專利名稱：穩(wěn)偏激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于穩(wěn)偏激光器的裝置和應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及產(chǎn)生包括可調(diào)諧和波長(zhǎng)掃 描激光器在內(nèi)的產(chǎn)生激光光束的技術(shù)、設(shè)備和系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
一個(gè)激光器包含一個(gè)光學(xué)腔或諧振腔，以及激光腔內(nèi)的產(chǎn)生激光的介質(zhì)。 一個(gè)激光 器可以設(shè)計(jì)成包含一個(gè)頻率調(diào)節(jié)元件，用來(lái)在激光器運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)候掃描激光頻率或波長(zhǎng)。 例如，用于光學(xué)斷層掃描技術(shù)(OCT)的高速波長(zhǎng)掃描激光器和用于光傳感詢答應(yīng)用的 激光器。
可調(diào)諧激光器和波長(zhǎng)掃頻光纖激光器對(duì)偏振變化的敏感度是激光器制造技術(shù)的一大 挑戰(zhàn)。因?yàn)樵诩す馄髦挟a(chǎn)生偏振的激光腔會(huì)包含光纖，因此當(dāng)溫度和機(jī)械應(yīng)力改變的時(shí) 候，會(huì)產(chǎn)生各種不同的因素，其結(jié)果就是激光輸出功率會(huì)因?yàn)闇囟?、震?dòng)或者施加于光 纖上的應(yīng)力而變的異常靈敏?？烧{(diào)諧激光器和波長(zhǎng)掃頻激光器可以被設(shè)計(jì)成各種不同的 構(gòu)造，包括光纖激光器的激光腔的增益介質(zhì)和光程可以設(shè)計(jì)到光纖里面或者與光纖結(jié)合 在一起。例如，快速波長(zhǎng)掃頻激光器可以基于傅立葉域鎖模技術(shù)，單模(SM )光纖的 長(zhǎng)度(例如幾公里)是用來(lái)增加激光器的腔長(zhǎng)，以滿足頻域鎖模的條件。在這個(gè)設(shè)計(jì) 中，波長(zhǎng)掃描速度等同于激光腔內(nèi)光的往返時(shí)間。R. Huber， M. Wojtkowski, J. G. Fujimoto 描述了這樣一個(gè)例子"傅立葉域鎖模 一種新的激光操作模式和光學(xué)相干斷層掃描應(yīng) 用。"摘自光學(xué)快車，Vol. 14, No. 8, pp. 3225-3237 (2006).由于單模光纖的長(zhǎng)期使用，激 光腔內(nèi)的偏振往往會(huì)出現(xiàn)波動(dòng)，因此造成輸出功率和輸出激光偏振的波動(dòng)。
其他構(gòu)造的激光器也能表現(xiàn)出光偏振敏感性并且由于激光諧振腔中光偏振的變化， 輸出激光的性能可能會(huì)嚴(yán)重退化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出一種穩(wěn)偏激光器，以克服光偏振在激光器的激光腔中引起的波動(dòng)和變化。
本發(fā)明提出的一種穩(wěn)偏激光器，其特征在于，該激光器包括一個(gè)光偏振分束器(PBS)，該偏振分束器具有第一端口、第二端口和第三端口。 處于第一光偏振態(tài)的光在第一端口和第二端口之間傳輸，處于與第一偏振態(tài)垂直的第二 偏振態(tài)的光在進(jìn)入第一端口后被導(dǎo)向第三端口； 一個(gè)第一光路，該第一光路包括第
一端點(diǎn)和第二端點(diǎn)，第一端點(diǎn)與PBS的第一端口相連接，用來(lái)將光導(dǎo)入到PBS的第一端 口中，并接收以第一偏振態(tài)的方式從第二端口傳輸?shù)降谝欢丝诘墓猓?br> 一個(gè)偏振反射器被連接到第一光路的第二端口，用來(lái)反射接收自第一光路的光使之 返回到第一光路，反射回第一光路的光的偏振態(tài)與最初進(jìn)入到連接在PBS第一端口的第 一光路的光偏振態(tài)相垂直；
一個(gè)第二光路，該第二光路包括第一端點(diǎn)和第二端點(diǎn)，第二光路的第一端點(diǎn)與所述 PBS的第三端口相連接，用來(lái)接收來(lái)自第三端口的第二偏振態(tài)的光，并將接收到的光導(dǎo) 向第二端口；
一個(gè)光環(huán)形器，該光環(huán)形器包括第一端口，第二端口和第三端口，用來(lái)將第一端口 接收的光傳輸?shù)降诙丝?，將第二端口接收到的光傳輸?shù)降谌丝?，第一端口與第二光 路的第二端點(diǎn)相連接，將第二光路的光導(dǎo)向第二端口；
一個(gè)光學(xué)單元，該光學(xué)單元連接到所述光環(huán)形器的第二端口上，用來(lái)接收光，并將 返回光束引導(dǎo)至光環(huán)形器的第二端口
一個(gè)第三光路，該第三光路連接在所述光環(huán)形器第三端口及PBS的第二端口之間， 用來(lái)將該光環(huán)形器第三端口的光學(xué)單元的返回光束引導(dǎo)至PBS的第二端口，從PBS第二 端口至第一端口傳輸?shù)牡谌饴返墓馓幱诘谝黄駹顟B(tài)；第一光路，第二光路中至少放 置一個(gè)光學(xué)放大器，將經(jīng)由第一光路從所述偏振反射器到PBS、經(jīng)由第二光路從PBS回 到該偏振反射器的光放大并引起激光震蕩。
本發(fā)明提出的另一種穩(wěn)偏激光器，其特征在于，該激光器包括
一個(gè)光偏振分束器(PBS)，含有第一端口，第二端口及第三端口，第一偏振態(tài)的 光經(jīng)由PBS的第一端口和第二端口傳輸，第二偏振態(tài)的光垂直于第一偏振態(tài)的光由第一 端口進(jìn)入，由第三端口輸出；
第一光路，含有第一端點(diǎn)和第二端點(diǎn)，第一端點(diǎn)連接PBS的第一端口將光導(dǎo)入到 PBS的第一端口，并將接收到的第一偏振狀態(tài)的光，由PBS的第二端口傳輸?shù)降谝欢?□;
一個(gè)偏振反射鏡，連接在第一光路的第二端點(diǎn)，將從第一光路接收到的光返射回第 一光路，該反射光垂直于最初從PBS的第一端口進(jìn)入第一光路的偏振光；
第二光路包括一個(gè)第一端點(diǎn)和一個(gè)第二端點(diǎn)，第一端點(diǎn)與PBS的第三端口相連接， 第二端點(diǎn)與PBS的第二端口相連接；由第一端點(diǎn)接收自第三端口導(dǎo)入到第二端口的第二 偏振態(tài)的光，將第二光路第一偏振態(tài)的光從到PBS的第二端口傳輸?shù)降谝欢丝?；在第?光路，第二光路中至少放置一個(gè)光學(xué)放大器，將經(jīng)由第一光路從偏振反射器到PBS、經(jīng) 由第二光路從PBS回到偏振反射器的光放大并引起激光震蕩，使自偏振反射鏡通過第一
7光路到PBS，通過第二光路到光環(huán)形器、光學(xué)單元、光環(huán)形器，再通過第三光路到 PBS，到偏振反射鏡的激光諧振。
本發(fā)明提出的第三種一種穩(wěn)偏激光器，其特征在于，該激光器包括-
一個(gè)帶有第一端口、第二端口和第三端口的光環(huán)行器，該光環(huán)行器從第一端口接收 光并從第二端口輸出，把從第二端口接收到的光傳入第三端口并輸出；
一個(gè)包含第一端點(diǎn)和第二端點(diǎn)的第一光路，第一端點(diǎn)與光環(huán)行器的第二端口相連 接，用來(lái)接收光并傳送到光環(huán)行器的第一端口；
一個(gè)偏振反射器，與第一光路的第二端點(diǎn)相連接，用來(lái)反射接收來(lái)自第一光路的 光，并將其反射回到第一光路，反射回去的光的偏振態(tài)垂直于起初通過第一光路進(jìn)入到 PBS第一端口的光的偏振態(tài)；
一個(gè)包含第一端點(diǎn)和第二端點(diǎn)的第二光路，第一端點(diǎn)被連接到光環(huán)行器的第三端 口，用來(lái)接收從第三端點(diǎn)發(fā)出的光并且傳送到第二端點(diǎn)；第二光路的第二端點(diǎn)與光環(huán)行 器的第一端口相連接，用來(lái)把第二光路中從光環(huán)行器的第一端口接收到的光傳送到光環(huán) 行器的第二端口；光放大器與第一光路和第二光路中的一條相連接，用來(lái)使光放大并在 一個(gè)循環(huán)中產(chǎn)生震動(dòng)，該循環(huán)經(jīng)過第一光路到第二光路從偏振反射器到光環(huán)行器，再到 光環(huán)行器，最后傳送到光反射器。
