[发明专利]波长调谐装置及其方法

说明书

技术领域

本发明涉及波长调谐装置和方法，尤其是涉及可使用单个角度操作来维持最高效率而不改变输入/输出光的位置的波长调谐装置和方法。

背景技术

光学器件的发展影响各种工业领域，且从微机械加工到高速通信的各种各样的下一代技术基于光学器件。具体地，应用于工业和医疗技术例如用于使用具有高准直度的激光来改进或微加工表面的技术、用于分离特定的细胞或医学物质的技术、用于使用光学介质复制数据的技术、使用光纤的全反射的高速通信、用于识别纳米尺寸三维样本的结构的显微技术等的光学器件变得更重要。

通常，激光光学器件大部分使用单个波长。然而，当对使用不同波长的应用的要求增加时，可调谐波长的波长调谐激光光学器件被引入，以明显增加通信波段，分析各种样本，或从宽范围波长中选择提供最佳特征的这样的波长。

应用用于调谐激光束的波长的技术的波长调谐激光器根据目的具有不同的结构。然而，通常可应用于各种光学应用的波长调谐激光器通过控制具有预定波长波段的激光光源的衍射角来选择并输出期望波长。

图1是示出应用公知的利特罗腔的波长调谐装置的结构的视图。在这里，腔代表用于光学共振的结构，包括衍射光栅、反射镜、透镜等，并通常称为光学腔。

如图1所示，通过激光二极管1产生的激光通过准直透镜2变成平行光，并入射在反射式衍射光栅3上。入射光根据反射式衍射光栅3的结构以特定的角度被衍射，以从反射镜4被反射。

在这个结构中，可通过控制衍射光栅3的角度来选择波长，并可根据选定的波长来改变光路。因此，为了调整光路，需要复杂的操作，例如控制入射光或反射镜4的位置。此外，根据入射光的衍射角的有效分布根据波长是不同的，使得在所有波长处维持最高效率很难。此外，反射式衍射光栅具有绝对低的衍射效率。因此，该结构的衍射效率绝对低，因为在该结构中使用反射式衍射光栅3。因此，当实现波长调谐激光装置时，该装置的尺寸很大，且维持光的位置和路径很难。因此，存在问题，因为需要高成本和大尺寸，且精度低。

图2是示出应用利特罗腔的波长调谐装置的结构的视图。参考图2，通过激光二极管11产生的激光通过准直透镜12变成平行光，并以衍射角被反射式衍射光栅13衍射。衍射光从反射镜14反射并再次入射在反射式衍射光栅13来以特定的角被衍射。

在该结构中，通过控制反射镜14的角度可选择波长。由于用于反射的衍射光栅13的位置是固定的，存在优点，因为入射光的位置和输出光的路径不改变。然而，该结构具有非常低的效率，因为它不仅使用不能反射100％的输入光的衍射光栅13来反射多个光束，而且根据波长改变的反射效率不能被补偿。因此，可被选择的波长的范围减小了。具体地，需要波长区域可能重叠的大量激光二极管来提供宽范围的波长，以便降低成本。此外，代替激光二极管来选择波长的时间段减小了，使得操作时间减小了。此外，光路被位置固定的反射式衍射光栅13限制，使得光路的选择被限制。因此，为了解决这个限制，需要额外的反射镜结构，且其尺寸增加了。

因此，存在对光路可被自由设计的波长调谐装置和方法的快速增加的需要，该光路不根据选定的波长改变，输出效率和波长选择的精度高，对波长选择所需的控制简单，且其尺寸小。

发明的公开内容

技术问题

为了克服上面的问题，本发明提供了一种波长调谐装置和方法，其包括以一体型被构造的透射型衍射光栅和反射镜，使得实现衍射光栅的最佳效率衍射角的光路可被形成，旋转该一体结构以获得期望波长，并执行简单的操作来选择高效率波长。

本发明还提供了一种波长调谐装置和方法，其可通过选择透射型衍射光栅的衍射栅格排列角(arrangement angle)处于最高效率被维持的状态中来设计期望光路，以增加波长调谐装置的设计自由度并减小装置的尺寸。

本发明还提供了一种波长调谐装置和方法，其被自动设置，使得通过根据波长执行简单的角度调节操作，从宽波长波段中选择的波长的效率是相应波长的最高效率。

本发明还提供了一种波长调谐装置和方法，其以固定角度组合体积相位全息光栅(VPHG)和反射镜，使得考虑到入射在对宽波长波段和衍射栅格的排列角有高透射效率的VPHG上的光的入射角，透射光的衍射角是最高效率角，且光会聚到小孔中，以便减小装置的尺寸并使用单个操作单元增加效率和波长选择精度。