本申请公开一种光源，其具有增益芯片、逆反射棱镜和第一促动器。增益芯片放大穿过其中的光。逆反射棱镜的特征在于逆反射棱镜内的枢转轴线、输入光方向、输出光方向和衍射光栅，所述衍射光栅接收由增益芯片发射的在输入方向上行进的光、使衍射光束沿输入光方向返回到增益芯片、并产生输出光束。第一促动器响应于与第一促动器耦合的控制信号而使逆反射棱镜围绕枢转轴线旋转。
Tunable tunable external cavity quantum cascade laser
The application discloses a light source, which has a gain chip, an inverse reflecting prism and a first actuator. The gain chip amplifies the light through it. The characteristic of the reverse reflection prism is the axis of the reverse reflection prism, the direction of the input light, the direction of the output light and the diffraction grating. The diffraction grating receives the light that is transmitted in the input direction by the gain chip, so that the diffracted beam is returned to the gain chip in the direction of the input light and produces the output beam. The first actuator responds to the control signal coupled to the first actuator to turn the retroreflector prism around the pivot axis.
【技术实现步骤摘要】
波长可调谐外腔式量子级联激光器
技术介绍
可调谐外腔式激光器光源典型地由具有增益芯片的反射腔和阻止窄波段范围外波长的光的选择性滤波器构成。穿过滤波器的光由增益芯片通过受激发射放大。一部分光离开腔体，变为来自光源的输出光束。对于任何给定的腔体长度，增益芯片都可按众多不同的模式发射激光。理想情况下，波长滤波器仅选择这些模式中的一种。如果滤波器的通频带太大，则光源可能在不同的腔体模式之间跳跃，相应地使输出光束的波长和其它性质发生跳跃。因此，有利的是提供具有尽可能窄的通频带的波长滤波器，同时提供当将光源调谐到新频率时改变通频带的中心频率的方法。
技术实现思路
本专利技术包括具有增益芯片、逆反射棱镜和第一促动器(actuator)的光源。增益芯片放大穿过其中的光。逆反射棱镜的特征在于，逆反射棱镜内的枢转轴线(pivotaxis)、输入光方向、输出光方向和衍射光栅，所述衍射光栅接收由增益芯片发射的在输入方向上行进的光、使衍射光束沿输入光方向返回到增益芯片、并产生输出光束。第一促动器响应于与第一促动器耦合的控制信号而使逆反射棱镜围绕枢转轴线旋转。在本专利技术的一方面，光源包括第二促动器，所述第二促动器使逆反射棱镜和第一促动器在与输出光束方向垂直的方向上移动。在本专利技术的另一方面，输出光束方向与所述输入光方向平行。在本专利技术的另一方面，增益芯片包括反射表面，所述反射表面形成一端在该反射表面上、另一端在衍射光栅上的腔体。在本专利技术的另一方面，光源包括光学组件，所述光学组件由离开增益芯片的光产生在输入光方向上行进的准直光束，并将衍射光束中的光聚焦到所述增益芯片中。在本专利技术的另一方面，逆反射棱镜由折射率大于1的材料制成。在本专利技术的另一方面，逆反射棱镜由折射率等于1的材料制成。在一种示例性实施方式中，材料包括锗。在另一种示例性实施方式中，材料选自Si、ZnSe、InP和CdZnTe。在本专利技术的另一方面，逆反射棱镜的特征在于，平面衍射光栅、输入光束所穿过的平面入射面、和垂直于平面衍射光栅的反射镜；枢转轴线平行于平面衍射光栅和反射镜的交线，并且沿平面入射面的通过交线的法线偏离该平面入射面。附图说明图1说明用于现有技术外腔式量子级联激光器的一种构造。图2说明根据本专利技术一种实施方式的外腔式量子级联激光器的构造。图3说明当旋转衍射光栅时输出光束的偏移。图4说明消除输出光束方向随着衍射光栅和入射光束之间角度变化而变化的布置。图5说明当衍射光栅在高折射率棱镜表面上时的光束轨迹。图6说明根据本专利技术一种实施方式的旋转中心以及逆反射棱镜围绕该旋转中心的两个不同旋转角度的输入光束和输出光束。图7说明本专利技术一种实施方式中偏移误差与旋转角度的函数关系。图8说明根据本专利技术一种实施方式的外腔式量子级联激光器。图9说明根据本专利技术另一种实施方式的外腔式量子级联激光器。具体实施方式参照图1可以更容易地理解本专利技术提供其优点的方式，图1说明用于现有技术外腔式量子级联激光器的一种构造。激光腔体由增益芯片12的背光面11和衍射光栅15的表面限定。在理想的系统中，选择衍射光栅相对于来自增益芯片的光束的角度，以确保激光器在特定模式发射激光。该角度由促动器16设定，该促动器16使光栅围绕枢转轴线17旋转，该枢转轴线17选择为使得返回到增益芯片的衍射光波长和激光腔体长度得以保持，以提供期望的输出波长。