專(zhuān)利名稱(chēng)：鎖定至回音壁模式諧振腔的可調(diào)諧激光器的制作方法
鎖定至回音壁模式諧振腔的可調(diào)諧激光器
優(yōu)先權(quán)和相關(guān)申請(qǐng) 本申請(qǐng)要求于2007年6月13號(hào)提交的題為"Compact, Tunable, Ultranarrow—Line Source Based on a Laser Injection Locked to aWhispering Gallery Mode Optical Resonator (基于鎖定至回音壁模式光學(xué)諧振腔的激光注入的緊 湊、可調(diào)諧、超窄譜線(xiàn)源)"的第60/934， 524號(hào)美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)的權(quán)益，該申請(qǐng)的公開(kāi)內(nèi)容通 過(guò)引用并入并作為本申請(qǐng)的說(shuō)明書(shū)的一部分。
背景技術(shù)：
本申請(qǐng)涉及激光器和激光器穩(wěn)定性。 激光器可能受到各種擾動(dòng)和變化的影響，而激光器操作可能受到這種擾動(dòng)和變化 的不利影響。例如，溫度波動(dòng)和變化可能造成激光器的激光波長(zhǎng)、激光功率水平和激光的光 學(xué)相位的波動(dòng)?？墒褂酶鞣N激光器穩(wěn)定技術(shù)來(lái)穩(wěn)定激光器以抵抗擾動(dòng)和變化且減小激光譜 線(xiàn)寬度。 激光器穩(wěn)定技術(shù)的一個(gè)實(shí)施例使用法布里_珀羅(Fabry-Perot)腔作為光學(xué)基準(zhǔn) 來(lái)檢測(cè)激光頻率相對(duì)于法布里_珀羅腔的諧振頻率的變化，基于該頻率變化生成誤差信號(hào) 并將該誤差信號(hào)饋送到電子鎖定電路，該電子鎖定電路調(diào)諧激光器以相對(duì)于法布里_珀羅 腔的諧振頻率鎖定或穩(wěn)定激光頻率。除了上述電反饋和鎖定以外，使用法布里-珀羅腔作 為光頻基準(zhǔn)以在光學(xué)注入鎖定情況下將光學(xué)反饋直接提供給激光器來(lái)穩(wěn)定激光器。例如， 可將半導(dǎo)體激光器的激光輸出引入外部基準(zhǔn)法布里_珀羅腔，可將外部法布里_珀羅腔的 光學(xué)反射或傳輸引回至半導(dǎo)體激光器以穩(wěn)定激光波長(zhǎng)并減小半導(dǎo)體激光器的激光譜線(xiàn)寬 度。

發(fā)明內(nèi)容
本申請(qǐng)的說(shuō)明書(shū)尤其描述了通過(guò)光學(xué)注入將激光器穩(wěn)定至光學(xué)回音壁模式的實(shí) 施例和實(shí)現(xiàn)。在一個(gè)方面，激光設(shè)備包括激光器，可響應(yīng)于控制信號(hào)被調(diào)諧并且產(chǎn)生具有激 光頻率的激光束；以及光學(xué)諧振腔，被構(gòu)造為支持在光學(xué)諧振腔內(nèi)循環(huán)的回音壁模式，光學(xué) 諧振腔被光耦合至激光器，以接收激光束的一部分進(jìn)入回音壁模式下的光學(xué)諧振腔，以及 將光學(xué)諧振腔中在回音壁模式下的激光反饋至激光器，以使激光頻率穩(wěn)定在回音壁模式的 頻率，以及減小激光器的譜線(xiàn)寬度。 在附圖、詳細(xì)說(shuō)明書(shū)以及權(quán)利要求中詳細(xì)描述了這些和其他實(shí)施例和實(shí)現(xiàn)。


圖1示出了激光設(shè)備的實(shí)施例，其中激光器被光耦合至回音壁模式光學(xué)諧振腔并 且通過(guò)來(lái)自光學(xué)諧振腔的光學(xué)反饋穩(wěn)定至光學(xué)諧振腔； 圖2示出了基于圖1中的激光設(shè)備，對(duì)通過(guò)諧振腔穩(wěn)定的激光器產(chǎn)生的激光輸出 的測(cè)量；
5
圖3、4、5、6A和6B圖示了支持回音壁模式的各種示例性光學(xué)諧振腔結(jié)構(gòu)； 圖7A和7B圖示了用于耦合回音壁模式光學(xué)諧振腔的兩個(gè)漸逝波耦合
