具有多个组成激光器的激光模组
阅读说明：本技术 具有多个组成激光器的激光模组 (Laser module with multiple component lasers ) 是由 G·帕特里奇 R·P·泰拉 于 2019-07-25 设计创作，主要内容包括：公开了一种具有多个组成激光器的激光模组。每个组成激光器的特征在于增益芯片、衍射光栅结构、枢转点和沿输出光束方向行进的输出激光束。驱动轴联接到每个枢转点,并使每个衍射光栅结构围绕与该组成激光器相关联的枢转点旋转。所述模组还包括多个反射器,每个反射器被定位成接收来自所述多个组成激光器之一的输出激光束,并沿着所有组成激光器共有的输出路径引导输出激光束。控制器控制驱动轴的旋转角度。(A laser module having a plurality of component lasers is disclosed. Each component laser is characterized by a gain chip, a diffraction grating structure, a pivot point, and an output laser beam that travels in an output beam direction. A drive shaft is coupled to each pivot point and rotates each diffraction grating structure about the pivot point associated with the constituent laser. The module further includes a plurality of reflectors, each positioned to receive an output laser beam from one of the plurality of component lasers and direct the output laser beam along an output path common to all of the component lasers. The controller controls the rotation angle of the drive shaft.)
背景技术
许多感兴趣的测量涉及测量作为波长函数的样品对已知波长的光束的响应。许多测量的光源是可调谐激光器。然而，许多测量需要一个调谐范围，该范围超出了激光器中单个增益芯片所能达到的范围。有限调谐范围的现有技术解决方案已经被提出。一类解决方案通过利用多个增益芯片来串联处理光，每个增益芯片在相应的波长带中提供放大，从而扩展了激光器增益区段的放大范围。这些解决方案存在与非有源增益芯片吸收被另一个芯片放大的光相关的问题。
其他解决方案利用具有多个有源层的增益芯片，每个有源层在不同的光谱范围内提供增益。这些解决方案存在多个有源层同时提供增益的问题。
发明内容
本发明包括具有多个组成激光器的激光模组，每个组成激光器的特征在于增益芯片、衍射光栅结构、枢转点和沿输出光束方向行进的输出激光束。驱动轴联接到每个枢转点，并使每个衍射光栅结构围绕与组成激光器相关联的枢转点旋转。所述激光模组还包括多个反射器，每个反射器被定位成接收来自所述多个组成激光器之一的输出激光束，并沿着所有组成激光束共有的输出路径引导输出激光束。控制器控制驱动轴的旋转角度。
在本发明的一个方面，多个组成激光器的衍射光栅结构被定位成使得对于驱动轴的任何给定旋转角度，组成激光器中不超过一个组成激光器发射激光。
在本发明的另一方面，其中一个反射器包括部分反射镜。
在本发明的另一方面，其中一个反射器包括反射由相应的一个组成激光器产生的光并使由另一个组成激光器产生的光通过的双耳反射器。
在本发明的另一方面，其中一个反射器绕反射器上的轴线旋转，使得反射器不阻挡沿输出路径的光，旋转由控制器控制。
在本发明的另一方面，其中一个组成激光器包括具有不同光栅间距的第一和第二衍射光栅，所述第一和第二衍射光栅定位成使得对于衍射光栅结构围绕枢转点的任何给定旋转，至多一个衍射光栅反射来自组成激光器中增益芯片的光。
附图说明
图1示出了根据本发明一个实施方案的组成激光器。
图2是根据本发明的激光模组的一个实施方案的侧视图。
图3是根据本发明另一实施方案的激光模组的侧视图。
图4示出了带有两个光栅的组成激光器。
具体实施方式
本发明通过提供一种激光模组来解决上述问题，该激光模组由一起调谐的多个组成激光器构成。现在参考图1，其示出了根据本发明一个实施方案的组成激光器。组成激光器10包括增益芯片11和光栅16，光栅为由增益芯片11放大的光提供波长选定滤波器。增益芯片11在端部12具有反射涂层，在端部13具有抗反射涂层。来自增益芯片11的光被透镜14扩展成光束15，并射向衍射光栅60。衍射回增益芯片11的光处于由梯度和光束15之间的角度确定的窄波段。从光栅反射成光束17的光被与光栅16成直角的反射镜18反射。从反射镜18反射的光沿着路径19被导向反射器12，反射器在垂直于附图平面的方向上反射该光。