在一個(gè)實(shí)施例中， 一個(gè)穩(wěn)偏激光器可以包含一個(gè)單項(xiàng)光環(huán)路和一個(gè)偏振反射鏡，該 偏振反射鏡光學(xué)地與一個(gè)雙光路相連接，用來(lái)為激光諧振選擇一個(gè)光偏振態(tài)，同時(shí)抑制 光的其他偏振態(tài)。 一個(gè)光放大器被用來(lái)提供至少一個(gè)單項(xiàng)光回路，同時(shí)雙向光路用來(lái)選 擇激光頻率并發(fā)出激光。這個(gè)光濾波器可以是一個(gè)連接到單向光環(huán)路的反射光濾波器， 或者是一個(gè)與單向光環(huán)路(或雙向光通路)連接的傳輸光濾波器。
在另一個(gè)實(shí)施例中， 一個(gè)穩(wěn)偏激光器包括一個(gè)光偏振分束器(PBS)，該偏振分束 器具有一個(gè)第一端口、 一個(gè)第二端口和一個(gè)第三端口。處于第一光偏振態(tài)的光在第一端 口和第二端口之間傳輸，處于與第一偏振態(tài)垂直的第二偏振態(tài)在進(jìn)入第一端口后被導(dǎo)向 第三端口。在此裝置中，包括一個(gè)具有一個(gè)第一端點(diǎn)和一個(gè)第二端點(diǎn)的第一光路，第一 端點(diǎn)與PBS的第一端口相連接，用來(lái)將光導(dǎo)入到PBS的第一端口中，并接收以第一偏振 態(tài)的方式從第二端口傳輸?shù)降谝欢丝诘墓狻?一個(gè)偏振反射鏡被連接到第一光路的第二端 口，用來(lái)反射接收自第一光路的光使之返回到第一光路，反射回第一光路的光的偏振態(tài) 與開頭進(jìn)入到連接在PBS第一端口的第一光路的光偏振態(tài)相垂直。這個(gè)裝置還包括一個(gè) 第二光路，第二光路包括一個(gè)第一端點(diǎn)和一個(gè)第二端點(diǎn)，第二光路的第一端點(diǎn)與PBS的 第三端口相連接，用來(lái)接收來(lái)自第三端口的第二偏振態(tài)的光，并將接收到的光導(dǎo)向第二 端口。這個(gè)裝置還包括一個(gè)光環(huán)行器和一個(gè)與第三光路相連接的光學(xué)單元。光環(huán)行器包 括一個(gè)第一端口、 一個(gè)第二端口和一個(gè)第三端口，用來(lái)將第一端口接收的光傳輸?shù)降诙?端口，將第二端口接收的光傳輸?shù)降谌丝?。第一端口與第二光路的第二端口相連接， 將第二光路的光導(dǎo)向第二端口。光學(xué)單元連接到光環(huán)行器的第二端口上，用來(lái)接收光并
8引導(dǎo)一個(gè)返回光束回到光環(huán)行器的第二端口。第三光路連接在光環(huán)行器的第三端口和 PBS的第二端口之間，用來(lái)引導(dǎo)來(lái)自處于光環(huán)行器第三端口的光學(xué)單元的返回光束到 PBS的第二端口，這里第三光路的從PBS第二端口傳輸?shù)絇BS第一端口的光處于第一偏 振態(tài)。在這個(gè)裝置中， 一個(gè)光放大器至少被連接到第一、第二和第三光路中的一個(gè)，用 來(lái)放大光以引起來(lái)自偏振反射鏡、經(jīng)由第一光路到PBS、經(jīng)由第二光路到光環(huán)行器、再 經(jīng)由第三光路到PBS、再到偏振反射鏡構(gòu)成的光回路的激光諧振。
在另一個(gè)實(shí)施例中， 一個(gè)穩(wěn)偏激光器包含一個(gè)具有一個(gè)第一端口、 一個(gè)第二端口和 一個(gè)第三端口的偏振分束器(PBS)，還包含一個(gè)偏振反射鏡。處于第一光偏振態(tài)的光 在PBS的第一端口和第二端口之間傳輸，處于與第一偏振態(tài)正交的第二偏振態(tài)的光進(jìn)入 第一端口后被導(dǎo)向第三端口。第一光路具有第一端點(diǎn)和第二端點(diǎn)，第一端點(diǎn)與PBS的第 一端口相連接，將光導(dǎo)入PBS的第一端口，并接收從第二端口傳輸?shù)降谝欢丝诘牡谝黄?振態(tài)的光。偏振反射鏡被連接到第一光路的第二端點(diǎn)，用來(lái)反射接收來(lái)自第一光路的 光，并將其反射回到第一光路，反射回去的光的偏振態(tài)垂直于起初通過第一光路進(jìn)入到 PBS第一端口的光的偏振態(tài)。這個(gè)激光器包括一個(gè)具有第一端點(diǎn)和第二端點(diǎn)的第二光 路，第一端點(diǎn)與PBS的第三端口相連接，用來(lái)接收來(lái)自第三端口的處于第二偏振態(tài)的 光，并將該光導(dǎo)向第二端點(diǎn)。第二光路的第二端點(diǎn)與PBS的第二端口相連接，引導(dǎo)來(lái)自 PBS的第二端口的第二光路中的第一光偏振態(tài)的光到PBS的第一端口。 一個(gè)光放大器被 連接到第一和第二光路中的至少一個(gè)中，用來(lái)放大光以在由偏振反射鏡、經(jīng)由第一光路 的PBS、第二光路、PBS和偏振反射鏡而形成的光環(huán)路中產(chǎn)生激光振蕩。在另外一個(gè)實(shí) 施例中，
一個(gè)穩(wěn)偏激光器包含一個(gè)光環(huán)行器， 一個(gè)偏振反射鏡和一個(gè)第一光路。光環(huán)行器包 括一個(gè)第一端口、 一個(gè)第二端口和一個(gè)第三端口，用來(lái)引導(dǎo)接收自第一端口的光輸出到 第二端口，并引導(dǎo)接收自第二端口的光到第三端口。第一光路具有第一端點(diǎn)和第二端 點(diǎn)，第一端點(diǎn)被連接到光環(huán)行器的第二端口上，用來(lái)引導(dǎo)光進(jìn)入光環(huán)行器的第二端口并 接收光。偏振反射鏡被連接到第一光路的第二端點(diǎn)上，用來(lái)反射接收自第一光路的光， 并反射回第一光路，反射回去的光的偏振態(tài)垂直于開始進(jìn)入第一光路并從光環(huán)行器第二 端口輸出的光的偏振態(tài)。這個(gè)激光器包括一個(gè)第二光路，第二光路具有一個(gè)第一端點(diǎn)和 一個(gè)第二端點(diǎn)，第一端點(diǎn)被連接到光環(huán)行器的第三端口，用來(lái)接收來(lái)自第三端口的光， 并引導(dǎo)接收的光到第二端點(diǎn)。第二光路的第二端點(diǎn)被連接到光環(huán)行器的第一端口，引導(dǎo) 接收自第二光路來(lái)自光環(huán)行器第二端口的光到光環(huán)行器的第二端口 。 一個(gè)光放大器被連 接在第一光路和第二光路中的至少一個(gè)光路中，用來(lái)放大光而在偏振反射鏡、連接光環(huán) 行器的第一光路、第二光路、光環(huán)行器和偏振反射鏡構(gòu)成的光回路中產(chǎn)生諧振從而產(chǎn)生 激光。
這些以及其他穩(wěn)偏激光器方案，其相關(guān)技術(shù)和它們的應(yīng)用在附圖中、發(fā)明內(nèi)容和權(quán) 利要求中加以進(jìn)一步描述，本發(fā)明的特點(diǎn)及效果
本發(fā)明所描述的激光器的例子包括激光腔內(nèi)的一個(gè)腔內(nèi)偏振選擇區(qū)域，它可以對(duì)第 一次發(fā)生W振的尤進(jìn)訂篩選，便第二次嚴(yán)生偏振的光減弱，并與第一個(gè)偏振光方向垂 直。包含在腔內(nèi)偏振選擇區(qū)域的偏振分束器把第一次與第二次產(chǎn)生的偏振光分開。腔內(nèi) 偏振選擇區(qū)域光學(xué)回路來(lái)保證第一偏振光重復(fù)第二偏振光的路線并把其覆蓋。這使得無(wú) 論在激光腔的任何地方偏振狀態(tài)如何改變，第一偏振光永遠(yuǎn)是不變的。因此輸出激光的 性能永遠(yuǎn)是穩(wěn)定的。本發(fā)明可以應(yīng)用于各種激光器，包括可調(diào)激光器，波長(zhǎng)掃頻激光器 和穩(wěn)波激光器，但并不局限于此。


圖1和圖2展示了一個(gè)可調(diào)節(jié)偏振態(tài)激光器的實(shí)施例，該激光器包含一個(gè)單向和偏 振維持回路和一個(gè)光學(xué)單元，該單元提供一個(gè)反射可調(diào)濾波器調(diào)諧和激光波長(zhǎng)掃描功 能。
