根据本发明专利技术，提供了一种具有接近连续的波长扫描的紧凑激光器。在一些实施例中，可以在宽范围上扫描该紧凑激光器系统。在一些实施例中，可以以高扫描速率扫描该紧凑激光器系统。在一些实施例中，该紧凑激光器系统可以具有可变相干长度。具体而言，能够实现具有超过１４０ｎｍ的波长扫描的实施例，其连续可变扫描速率高达１ｎｍ／ｓ左右，扫描速率的不连续增大高达１０ｎｍ／ｓ左右，且可变相干长度从１ｍｍ到大约３０ｍｍ。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及可调谐多模激光器，具体而言涉及具有跳模波长扫描的 紧凑激光器。
技术介绍
目前外腔激光器(ECL)广泛用于需要连续可调激光源的一些应用 中。虽然有许多覆盖市场上大范围设计的ECL商业制造商，仍然有4艮多 应用将受益于调谐速度的显著提高，目前的设计还不能提供这种调谐速 度的提高，即使这种提高使以牺牲系统的其他工作参数(例如动态相干 长度和功率稳定性)为代价的也是如此。更具体而言，调谐速度大于1000000nm/s，调谐范围至少为中心波 长的5%,且相干长度至少为几个毫米的快速ECL目前仍不能商用。缺 少波长调谐速度是现有ECL的主要缺点，因为有j艮多应用会受益于调谐 速度的显著提高。当前的ECL，例如可以具有足够大的调谐范围以及真 正的单模行为，因此具有显著超过几个毫米的相干长度(常常为很多 米)，但是它们的调谐速度限于不大于大约1000nm/s。注意，有提供快速、高精确度波长切换的可调谐激光器。例如，瑞 典Kista的Syntune提供一种这样的可切换激光器，其能够实现小于50ns 的点到点波长切换时间。不过，这种系统不提供对它们的输出波长的连 续扫略。相反，它们分立地从一个波长移动到另一个，在从一个稳定波 长移动到另一个所需的时间间隔中不用产生明确的波长。此外，Syntune 激光器需要重要的制造基础设施，不容易在新波长处实施。另一种具有 一些所希望的特性的产品是Micron Optics提供的。在Optics Express,2003年9月8日第11巻第18期2183页到2189页的科学论文中提到了 Micron Optics系统。Micron Optics光源提供2mW的光强度，3.5ms的 扫描时间，1308nm的中心波长，87nm的FWHM (半最大值全宽)扫描 带宽。假设总的扫描范围(定义为99%的功率点)大约为87nm的FWHM 扫描带宽的两倍，Micron Optics系统获4寻了大约50000nm/s的扫描速 度。不过，Micron Optics系统利用了腔下光纤元件，易于受到不希望的 偏振变化影响，并且受到调谐速度比高速应用所需的低得多的影响。此 外，Micron Optics系统是一种基于光纤的激光器，因此难以^f吏腔充分短 以实现非常高的调谐速率。可调谐激光器的长度决定着光子或光子群的 渡越时间。如果特定波长的一群光子在渡越激光器时花费了太长时间， 当它们返回到滤波器元件时，滤波器元件可能被调谐到了另 一个波长， 因此会提供不希望的激光作用的衰减。R.Huber等人在2005年5月2曰 Optics Express第13巻第9期第3513页到3528页的文章中才是供了对这 种局限的更完整描述。ECL的典型设计方案是提供可绕枢轴旋转的镜片或光栅，可以旋转 镜片或光栅以在激光器的整个调谐范围上使激光器保持在相同的纵 模。这样选择枢轴，使得如下所示的方程1和方程2同时得到满足<formula>formula see original document page 5</formula>在方程1和2中，^为激光器的平均瞬时输出波长，N为激光器的 纵模数，d为与波长以相同单位测得的光栅常数，a为光场在光栅上的 入射角，P为光场离开光栅时的衍射角，L为激光腔的光程长度。如果 在N固定的时候调谐波长期间，方程1和2的两个条件同时满足，所得 的激光器将可以连续调谐而不会有任何纵^t跳越。尽管有一些机械方案 可以满足上述两个方程的要求，由于它们大小的原因，那些可商业购买 或在科学文献中找到的机械方案受限于调谐速度远低于希望的调谐速 度。在N固定的情况下根据以上方程2旋转镜片或光栅所需的机械通常 是复杂的机构，惯性质量大，使得它们不能以快速调谐所需的高速被致 动。