(evanescent coupling)實(shí)施例； 圖8A和8B示出了可調(diào)諧光學(xué)WGM諧振腔的實(shí)施例； 圖9示出了激光設(shè)備的實(shí)施例，其中，激光器被光耦合至可調(diào)諧回音壁模式光學(xué) 諧振腔并且通過(guò)來(lái)自光學(xué)諧振腔的光學(xué)反饋穩(wěn)定至光學(xué)諧振腔； 圖10示出了緊湊激光設(shè)備，其中激光器被光耦合至可調(diào)諧回音壁模式光學(xué)諧振 腔并且通過(guò)來(lái)自光學(xué)諧振腔的光學(xué)反饋穩(wěn)定至光學(xué)諧振腔；
圖11示出了圖10中的緊湊激光器的封裝實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式
激光器可被鎖定至回音壁模式(WGM)諧振腔，用于通過(guò)將來(lái)自激光器的激光引入 WGM諧振腔然后通過(guò)直接注入將來(lái)自WGM諧振腔的激光饋送到激光器中來(lái)實(shí)現(xiàn)譜線(xiàn)變窄 和穩(wěn)定。光學(xué)WGM諧振腔限制回音壁模式中的光完全在閉環(huán)光學(xué)路徑中反射。不像法布 里_珀羅諧振腔，WGM諧振腔中的光不能通過(guò)光學(xué)傳播離開(kāi)諧振腔，因而可用于產(chǎn)生難以用 法布里_珀羅諧振腔實(shí)現(xiàn)的、具有高光學(xué)質(zhì)量因子的光學(xué)諧振腔。WGM諧振腔中的光通過(guò) WG模式的漸逝波場(chǎng)(evanescencefield)"漏"出WGM諧振腔的閉環(huán)光學(xué)路徑的外表面。光 耦合器可用于通過(guò)漸逝波場(chǎng)耦合進(jìn)/出WGM諧振腔的光。作為實(shí)施例，半導(dǎo)體激光器可通 過(guò)光學(xué)注入設(shè)計(jì)的光耦合而直接耦合至高質(zhì)量因子Q回音壁模式諧振腔(WGM)以穩(wěn)定激光 器。通過(guò)諧振腔的光的一部分被反射回激光器以具有被鎖定至高Q模式諧振腔的頻率的激 光頻率(波長(zhǎng))，并且使其譜線(xiàn)變窄。如果WGM諧振腔被穩(wěn)定以抵抗環(huán)境擾動(dòng)，例如溫度變 動(dòng)或熱震動(dòng)，則將諧振腔的模態(tài)頻率的穩(wěn)定性傳遞給激光頻率或波長(zhǎng)。
WGM諧振腔可由電光材料制成并且可通過(guò)改變被應(yīng)用于材料的電控制信號(hào)進(jìn)行調(diào) 諧。由于光學(xué)注入鎖定，因此激光波長(zhǎng)或頻率可通過(guò)被應(yīng)用至諧振腔的DC電壓的施加而調(diào) 諧。此外，通過(guò)將微波或RF場(chǎng)應(yīng)用于具有與WGM諧振腔的一個(gè)或多個(gè)自由頻譜范圍匹配的 頻率的WGM諧振腔，可對(duì)激光頻率進(jìn)行相位和/或振幅調(diào)制。由于可通過(guò)溫度、壓力的施 加，或者在諧振腔由電光材料制成的情況下通過(guò)施加的DC電勢(shì)而改變諧振腔的模態(tài)頻率， 因此激光的頻率(波長(zhǎng))也可被調(diào)諧。此外，如果通過(guò)將微波信號(hào)應(yīng)用于被施加至激光器 的DC電流而調(diào)制激光的頻率，則激光器保持被鎖定在諧振腔的頻率(波長(zhǎng))。因而，可獲得 可調(diào)制的、窄譜線(xiàn)寬度的激光。當(dāng)WGM諧振腔由電光材料制成時(shí)，微波或RF場(chǎng)可被應(yīng)用于 具有適當(dāng)耦合電路的諧振腔以調(diào)制激光強(qiáng)度，該激光器繼續(xù)保持鎖定至WGM諧振腔。