圖3展示了一個(gè)波長(zhǎng)掃描激光器的實(shí)施例，其中一個(gè)可調(diào)濾波器是典型的單向并且 偏振維持回路，用以對(duì)激光波長(zhǎng)的調(diào)諧和掃描，這里由PBS構(gòu)成回路的濾波器尾纖形成 偏振維持濾波器以保持環(huán)境的穩(wěn)定。
圖4展示了另一個(gè)可調(diào)節(jié)偏振態(tài)激光器的實(shí)施例，其中光放大器是雙向的，并且被 放置在激光腔的線性區(qū)域。
圖5展示了被放置在的激光腔的線性區(qū)域的雙向光放大器和可調(diào)帶通濾波器的可調(diào) 節(jié)偏振態(tài)激光器的實(shí)施例。 '
圖6展示了另一個(gè)可調(diào)節(jié)偏振態(tài)激光器的實(shí)施例，其中光環(huán)行器是用來(lái)形成一個(gè)單 向的保偏回路，其作用是如果使用的環(huán)行器和輸出的功率、波長(zhǎng)對(duì)偏振變化不敏感，那 么輸出的偏振就不會(huì)被確定。因此偏振敏感型環(huán)行器可以用來(lái)確定偏振。
圖7展示的是圖6可調(diào)節(jié)偏振態(tài)激光器的一種變化形式，其中光放大器是雙向的， 并且被放置在激光腔的線性區(qū)域。
圖8展示的是圖6可調(diào)節(jié)偏振態(tài)激光器的另一種變化形式，其中可調(diào)帶通濾波器和 光放大器都是雙向的并且被放置在激光腔的線性區(qū)域。
圖9展示的是尾纖偏振光束分光器，它有基于雙折射光楔生成的三個(gè)端口與三條光 纖來(lái)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)偏激光。
圖IO展示的是應(yīng)用于圖1、 2中光反射單元的反射濾光片。
圖11展示的是搭建在穩(wěn)偏激光器中的光學(xué)監(jiān)測(cè)單元。
圖12展示了穩(wěn)偏激光器中實(shí)現(xiàn)帶有重復(fù)傳輸峰值的窄帶通濾波器，其能夠獲得除用 來(lái)調(diào)諧激光的可調(diào)濾波片以外的窄帶激光。
圖13展示了基于穩(wěn)偏激光器的光學(xué)斷層掃描(OCT)裝置。
具體實(shí)施例方式
圖l和圖2所展示的是穩(wěn)偏激光器的初次設(shè)計(jì)圖。這種設(shè)計(jì)可以用來(lái)建立一個(gè)穩(wěn)定的 偏振激光器在一個(gè)穩(wěn)定的激光波長(zhǎng)下和可調(diào)激光器，波長(zhǎng)掃頻激光器。這樣的激光器包 括一個(gè)偏振分束器(PBS) 110,具有第一個(gè)端口 1,第二端口2和第三端口3。光在第一 次發(fā)生偏振后通過偏振分束器的第一端口和第二端口 ，通過第一端口的光產(chǎn)生第二次偏 振，其偏振方向?qū)⒑偷谝淮纹窆夥较虺?()g度并通過第三端口傳出。該激光器包括第 一光路111，并且具有第一端點(diǎn)和第二端點(diǎn)，第一端點(diǎn)被連接到PBS UO的第一端口 1 上，用來(lái)把光引導(dǎo)到PBS IIO的第一端口并接收從PBS IIO的第二端口到第一端口傳輸 過來(lái)的第一偏振光。在這個(gè)激光器中，偏振反射器140被連接在第一光路111的第二端 點(diǎn)，用來(lái)反射最初從第一光路lll進(jìn)入PBS IIO并從第一光路lll原路返回的與第一偏 振光方向成卯g度的偏振光。這個(gè)激光器還包括第二光路112，并具有第一端點(diǎn)和第二端 點(diǎn)，其中第一端點(diǎn)被連接到PBS 110的第三端口，用來(lái)接收通過第二光路的從第三端口 發(fā)出的光并且傳送到第二端點(diǎn)。該激光器包含一個(gè)光環(huán)行器120，它包含一個(gè)與第二光 路112連接的第一端口 1，第二端口 2和第三端口 3，接收從第一端口傳入的光并從第二 端口傳出，第二端口傳入的光從第三端口傳出。第一端口被連接到第二光路112的第二 端點(diǎn)，用來(lái)引導(dǎo)第二光路112的光進(jìn)入到第二端口。與光環(huán)行器第二端口連接的是一個(gè) 光反射單元150，用來(lái)接收從光環(huán)行器第二端口傳出的光并引導(dǎo)被其傳送回來(lái)的線偏振 光回到光環(huán)行器的第二端口。該光反射單元150可以作為一個(gè)可以調(diào)整或穩(wěn)定反射波長(zhǎng) 的光反射過濾器來(lái)控制激光器中的激光波長(zhǎng)。第三光路113與光環(huán)行器120的第三端口 和PBS 110的第二端口相連接，其作用是把從光反射單元150反射回的通過光環(huán)行器 120第三端口的線偏振光發(fā)送到PBS UO的第二端口。
光放大器130至少被接在第一光路111，第二光路112和第三光路113中的一條，作 用是使光循環(huán)中的激光產(chǎn)生震動(dòng)，這個(gè)循環(huán)從偏振反射器到PBS IIO經(jīng)過第一光路 111，由第二光路U2到光環(huán)行器，經(jīng)過光反射單元150回到光環(huán)行器120，再由經(jīng)第三 光路113到達(dá)PBS 110，最后到達(dá)偏振反射器140。
圖1和圖2可以組成一個(gè)光纖激光器。圖1中描述的是一個(gè)在第二光路112和第三 光路113中利用PM光纖和在光環(huán)行器120和光反射單元150之間得到想要的偏振的光 路的光纖激光器。在圖中，PBS 110在第二回路112和第三回路U3中被分成2種偏振 保偏光纖(PM)和單模光纖(SM)在最初設(shè)計(jì)的光路111中。光纖也可被用在第一光 路111中。當(dāng)在端口間改變光的方向時(shí)，光環(huán)行器120可以作為一個(gè)PM循環(huán)器來(lái)保持 光的偏振。PM循環(huán)器120利用它的第一端口從PBS IIO來(lái)接收光，并引導(dǎo)其進(jìn)入光環(huán)行 器120的第二端口。光環(huán)行器120的第二端口用來(lái)接收對(duì)偏振感應(yīng)非常靈敏的可以當(dāng)作 掃描過濾器或者可調(diào)過濾器的光反射單元150的光。從光反射單元150的掃描或可調(diào)激 光器中反射回的光被光環(huán)行器120接收并傳送到其第三端口。第三回路中的光放大器 130被連接在PBS 110和光環(huán)行器120之間，它的配置眼可以有很多種選擇，如利用電能
11產(chǎn)生光學(xué)增益的半導(dǎo)體光學(xué)放大器(SOA)，摻鉺化合物光纖放大器(EDFA)和其他 在光泵浦激光器激發(fā)下產(chǎn)生的泵浦激光波長(zhǎng)的稀土離子光纖放大器。光學(xué)放大器130可 以與PM光纖相連。光放大器130的輸出端與PBS的第二PM端口相連接。光從第二PM 端口進(jìn)入SM端口并在SM光纖中傳播直到被法拉第旋轉(zhuǎn)鏡140反射回來(lái)。由于法拉第 旋轉(zhuǎn)鏡140的正色結(jié)合性質(zhì)，反射光別傳入到PBS110的PM的第一端口。這是一個(gè)對(duì)偏 振不敏感的循環(huán)。為了得到最大的光學(xué)輸出，PM115會(huì)與光放大器130的輸出相連接， 來(lái)為激光器提供穩(wěn)定的偏振輸出。
在圖1， 2中，光反射單元150與光環(huán)行器120相連接，可以在光環(huán)行器120的第二 端口執(zhí)行各種不同的光學(xué)運(yùn)算。例如，對(duì)于可調(diào)或波長(zhǎng)掃描激光器來(lái)說，光學(xué)單元150 可以作為一個(gè)可調(diào)波長(zhǎng)過濾光學(xué)部分與光環(huán)行器120的第二端口相連接，其作用是用來(lái) 過濾一定波長(zhǎng)的反射光來(lái)得到被反射回來(lái)的在中心波長(zhǎng)的線偏振光和調(diào)整中心波長(zhǎng)。再 舉另一個(gè)例子，光學(xué)單元150可以作為一個(gè)穩(wěn)定的光反射過濾器當(dāng)反射光在中心波長(zhǎng)下 而調(diào)整中的光在其他波長(zhǎng)時(shí)。
