[发明专利]空间分布式激光器共振器

说明书

技术领域

当前发明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。

背景技术

在公布为WO2007/036937、“定向光发射器和接收器（Directional Light Transmitter and Receiver）”的PCT申请PCT/IL2006/001131中和在公布为WO/2009/008399、“无线激光功率（Wireless Laser Power）”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（corner cube）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（Laser Secure Communications System）”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。