空间分布式激光器共振器制造技术

一种使用回复反射元件的分布式共振器激光器系统，其中空间上分开的回复反射元件分别限定功率发射单元和功率接收单元。所述回复反射器不具有反转点，使得入射光束沿着与入射的所述光束的路径实质上重合的路径被反射回去。这使得所述分布式激光器能够以共线模式，而不是现有技术中描述的环形模式，操作光束。此特征容许简单地包含：在所述分布式腔内具有光学功率的元件；使得能够实现诸如聚焦/散焦的功能的元件；增大所述系统的视场的元件；以及使所述光束的瑞利长度发生变化的元件。能够有利地将所述光学系统构造为光瞳成像系统，所述光瞳成像系统具有能够将诸如所述增益介质或光伏转换器的光学组件不受物理限制地安置在该光瞳处的优点。

Spatially distributed laser resonator

A distributed resonator laser system using a retro reflecting element in which spatially separated back reflecting elements respectively define a power transmitting unit and a power receiving unit. The retro reflector does not have an inversion point so that the incident beam is reflected back along a path substantially coincident with the path of the incident light beam. This allows the distributed laser to operate the beam in a collinear mode rather than in the ring mode described in the prior art. This feature allows simply comprises optical power in the cavity of the distributed components; enables such as focusing / defocusing function components; increasing the system's field components; and subjecting the Rayleigh length of beam changing element. Advantageously will construct the optical system for pupil imaging system, the imaging system has the advantages that the pupil of optical components such as the gain medium or photovoltaic converter from physical restrictions placed in the pupil.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】空间分布式激光器共振器
当前专利技术涉及使用回复反射器（retroreflector）的分布式激光器共振器的领域，尤其用在用于通过腔内（intracavity）激光功率将功率无线传输至便携式电子设备的系统中。
技术介绍
在公布为WO2007/036937、“定向光发射器和接收器（DirectionalLightTransmitterandReceiver）”的PCT申请PCT/IL2006/001131中和在公布为WO/2009/008399、“无线激光功率（WirelessLaserPower）”的PCT申请PCT/IL2009/000010中，示出了基于分布式激光器共振器的无线功率输送系统。当前公开中使用此术语，以描述如下激光器：其腔镜子（mirror）在自由空间中分开，并且腔镜子之间没有任何特定的预限定的空间关系，使得激光能够在随机安置的端部反射器之间操作。在以上提到的申请中，该分布式激光器共振器的一个使用在于将来自中心布置的发射器的光学功率传输至远离所述发射器安置的移动接收器，其中端部镜子安置于发射器和接收器内。该分布式激光器共振器使用诸如角锥棱镜（cornercube）和猫眼以及其阵列的简单的回复（retro）反射器作为腔的端部镜子。回复反射器与平面镜反射器不同，因为回复反射器具有非无限小的视场。