就我们所知，市场上可买到的最快的连续扫描单纵模可调谐激光器 是New Focus提供的，广告说可提供1000nm/s的扫描速度。为了达到 所希望的lOOOOOOnm/s的扫描速度，运动光学元件(通常为镜片或光栅)最好绕其质心旋转且最好越小越好。使用谐振扫描器提供了实现这两个目的的方便方式；不过这种方法通常具有以运动光学元件为中心的旋转 轴，且当N保持不变时通常不能满足方程2。换言之，不能连续满足纵 模条件N iN=2L，当调谐范围达到要达到希望的范围时，激光辐射会从 一个纵才莫跳到另一个。模式跳变可以是一个或几个模式距离宽，模式距离为<formula>formula see original document page 6</formula>出现了这些模式跳变，激光器将不再是连续可调谐激光器，激光器 的动态相干长度将变成不稳定的且劣化到系统静态相干长度之下。为了 减小模式跳变的大小，可以增加腔长，不过这也将使激光器更易于表现 出多模行为，从而也导致了短相干长度。在美国专利No.5,956,355 (即专利'355)中，4皮露了一种激光器设计， 其中，调节宽范围可调谐单模激光器的腔长以补偿波长的变化。专利'355 披露，可以通过适当选择激光腔组件和几何尺寸使激光器提供几乎连续 的频率调谐，同时还提供高的扫描速率。专利'355中提出的方法使用如 此取向的可操纵的镜片和衍射光栅(提供波长选择性)，使得可操纵镜 片以如下方式跨光栅扫描光场，从而使腔长变化以抵销波长的变化，目 的是在N保持不变的前提下，保持以上方程2中的近似平衡。在专利'3 55 中还提出，可以添加额外的元件， -使得可以解决方程2中残余的误差或 不平衡，从而可以在宽调谐范围上保持方程2的精确平衡。虽然看起来 这种方法是可行的，但据我们所知，所提的这种设计还没有成功的实 现。可以使用几种方法之一测量波长扫描激光器的瞬时相干长度，通常 这些方法涉及到各种不同的干涉仪。 一种这样的方法是使用基于光纤的 Michelson干涉仪。相干长度Lc由下式给出<formula>formula see original document page 6</formula>其中HWHM为将干涉图/人最大值的100。/。改变成最大j直的50%所 需的干涉仪中的镜片之一的位移。注意，因子2表示在Michelson干涉 仪的运动臂中的两次通过(正向和反向)。在很多应用中都需要同时实现高的近似连续的调谐速度和至少几 个毫米的动态相干长度。在扫描光源光学相干层一斤成^象(Swept Source Optical Coherence Tomography, SS画OCT)中是这样，在一些光学远程光纤感测和光学元件测试应用中也是这样。在SS-OCT中，光源的相干长 度设定了成像深度的极限，潜在的成像深度随着相干长度线性地缩放。
技术实现思路
根据本专利技术，提供了一种近似连续波长扫描的多^^莫激光器，其具有 大的扫描速率，同时保持了足够的相干长度，从而可用于扫描光源应用 中。在本专利技术的一些实施例中，紧凑激光源可以具有超过大约140nm的 波长扫描范围，可变扫描频率高达大约10nm/y s,相干长度在大约3mm 到大约30mm之间。在如上所述的其他系统中，试图在扫描激光器的波长的时候保持单 纵模或接近单纵模，与此相反，本专利技术的一些本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种可调谐多模激光光源，包括：形成于两个反射器之间的光学腔，所述光学腔支持多个光学模式；位于所述光学腔中的光学增益介质；以及位于所述光学腔中的调谐部分，耦合所述调谐部分以从所述增益介质接收光并在所述多个光学模式的模式之间调谐，其中形成相干长度大于大约２ｍｍ的外腔波长调谐的多模激光器。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：AE卡布尔，JM拉松，LG桑斯特伦，B克勒曼，
申请(专利权)人：索尔实验室公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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