圖1和圖2對(duì)光學(xué)單元150作為一個(gè)可調(diào)光學(xué)反射裝置進(jìn)行了詳細(xì)的描述。光的偏 振信息被傳送到光學(xué)單元150的掃描或可調(diào)過濾器中，在光學(xué)單元150中光學(xué)元件反射 表面不是S偏振就是P偏振，并且光學(xué)單元150被設(shè)計(jì)成當(dāng)反射回的光的偏振狀態(tài)在經(jīng) 過過濾器時(shí)不會(huì)被改變。更確切地說，光學(xué)單元150包含一個(gè)光學(xué)衍射光柵152，作用是 從光環(huán)行器120的第二端口接收光并使其發(fā)生衍射。透鏡153和154被用于接收從152 中產(chǎn)生的衍射光并且傳送其進(jìn)入多邊形旋轉(zhuǎn)器155。多邊形旋轉(zhuǎn)器155把衍射光反射到鏡 子156中，鏡子156再把其反射回多邊形旋轉(zhuǎn)器155中。多邊形旋轉(zhuǎn)器155再通過透鏡 154和153把反射回的光再傳送到光柵152中。下一步，光柵152再使從155中反射回的 光產(chǎn)生衍射并傳送到光環(huán)行器的第二端口。多邊形旋轉(zhuǎn)器155的作用是，從光柵152出 來(lái)的不同方向的衍射光傳入到鏡子156的時(shí)間也不同。光學(xué)單元150的波長(zhǎng)掃描機(jī)理提 供波掃描。多邊形旋轉(zhuǎn)器155的平面為激光器不斷提供激光掃描，只要過濾的光能被反 射回光環(huán)行器中，掃描或可調(diào)激光器的其他部分的作用就會(huì)生效。當(dāng)PM光纖在光環(huán)行 器120與光學(xué)單元150被用做傳輸光時(shí)，光束準(zhǔn)直器151，如光纖瞄準(zhǔn)儀會(huì)被放在光柵 152和PM光纖末梢之間的光路中來(lái)使光與PM光纖連接并對(duì)從其傳出的光進(jìn)行校準(zhǔn)。
在圖1中光放大器所在的第三光路一個(gè)單向光路，激光只能沿順時(shí)針方向傳播。圖2 展示了掃描激光器的另一種設(shè)計(jì)。光放大器130被放在了雙向光路111中用SM或者PM 光纖連接。在這個(gè)設(shè)計(jì)中法拉第旋轉(zhuǎn)鏡140的正色結(jié)合性質(zhì)可以對(duì)光放大器130的偏振 靈敏度自動(dòng)的進(jìn)行補(bǔ)償并且激光器中的每一個(gè)往返的光經(jīng)過光放大器后都會(huì)有一個(gè)比原 來(lái)2倍大的增益。
與在圖1和圖2中的光反射單元150不同的是，圖3到圖8中的穩(wěn)偏激光器在激光 腔中運(yùn)用了能傳送的光過濾器314，作用是當(dāng)調(diào)整中的光在其他波長(zhǎng)時(shí)，在過濾器的中 心傳送波長(zhǎng)下對(duì)光進(jìn)行選擇并使其作為激光器的波長(zhǎng)。與圖1和圖2相比，這個(gè)能傳送
12的光過濾器314簡(jiǎn)化了激光腔的構(gòu)造。在一些方案中，象圖3至8中的能傳送的光過濾 器314可能會(huì)被淘汰，激光波長(zhǎng)的選擇有可能會(huì)通過光放大器130和其他器件來(lái)實(shí)現(xiàn)。
圖3到圖5對(duì)基于激光腔中含有能傳送的光過濾器的第二種激光器進(jìn)行了描述。這 種設(shè)計(jì)可以應(yīng)用于可調(diào)或波長(zhǎng)掃頻激光器。這個(gè)第二種激光器包含一個(gè)偏振分束器 (PBS) 110并含有三個(gè)端口。光發(fā)生第一次偏振在PBS 110的第一與第二端口之間通 過。在進(jìn)入第一端口并傳送到第三端口時(shí)發(fā)生第二次偏振，并且偏振方向與第一次偏振 光方向成90。度。第一光路311包含第一端點(diǎn)和第二端點(diǎn)，并且第一端點(diǎn)與PBS 110的 第一端口連接，作用是引導(dǎo)光進(jìn)入PBS 110的第一端口并在發(fā)生第一次偏振時(shí)接收偏振 光。這個(gè)激光器包含一個(gè)與第一光路311的第二端點(diǎn)相連的偏振光反射器140，作用是反 射從第一光路311反射回的與從PBS 110第一端口分出的第一偏振光方向垂直的光。第 二光路包括第一端點(diǎn)和第二端點(diǎn)，第一端點(diǎn)與PBS 110的第三端口相連，作用是接收從 第三端點(diǎn)發(fā)出的第二偏振光并傳送其進(jìn)入第二端點(diǎn)。第二光路312中的第二端點(diǎn)與PBS 110中的第二端口連接，作用是把從在第二光路中的第一偏振光從PBS 110第二端口傳送 到第一端口。這個(gè)激光器也包含一個(gè)至少與第一光路或第二光路連接的光放大器130用 來(lái)放大光并在偏振反射器140光循環(huán)中產(chǎn)生激光震動(dòng)，使PBS li0經(jīng)過第一光路311到 達(dá)第二光路312再回到PBS 110，然后傳入偏振反射器140。建立可調(diào)波長(zhǎng)掃頻激光器， 可調(diào)波長(zhǎng)濾波元件314可以接入光路311或312中的一條，作用是接收光并對(duì)其過濾， 使其產(chǎn)生具有中心波長(zhǎng)的過濾光并對(duì)其調(diào)整。光頻隔離器316被接入到第二光路312來(lái) 保證從PBS 110的第三端口到PBS 110的第二端口的第二光路的單向性。
圖3介紹了在一次繞行中光在第二光路312經(jīng)過一次光放大器130的情景。圖4 中，放大器130放在第一光路311中，因此在一次繞行中，光穿過放大器2次。在圖3 與圖4中，可調(diào)光過濾器314被放在第二光路中用來(lái)在依次繞行中過濾一次光。圖5中 光過濾器314和放大器130都被放在了第一光路311中，因此在一次繞行中光被同時(shí)過 濾和放大了兩次。
圖6到8對(duì)含有可傳送的光濾波器的激光器的第三種設(shè)計(jì)進(jìn)行了描述。這種設(shè)計(jì)可 用于可調(diào)或波長(zhǎng)掃頻激光器。這個(gè)設(shè)計(jì)包含了一個(gè)光環(huán)行器610，具有第一、第二和第 三端口，用來(lái)傳送從第一端口進(jìn)入的光到第二端口進(jìn)行輸出，傳送從第二端口進(jìn)入的光 到第三端口進(jìn)行輸出。第一光路311擁有第一端點(diǎn)和第二端點(diǎn)，第一端點(diǎn)與光環(huán)行器610 的第二端口連接，用來(lái)把光傳送到光環(huán)行器610的第一端口并接收光。偏振反射器140 與第一光路的第二端點(diǎn)連接，作用是反射從第一光路311反射回的與從光環(huán)行器610第 二端口分出的第一偏振光方向垂直的光。第二光路312包括第一端點(diǎn)和第二端點(diǎn)，第一 端點(diǎn)與光環(huán)行器610的第三端口連接用來(lái)接收從第三端口發(fā)送的光并把其傳送到第二端 點(diǎn)。第二端點(diǎn)與光環(huán)行器610的第一端口連接用來(lái)傳送在第一光路中從第一端口到第二 端口接收到的光。這個(gè)激光器也包含一個(gè)至少與第一光路或第二光路連接的光放大器 130，用來(lái)放大光并在偏振反射器140光循環(huán)中產(chǎn)生激光震動(dòng)，使光環(huán)行器610經(jīng)過第一光路311到達(dá)第二光路312再回到光環(huán)行器610然后傳入偏振反射器140。這個(gè)激光器可 以被設(shè)計(jì)成可調(diào)諧激光器通過在第一光路與第二光路中連接可調(diào)波長(zhǎng)過濾元件314，其 作用是用來(lái)過濾一定波長(zhǎng)的反射光來(lái)得到被反射回來(lái)的在中心波長(zhǎng)的線偏振光和調(diào)整中 心波長(zhǎng)。
如圖7所示的激光腔結(jié)構(gòu)中，在光環(huán)行器610構(gòu)成的回路中，加入一個(gè)可調(diào)諧濾波 器314;在回路610外放置一個(gè)光放大器130，即光放大器130位于回路610與法拉第反 射鏡140之間的第一光路311中。這種結(jié)構(gòu)可以有效防止由濾波器314反射的光進(jìn)入到 光放大器130中，特別是當(dāng)濾波器314采用F-P濾波器，這種結(jié)構(gòu)更具有優(yōu)越性，原因 是由位于F-P濾波器傳輸帶寬外的光不能通過濾波器，不能在回路610中傳播，就不可 能進(jìn)入光放大器130中。只有位于F-P濾波器傳輸帶寬內(nèi)的光才能在回路610中傳播， 再直接輸入到達(dá)光放大器130中進(jìn)行信號(hào)放大。
