[发明专利]带有光学反馈的激光器系统

说明书

本发明涉及带有光学反馈的激光器系统，包括：光学反馈敏感的激光器(110)，其经由输出光纤(111)发射称为源波的频率可调连续传播源光波(L0p)；谐振光学腔，其通过光学反馈耦合到激光器并被配置成生成腔内波(L5)，腔内波(L5)的部分以反向传播光波(L0c)形式返回到激光器；放置在激光器与谐振光学腔之间光路上的光纤电光调制器(115)，所述电光调制器被配置成通过使源波相移生成相移的源波(L1p)以及通过使反向传播光波相移生成称为反馈波的相移的反向传播波(L0c)，反馈波到达激光器；相位控制装置(130)，用于从表示源波(L0p)与反馈波(L0c)之间相对相位的误差信号(SE)生成电光调制器的控制信号(SC)以抵消源波与反馈波之间的相对相位。

技术领域

本说明书涉及一种激光器系统，其包括通过光学反馈耦合到谐振光学腔的激光器，并且涉及一种用于借助于这种激光器系统生成光波的方法。

背景技术

专利申请WO 03/031949描述了一种激光器系统，其包括激光器，该激光器通过光学反馈耦合到激光器外部的谐振光学腔，用于检测痕量气体。由激光器发射的连续波形源波中的一部分通过光学耦合系统被注入谐振光学腔中。光学腔位于气体可以注入其中以进行分析的腔室中。在谐振光学腔中生成的光波中的一部分(在此称为腔内波)被发送回激光器。当激光器对光学反馈敏感时(这是例如半导体激光器的情况)，发生光学反馈效应，使得源波的频率变得受控于谐振光学腔的谐振模式的频率。这导致源波的频谱的谱窄化，该源波变得集中在谐振光学腔的谐振模式的频率上。

光学反馈(例如在前述专利申请中所描述的)借助于对由激光器发射的源波的谱特性的控制，允许激光器的发射波长和在该波长下的谱宽度、光子到谐振光学腔中的注入均被优化，并且激光器系统关于痕量气体的检测的灵敏度增加。

然而，这些受控和谱窄化效应仅在某些条件下发生。具体地有必要使从谐振光学腔发出并指向激光器的波与由激光器产生的腔内波同相。在诸如前述专利申请中描述的那些的设置中，这意味着以高精度控制激光器与谐振光学腔之间的距离，因为如果一个激光器/腔往返行程的总光路不是由激光器发射的波长的倍数，则出现相移。

此外，考虑到热机械效应或者空气的折射率的与压力或温度有关的变化，这些条件大体上可以被动地维持仅约几秒量级的有限时间。

大体上，从谐振光学腔发出的波与激光器的源波之间的相对相位是波长的函数。前述专利申请利用这样的事实：在谐振光学腔的臂的长度的倍数的距离下，谐振波的电场必然与激光器的电场同相，而无论波长如何：特别地，不仅在光学腔的后镜上而且还在激光器的腔的镜上，电场在谐振下必然为零。例如，通过将激光器放置成使得其相对于谐振光学腔的输入镜定位在等于光学腔的不在激光器的轴线上的臂的长度的距离处，有可能使激光器的发射波长在不需要校正激光器与谐振光学腔之间的距离的情况下变化。然后所有要求的是使用一个元件来精细地调整激光器与谐振光学腔之间的距离。该元件例如是安装在压电换能器上的镜，其允许激光器与谐振光学腔之间的距离被精细地调整。然而，这样的调整具体地由于压电换能器的受限通带以及由于找到镜的允许源波与通过从谐振光学谐振腔传输输出的波之间的相对相位被抵消的位置所必要的时间而引入限制。

实践中，就获得在各种激光器发射频率下的光学反馈而言，这些约束一起意味着在给定环境中激光器系统的调整可能要求几个小时。

从而，似乎存在克服这些约束和/或简化激光器系统调整操作的需要。

发明内容

根据第一方面，本说明书的主题是一种带有光学反馈的激光器系统，该激光器系统包括：

-激光器，其对光反学馈敏感并且旨在经由输出光纤发射被称为源波的频率可调的连续波形正向传播源光波；

-谐振光学腔，其通过光学反馈耦合到激光器并且其被配置成生成腔内波，腔内波中的一部分以反向传播光波的形式返回到激光器；