在回复反射器的视场内入射到回复反射器上的电磁波前沿着与来自波源的方向平行但是相反的方向被反射回去。即使回复反射器上的该波的入射角具有不同于零的值，反射也发生。这不像平面镜反射器，只有镜子精确地与波前垂直，具有零入射角时，平面镜反射器才沿着入射路径反射回去。诸如图1中所示出的回复反射器的许多该通常可用的回复反射器15生成绕处于回复反射器中或很靠近回复反射器的反转点10（或在回复反射器阵列的情况下绕多个点）的反转点10的光学图像反转，反射光束11穿过与入射光束12的路径空间上不同的路径，如图1所示出的。在实际的系统中，绕点的此反转引起若干问题：a.在许多此简单的回复反射器中，将反转点处于诸如角锥棱镜反射器中的其中不能提供光学通路的光学不透明的位置中。b.如在以下的段落（c）至（f）中将进一步地阐释的，为实际使用设计的分布式激光器系统应该要求在腔内放置光学元件。然而，这可能是有问题的，因为，接着以上的段落（a），光学不透明的位置中的反转点导致不重叠的两个光束。对此的解释是回复反射器绕光束的方向上的反转点10反转。从而，以柱坐标表述光束方向，取向角Theta保持恒定，R变为负R并且方向颠倒（reverse）了。对于待重叠的两个光束，R必须等于负R，其指示R等于0，意味着反射必须发生在不透明的反转点处。由于如图1中所示出的重叠的此缺失，在光束路径中放置要求的具有至少一个非平坦的光学表面的光学元件将通常导致两个光束变得不平行，引起分布式共振器停止激射。此光学组件可以引起每一个光束不同地偏转，如图2中所示出的，其示例了两个平行光束的行为，一个为通过透镜20的光学中心21的标记的光束1，以及一个为通过从中心移位的点23的标记的光束2。如所观测的，通过透镜20后，光束不再平行。因为为使分布式共振器操作需要两个光束保持平行，如上述的WO2007/036937和WO/2009/008399中描述的，所以该光学组件不能用于在其单个回复反射器（多个回复反射器）处具有光学图像反转和具有不透明的反转点的共振器内。尽管设计诸如望远镜透镜装置的某些光学元件以处理两个平行的光束是可能的，但是该设备可能具有有限的视场和有限的功能，可能要求光束之间的间隔固定，并且可能对两个光束引起畸变（aberration）。这一般阻止了该望远镜解决方案的实际使用。在G.J.Linford等的美国专利号4209689的“激光安全通信系统（LaserSecureCommunicationsSystem）”中，描述了用于远程通信的分布式激光器腔，腔中具有靠近增益介质的望远镜。此系统应对非常轴向地限定的光束，并且以尽可能有限的视场来操作，涉及接近于轴的传播的角度。没有提到沿着（down）腔长度的诸如增益介质的元件的纵向位置。据信使用望远镜以扩展光束，并且因此限制光束发散和视场。在许多其它情况下，可以不存在对望远镜的需要，而是存在对诸如聚焦透镜的具有不同功能的另一光学元件的需要，存在由于双光束而从其出现的相同的问题。c.为两个光束设计的光学系统需要使用的组件的直径的大小通常是等效的单光束系统的组件的直径的的至少两倍，以便适应两个光束和其之间的距离。这将增加系统的成本和其总的宽度。d.一般地，两个简单的回复反射器不足以实现激射，因为典型地需要将光束聚焦，以便补偿瑞利扩展。在以上参考的WO/2009/008399中，通过使用热聚焦元件来解决此问题。然而，由于需要对其进行启动，该解决方案遭受增加的复杂性。e.在光束的路径中可能必需诸如具有至少一个非平坦的表面的那些光学元件的具有光学功率的光学元件，以实现诸如聚焦的其它的光学功能，以对畸变进行校正，以监视系统的状态，以改变系统的视场，或者以以不同的光圈工作以容许系统的更好的性能/价格。因为两个光束实质上是分开的，所以随着需要增大的光圈，阻挡重影光束（ghostbeam）也可能是困难的。f.因为将成像光学器件放置在共振器内部是困难的，所以形成接收器的位置的图像是困难的。该信息对于监视连接至发射器的单个接收器或多个接收器可以是潜在地必需的。以上两个参考的PCT公布中示出的分布式激光器系统出现了附加的问题，因为系统内的光束的方向和位置是未知的。于是知道在光束的路径中哪里放置诸如偏振器、波片、倍频（frequencydoubling）晶体等的方向敏感的组件变得困难。知道如何使用诸如小检测器、增益介质等的位置受限的组件也变得困难，因为不知道哪里横向（laterally）安置该组件。因此存在对分布式激光器腔架构的需要，该分布式激光器腔架构克服了现有技术系统和方法的以上提到的缺点中的至少一些缺点。说明书的此部分和其它部分中提到的公布中每一个公布的公开的全文并入于此作为参考。