如圖8所示的結(jié)構(gòu)中，可調(diào)諧濾波器314與光放大器130都放置在位于回路610與 法拉第反射鏡140之間的第一光路311中，在激光腔中，激光是雙向通過濾波器314與 光放大器130的。在這種結(jié)構(gòu)中，濾波器314采用帶通濾波器，通過調(diào)整帶通濾波器， 就可以使預(yù)期的特定波長(zhǎng)的光得到加強(qiáng)，其它波長(zhǎng)的激光受到抑制。此結(jié)構(gòu)中的濾波器 314不能采用F-P濾波器，否則在激光腔中，有用的激光信號(hào)與干擾激光信號(hào)都會(huì)放大而 增強(qiáng)。
在圖l-5的結(jié)構(gòu)中，在PBS IIO的兩個(gè)端口之間形成光學(xué)回路，在圖6-8的結(jié)構(gòu)中， 通過光環(huán)行器610來(lái)形成回路。這些光學(xué)回路具有單向性，即光是沿順時(shí)針方向傳播 的。在圖卜8的例子中，第一光路U1或311中的光信號(hào)在光路中是雙向傳播的。在激光 腔的結(jié)構(gòu)中都有一個(gè)光纖延遲線142,例如在圖1-5的結(jié)構(gòu)中，光纖延遲線142位于 PBS110與法拉第反射鏡140之間，在圖6-8的結(jié)構(gòu)中，光纖延遲線142被位于光環(huán)行器 610與法拉第反射鏡140之間。以等于激光模式間距的速率調(diào)整可調(diào)諧濾波器的頻率就可 以是改變激光在激光腔往返的時(shí)間，從而達(dá)到鎖模的目的。另外，在激光腔的線性光路 中加上光纖延遲線142后，由于激光將會(huì)往返兩次通過光纖延遲線142，所以光纖的長(zhǎng)度 只需要由鎖模所需要的光纖長(zhǎng)度的一半即可達(dá)到預(yù)期效果。值得注意的是激光腔的線 性光路不包含光放大器。這種設(shè)計(jì)能更有效的減小激光器的尺寸，降低激光器的成本。
當(dāng)偏振反射鏡140采用法拉第反射鏡時(shí)，法拉第反射鏡位于第一光路(111或者 311)的終端，它主要用于反射來(lái)自第一光路的光。在這種結(jié)構(gòu)中，經(jīng)法拉第反射鏡反射 后的光與從PBS110與光環(huán)形器610出射反射前的光偏振態(tài)是正交的，法拉第反射鏡是一 個(gè)45度的反射鏡，這樣就能夠保證在第一光路中反射后光的偏振態(tài)與反射之前光的偏振 態(tài)是正交的。當(dāng)偏振反射鏡140采用一個(gè)反射鏡與一個(gè)1/4玻片時(shí)，1/4玻片的兩個(gè)正交 的偏振主軸的方向應(yīng)與從PBS 110與光環(huán)形器610出射光的光軸成45度角，1/4玻片位 于PBS110或光環(huán)形器610與反射鏡140的中間位置。在這些激光器中，合理的光路設(shè)計(jì)可以使得激光腔的光的偏振態(tài)保持不變。在第一 光路111或311中可以加上保偏光纖就可以保持激光腔中的偏振態(tài)，保偏光纖的偏振方 向要求與從PBS110與光環(huán)行器610中出射光的偏振態(tài)一致。1/4玻片位于保偏光纖與反 射鏡之間，反射鏡的主軸與1/4玻片的偏振軸和保偏光纖的主偏振方向都成45G度角。
在圖l-8所示的激光器中，偏振態(tài)的選擇機(jī)制都是內(nèi)調(diào)制的。以圖1為例，PBS 110、法拉第反射鏡與位于PBS 110與光環(huán)形器120之間的光路就能夠有效抑制由PBS 110、光環(huán)形器120、放大器130所組成的第三光路中的部分偏振光，第三光路中的偏振 光只有一部分通過PBS110傳播到達(dá)法拉第反射鏡140，這樣就損失了一部分偏振光。另 外，通過PBS 110的光通過第一光路到達(dá)法拉第反射鏡140反射后重新沿第一光路返 回，再傳播回PBS110與光環(huán)形器120組成的第二光路，這個(gè)過程也會(huì)損失掉一部分的偏 振光。由PBSllO、光環(huán)形器120、放大器130所組成的第三光路中的偏振光經(jīng)過PBS 110到達(dá)法拉第反射鏡后損失的偏振光比與其正交的偏振光損失的少，所以其光強(qiáng)較強(qiáng)。 激光腔中的光環(huán)行器可以把兩束正交偏振光的偏差放大，所以這種類型的激光器對(duì)偏振 態(tài)的變化十分敏感。在光纖激光器中，采用這種結(jié)構(gòu)就可以避免甚至消除掉偏振靈敏 度。這種結(jié)構(gòu)更多被用于多波長(zhǎng)掃描激光器中，有利于克服由于溫度，應(yīng)力或者是震動(dòng) 對(duì)激光器工作穩(wěn)定性的影響。
在圖l-8所示的激光器中，偏振態(tài)的選擇還可以采用其它的機(jī)制。例如在圖l-5的 激光器中，在PBS110兩個(gè)端口之間的回路可以被設(shè)計(jì)成這樣一個(gè)回路，當(dāng)光進(jìn)入 PBS110結(jié)束循環(huán)并到達(dá)法拉第鏡140進(jìn)行反射后，光的偏振狀態(tài)改變并以90鍍角進(jìn)入 循環(huán)回路。如果回路是自由空間，可以在回路中加入光偏振旋轉(zhuǎn)器或者光偏振控制器， 這樣也可以使得從PBS110出射光的偏振態(tài)經(jīng)過第一光路后變成期望得到的偏振態(tài)。如果 回路采用保偏光纖，可以在光纖的尾部讓光的偏振態(tài)改變90°度。例如，在圖3中，如 果保偏光纖的慢軸平行于有PBS 110出射光的偏振態(tài)，并且應(yīng)該具有良好的方向特性才 能保證偏振光經(jīng)過保偏光纖傳播能夠通過PBS UO最后到達(dá)法拉第反射鏡140。在圖1-8 的穩(wěn)偏激光器中，可以在回路中加入偏振控制器，使光的偏振方向旋轉(zhuǎn)9(^度，從而確 保激光的偏振態(tài)穩(wěn)定。
如圖l一5， PBS 110可以是一個(gè)偏振cube，它主要包括一個(gè)偏振選擇反射面，其中 一個(gè)偏振態(tài)的光被反射，與它的偏振態(tài)垂直的那束光則可以通過偏振cube。另外，PBS IIO也可以是一個(gè)雙折射晶體，它把一束光分為偏振態(tài)互相垂直的兩束光，其中一束光通 過PBS IIO后直接進(jìn)入第一光路，與第一束光的偏振態(tài)垂直的那束光經(jīng)過PBS 110后直 接進(jìn)入第二光路。圖9給出了是一個(gè)雙折射晶體型的PBS110，它把一束光分成沿著晶體 軸方向傳播的兩束偏振態(tài)互相垂直光S與P。 PBS UO的端口與單模激光器相連使得單模 激光器輸出的光能耦合進(jìn)雙折射楔中，在雙折射楔中光分成偏振態(tài)互相S光與P光兩束 光。光纖準(zhǔn)直器930位于雙折射楔910與光纖940之間。光纖921， 922與雙折射楔910 的另一個(gè)端口相連。目的在于使得偏振態(tài)互相垂直的S光和P光經(jīng)準(zhǔn)直后能在相互獨(dú)立的光路中傳輸。經(jīng)過雙折射910后的所形成的P光通過光纖921進(jìn)行傳輸，S光通過光纖 922進(jìn)行傳輸。這種基于雙折射楔的偏振分束器比偏振cube PBS在結(jié)構(gòu)更加緊湊。
圖3-8所示的光濾波器314可以有各種不同的類型，比如F-P濾波器、多層干涉濾波 器等。類^Jl的，圖l-2中光學(xué)單元150中的反射式濾波器也可以由不同于基于多邊形設(shè)計(jì) 的其他不同的濾波器結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)。
圖IO是一個(gè)反射式濾波器1000的實(shí)例。反射式濾波器1000作為圖l-2中的光學(xué)單 元150使用，它是由一個(gè)光柵152和一個(gè)掃描反射鏡1010組成。光柵152和掃描反射鏡 1010的位置是相互聯(lián)系的。光被光柵152接收后被衍射成各個(gè)頻率不同的衍射光分量， 最后這些不同的衍射光以不同的角度被掃描反射鏡1010接收。這些不同的衍射光經(jīng)過掃 描反射鏡IOIO反射后只有特定頻率范圍內(nèi)的分量能夠再次通過光柵152最后到達(dá)準(zhǔn)直器 151中，與此同時(shí)，其他頻率的分量經(jīng)掃描反射鏡IOIO不能到達(dá)準(zhǔn)直器151中。通過選 擇掃描反射鏡IOIO不同角度使得特定的不同頻率的衍射光進(jìn)入準(zhǔn)直器151中，其頻率是 由掃描反射鏡1010的角度決定的。 一個(gè)控制器被安裝到掃描反射鏡1010中來(lái)控制和檢 測(cè)掃描反射鏡1010的角度。例如galvonometer可以被用于控制掃描反射鏡1010。
