激光装置、测量装置和测量方法制造方法及图纸

提供了激光装置110、测量装置100和测量方法，其中激光装置110输出具有多种模式的调频激光束且包括：光学腔，其具有用于放大要输入的光的增益介质114，以及用于移位由增益介质放大的光的频率的光学SSB调制器30；以及控制部件50，其控制光学SSB调制器30以移位要输入到光学SSB调制器30的光的频率。

【技术实现步骤摘要】
激光装置、测量装置和测量方法
本专利技术涉及激光装置、测量装置和测量方法。
技术介绍
已知在腔(谐振器)中设有频移器、并且输出振荡频率随时间线性变化的多个纵模(longitudinal-mode)激光的频移反馈激光器(frequency-shiftedfeedbacklaser，FSFL)。此外，已知使用这种FSFL的光学测距仪(例如，参见专利文献1:日本专利第3583906号的说明书，以及非专利文献1:“DistanceSensingbyFSFLaserandItsApplication”，TakefumiHARA，Optonews，第7卷，第3期，2012年，第25-31页)。另外，作为频移器的光学单边带(single-sideband，SSB)调制器也是已知的(例如，参见专利文献2：日本专利第3867148号的说明书，以及专利文献3：日本专利第4524482号的说明书)。
技术实现思路
本专利技术要解决的问题作为这种FSFL，已知这样的配置，其中在腔中设有使用声光元件的频移器。声光元件是这样的元件，当光被输入到在该元件中传播超声波信号的区域时，输出的衍射光的频率从输入光的频率移位该超声波信号的频率。这样的声光学元件不容易改变(i)要移位的频率和(ii)频率的正负号。因此，使用这种声光元件的FSFL不能容易地改变频移量和频移方向。本专利技术着眼于这一点，并且本专利技术的目的是容易地改变应用到FSFL的频率的移位量和/或方向。解决问题的手段本专利技术的第一方面提供一种激光装置，用于输出具有多种模式的调频激光束，该激光装置包括：光学腔，其具有用于放大要输入的光的增益介质，以及用于移位由增益介质放大的光的频率的光学SSB调制器；以及控制部件，其控制光学SSB调制器以移位要输入到光学SSB调制器的光的频率。控制部件可以设置光学SSB调制器的频移量。光学SSB调制器可以具有：衬底、设置在衬底上且具有第一臂波导和第二臂波导的主马赫曾德尔(Mach-Zehnder)波导、设置在第一臂波导上的第一子马赫曾德尔波导以及设置在第二臂波导上的第二子马赫曾德尔波导；以及控制部件可以将预定值的DC电压和RF信号提供给设置在衬底上且对应于主马赫曾德尔波导、第一子马赫曾德尔波导和第二子马赫曾德尔波导的电极，以及可以通过改变RF信号的频率来设置频移量。控制部件可以设置光学SSB调制器的频移方向。光学SSB调制器可以具有：衬底、设置在衬底上且具有第一臂波导和第二臂波导的主马赫曾德尔波导、设置在第一臂波导上的第一子马赫曾德尔波导以及设置在第二臂波导上的第二子马赫曾德尔波导；以及控制部件可以通过将预定值的DC电压提供给设置在衬底上且对应于主马赫曾德尔波导、第一子马赫曾德尔波导和第二子马赫曾德尔波导的电极来切换频移方向。光学SSB调制器可以具有：衬底、设置在衬底上且具有第一臂波导和第二臂波导的主马赫曾德尔波导、设置在第一臂波导上的第一子马赫曾德尔波导以及设置在第二臂波导上的第二子马赫曾德尔波导；以及控制部件可以将要提供给设置在衬底上且对应于主马赫曾德尔波导、第一子马赫曾德尔波导和第二子马赫曾德尔波导的电极的RF信号的相位反转，以及可以切换频移方向。主马赫曾德尔波导可以是这样的波导，其将输入到光学SSB调制器的光分支到第一臂波导和第二臂波导，并复用分支的光以输出复用的光，第一子马赫曾德尔波导可以是这样的波导，其将输入到第一臂波导的光分支到第一子臂波导和第二子臂波导，并复用分支的光以输出复用的光到第一臂波导，第二子马赫曾德尔波导可以是这样的波导，其将输入到第二臂波导的光分支到第三子臂波导和第四子臂波导，并复用分支的光以输出复用的光到第二臂波导，电极可以具有：设置在主马赫曾德尔波导的第一臂波导和第二臂波导之间的主DC电极、设置在第一子马赫曾德尔波导的第一子臂波导和第二子臂波导之间的第一子DC电极和第一RF电极、设置在第二子马赫曾德尔波导的第三子臂波导和第四子臂波导之间的第二子DC电极和第二RF电极，以及控制部件可以提供预定的DC电压到主DC电极、第一子DC电极和第二子DC电极，且可以提供预定的RF信号到第一RF电极和第二RF电极。