透镜14对离开增益芯片12的前表面13的光进行准直。透镜14设定撞击衍射光栅15的光束的直径，并且设定该构造中的输出光束的直径。由衍射光栅15表面上的光束照射的光栅刻线槽数量设定衍射光栅15的分辨率，对于任何给定光栅，较大的光束直径提供较好的分辨率。特别地，在任何给定波长，通频带宽度与由入射光束照射的光栅刻线槽数量成反比。因此，照射尽可能多的光栅刻线槽是有利的。原则上，可以通过增加透镜14的直径来增加照射的光栅刻线槽数量。然而，提供较大的透镜导致经济损失，因为随着透镜直径增加，透镜成本也显著增加。另外，衍射光栅15的物理尺寸也可能需要增加，这进一步增加光源的成本。本专利技术基于以下观察：通过减小衍射光栅上的刻线间距，可以增加衍射光栅上被照射的刻线数量。对于衍射光栅上具有给定波长和角度的光束，衍射光栅上的刻线槽间距与入射光波长成正比。如果撞击衍射光栅刻线槽的光的波长可以减小，则可以增加被照射的刻线数量。通过将衍射光栅浸没在具有高折射率的材料中，可以减少撞击衍射光栅的光的波长，同时仍然保持通过增益芯片处理并且从光源输出的光的波长。如果材料的折射率是n，则衍射光栅上的刻线间距可以减小到1/n倍。实际上，浸没材料缩短了入射光在撞击衍射光栅之前的波长。在离开浸没材料后，波长恢复到原始波长。现参照图2，说明根据本专利技术一种实施方式的外腔式量子级联激光器的构造。激光器20与图1所示激光器10的不同之处在于，激光器10的衍射光栅15已经由激光器20的衍射光栅22替代，衍射光栅22在由高折射率材料制成的棱镜21的外表面上形成。衍射光栅22通过在棱镜21表面上划出刻线而形成。该刻线的间距是衍射光栅15上的刻线的1/n，其中n是棱镜材料的折射率。为了将腔体调谐到不同的波长，衍射光栅22必须相对于输入光束23的方向旋转。遗憾的是，围绕枢转轴线17旋转衍射光栅22导致输出光束24的方向改变，这对使用激光器20作为可调谐光源的任何仪器提出了挑战。参照图3，可以较容易地理解输出光束偏移的方式，图3说明当旋转衍射光栅时输出光束的偏移。衍射光栅22的两个位置在22a和22b所示。输入光束23和具有所需波长的反射的一级折射光必须穿过增益芯片的同一条光路以放大所需波长的光。来自位置22a的输出光束由31表示，来自位置22b的输出光束由32表示。每条输出光束的方向由输入光束的入射线相对于衍射光栅22在相应位置的法线的角度来设定。因此，当衍射光栅22从位置22a移动到位置22b时，输出光束方向偏移角度当激光器进行调谐时，使用输出光束的仪器将需要补偿输出光束方向的改变。如上所述，这样的补偿意味着重大挑战。现参照图4，说明消除输出光束方向随着衍射光栅和入射光束之间角度的变化而变化的布置。在该实施方式中，反射镜36与衍射光栅22一起旋转，使得反射镜36保持与衍射光栅22的平面成90度角。在这样的布置中，对于衍射光栅22的两个位置，输出光束都保持沿光路35输出。图3和4中所示的布置假定在光撞击衍射光栅22之前，在具有不同折射率的材料之间没有界面。在使用高折射率材料的情况下，当衍射光栅的旋转角度改变时，输出光束不再重合。现参照图5，说明当衍射光栅在高折射率棱镜表面上时的光束轨迹。为了简化以下讨论，将在一个面上具有衍射光栅以及在垂直于该具有衍射光栅的面的相交面上具有反射表面的棱镜称为逆反射棱镜。反射表面可以由反射涂层提供或通过使用全内反射提供。考虑到优选实施方式利用具有大折射率的棱镜材料，在表面处的全内反射是优选实施方式。逆反射棱镜45由高折射率材料制成，其中已经在第一表面上形成衍射光栅46。垂直于衍射光栅46的第二表面47包括反射镜，其以类似于上述的方式改变来自衍射光栅的光束方向。当光束进入或离开48所示的第三表面时，除非光束以垂直于表面48的角度进入或离开，否则光束方向改变。在第一旋转位置，输入光束52以垂直于表面48的角度进入逆反射棱镜45，本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种光源，其包含：增益芯片，其放大穿过其中的光；逆反射棱镜，所述逆反射棱镜的特征在于所述逆反射棱镜内的枢转轴线、输入光方向、输出光方向和衍射光栅，所述衍射光栅接收由所述增益芯片发射的在所述输入光方向上行进的光、使衍射光束沿所述输入光方向返回到所述增益芯片、并产生输出光束；和第一促动器，其响应于与所述第一促动器耦合的控制信号而使所述逆反射棱镜围绕所述枢转轴线旋转。
【技术特征摘要】
2017.01.30 US 15/419,8591.一种光源，其包含：增益芯片，其放大穿过其中的光；逆反射棱镜，所述逆反射棱镜的特征在于所述逆反射棱镜内的枢转轴线、输入光方向、输出光方向和衍射光栅，所述衍射光栅接收由所述增益芯片发射的在所述输入光方向上行进的光、使衍射光束沿所述输入光方向返回到所述增益芯片、并产生输出光束；和第一促动器，其响应于与所述第一促动器耦合的控制信号而使所述逆反射棱镜围绕所述枢转轴线旋转。2.权利要求1的光源，其还包含第二促动器，所述第二促动器使所述逆反射棱镜和所述第一促动器在与所述输出光方向垂直的方向上移动。3.权利要求1的光源，其中所述输出光方向与所述输入光方向平行。4.权利要求1的光源，其中所述增益芯片还包含反射表面，所述反...
【专利技术属性】
技术研发人员：G·派特里奇，
申请(专利权)人：安捷伦科技有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US
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