圖1示出了激光設(shè)備的實(shí)施例，其中激光器1被光耦合至回音壁模式諧振腔4并 且通過(guò)來(lái)自光學(xué)諧振腔4的光學(xué)反饋穩(wěn)定至光學(xué)諧振腔4。激光器1可響應(yīng)于來(lái)自激光控 制電路的控制信號(hào)進(jìn)行調(diào)諧并且還可通過(guò)來(lái)自振蕩器7的控制信號(hào)進(jìn)行調(diào)制。激光器1產(chǎn) 生可能由于各種原因漂移或波動(dòng)的、具有激光頻率的激光束。光學(xué)諧振腔4被構(gòu)造為支持 在光學(xué)諧振腔4內(nèi)循環(huán)的回音壁模式。光學(xué)諧振腔4內(nèi)兩個(gè)反向傳播光束5a和5b可以是 相同的WG模式。光學(xué)諧振腔4被光耦合至激光器1以接收進(jìn)入光學(xué)諧振腔4的激光束的 一部分，例如，回音壁模式的光束5a。接收到的光束5a在WGM光學(xué)諧振腔內(nèi)的散射可產(chǎn)生 相同WG模式的反向傳播光束5b。光柵6可選地形成于光學(xué)諧振腔4的表面以建立反向傳播光束5b。這個(gè)反向傳播光束5b可在從激光器1進(jìn)來(lái)的激光束的相反方向被耦合出光學(xué) 諧振腔4，從而可被耦合至激光器1以實(shí)現(xiàn)注入鎖定。 在這種實(shí)施例中，WGM諧振腔耦合器3用于將來(lái)自激光器1的激光耦合至光學(xué)諧 振腔4并且將光束5b的光耦合出回音壁模式的諧振腔4和透鏡組2，并且用于將激光引回 激光器1以將激光頻率穩(wěn)定至回音壁模式的頻率和減小激光器1的譜線(xiàn)寬度。
透鏡組2可通過(guò)各種結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。在圖1的實(shí)施例中，透鏡組包括第一 GRIN透鏡 2a，與激光器1相鄰并且被構(gòu)造為具有小孔徑以將光聚焦到激光器1上和聚集來(lái)自激光器1 的光；以及第二 GRIN透鏡2b，與光耦合器3相鄰并且被構(gòu)造為具有大孔徑以將光聚焦到光 耦合器3內(nèi)和聚集來(lái)自光耦合器3的光。光耦合器3可以是各種構(gòu)造，并且可以是圖1實(shí) 施例中的棱鏡。 WGM諧振腔4可被調(diào)諧以穩(wěn)定回音壁模式來(lái)抵抗環(huán)境擾動(dòng)，從光學(xué)諧振腔到激光 器的激光反饋將光學(xué)諧振腔中的回音壁模式的穩(wěn)定性傳遞至激光器?？商峁┲C振腔調(diào)諧機(jī) 制以控制和調(diào)諧回音壁模式的頻率。在注入鎖定情況下，諧振腔4的調(diào)諧通過(guò)從光學(xué)諧振 腔4到激光器1的激光反饋對(duì)激光器1的激光頻率進(jìn)行調(diào)諧。在一種實(shí)現(xiàn)中，諧振腔調(diào)諧機(jī) 制控制和調(diào)諧光學(xué)諧振腔4的溫度來(lái)基于熱效應(yīng)調(diào)諧激光器1的激光頻率。在另一種實(shí)現(xiàn) 中，諧振腔調(diào)諧機(jī)制應(yīng)用和控制被施加至光學(xué)諧振腔的壓力以調(diào)諧激光器的激光頻率。在 又一種實(shí)現(xiàn)中，光學(xué)諧振腔4包括響應(yīng)于被施加至光學(xué)諧振腔4的電勢(shì)而改變折射率的光 電材料，諧振腔調(diào)諧機(jī)制施加和控制電勢(shì)以調(diào)諧激光器1的激光頻率。諧振腔調(diào)諧機(jī)制還 可被配置為調(diào)制電勢(shì)以調(diào)制光學(xué)諧振腔4的回音壁模式的頻率和激光器1的激光頻率。可 同時(shí)對(duì)激光器1和光學(xué)諧振腔4進(jìn)行控制以增大激光器的頻率調(diào)諧范圍，從而控制機(jī)制可 被實(shí)現(xiàn)為既調(diào)整光學(xué)諧振腔4的回音壁模式的頻率，又在使激光頻率穩(wěn)定在回音壁模式的 頻率時(shí)調(diào)整激光器1的激光頻率。 圖2示出了基于圖1的激光設(shè)備，對(duì)通過(guò)諧振腔穩(wěn)定的激光器產(chǎn)生的激光輸出的 測(cè)量。在該實(shí)施例中，WGM諧振腔4的Q為109，并且激光器為半導(dǎo)體激光器，且對(duì)通過(guò)激光 器的電流進(jìn)行調(diào)諧。 