穩(wěn)偏激光器與一種監(jiān)視裝置相連以監(jiān)測(cè)激光的一個(gè)或多個(gè)參數(shù)。例如激光的光功率 和激光的頻率。圖11給出一個(gè)監(jiān)視模型的例子。這個(gè)模型可以安置到其他激光器中，如 圖2-8所示的激光器中。
如圖ll所示光學(xué)監(jiān)視模型包含一個(gè)光連接器lllO，通過和激光耦合，掉諧振腔中的 激光有一小部分不能進(jìn)入光纖中。通過測(cè)量和監(jiān)測(cè)由光連接器1110輸出的激光來(lái)獲取相 應(yīng)的參數(shù)。如圖11所示的光學(xué)監(jiān)測(cè)模型包括一個(gè)光學(xué)探測(cè)器1120，如光電二極管，它用 于監(jiān)測(cè)由光連接器1U0輸出激光的光功率。如圖11所示的光學(xué)監(jiān)測(cè)模型包括一個(gè)激光 頻率監(jiān)視儀1130，它用于監(jiān)測(cè)由光連接器1110輸出激光的光頻率。
激光頻率監(jiān)視儀1130包括光環(huán)行器1131、光纖布拉格光柵1132、 F-P光學(xué)濾波器 1134、光學(xué)探測(cè)器1135和光學(xué)探測(cè)器1136。光環(huán)行器1131有三個(gè)接口，光從接口 1輸 入接口2輸出，從2輸入3輸出。接口 l作為接收端口接收從光連接器1110出來(lái)的光。 光在從接口 2輸出到由光纖布拉格光柵1132、 F-P光學(xué)濾波器1134、光學(xué)探測(cè)器1135組 成的光路中。通過光纖布拉格光柵1132可以選擇與其共振頻率相同的激光。用已知的 FBG的共振頻率作為參考頻率。端口 3與帶有光探測(cè)器U36的光路相連。因此當(dāng)激光頻 率被調(diào)制成已知的FBG的共振頻率時(shí)，從光環(huán)行器1131到FBG1132的激光被FBG1132 反射回去而不能穿過FBG1132到達(dá)F-P光學(xué)濾波器1134和光探測(cè)器1135中。被反射回 來(lái)的光經(jīng)由環(huán)行器1131被光探測(cè)其1136接收。當(dāng)激光的波長(zhǎng)與FBG的共振頻率不同 時(shí)，激光可以穿過FBG1132到達(dá)F-P光學(xué)濾波器1134中。經(jīng)過調(diào)制的激光可以通過光 濾波器1134。因此通過對(duì)激光頻率的調(diào)制，能夠產(chǎn)生一系列有自由光譜范圍分隔的共振 傳輸峰。由光探測(cè)其1135測(cè)的的共振波峰的數(shù)量決定了激光頻率的改變量但不能提供有關(guān)頻率的準(zhǔn)確信息。FBG 1132和光探測(cè)器1136結(jié)合合使用來(lái)提供一個(gè)有關(guān)頻率的參考 信息。因此探測(cè)器1135和1136的輸出光結(jié)合起來(lái)才能得到激光調(diào)制頻率的完整信息。
如圖11所示，光學(xué)連接器1110與第一條光路耦合。在第一條光路中光是雙向傳播 的。用于檢測(cè)激光強(qiáng)度的PIN功率檢測(cè)器1120被耦合到光路中以接收通過偏振分束器 111的耦合激光。激光頻率檢測(cè)儀U30被耦合到光路中以接收通過法拉第反射鏡140的 耦合激光?；蛘吖鈱W(xué)連接器1U0可以被放置到激光諧振腔的其他位置上。比如在閉合的 光回路中的某個(gè)位置。這個(gè)光回路由第二光路112、光環(huán)行器120、第三光路113和偏振 分束器110組成。或者是在一個(gè)雙向光路中的某個(gè)位置。這個(gè)光路是由光環(huán)行器120和 光學(xué)單元150組成。
如上面有關(guān)與穩(wěn)偏激光器的例子所述， 一個(gè)可調(diào)節(jié)的光過濾裝置被插入到激光諧振 腔中用于調(diào)節(jié)激光的波長(zhǎng)。圖l， 2， IO和ll顯示了可調(diào)節(jié)反射濾波器的例子，圖3-8顯 示了可調(diào)節(jié)反射濾波器的例子。因此激光的半波寬度是由可調(diào)節(jié)濾波裝置來(lái)決定。 一個(gè) 光學(xué)濾波器被安置在穩(wěn)偏極光器中的激光諧振腔中以減小激光的帶寬或者去除激光中不 想要的波段。這個(gè)光學(xué)濾波器具有重復(fù)的周期性的透過波峰和比可調(diào)濾波裝置的帶寬窄 的的帶寬。例如這個(gè)附件的光學(xué)濾波器有個(gè)光譜透過范圍。這個(gè)在兩個(gè)相鄰的濾波峰間 的光譜透過范圍大約等于或者相當(dāng)于可調(diào)節(jié)濾波器的半波寬度和光鋪透過寬度。這個(gè)光 譜透過寬度小于激光縱模寬度。這個(gè)附加的光學(xué)濾波器可以成為一個(gè)補(bǔ)償光學(xué)濾波器并 且可以被放置到激光器中的激光光路中。比如激光諧振腔中的閉合光回路中或者激光諧 振腔的雙向線性光路中。
圖12給出了采用窄帶寬光學(xué)濾光器的保偏極光器的例子。使用這種具有重復(fù)的透過 峰的窄帶寬光學(xué)濾光器的保偏極光器可以達(dá)到對(duì)窄帶寬激光進(jìn)行操作的目的。其效果超 過了使用可調(diào)節(jié)激光濾光器的保偏極光器。在這個(gè)例子中光濾波器1210被放置在圖3中 使用的激光諧振腔的雙向線性光路中。具體地，光濾波器1210被放置，一光路311中 的位于偏振分束器IIO和法拉第反射鏡140之間的位置?；蛘吖鉃V波器1210也可放置在 第二閉合光回路312中。光濾波器1210被作為具有周期性透過峰的法撥濾波器來(lái)使用。 其周期寬度有透鏡的自由光譜寬度決定。自由光譜寬度等于或者小于可調(diào)節(jié)濾光器314 的濾波帶寬。光濾波器1210的帶寬小于激光的縱模寬度。
上述的保偏激光器技術(shù)己經(jīng)應(yīng)用與許多儀器中了。圖13中給出了一個(gè)基于保偏激光 器的相干光斷層掃描儀(OCT)。這臺(tái)OCT儀器使用偏振穩(wěn)定可調(diào)節(jié)或波長(zhǎng)掃描激光器 來(lái)產(chǎn)生激光束1312。光連接器1320把激光束1321分成兩路。 一路是進(jìn)入樣品光路1321 的樣品光，另一路是進(jìn)入?yún)⒖脊饴?322的參考光。樣品光路1321由光學(xué)頭1330組成。 光學(xué)頭1330負(fù)責(zé)對(duì)射入到樣品1340的樣品激光束進(jìn)行調(diào)制使它能在OCT儀器上行程圖 像并且還負(fù)責(zé)收集從樣品上返回來(lái)得光。光學(xué)頭1330把從樣品返回來(lái)得經(jīng)收集的光沿著 樣品光路1321返回到光連接器1320中去。在參考光路1322的末端有個(gè)反射鏡，通過這 個(gè)反射鏡把參考光返回到光連接器B20中去。被反射回來(lái)的參考光與從樣品1340返回
17來(lái)得經(jīng)收集的光在光連接器1320中重疊并產(chǎn)生千涉作用。被反射回來(lái)的參考光與從樣品 1340返回來(lái)得經(jīng)收集的光疊加所產(chǎn)生的光部分被光連接器1320傳輸?shù)絆CT的輸出端 1322作為OTC的信號(hào)。光探測(cè)器1360用于檢測(cè)OCT光信號(hào)1322并且把它轉(zhuǎn)換為電信 號(hào)以便供OCT處理單元出來(lái)從而得到對(duì)樣品1340的測(cè)量。在這里，保偏激光器1310的 使用提高了OCT的測(cè)量精度。