光栅12和反射镜18在结构上连接在一起，使得它们一起围绕垂直于附图平面的轴线21移动。组成激光器10通过围绕轴线21旋转光栅12和反射镜18来调谐。光栅16有一个角度范围，组成激光器10将在这个角度范围内发射激光。当光栅16旋转出该范围时，组成激光器10将停止发射激光。
为了简化下面的讨论，组成激光器将被定义为具有增益芯片和衍射光栅的激光器，其中衍射光栅安装在光栅结构中，该光栅结构包括与衍射光栅平面成直角安装的平面镜，使得衍射光栅和平面镜相对于彼此固定，并一起围绕枢转点旋转，使得从衍射光栅反射回增益芯片的光具有取决于衍射光栅的平面和从增益芯片到衍射光栅的路径之间的角度的波长，并且从平面镜反射的光形成来自组成激光器的输出光束。
现在参考图2，其是根据本发明的激光模组30的一个实施方案的侧视图。各个组成激光器示出在31、32和33处。对应于组成激光器31–33的各个反射器分别示出在25–27处。在图中所示的例子中，组成激光器33正在发射激光并产生输出光束27A。当每个激光模组发射激光时，相应的输出光束与光束27A重合。每个组成激光器的光栅的旋转角度由马达29控制，马达由控制器35控制，控制器通过设定轴28的旋转角度来设定光栅的角度以符合用户指定的波长。
在一个示例性实施方案中，组成激光器中光栅的角度被设置成使得对于轴28的任何给定旋转角度，只有一个光栅被定位成发射激光。选择各个增益芯片和起始光栅位置，使得输出波长随着轴28的旋转角度连续变化。
在另一个示例性实施方案中，选择组成激光器和增益芯片中的梯度角度，使得其中两个组成激光器具有重叠的工作范围。当轴的角度改变时，第一组成激光器在其工作范围的开始处开始以第二组成激光器在其工作范围的末端处也由第二组成激光器提供的波长发射激光。
在上述实施方案中，来自每个组成激光器的输出光束被作为该组成激光器的一部分的反射器沿着公共路径引导，因此，激光模组的输出看起来来自单个激光器。例如，反射器26必须让组成激光器31产生的光通过。在一个示例性实施方案中，反射器或者是部分反射镜，或者是二分反射器(dichotic reflector)。
在另一个示例性实施方案中，镜子被铰接，使得当其组成激光光栅被定位成激光时，每个镜子翻转就位，并且当激光模组不再发射激光时，每个镜子翻转出路径。现在参考图3，其是根据本发明另一实施方案的激光模组40的侧视图。激光模组40与图2所示的激光模组30的不同之处在于，反射器25-27已经被可移动的反射器45-47代替。每个可移动反射器围绕轴49在竖直位置和45度方位之间枢转，在竖直位置中反射器不拦截来自堆叠中其上方的组成激光器的光，在45度方位中反射器反射来自相应组成激光器的光并将光导向向下的方向。组成激光器41的反射器45处于45度方位，而组成激光器42和43的反射器46和47分别处于竖直位置。轴28或控制器35的旋转角度可以控制哪个反射器定位成偏转来自其组成激光器的光。在这种配置中，只要一次只有一个组成激光器在工作，全反射镜就可以用作反射器。
在上述实施方案中，一次只有一个组成激光器发射激光。然而，也可以构建两个或多个激光器同时产生光的实施方案。这种光源可以提供多种波长的光，这些光可以用于拉曼散射或其他光谱测量。
在并非所有的激光器都同时产生光的实施方案中，给不产生激光的激光器中的增益芯片供电仍然是有利的。这将把所有增益芯片的温度保持在它们的工作温度，从而防止由于增益芯片加热时温度变化而引起的偏移和波长。
对于某些应用，即使对于相同的增益芯片，提供具有不同光栅间距的激光器也是有利的。改变光栅间距会改变激光产生的谱线宽度。因此，如果特定应用需要具有不同光谱宽度的可调谐激光器，可以使用具有不同光栅间距的组成激光器。在一个实施方案中，不同组成激光器的光栅间距是不同的。在这样的实施方案中，可以利用具有相同增益芯片但不同光栅间距的两个组成激光器。然而，这需要额外的组成激光器。或者，可以提供具有多个光栅的单个组成激光器。
在上述实施方案中，每个组成激光器包括单个光栅及其相对于光栅平面成90°安装的相应反射器。然而，也可以构造在组成激光器中使用多个光栅的实施方案。现在参考图4，其示出了具有两个光栅的组成激光器。在这个例子中，第二光栅88安装成与图1所示的光栅16的平面成直角。光栅16的背面充当光栅88的反射器。通过以类似于上述方式绕轴线21旋转光栅结构，光栅88被引入光路。
上述实施方案具有特定数量的复合激光器，即三个。然而，应当理解，复合激光器的数量不限于三个。
已经提供了本发明的上述实施方案以示出本发明的各个方面。然而，应当理解，在不同的具体实施方案中示出的本发明的不同方面可以被组合以提供本发明的其他实施方案。另外，根据前面的描述和附图，对本发明的各种修改将变得显而易见。因此，本发明仅受所附权利要求书的范围限制。
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