圖1中的WGM諧振腔4和本申請(qǐng)中的其它設(shè)備可以通過(guò)各種構(gòu)造實(shí)現(xiàn)。圖3、4和 5圖示了用于實(shí)現(xiàn)這種WGM諧振腔的三種示例性幾何形狀。 圖3示出了實(shí)心電介質(zhì)球體的球形WGM諧振腔100。球體100具有繞z軸101對(duì) 稱(chēng)的平面102內(nèi)的赤道。平面102的圓周是個(gè)圓，平面102是圓形橫截面。WG模式圍繞球 形外表面內(nèi)的赤道并且在諧振腔100內(nèi)循環(huán)。圍繞赤道平面102的外表面的球面曲率沿著 z方向及其垂直方向提供了空間限制以支持WG模式。球體100的偏心率通常很小。
圖4示出了示例性的類(lèi)似于球體的微諧振腔200。這種諧振腔200可通過(guò)繞著沿 短橢圓軸的對(duì)稱(chēng)軸101(z)旋轉(zhuǎn)橢圓(具有軸向長(zhǎng)度a和b)形成。因此，類(lèi)似于圖3中的 球體諧振腔，圖4中的平面102也具有圓周并且是個(gè)圓形橫截面。不同于圖3中的設(shè)計(jì)的 是，圖4中的平面102為非球形的回轉(zhuǎn)橢球體的圓形橫截面并且圍繞回轉(zhuǎn)橢球體的短橢圓 體軸。諧振腔100的偏心率為(1-137&2)1/2并且通常較大，例如大于10—、因此諧振腔200的 外表面不是球體的一部分，并且沿著z方向提供了比球形外表面更多的模式空間限制。更 具體地，Z所在的平面(例如，zy或zx平面)內(nèi)的腔的幾何形狀為橢圓。位于諧振腔200 中心處的赤道平面102垂直于軸101 (z)，并且WG模式在諧振腔200內(nèi)的平面102的圓周附近循環(huán)。 圖5示出了另一種示例性WGM諧振腔300，諧振腔300具有非球形外表面，其外部 輪廓為可由笛卡爾坐標(biāo)的二次方程算術(shù)表示的大體圓錐形。類(lèi)似于圖3和4的形狀，外表 面提供了平面102方向的曲率和與平面102垂直的方向z上的曲率以限制和支持WG模式。 這種非球形、非橢圓表面可尤其為拋物線(xiàn)或雙曲線(xiàn)。圖5中的平面102是圓形橫截面，并且 WG模式圍繞赤道圓循環(huán)。 上述圖3、4和5中的三個(gè)示例性幾何形狀共享共同的幾何特性，即它們都是繞著 軸101 (z)軸向或圓柱對(duì)稱(chēng)，WG模式繞著軸101 (z)在平面102內(nèi)循環(huán)。彎曲的外表面圍繞 平面102是平滑的，并且繞著平面102提供了二維限制以支持WG模式。
顯著地，每個(gè)諧振腔內(nèi)的WG模式沿z方向101的空間范圍被限制于平面102上方 和下方，因而不可能具有球體100、回轉(zhuǎn)橢球體200或圓錐形300的全部范圍。可替代地， 只有繞著足夠大以支持回音壁模式的平面102的完整形狀的一部分可用于WGM諧振腔。例 如，由球形的適當(dāng)部分形成的環(huán)形、盤(pán)形和其它幾何形狀可用作球形WGM諧振腔。
圖6A和6B分別示出了盤(pán)形WGM諧振腔400和環(huán)形WGM諧振腔420 。在圖6A中， 實(shí)心盤(pán)400具有位于中央平面102上方的上表面401A和位于平面102下方的下表面401B， 上表面401A和下表面401B相隔距離H。距離H的值足夠大以支持WG模式。除了中央平面 102上方的足夠大距離外，諧振腔可具有如圖5、6A和6B所示的陡沿。外部彎曲表面402可 選自如圖3、4和5所示的任一種形狀以獲得想要的WG模式和頻譜屬性。圖6B中的環(huán)形諧 振腔420可通過(guò)從圖6A的實(shí)心盤(pán)400去除中心部分來(lái)形成。由于WG模式位于環(huán)420的、 外表面402附近的外部部分附近，環(huán)的厚度h可被設(shè)置為足夠大以支持WG模式。
