[发明专利]具有反馈的可调谐透射光栅激光器

说明书

在可调谐透射光栅激光器中，使用腔内光束相对于增益介质的位置作为反馈，可以实现激射腔模式与激光器的光栅滤光器光谱的对准。在各种实施例中，使用在腔外部创建的腔内光束的图像和附加的透射光栅来间接监测腔内光束从增益介质的位移。描述了用于测量该监测光束的位置并用于基于此来调整激光器的可调谐部件的各种装置。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2020年6月3日提交的美国临时专利申请号63/034,268的优先权和权益，上述申请在此通过整体引用并入本文。

背景技术

包括例如光频域反射仪(OFDR)、气体吸收线检测和光学相干断层扫描 (OCT)的许多光学感测和成像技术使用高速激光波长扫描。通常，两个条件确定激光的激射波长。第一条件，也称为通过激光器腔的相位匹配条件，是光通过腔的一次往返累积2π·N弧度，其中N是整数。不同的N值对应于不同的腔模式，其表示腔的可能谐振频率。第二条件是通过腔的损耗小于增益，或者换句话说，腔中的透射效率大于零。满足该条件的波长范围(反映在波长相关的透射效率中)可以通过设计来控制，以限制可以存在于腔中的腔模式的数量。因此，波长相关的透射效率用作模式选择光谱滤光器。在用于波长扫描的可调谐激光器中，腔模式的波长位点(location)和光谱滤光器的波长位点通常彼此独立地可控。在这种调谐过程期间，希望在激射腔模式和滤光器光谱之间保持一定的对准。否则，如果选定的腔模式相对于滤光器发生偏移(shift)，则可能发生模式跳变——即从一个腔模式到另一个腔模式的突然波长跳跃。在激光波长扫描中，这种模式跳变通常是不期望的。因此，需要用于对准激光器的腔模式和滤光器光谱的方法，以避免或至少减少模式跳变。

附图说明

本公开提供了具有符号比例反馈的可调谐透射光栅激光器，该符号比例反馈有助于将激光器的腔模式与滤光器光谱对准。参考附图描述了各种实施例，其中：

图1是根据各种实施例的具有可控反射镜和透射光栅的示例可调谐激光器的基本配置的示意性俯视图；

图2A和图2B分别示意性地示出了用于图1的激光器的激光器腔模式的光谱和光栅滤光器光谱；

图3A和图3B以俯视图示出了图1的可控激光器和激光器的透射光栅之间的不同相对取向，图示了根据各种实施例的光栅滤光器光谱的调谐；

图4A和图4B是图1的可调谐激光器的示意性俯视图，图示了根据各种实施例的在不更改滤光器光谱的情况下偏移激光器的腔模式的方式，并且图4C在腔模式的光谱相对于滤光器光谱的示意描绘中图示了腔模式的光谱偏移；

图5A和图5B示意性地示出了图2A的激光器腔模式相对于图2B的光栅滤光器光谱分别处于未对准状态和对准状态；

图6是根据一个实施例的示例可调谐激光器的示意性俯视图，其具有透射光栅和围绕远程枢轴点可移动以促进无模式跳变调谐的反射镜；

图7A是图1的可调谐激光器的示意性俯视图，图示了偏心腔模式，如可以根据各种实施例间接监测以便于对准，并且图7B图示了相对于激光器的滤光器光谱的偏心腔模式；

图8是图1的可调谐激光器的示意性侧视图，图示了可控反射镜的倾斜角，如可以根据各种实施例调整；

图9是根据各种实施例的具有反馈控制的可调谐透射光栅激光器系统的示意性框图；

图10是根据各种实施例的具有反馈控制的可调谐透射光栅激光器系统的一部分的示意性俯视图，包括图1的可调谐激光器连同用于创建监测光束的第二透射光栅；

图11A是根据各种实施例的用于测量监测光束斑的象限检测器的示意性前视图，并且图11B以侧视图示出腔内光束斑相对于激光器的增益介质的对应位置；

图12是根据一个实施例的具有反馈控制的可调谐透射光栅激光器系统的一部分的示意性俯视图，该系统利用位置敏感二极管来测量监测光束的位点；