如圖中13所示在此OCT設(shè)備的應(yīng)用中，對(duì)于步長(zhǎng)掃描OCT成像來(lái)說保偏激光器 1310被作為傅立葉鎖模激光器(FDML)來(lái)使用。在這個(gè)FDML中，單模光纖被使用來(lái) 增加激光諧振腔的長(zhǎng)度以滿足鎖模區(qū)域的頻率條件的要求，在此條件下激光器1310的波 長(zhǎng)掃描頻率被設(shè)置為等于光在諧振腔中往返一周的時(shí)間。這種OCT系統(tǒng)的例子被R. Huber, M. Wojtkowski, J. G. Fujimoto等人在Optics Express, Vol. 14， No. 8, pp. 3225-3237 (2006)中描述為Fourier domain mode locking (FDML)—種激光相干光斷層掃面技術(shù)的新 的控制領(lǐng)域和應(yīng)用。由于長(zhǎng)的單模光纖的使用，激光諧振腔中的偏振態(tài)在缺乏對(duì)激光偏 振態(tài)控制的情況下容易造成波動(dòng)。而本發(fā)明所描述的保偏激光器的設(shè)計(jì)能夠減小此問題 并真強(qiáng)FDML OCT的使用效果。
雖然本發(fā)明包括很多的特性，但是這些不能解釋為對(duì)發(fā)明或者說本發(fā)明所述內(nèi)容在 使用范圍上的限制，而是應(yīng)作為本發(fā)明獨(dú)特的特點(diǎn)所描述。本發(fā)明不同部分所描述的特 性也可以把他們結(jié)合起來(lái)作為一個(gè)整體使用。相反，本發(fā)明所描述的某一方面的特性也 可以在不同的要求下重復(fù)使用或者和其他特性聯(lián)合使用。雖然許多特性是通過特定的組 合或者說如本發(fā)明所述的內(nèi)容所描述的那樣，但是可以通過把這些以后的特性作為一個(gè) 單元通過特定的組合和本發(fā)明中描述的組合以產(chǎn)生新的特性。
這里只介紹了一些設(shè)備。通過本發(fā)明的介紹，可以對(duì)己經(jīng)介紹的設(shè)備和其他一些設(shè) 備作相應(yīng)的調(diào)整和改進(jìn)。
權(quán)利要求
1. 一種穩(wěn)偏激光器，其特征在于，該激光器包括一個(gè)光偏振分束器(PBS)，該偏振分束器具有第一端口、第二端口和第三端口；處于第一光偏振態(tài)的光在第一端口和第二端口之間傳輸，處于與第一偏振態(tài)垂直的第二偏振態(tài)的光在進(jìn)入第一端口后被導(dǎo)向第三端口；一個(gè)第一光路，該第一光路包括第一端點(diǎn)和第二端點(diǎn)，第一端點(diǎn)與PBS的第一端口相連接，用來(lái)將光導(dǎo)入到PBS的第一端口中，并接收以第一偏振態(tài)的方式從第二端口傳輸?shù)降谝欢丝诘墓?；一個(gè)偏振反射器被連接到第一光路的第二端口，用來(lái)反射接收自第一光路的光使之返回到第一光路，反射回第一光路的光的偏振態(tài)與最初進(jìn)入到連接在PBS第一端口的第一光路的光偏振態(tài)相垂直；一個(gè)第二光路，該第二光路包括第一端點(diǎn)和第二端點(diǎn)，第二光路的第一端點(diǎn)與所述PBS的第三端口相連接，用來(lái)接收來(lái)自第三端口的第二偏振態(tài)的光，并將接收到的光導(dǎo)向第二端口；一個(gè)光環(huán)形器，該光環(huán)形器包括第一端口，第二端口和第三端口，用來(lái)將第一端口接收的光傳輸?shù)降诙丝冢瑢⒌诙丝诮邮盏降墓鈧鬏數(shù)降谌丝?，第一端口與第二光路的第二端點(diǎn)相連接，將第二光路的光導(dǎo)向第二端口；一個(gè)光學(xué)單元，該光學(xué)單元連接到所述光環(huán)形器的第二端口上，用來(lái)接收光，并將返回光束引導(dǎo)至光環(huán)形器的第二端口；一個(gè)第三光路，該第三光路連接在所述光環(huán)形器第三端口及PBS的第二端口之間，用來(lái)將該光環(huán)形器第三端口的光學(xué)單元的返回光束引導(dǎo)至PBS的第二端口，從PBS第二端口至第一端口傳輸?shù)牡谌饴返墓馓幱诘谝黄駹顟B(tài)；第一光路，第二光路中至少放置一個(gè)光學(xué)放大器，將經(jīng)由第一光路從所述偏振反射器到PBS、經(jīng)由第二光路從PBS回到該偏振反射器的光放大并引起激光震蕩。
2. 如權(quán)利要求1所述的激光器，其特征在于，所述偏振反射器包含一個(gè)法拉第反射 鏡，連接在第一光路的第二端點(diǎn)，用來(lái)反射從第一光路進(jìn)入PBS并從第一光路原路返回 的與第一偏振光方向成90 變的偏振光。
3. 如權(quán)利要求1所述激光器，其特征在于，所述偏振反射鏡由一個(gè)反射鏡與一個(gè) 1/4玻片組成，該1/4玻片的兩個(gè)正交的偏振主軸與經(jīng)由第一光路從PBS的第一端口出射 的光成45G角，該1/4玻片位于PBS與反射鏡之間。
4. 如權(quán)利要求1所述激光器，其特征在于，所述光學(xué)放大器由在光環(huán)形器及PBS 之間的第三光路組成。
5. 如權(quán)利要求4所述激光器，其特征在于，該激光器還包括 一個(gè)光學(xué)耦合器，連接在第三光路中光學(xué)放大器和PBS之間，耦合出部分光作為激光光束經(jīng)由光學(xué)放大器輸出。
6. 如權(quán)利要求1所述激光器，其特征在于，所述PBS由一個(gè)雙折射晶體構(gòu)成，它 把第一偏振態(tài)的光及第二偏振態(tài)的光折射為一束沿第一光路及一束沿第二光路的光。
7. 如權(quán)利要求1所述激光器，其特征在于，所述PBS由一個(gè)偏振體構(gòu)成，該偏振 體主要包括一個(gè)偏振選擇反射面，用來(lái)將第二偏振態(tài)的光反射為第一偏振態(tài)。
8. 如權(quán)利要求1所述激光器，其特征在于，所述光學(xué)單元包含一個(gè)可調(diào)波長(zhǎng)可濾 波的光學(xué)單元，連接在光環(huán)形器的第二端口，用來(lái)過濾具有反射中心波長(zhǎng)的接收光的光 束并調(diào)整該光束波長(zhǎng)的中心。
9. 如權(quán)利要求1所述激光器，其特征在于，所述光學(xué)單元包含一個(gè)衍射光柵、一 個(gè)旋轉(zhuǎn)多邊形及一系列反射鏡，光由光環(huán)形器進(jìn)入衍射光柵后導(dǎo)入至旋轉(zhuǎn)多邊形，并由 旋轉(zhuǎn)多邊形導(dǎo)入至該反射鏡，被反射鏡反射到衍射光柵，光由衍射光柵經(jīng)由旋轉(zhuǎn)多邊形 的旋轉(zhuǎn)選擇一定波長(zhǎng)的光返回至光環(huán)形器。
10. 如權(quán)利要求1所述激光器，其特征在于，所述光學(xué)單元包含一個(gè)衍射光柵、一 系列反射鏡，光由光環(huán)形器進(jìn)入衍射光柵后導(dǎo)入至該反射鏡，被反射鏡反射回衍射光 柵，并且該光學(xué)單元包含一個(gè)控制器用來(lái)控制所述反射鏡反射從光柵到光環(huán)形器的特定 波長(zhǎng)的光。
11. 如權(quán)利要求1所述激光器，其特征在于，該激光器還包括光學(xué)監(jiān)視模塊，將從 偏振反射器中接收的小部分光經(jīng)第一光路導(dǎo)入到PBS,經(jīng)由第二通路到光環(huán)形器、光學(xué) 單元及光環(huán)形器，經(jīng)由第三光路到PBS及偏振反射器，該光學(xué)監(jiān)視模塊用來(lái)測(cè)量光的頻 率或能級(jí)。
12. 如權(quán)利要求1所述激光器，其特征在于，所述光學(xué)單元包含一個(gè)可調(diào)波長(zhǎng)可濾 波的光學(xué)單元，連接在光環(huán)形器的第二端口用來(lái)過濾接收光的波長(zhǎng)；所述激光器還包含一個(gè)光學(xué)濾波器，置于激光器的一個(gè)光路中，用來(lái)多次、周期的 傳輸峰值。
13. 如權(quán)利要求12所述激光器，其特征在于，所述的光學(xué)濾波器的頻譜寬度在兩 個(gè)相鄰的光波的波峰之間，與波長(zhǎng)可調(diào)的可濾波的光學(xué)單元的帶寬相當(dāng)，傳輸帶寬小于 處于激光模式下的激光的縱模間距。