光耦合器通常用于通過(guò)漸逝波耦合將光能量耦合進(jìn)或耦合出WGM諧振腔。圖7A 和7B示出了與WGM諧振腔接合的示例性光耦合器。光耦合器可直接與諧振腔的外表面接 觸或者與諧振腔的外表面間隔一定間隙，以實(shí)現(xiàn)期望的臨界耦合。圖7A示出了作為WGM諧 振腔的耦合器的有角拋光光纖頭。具有有角端面的波導(dǎo)、例如平面波導(dǎo)或其它波導(dǎo)也可用 作耦合器。圖7B示出了作為WGM諧振腔的耦合器的微棱鏡。還可使用其它漸逝波耦合器， 例如，由光子能隙材料形成的耦合器。 在具有均勻指標(biāo)的WGM諧振腔中，WG模式的電磁場(chǎng)的一部分位于諧振腔的外表面 處。通常需要光耦合器與具有均勻指標(biāo)的WGM諧振腔之間的間隙以實(shí)現(xiàn)適當(dāng)?shù)墓怦詈?。這 個(gè)間隙用于適當(dāng)?shù)?卸載"WG模式。通過(guò)WGM諧振腔的電介質(zhì)材料的屬性、諧振腔的形狀、 外部條件和耦合器(例如棱鏡)的耦合強(qiáng)度，確定WG模式的Q因子。當(dāng)所有參數(shù)被適當(dāng)平 衡以實(shí)現(xiàn)臨界耦合條件時(shí)，可獲得最大的Q因子。在具有均勻折射率的WGM諧振腔中，如果 例如棱鏡等的耦合器接觸諧振腔的外表面，則耦合較強(qiáng)，這種裝載能夠使Q因子變小。因 此，利用表面與耦合器之間的間隙以減少耦合并增大Q因子。通常，這個(gè)間隙非常小，例如， 小于被耦合至WG模式的光的一個(gè)波長(zhǎng)?？墒褂美鐗弘娫木_定位設(shè)備以將這個(gè)間 隙控制和保持在適當(dāng)值。 圖8A和8B示出了適于在本申請(qǐng)的激光設(shè)備中使用的可調(diào)諧電光WGM諧振腔1000 的實(shí)施例。用于諧振腔1000的電光材料可以是任何適當(dāng)?shù)牟牧?，包括電光晶體(例如，鈮酸 鋰)和半導(dǎo)體多量子阱結(jié)構(gòu)。 一個(gè)或多個(gè)電極1011和1012可形成于諧振腔1000上以在 存在WG模式的區(qū)域內(nèi)應(yīng)用控制電場(chǎng)來(lái)控制電光材料的性質(zhì)和改變諧振腔的濾波功能。假
8設(shè)諧振腔1000具有如圖6A或6B所示的盤(pán)形或環(huán)形幾何形狀，則電極1011可形成于諧振 腔的頂部，電極1012可形成于諧振腔的底部，如圖8B中的設(shè)備的側(cè)視圖所示。在一種實(shí)現(xiàn) 中，電極lOll和1012可構(gòu)成RF或微波諧振腔，以應(yīng)用RF或微波信號(hào)以隨期望的光學(xué)WG模 式共同傳播。電極1011和1012可以是微帶線(xiàn)電極?？墒┘幼兓腄C電壓以調(diào)諧WGM頻 率，可應(yīng)用RF或微波信號(hào)以調(diào)制WGM頻率。 圖9示出了激光設(shè)備的實(shí)施例，其中激光器被光耦合至可調(diào)諧回音壁模式光學(xué)諧 振腔并且通過(guò)來(lái)自光學(xué)諧振腔的光學(xué)反饋而穩(wěn)定至光學(xué)諧振腔。在這種實(shí)施例中，提供激 光器控制單元以通過(guò)調(diào)諧激光器或調(diào)制激光器來(lái)控制激光器1，并且提供諧振腔控制單元 以調(diào)諧或調(diào)制WG諧振腔。激光器控制單元和諧振腔控制單元可彼此相通，以在注入鎖定操 作條件下同時(shí)控制激光器1和諧振腔4。 例如，可同步激光頻率和調(diào)諧諧振腔4的WGM頻率。這種操作可通過(guò)將作為信號(hào) 被諧振腔控制單元施加至諧振腔4的電壓分離至激光器控制單元來(lái)實(shí)現(xiàn)。激光器控制單元 施加該分離信號(hào)來(lái)控制驅(qū)動(dòng)激光器1的電流。這種同時(shí)調(diào)諧激光器1和諧振腔4的操作能 夠增大激光設(shè)備的頻率調(diào)諧范圍。 綜上所述，通過(guò)將激光器輸出耦合入光學(xué)諧振腔、以及將激光耦合出回音壁模式 下的激光，可由回音壁模式光學(xué)諧振腔來(lái)控制和調(diào)諧可調(diào)諧激光器，其中光學(xué)諧振腔由電 光材料制成以支持回音壁模式。