本专利技术的第二方面提供一种测量装置，其包括：根据第本专利技术的第一方面的激光装置；分支部件，其将由激光装置输出的调频激光束的一部分分支为参考光且将调频激光束的剩余部分中的至少一些分支为测量光；差拍信号生成部件，其通过混合参考光和通过将测量光照射到待测对象上而反射的反射光来生成差拍信号；以及检测部件，其通过对差拍信号进行频率分析来检测参考光和测量光之间的传播距离的差。本专利技术的第三方面提供一种测量装置，其包括根据本专利技术的第一方面的激光装置，其中，在该激光装置中，控制部件设置光学SSB调制器的频移量；分支部件，其将由激光装置输出的调频激光束的一部分分支为参考光且将调频激光束的剩余部分中的至少一些分支为测量光；差拍信号生成部件，其通过混合参考光和通过将测量光照射到待测对象上而反射的反射光来生成差拍信号；以及检测部件，其通过对差拍信号进行频率分析来检测参考光和测量光之间的传播距离的差，其中控制部件将光学SSB调制器的频移量设置为第一频率或大于第一频率的第二频率中的一个，然后使检测部件对差拍信号进行频率分析，并且检测部件基于以下各项的频率分析的结果来检测参考光和测量光的传播距离的差：(i)当将光学SSB调制器的频移量设置为第一频率时的阶数确定差拍信号，以及(ii)当将将光学SSB调制器的频移量设置为第二频率时的距离测量差拍信号。本专利技术的第四方面提供一种测量装置，其包括根据本专利技术的第一方面的激光装置，其中，在该激光装置中，控制部件设置光学SSB调制器的频移方向；分支部件，其将由激光装置输出的调频激光束的一部分分支为参考光且将调频激光束的剩余部分中的至少一些分支为测量光；差拍信号生成部件，其通过混合参考光和通过将测量光照射到待测对象上而反射的反射光来生成差拍信号；以及检测部件，其通过对差拍信号进行频率分析来检测参考光和测量光之间的传播距离的差，其中控制部件将光学SSB调制器的频移方向切换为正侧或负侧中的一个，然后使检测部件对差拍信号进行频率分析，且检测部件基于以下各项的频率分析结果来检测参考光和测量光之间的传播距离的差：(i)当光学SSB调制器的频移方向是正侧时生成的正侧差拍信号，以及(ii)当光学SSB调制器的频移方向是负侧时生成的负侧差拍信号。检测部件可以通过以下等式计算参考光和测量光之间的传播距离的差d：使用通过对差拍信号进行频率分析而获得的差拍信号的频率νB(m,d)，其中c是光速，νs是调频激光束的频移量，νc＝1/τRT，τRT是光围绕激光装置(110)的光学腔行进的时间，且m是调频激光束的纵模数的间隔(测量光的纵模数和参考光的纵模数之间的差)。差拍信号生成部件可以对反射光和参考光进行正交检测。本专利技术的第五方面提供一种测量方法，其包括以下步骤：设置光学SSB调制器的频移量和频移方向；从激光装置输出具有多种模式的调频激光束，该激光装置本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种激光装置，用于输出具有多种模式的调频激光束，所述激光装置包括：/n光学腔，其具有/n用于放大要输入的光的增益介质，以及/n光学SSB调制器，用于移位由所述增益介质放大的光的频率；以及/n控制部件，其控制所述光学SSB调制器以移位要输入到所述光学SSB调制器的光的频率。/n

【技术特征摘要】
20191218 JP 2019-2282801.一种激光装置，用于输出具有多种模式的调频激光束，所述激光装置包括：
光学腔，其具有
用于放大要输入的光的增益介质，以及
光学SSB调制器，用于移位由所述增益介质放大的光的频率；以及
控制部件，其控制所述光学SSB调制器以移位要输入到所述光学SSB调制器的光的频率。