技术实现思路
当前公开描述了用于使用回复反射元件实现分布式腔激光器操作的新的示范性的系统和方法，其中，空间上分开的回复反射元件限定功率发射单元和功率接收单元。将增益介质有利地放置于发射器单元中，使得一个发射器能够与数个接收器一起操作，接收器具有较简单和较轻的构造。描述的系统和方法克服了与该现有技术激射系统中简单的回复反射器的使用相关联的双光束问题。描述的系统和方法也克服了在横向和纵向二者上限定激光器腔内的各个光学组件的位置的问题，提供了所述腔的激射属性的补充优点。因此系统存在容许下面的特性中的一些或全部的优点：a）容许沿着入射光束的路径的回复反射，使得传入和返回的光束沿着相同的路径行进。此特征使得分布式激光器能够以共线模式操作光束，而不是现有技术中描述的环形模式。b）容许将诸如具有一个或多个非平坦的光学表面的元件的具有光学功率的元件放置于传出/返回的光束中，其中这些组件尤其可以执行：聚焦/散焦增大系统的视场改变光束的瑞利长度使光束适应特定的操作距离。c）在系统中具有容许放置组件的区域，使得总是保证光通过组件的中心，使得可以降低组件的大小和价格，并提高效率。d本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种分布式共振器激光器系统，包括：第一回复反射器和第二回复反射器，所述第一回复反射器和所述第二回复反射器都使得入射于其上的光束沿着与入射的所述光束的路径重合的路径被反射回去；增益介质，所述增益介质布置于所述第一回复反射器和所述第二回复反射器之间；输出耦合器，所述输出耦合器布置为使得将所述光束的撞击于其上的部分引导出所述共振器；光束吸收组件，所述光束吸收组件相对于所述输出耦合器布置，使得所述光束的被引导出所述共振器的该部分撞击到所述光束吸收组件上；以及具有至少一个非平坦的光学表面的至少一个光学组件，所述至少一个光学组件布置于所述第一回复反射器和所述第二回复反射器之间，其中，所述增益介质设置于并入了具有至少一个非平坦的光学表面的所述至少一个光学组件的光学系统的光瞳处。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.06.13 US 61/457,8221.一种分布式共振器激光器系统，包括：第一回复反射器和第二回复反射器，所述第一回复反射器和所述第二回复反射器都使得入射于其上的光束沿着与入射的所述光束的路径重合的路径被反射回去；增益介质，所述增益介质布置于所述第一回复反射器和所述第二回复反射器之间；输出耦合器，所述输出耦合器布置为使得将所述光束的撞击于其上的部分引导出所述共振器；光束吸收组件，所述光束吸收组件相对于所述输出耦合器布置，使得所述光束的被引导出所述共振器的该部分撞击到所述光束吸收组件上；以及具有至少一个非平坦的光学表面的至少一个光学组件，所述至少一个光学组件布置于所述第一回复反射器和所述第二回复反射器之间，其中，所述增益介质设置于并入了具有至少一个非平坦的光学表面的所述至少一个光学组件的光学系统的光瞳处。2.根据权利要求1所述的分布式共振器激光器系统，其中，所述光束吸收组件是光伏功率转换器或传热组件。3.根据权利要求1和2中的任一项所述的分布式共振器激光器系统，其中，所述至少一个光学组件是至少一个透镜，所述至少一个透镜布置为限定入射/出射光瞳，使得以多个不同角度通过所述入射/出射光瞳的光将被引导至所述增益介质。4.根据权利要求1和2中的任一项所述的分布式共振器激光器系统，其中，至少一个光学组件是镜子，所述镜子布置为限定入射/出射光瞳，使得以多个不同角度通过所述入射/出射光瞳的光将被引导至所述增益介质。5.根据权利要求1和2中的任一项所述的分布式共振器激光器系统，还包括透镜，所述透镜布置为使得所述光束由其折射，以生成与联接所述透镜的中心和所述增益介质的轴平行的传播区域。6.根据权利要求1和2中的任一项所述的分布式共振器激光器系统，其中，具有至少一个非平坦的光学表面的所述至少一个光学组件是具有成像平面的光学系统的部分。7.根据权利要求1和2中的任一项所述的分布式共振器激光器系统，其中，所述增益介质设置于所述入射/出射光瞳的被成像的光瞳处。8.根据权利要求1和2中的任一项所述的分布式共振器激光器系统，其中，所述第一回复反射器和所述第二回复反射器中至少一个回复反射器不具有反转点。9.根据权利要求1和2中的任一项所述的分...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·德拉佩尔戈拉，O·阿尔珀特，O·纳米亚斯，V·魏斯莱布，
申请(专利权)人：WI电荷有限公司，
类型：发明
国别省市：以色列,IL