然后，從光學(xué)諧振腔耦合出的激光被光學(xué)注回到激光器內(nèi)， 以穩(wěn)定回音壁模式頻率處的激光頻率和減小激光器的譜線(xiàn)寬度?？煽刂茖?duì)激光器的控制信 號(hào)和/或被施加至光學(xué)諧振腔的電光材料的電壓，以在穩(wěn)定回音壁模式的頻率處的激光頻 率時(shí)調(diào)諧激光頻率。在這種情況下，可實(shí)現(xiàn)各種操作。作為一個(gè)實(shí)施例，可調(diào)制被施加至光 學(xué)諧振腔的電光材料的電壓以調(diào)制激光頻率。作為另一個(gè)實(shí)施例，可調(diào)制被施加至光電諧 振腔的電光材料的電壓以調(diào)制來(lái)自激光器的激光輸出，同時(shí)調(diào)諧對(duì)激光器的控制信號(hào)以調(diào) 諧激光頻率。 圖10示出了緊湊激光設(shè)備的實(shí)施例，其中激光器被光耦合至可調(diào)諧回音壁模式 光學(xué)諧振腔并且通過(guò)來(lái)自光學(xué)諧振腔的光學(xué)反饋而穩(wěn)定至光學(xué)諧振腔。這種緊湊激光設(shè)備 包括在緊湊封裝內(nèi)安裝有其它元件的底板。如圖所示，半導(dǎo)體激光器安裝在底板上，并且響 應(yīng)于電激光控制信號(hào)可調(diào)諧以產(chǎn)生激光頻率的激光束。光學(xué)諧振腔安裝在底板上，并且由 電光材料制成，以支持在光學(xué)諧振腔內(nèi)沿彼此相反的第一和第二方向循環(huán)的回音壁模式下 的光。光耦合器安裝在底板上，并且被光耦合至光學(xué)諧振腔，以將來(lái)自激光器的激光束的激 光漸逝地耦合到光學(xué)諧振腔內(nèi)作為回音壁模式下的激光，以及漸逝地耦合來(lái)自光學(xué)諧振腔 的激光以產(chǎn)生反饋激光。透鏡組安裝底板上并且被光耦合于激光器與光學(xué)耦合器之間，以 將激光束從激光器引至光耦合器和將反饋激光從光耦合器引入激光器。對(duì)于諧振腔，在光 學(xué)諧振腔上形成電極以接收電諧振腔控制信號(hào)，在底板上形成電饋送導(dǎo)體以將電諧振腔控 制信號(hào)應(yīng)用于光學(xué)諧振腔的電極。 為了確保棱鏡耦合器、諧振腔和激光器芯片之間的光束的垂直準(zhǔn)直，將光學(xué)透明 板安裝在底板上、位于激光器和光學(xué)諧振腔之間的光學(xué)路徑中，光學(xué)透明板設(shè)置可被調(diào)整 以改變激光束與底板的高度。可調(diào)整桿可移動(dòng)地置于槽保持器內(nèi)，并且保持透明板以進(jìn)行 調(diào)整。諧振腔與棱鏡耦合器之間的間隙由與光耦合器接合的位置控制器控制，并且可操作 為控制光耦合器與光學(xué)諧振腔之間的間隙。
在另一方面，光耦合器耦合來(lái)自光學(xué)諧振腔的激光輸出光束，激光設(shè)備包括光隔
離器，光隔離器安裝在底板上以接收作為激光設(shè)備的輸出激光束的激光輸出光束。
圖11示出了用于圖10中的緊湊激光器的封裝實(shí)施例。這種封裝包括芯片1/0連
接器來(lái)為封裝內(nèi)的所有元件(例如，激光器控制單元和諧振腔控制單元)提供電輸入和輸
出連接。 雖然本說(shuō)明書(shū)包含許多細(xì)節(jié)，但這些細(xì)節(jié)不應(yīng)該構(gòu)成對(duì)本發(fā)明范圍或所要求保護(hù)
的范圍的限制，而是針對(duì)本發(fā)明具體實(shí)施方式
的特征的描述。在單獨(dú)實(shí)施方式的情況下在
本發(fā)明說(shuō)明書(shū)中描述的特定特征還可與單個(gè)實(shí)施方式結(jié)合實(shí)現(xiàn)。反之，在單個(gè)實(shí)施方式的
情況下描述的各種特征還可單獨(dú)在多個(gè)實(shí)施方式或任何適當(dāng)?shù)淖咏M合中實(shí)現(xiàn)。而且，盡管
特征在上文被描述為作為特定組合實(shí)現(xiàn)，但是來(lái)自所要求保護(hù)的組合的一個(gè)或多個(gè)特征在