2.如权利要求1所述的激光装置，其中
所述控制部件设置所述光学SSB调制器的频移量。


3.如权利要求2所述的激光装置，其中
所述光学SSB调制器具有：
衬底，
主马赫曾德尔波导，其设置在所述衬底上且具有第一臂波导和第二臂波导，
设置在所述第一臂波导上的第一子马赫曾德尔波导，以及
设置在所述第二臂波导上的第二子马赫曾德尔波导；并且
所述控制部件将预定值的DC电压和RF信号提供给设置在所述衬底上并且对应于所述主马赫曾德尔波导、所述第一子马赫曾德尔波导和所述第二子马赫曾德尔波导的电极，并通过改变所述RF信号的频率来设置所述频移量。


4.如权利要求1所述的激光装置，其中所述控制部件设置所述光学SSB调制器的频移方向。


5.如权利要求4所述的激光装置，其中
所述光学SSB调制器具有：
衬底，
主马赫曾德尔波导，其设置在所述衬底上且具有第一臂波导和第二臂波导，
设置在所述第一臂波导上的第一子马赫曾德尔波导，以及
设置在所述第二臂波导上的第二子马赫曾德尔波导；并且
所述控制部件通过将预定值的DC电压提供给设置在所述衬底上并且对应于所述主马赫曾德尔波导、所述第一子马赫曾德尔波导和所述第二子马赫曾德尔波导的电极来切换所述频移方向。


6.如权利要求4所述的激光装置，其中
所述光学SSB调制器具有：
衬底，
主马赫曾德尔波导，其设置在所述衬底上且具有第一臂波导和第二臂波导，
设置在所述第一臂波导上的第一子马赫曾德尔波导，以及
设置在所述第二臂波导上的第二子马赫曾德尔波导；并且
所述控制部件将要提供给设置在所述衬底上并且对应于所述主马赫曾德尔波导、所述第一子马赫曾德尔波导和所述第二子马赫曾德尔波导的电极的RF信号的相位反转，并切换所述频移方向。


7.如权利要求3所述的激光装置，其中
所述主马赫曾德尔波导是这样的波导，其将输入到所述光学SSB调制器的光分支到所述第一臂波导和所述第二臂波导，并将分支的光复用以输出复用的光，
所述第一子马赫曾德尔波导是这样的波导，其将输入到所述第一臂波导的光分支到第一子臂波导和第二子臂波导，并将分支的光复用以输出复用的光到所述第一臂波导，
所述第二子马赫曾德尔波导是这样的波导，其将输入到所述第二臂波导的光分支到第三子臂波导和第四子臂波导，并将分支的光复用以输出复用的光到所述第二臂波导，
所述电极具有：
设置在所述主马赫曾德尔波导的第一臂波导和第二臂波导之间的主DC电极，
设置在所述第一子马赫曾德尔波导的第一子臂波导和第二子臂波导之间的第一子DC电极和第一RF电极，
设置在所述第二子马赫曾德尔波导的第三子臂波导和第四子臂波导之间的第二子DC电极和第二RF电极，并且
所述控制部件将预定的DC电压提供给所述主DC电极、所述第一子DC电极和所述第二子DC电极，并将预定的RF信号提供给所述第一RF电极和所述第二RF电极。


8.一种测量装置，包括：
如权利要求1至7中任一项所述的激光装置；
分支部件，其将由所述激光装置输出的调频激光束的一部分分支为参考光并将所述调频激光束的剩余部分中的至少一些分支为测量光；
差拍信号生成部件，其通过混合所述参考光和通过将所述测量光照射到待测对象上而反射的反射光来生成差拍信号；以及
检测部件，其通过对所述差拍信号进行频率分析来检测所述参考光和所述测量光之间的传播距离的差。


9.一种测量装置，包括：
如权利要求2或3所述的激光装置；
分支部件，其将由所述激光装置输出的调频激光束的一部分分支为参考光并将所述调频激光束的剩余部分中的至少一些分支为测量光；
...

【专利技术属性】
技术研发人员：小松崎晋路，高桥智隆，氏原大希，
申请(专利权)人：株式会社三丰，株式会社三D创新，
类型：发明
国别省市：日本;JP