[发明专利]用于减少外腔激光器中模式跳转产生的噪声的方法和装置

说明书

一种用于减少外腔激光器中模式跳转产生的噪声的方法和装置。公开了一种外腔激光器以及用于操作所述外腔激光器的方法。所述外腔激光器包括增益芯片、光栅、致动器和致动器驱动器。所述光栅将波长带中离开所述增益芯片的光衍射回到所述增益芯片，所述光栅由相对于离开所述增益芯片的光的角度以及距所述增益芯片的距离表征，所述角度和所述距离受控于所述致动器。一部分所述衍射后的光受所述增益芯片放大。所述激励器驱动器使得所述角度在由幅度和平均频率表征的运动中相对于平衡角度抖动。选取所述抖动运动幅度，以激励所述增益芯片的多个相邻激光模式或提供用于将光栅角度保持在目标值的伺服信号。

技术领域

本公开涉及用于减少外腔激光器中模式跳转产生的噪声的方法和装置。

背景技术

在测量作为波长函数的样本的性质的大量器件中，利用具有可以遍布宽波长范围受调谐的输出波长的激光器。这些器件中所利用的一类激光器基于宽带宽增益芯片，其放置在使用光栅作为外腔中的各“反射器”之一的外腔中。为了调谐输出波长，光栅的位置受调整，以提供期望的激光腔长度，并且光栅上的光的入射角度受调整，使得光栅有选择地将期望波长的光衍射回到增益芯片。

如果光栅所衍射回去的波长带足够大，则可能激励多于一个的激光腔模式。在此情况下，激光输出光可能在比利用来自激光器的光的器件进行测量的时间段更小的时间段上以不可预测的图案在各模式之间跳转。大量非理想因素(例如温度的改变)中的任一可能导致跳转。在脉冲化激光器中，当电流脉冲施加到增益芯片时，不足的光栅分辨率允许多于一个的激光腔模式满足激光发射条件。虽然其它物理机制(例如均匀增益展宽)仅许可一个激光腔模式发射激光，但激光发射腔模式可以随着脉冲而不同。在脉冲化激光器中，脉冲期间的温度的变化可能产生模式跳转(脉冲内模式跳转)。此外，存在与激光模式跳转关联的激光波束指向误差。因为每个激光腔具有不同的频率，所以来自光栅的衍射后的光的角度对于每个激光腔模式是不同的。

大量测量要求在每个测量期间重复地调谐激光器波长以及良好的激光波束指向稳定性。例如，当样本缺失时，可以通过测量背景而从样本信号移除背景。在这些测量中，激光器波长调谐可重复性是非常重要的。由于模式跳转可能在随机时间产生，因此这些变化在激光器波长的调谐中对于要求高调谐可重复性程度和良好的激光波束指向稳定性的测量产生问题。

发明内容

本发明包括一种外腔激光器以及用于操作所述外腔激光器的方法。所述外腔激光器包括增益芯片、光栅、致动器和致动器驱动器。所述光栅将波长带中离开所述增益芯片的光衍射回到所述增益芯片，所述光栅的对准由相对于离开所述增益芯片的光的角度以及距所述增益芯片的距离表征，所述角度和所述距离受控于所述致动器。一部分所述衍射后的光受所述增益芯片放大。所述致动器驱动器使得所述角度在由幅度和平均频率表征的运动中相对于平衡角度抖动。所述幅度足以激励所述增益芯片的第一多个相邻激光模式。

在本发明的一个方面中，所述致动器驱动器按大于1Hz的平均频率使得所述角度抖动。在本发明的另一方面中，所述致动器驱动器按作为包括所述光栅的机械系统的谐振频率的频率使得所述角度抖动。

在本发明的另一方面中，所述增益芯片按第一频率脉冲化，所述光栅角度按小于所述第一频率的频率抖动。

在本发明的又一方面中，所述外腔激光器包括：检测器，其测量激光功率并且伺服所述致动器驱动器，使得所述光栅的衍射函数的峰值与期望的激光腔模式对准。

在本发明的一个方面中，具有较大数值孔径的长焦距透镜用于准直所述光栅上的光束，以改进所述光栅的选择性。

附图说明

图1示出根据本发明一个实施例的将光提供给测量系统的外腔激光器。

图2示出作为激光光学频率的函数的可能激光腔模式。

图3示出衍射光栅所提供的光学频率选择。