某些情況下可從組合中分離，所要求保護(hù)的組合可針對(duì)子組合或子組合的變體。 本文只公開(kāi)了某些實(shí)現(xiàn)方式。然而可理解，可在基于本專(zhuān)利申請(qǐng)描述和圖示內(nèi)容
的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)和進(jìn)行其它實(shí)現(xiàn)。
權(quán)利要求
一種激光設(shè)備，包括激光器，能夠響應(yīng)于控制信號(hào)被調(diào)諧，產(chǎn)生具有激光頻率的激光束；以及光學(xué)諧振腔，被構(gòu)造為支持在所述光學(xué)諧振腔內(nèi)循環(huán)的回音壁模式，所述光學(xué)諧振腔被光耦合至所述激光器，以接收所述激光束的一部分進(jìn)入所述回音壁模式下的所述光學(xué)諧振腔，以及將所述光學(xué)諧振腔中的在所述回音壁模式下的激光反饋回所述激光器，以使所述激光頻率穩(wěn)定在所述回音壁模式的頻率以及減小所述激光器的譜線(xiàn)寬度。
2. 如權(quán)利要求l所述的激光設(shè)備，其中，所述光學(xué)諧振腔能夠被調(diào)諧，以穩(wěn)定所述回音壁模式來(lái)抵抗環(huán)境擾動(dòng)，從所述光學(xué)諧 振腔到所述激光器的激光反饋使得所述光學(xué)諧振腔中的所述回音壁模式的穩(wěn)定性傳遞至 所述激光器。
3. 如權(quán)利要求1所述的激光設(shè)備，包括諧振腔調(diào)諧機(jī)構(gòu)，控制和調(diào)諧所述回音壁模式的頻率，以通過(guò)從所述光學(xué)諧振腔到所 述激光器的激光反饋來(lái)調(diào)諧所述激光器的激光頻率。
4. 如權(quán)利要求3所述的激光設(shè)備，其中，所述諧振腔調(diào)諧機(jī)構(gòu)控制和調(diào)諧所述光學(xué)諧振腔的溫度，以調(diào)諧所述激光器的激光頻率。
5. 如權(quán)利要求3所述的激光設(shè)備，其中，所述諧振腔調(diào)諧機(jī)構(gòu)應(yīng)用和控制被施加于所述光學(xué)諧振腔的壓力，以調(diào)諧所述激光器 的激光頻率。
6. 如權(quán)利要求3所述的激光設(shè)備，其中，所述光學(xué)諧振腔包括響應(yīng)于被施加至所述光學(xué)諧振腔的電勢(shì)而改變折射率的電光材 料；以及所述諧振腔調(diào)諧機(jī)構(gòu)應(yīng)用和控制所述電勢(shì)，以調(diào)諧所述激光器的激光頻率。
7. 如權(quán)利要求6所述的激光設(shè)備，其中，所述諧振腔調(diào)諧機(jī)構(gòu)被配置為調(diào)制所述電勢(shì)，以調(diào)制所述光學(xué)諧振腔的所述回音壁模 式的頻率和所述激光器的激光頻率。
8. 如權(quán)利要求6所述的激光設(shè)備，包括控制機(jī)構(gòu)，通過(guò)所述諧振腔調(diào)諧機(jī)構(gòu)調(diào)整所述光學(xué)諧振腔的所述回音壁模式的頻率， 并且在使所述激光頻率穩(wěn)定在所述回音壁模式的頻率時(shí)調(diào)整所述激光器的激光頻率。
9. 如權(quán)利要求l所述的激光設(shè)備，包括光耦合器，漸逝地耦合至所述光學(xué)諧振腔，以將光耦合進(jìn)和耦合出所述光學(xué)諧振腔的 回音壁模式；以及透鏡組，光耦合于所述激光器與所述光耦合器之間，以將所述激光束引至所述光耦合 器，以及將所述激光從所述光學(xué)諧振腔引入所述激光器。
10. 如權(quán)利要求9所述的激光設(shè)備，其中， 所述透鏡組包括第一 GRIN透鏡，設(shè)置為鄰近于所述激光器，且被配置為具有小孔徑以將光聚焦到所述 激光器內(nèi)和聚集來(lái)自所述激光器的光；以及第二 GRIN透鏡，設(shè)置為鄰近于所述光耦合器，且被配置為具有大孔徑以將光聚焦到所述光耦合器內(nèi)和聚集來(lái)自所述光耦合器的光。
11. 如權(quán)利要求10所述的激光設(shè)備，其中，所述光耦合器包括棱鏡。
