其特征在于,后反射器和外部光學(xué)反饋組件限定長度小于30mm的延伸激光腔。
7.如權(quán)利要求1所述的方法,其特征在于,輸出反射器和外部光學(xué)反饋組件沿光程的相對定位產(chǎn)生間隔開約0. 025nm或更小的周期性法布里_珀羅諧振。
8.如權(quán)利要求1所述的方法,其特征在于后反射器和外部光學(xué)反饋組件形成沿光程的延伸激光腔;以及輸出反射器和外部光學(xué)反饋組件的相對定位產(chǎn)生沿光程的法布里-珀羅諧振。
9.如權(quán)利要求8所述的方法,其特征在于,所述延伸激光腔包括激光腔中的光程的一部分。
10.如權(quán)利要求8所述的方法,其特征在于激光腔中法布里-珀羅諧振的頻率是外部光學(xué)反饋組件和輸出反射器之間的光學(xué)位移的函數(shù);以及激光腔中法布里-珀羅諧振的深度是外部光學(xué)反饋組件和輸出反射器的相應(yīng)反射率的函數(shù)。
11.如權(quán)利要求1所述的方法,其特征在于,相位控制信號的調(diào)制分量包括達(dá)到或超過增益信號的數(shù)據(jù)分量的最高數(shù)據(jù)頻率〖雙胃的相位調(diào)制頻率fMOT。
12.如權(quán)利要求1所述的方法,其特征在于,相位控制信號的調(diào)制分量包括與增益信號的數(shù)據(jù)分量的最高數(shù)據(jù)頻率ι 的倍數(shù)同步的相位調(diào)制頻率fm,以避免圖像偽影。
13.如權(quán)利要求1所述的方法,其特征在于 后反射器具有大于約75%的反射率系數(shù);輸出反射器具有低于約5%的反射率系數(shù);以及由輸出反射器和外部腔形成的法布里-珀羅的調(diào)制對比度至少為50%。
14.如權(quán)利要求1所述的方法,其特征在于,外部光學(xué)反饋組件和輸出反射器的相應(yīng)反射率為同一數(shù)量級。
15.如權(quán)利要求1所述的方法,其特征在于外部光學(xué)反饋組件包括獨(dú)立的分色鏡或在波長轉(zhuǎn)換器件的輸出面上形成的反射涂層; 波長轉(zhuǎn)換器件的輸出面不成角度且未被涂覆;以及外部光學(xué)反饋組件在激光發(fā)射模式的波長下和在激光發(fā)射模式的經(jīng)轉(zhuǎn)換的波長下部分地反射。
16.如權(quán)利要求1所述的方法,其特征在于,波長選擇組件定位在激光腔內(nèi)或沿激光源的光程定位,且包括DBR激光器的分布式布拉格反射器或波長轉(zhuǎn)換器件中形成的光柵。
17.如權(quán)利要求1所述的方法,其特征在于輸出反射器和外部光學(xué)反饋組件形成沿光程的延伸激光腔;以及波長轉(zhuǎn)換器件定位在延伸的激光腔中。
18.—種控制經(jīng)頻率轉(zhuǎn)換的激光源的方法,所述激光源包括激光腔、外部光學(xué)反饋組件、波長選擇組件以及波長轉(zhuǎn)換器件,其中激光腔包括介于相對較高反射率的后反射器和相對較低反射率的輸出反射器之間的增益介質(zhì),且被配置成穿過輸出反射器發(fā)射光;所述外部光學(xué)反饋組件沿激光源的光程從輸出反射器移位,且被配置成通過部分反射所發(fā)射的光使光穿過輸出反射器返回至激光腔;所述波長轉(zhuǎn)換器件沿激光源的光程定位,且其特征為具有全寬度半最大值(FWHM)的光譜接受曲線;所述后反射器、輸出反射器和外部光學(xué)反饋組件限定可用腔模式,且頻率選擇組件確保激光器操作僅發(fā)生在位于波長轉(zhuǎn)換器件的FWHM內(nèi)的可用腔模式中;所述方法包括利用包括數(shù)據(jù)分量的增益信號驅(qū)動(dòng)激光腔的增益區(qū)段,并利用包括調(diào)制分量的相位控制信號驅(qū)動(dòng)激光腔的相位區(qū)段;以及所述相位控制信號的調(diào)制分量包括相位調(diào)制幅度Φm,所述相位調(diào)制幅度Φ·足以在光譜域中移位可用腔模式,使得當(dāng)調(diào)制相位控制信號時(shí)建立若干不同腔模式下的連續(xù)激光發(fā)射。
全文摘要
提供一種控制經(jīng)頻率轉(zhuǎn)換的激光源的方法,其中激光源包括激光腔、外部光學(xué)反饋組件、波長選擇組件以及波長轉(zhuǎn)換器件,該方法包括利用相位控制信號驅(qū)動(dòng)激光腔的相位區(qū)段,該相位控制信號包括具有調(diào)制幅度MOD的調(diào)制分量,該調(diào)制幅度MOD足以在光譜域中移位可用腔模式,使得在調(diào)制相位控制信號時(shí)建立在若干不同腔模式下的連續(xù)激光發(fā)射。
文檔編號H01S3/13GK102379071SQ201080016211
公開日2012年3月14日 申請日期2010年4月7日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月7日
發(fā)明者D·V·庫克森考弗, J·高里爾 申請人:康寧股份有限公司
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