14. 一種穩(wěn)偏激光器，其特征在于，該激光器包括一個(gè)光偏振分束器(PBS)，含有第一端口，第二端口及第三端口，第一偏振態(tài)的 光經(jīng)由PBS的第一端口和第二端口傳輸，第二偏振態(tài)的光垂直于第一偏振態(tài)的光由第一 端口進(jìn)入，由第三端口輸出；第一光路，含有第一端點(diǎn)和第二端點(diǎn)，第一端點(diǎn)連接PBS的第一端口將光導(dǎo)入到 PBS的第一端口，并將接收到的第一偏振狀態(tài)的光，由PBS的第二端口傳輸?shù)降谝欢艘粋€(gè)偏振反射鏡，連接在第一光路的第二端點(diǎn)，將從第一光路接收到的光返射回第 一光路，該反射光垂直于最初從PBS的第一端口進(jìn)入第一光路的偏振光；第二光路包括一個(gè)第一端點(diǎn)和一個(gè)第二端點(diǎn)，第一端點(diǎn)與PBS的第三端口相連接， 第二端點(diǎn)與PBS的第二端口相連接；由第一端點(diǎn)接收自第三端口導(dǎo)入到第二端口的第二 偏振態(tài)的光，將第二光路第一偏振態(tài)的光從到PBS的第二端口傳輸?shù)降谝欢丝?；在第?光路，第二光路中至少放置一個(gè)光學(xué)放大器，將經(jīng)由第一光路從偏振反射器到PBS、經(jīng) 由第二光路從PBS回到偏振反射器的光放大并引起激光震蕩，使自偏振反射鏡通過第一 光路到PBS，通過第二光路到光環(huán)形器、光學(xué)單元、光環(huán)形器，再通過第三光路到 PBS，到偏振反射鏡的激光諧振。
15. 如權(quán)利要求14所述激光器，其特征在于，所述偏振反射器包含一個(gè)與第一光路 的第二端點(diǎn)相連的法拉第反射器，用來(lái)接收第一光路的光并反射回第一光路，這個(gè)反射 回的偏振光的方向在第一光路中與法拉第反射器接收的光的偏振方向垂直。
16. 如權(quán)利要求14所述激光器，其特征在于，所述偏振反射器包括一個(gè)反射器和一 個(gè)1/4波片，它的兩個(gè)相互垂直的主偏振軸之一與和PBS的第一端口相連的光偏振軸成 45G度角，其中1/4波片位于PBS與反射器之間。
17. 如權(quán)利要求14所述激光器，其特征在于，該激光器還包括 可調(diào)波長(zhǎng)過濾元件，與第一或第二光路中的一條相連接，用來(lái)接收光并對(duì)其進(jìn)行過濾使其產(chǎn)生中心波長(zhǎng)的線偏振光和調(diào)整中心波長(zhǎng)。
18. 如權(quán)利要求12所述激光器，其特征在于，所述PBS包含一個(gè)雙折射晶體，用于 把光分成兩種不同的偏振光， 一種沿第一路徑傳播，另一種沿第二路徑傳播。
19. 如權(quán)利要求14所述激光器，其特征在于，所述PBS由一個(gè)包含了偏振反射表面 的立方體組成，用于反射第二偏振光并傳播第一偏振光。
20. 如權(quán)利要求14所述激光器，其特征在于，該激光器還包括可調(diào)波長(zhǎng)過濾元件， 與第一或第二光路相連接，用來(lái)接收光并對(duì)其進(jìn)行過濾使其產(chǎn)生中央波長(zhǎng)的線偏振光和 調(diào)整中央波長(zhǎng)。
21. 如權(quán)利要求14所述激光器，其特征在于，該激光器還包括光學(xué)檢測(cè)單元，與第一光路與第二光路中的一條相連接，用來(lái)接收部分從第一光路或第二光路中傳送出的光 并對(duì)其頻率或平均功率進(jìn)行測(cè)量。
22. 如權(quán)利要求14所述激光器，其特征在于，該激光器還包括第一光過濾器，與第 一光路或第二光路的一條相連接，用來(lái)過濾一定波長(zhǎng)的反射光來(lái)得到被反射回來(lái)的在中 央波長(zhǎng)的線偏振光和調(diào)整中央波長(zhǎng)；第二光過濾器與第一光路與第二光路中的一條相連 接并且具有重復(fù)性的周期性的傳送波峰。
23. 如權(quán)利要求22所述激光器，其特征在于，所述第二光過濾器在兩個(gè)相鄰的波峰 之間有光譜間隔，光譜間隔與第一光過濾器的帶寬相等或相似并且傳送帶寬小于激光器 縱向模的模間隔。
24. —種穩(wěn)偏激光器，其特征在于，該激光器包括一個(gè)帶有第一端口、第二端口和第三端口的光環(huán)行器，該光環(huán)行器從第一端口接收 光并從第二端口輸出，把從第二端口接收到的光傳入第三端口并輸出；一個(gè)包含第一端點(diǎn)和第二端點(diǎn)的第一光路，第一端點(diǎn)與光環(huán)行器的第二端口相連 接，用來(lái)接收光并傳送到光環(huán)行器的第一端口；一個(gè)偏振反射器，與第一光路的第二端點(diǎn)相連接，用來(lái)反射接收來(lái)自第一光路的 光，并將其反射回到第一光路，反射回去的光的偏振態(tài)垂直于起初通過第一光路進(jìn)入到 PBS第一端口的光的偏振態(tài)；一個(gè)包含第一端點(diǎn)和第二端點(diǎn)的第二光路，第一端點(diǎn)被連接到光環(huán)行器的第三端 口，用來(lái)接收從第三端點(diǎn)發(fā)出的光并且傳送到第二端點(diǎn)；第二光路的第二端點(diǎn)與光環(huán)行 器的第一端口相連接，用來(lái)把第二光路中從光環(huán)行器的第一端口接收到的光傳送到光環(huán) 行器的第二端口；光放大器與第一光路和第二光路中的一條相連接，用來(lái)使光放大并在 一個(gè)循環(huán)中產(chǎn)生震動(dòng)，該循環(huán)經(jīng)過第一光路到第二光路從偏振反射器到光環(huán)行器，再到 光環(huán)行器，最后傳送到光反射器。
25. 如權(quán)利要求24所述激光器，其特征在于，所述的偏振反射器包含一個(gè)與第一光 路的第二端點(diǎn)相連的法拉第反射器，用來(lái)接收第一光路的光并反射回第一光路，該反射 回的偏振光的方向在第一光路中與法拉第反射器接收的光的偏振方向垂直。
26. 如權(quán)利要求24所述激光器，其特征在于，所述的偏振反射器包括一個(gè)反射器和 一個(gè)1/4波片，1/4波片的兩個(gè)相互垂直的主偏振軸之一與和光環(huán)行器的第二端口相連的 光偏振軸成45G度角，其中1/4波片位于光環(huán)行器與反射器之間。
27. 如權(quán)利要求24所述激光器，其特征在于，該激光器還包括 可調(diào)波長(zhǎng)過濾元件，在第二光路中與光環(huán)行器的第一和第三端口相連接，用來(lái)接收并對(duì)其進(jìn)行過濾并產(chǎn)生中心波長(zhǎng)的線偏振光和調(diào)整中心波長(zhǎng)。
28. 如權(quán)利要求24所述激光器，其特征在于，該激光器還包括 可調(diào)波長(zhǎng)過濾元件，與第一，第二光路相連接，用來(lái)過濾一定波長(zhǎng)的反射光得到被反射回來(lái)的在中心波長(zhǎng)的線偏振光和調(diào)整中心波長(zhǎng)；附加的光過濾器，具有重復(fù)的周期性的傳送峰，并且被連接在第一光路或第二光路中。
29. 如權(quán)利要求24所述激光器，其特征在于，所述附加的光過濾器，在兩個(gè)相鄰的 波峰之間有光譜間隔，該光譜間隔與可調(diào)波長(zhǎng)過濾元件的帶寬相等或相似并且傳送帶寬 小于激光器縱向模的模間隔。
全文摘要
本發(fā)明涉及穩(wěn)偏激光器，屬于穩(wěn)偏激光器的裝置和應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域。該激光器包括一個(gè)具有三個(gè)端口的光偏振分束器(PBS)，具有兩個(gè)端點(diǎn)的第一光路，第一端點(diǎn)與PBS的第一端口相連接，一個(gè)偏振反射器被連接到第一光路的第二端口，一個(gè)第二光路，第二光路的第一端點(diǎn)與所述PBS的第三端口相連接，一個(gè)三端口的光環(huán)形器，一個(gè)光學(xué)單元，連接到所述光環(huán)形器的第二端口上；一個(gè)第三光路，該第三光路連接在所述光環(huán)形器第三端口及PBS的第二端口之間；第一光路，第二光路中至少放置一個(gè)光學(xué)放大器。本發(fā)明可以對(duì)第一次發(fā)生偏振的光進(jìn)行篩選，使第二次產(chǎn)生偏振的光減弱，這使輸出激光的性能永遠(yuǎn)是穩(wěn)定的。本發(fā)明可以應(yīng)用于各種激光器。
文檔編號(hào)H01S3/13GK101483310SQ20091000892
公開日2009年7月15日 申請(qǐng)日期2009年2月13日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月13日
發(fā)明者姚曉天 申請(qǐng)人:北京高光科技有限公司;通用光訊光電技術(shù)(北京)有限公司