12. —種通過(guò)回音壁模式光學(xué)諧振腔控制激光器的方法，包括將來(lái)自激光器的激光輸出耦合到光學(xué)諧振腔中，所述激光器能夠響應(yīng)于控制信號(hào)被調(diào) 諧以調(diào)諧所述激光輸出的激光頻率，所述光學(xué)諧振腔由電光材料制成以支持回音壁模式； 以及將激光耦合出所述回音壁模式的激光；將耦合出所述光學(xué)諧振腔的激光注回到所述激光器內(nèi)，以使所述激光頻率穩(wěn)定在所述 回音壁模式的頻率處以及減小所述激光器的譜線(xiàn)寬度；以及控制用于所述激光器的控制信號(hào)和被施加至所述光學(xué)諧振腔的電光材料的電壓中的 至少一個(gè)，以在使所述激光頻率穩(wěn)定在所述回音壁模式的頻率處時(shí)調(diào)諧所述激光頻率。
13. 如權(quán)利要求12所述的方法，包括調(diào)制被施加至所述光學(xué)諧振腔的電光材料的電壓，以調(diào)制所述激光頻率。
14. 如權(quán)利要求12所述的方法，包括調(diào)制被施加至所述光學(xué)諧振腔的光電材料的電壓，以調(diào)制來(lái)自所述激光器的所述激光 輸出；以及在調(diào)制被施加至所述光學(xué)諧振腔的光電材料的電壓過(guò)程中，同時(shí)調(diào)諧用于所述激光器 的控制信號(hào)以調(diào)諧所述激光頻率。
15. —種激光設(shè)備，包括 底板；半導(dǎo)體激光器，安裝在所述底板上，能夠響應(yīng)于激光控制電信號(hào)被調(diào)諧以及產(chǎn)生具有 激光頻率的激光束；光學(xué)諧振腔，安裝在所述底板上，所述光學(xué)諧振腔由電光材料制成，以支持在所述光學(xué) 諧振腔內(nèi)沿彼此相反的第一和第二方向循環(huán)的回音壁模式的光；光耦合器，安裝在所述底板上，光耦合至所述光學(xué)諧振腔，以將來(lái)自所述激光器的激光 束的激光漸逝地耦合到所述光學(xué)諧振腔內(nèi)作為回音壁模式下的激光，以及將激光漸逝地耦 合出所述光學(xué)諧振腔以產(chǎn)生反饋激光；透鏡組，安裝在所述底板上，光耦合于所述激光器與所述光耦合器之間，以將來(lái)自所述 激光器的激光束引至所述光耦合器和將來(lái)自所述光耦合器的反饋激光引入所述激光器；電極，形成于所述光學(xué)諧振腔上，以接收諧振腔控制電信號(hào)；以及電饋送導(dǎo)體，位于所述底板上，以將所述諧振腔控制電信號(hào)提供給所述光學(xué)諧振腔上 的電極。
16. 如權(quán)利要求15所述的激光設(shè)備，包括光學(xué)透明板，安裝在所述激光器與所述光學(xué)諧振腔之間的光學(xué)路徑中且位于所述底板 上，所述光學(xué)透明板能夠被調(diào)整以改變所述激光束距離所述底板的高度。
17. 如權(quán)利要求15所述的激光設(shè)備，包括RF電路，產(chǎn)生用于所述電饋送導(dǎo)體的RF調(diào)制信號(hào)，以調(diào)制所述光學(xué)諧振腔，從而引起 所述激光束的RF調(diào)制。
18. 如權(quán)利要求15所述的激光設(shè)備，包括位置控制模塊，與所述光耦合器接合，能夠被操作為控制所述光耦合器與所述光學(xué)諧振腔之間的間隙。
19.如權(quán)利要求15所述的激光設(shè)備，其中，所述光耦合器耦合來(lái)自所述光學(xué)諧振腔的 激光輸出光束，所述激光設(shè)備包括光隔離器，所述光隔離器安裝在所述底板上，以接收激光 輸出光束作為所述激光設(shè)備的輸出激光束。
全文摘要
將激光器穩(wěn)定至回音壁模式光學(xué)諧振腔的技術(shù)和設(shè)備。
文檔編號(hào)H01S3/08GK101796452SQ200880020132
公開(kāi)日2010年8月4日 申請(qǐng)日期2008年6月13日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月13日
發(fā)明者弗拉迪米爾·艾辰科, 路特弗拉·瑪萊基 申請(qǐng)人:Oe電波公司