外腔激光设备、对应的系统和方法与流程

1.本公开涉及外腔激光设备。例如，这种设备的示例可以是外腔激光器（ecl）或长外腔激光器（lecl）。
2.一个或多个实施例可以应用于原子和/或分子的光谱学的背景以及计量学的背景中。


背景技术：

3.外腔激光器（ecl）——特别是那些带有二极管激光器的激光器（被称为外腔二极管激光器（ecdl））——是一种类型的可以在频率上稳定的相干辐射源。
4.对于众多和/或不同的应用，诸如原子和/或分子的光谱学和计量学，要求上述激光器：-呈现机械强度特性，其将便于它的长期使用，而无需外部操作人员侧的任何干预；和/或-相对于参考在频率上是可调谐的。
5.用于这种类型的设备中的辐射源（也被称为增益介质或光源）包括如上所述的二极管激光器、增益芯片，但是也包括其他类型的增益介质，诸如超发光led（sled），后者是一种被配置成经由放大的自发发射生成光的增益介质。
6.二极管激光器和增益芯片两者、以及sled都包括例如半导体增益介质，该半导体增益介质被提供有至少一个反射区域，特别是例如在增益介质的两个面之一上的反射表面。例如，可以通过应用反射处理、否则通过（全部或部分）内部反射来获得该反射区域。
7.外腔激光设备和对应的可调谐系统常规地包括：-被配置成用于生成和/或发射光束的电磁辐射源（简称为“光源”或“增益介质”）；如上所述，该源包括例如二极管激光器、sled或所谓的“增益芯片”；特别地，这些被配置成用于生成主要在可见光谱、近紫外、和近红外和中红外中的光。这样的源被包括在由以下各项的至少一个反射区域、特别是反射表面标识的外部光学腔中；-用于校准由源发射的光的透镜；-光谱选择光学元件，其便于光束的频率选择，例如，滤光器或衍射光栅，以便获得目标频率下的激光发射；以及-输出耦合器，其包括在输出处提供光束的至少一个反射元件；该元件也可以与光谱选择光学元件相一致。
8.因此，在这样的电磁辐射源与光谱选择光学元件之间，特别地在源的反射区域与光谱选择光学元件之间，定义了可变长度的外部光学腔，为简洁起见，被称为“外腔”。外部光学腔的谐振模式目前已知为腔的纵向模式。
9.常规地，存在至少一个致动器，例如，压电致动器，其可以被电控制以便使得能够改变外腔的长度。如下面的内容中讨论的，激光器的光的发射频率相应地变化。
10.已知并普遍使用各种类型的外腔激光器，它们彼此不同，例如，关于对输出耦合器
和光谱选择元件的不同选择而彼此不同。
11.第一类型的配置（被称为“类标准具（etalon-like）”配置）使用干涉滤光器作为光谱选择装置，而输出耦合器包括耦合到致动器的反射镜。
12.反射镜的使用使系统在机械上稳定，并且便于对未对准的低灵敏度，特别是如果引入了将射束聚焦在反射镜上的另外透镜的话。干涉滤光器（例如，标准具滤光器）设置在外腔内，从而便于入射光辐射仅在有限的频率范围内传输。该范围可以通过改变标准具干涉滤光器的法线（即，垂直于其的方向）与入射辐射的波矢量之间的角度，否则通过改变滤光器本身设置的温度来改变。
13.使用滤光器作为光谱选择（即，频率选择）的元件存在一些缺点，在它们当有：-缺乏温度稳定性：为了在长期时间段内获得以同一个纵向模式的发射，实际上要求精确控制干涉滤光器的温度；以及-滤光器本身的高吸收损耗值：这样的损耗可以通过输出耦合器反射镜的更大反射率来抵消，代价是激光器的输出功率降低。
14.第二类型的已知配置（被称为littman-metcalf 配置）使用一个系统作为光谱选择装置和输出耦合器两者，该系统由以下各项组成：-安装在特意提供的支撑件上的反射镜，在其中提供的是压电致动器；以及-衍射光栅。
15.与使用干涉滤光器相比，使用littman-metcalf配置提供了输出光束的光谱对温度的降低依赖性。在这种类型的配置中，光束的第一衍射级被发送到反射镜上，该反射镜再次朝向光栅反射该辐射，该光栅进而将其朝向源反射，因此形成外部光学腔。然而，由于光栅反射角对辐射波长的依赖性，只有有限范围的光谱分量（即，频率）参与激光发射。
16.为了改变这个范围——并且因此改变激光发射波长——必须改变衍射光栅与入射辐射的波矢量之间的角度。该条件是通过如下来实现的，经由旋转反射镜支撑件的可旋转臂，例如，相对于外部枢轴点可旋转的臂来改变反射镜与衍射光栅之间的角度。输出耦合是通过来自激光器并且由衍射光栅在零阶反射的辐射获得的。
17.另外，在littman-metcalf配置中，外腔中存在显著的损耗，这主要由于反射镜反射并且进而由光栅在零阶反射的辐射所致。这样的损耗，再一次如在类标准具配置中，导致激光器的发射功率的降低。
18.在第三类型的配置中，被称为littrow 配置，衍射光栅被用作输出耦合器和光谱选择元件两者，如下面关于图1讨论的。
19.特别地，在图1的部分a）中，littrow型激光设备100a的配置的第一示例包括：光源s、准直透镜c和输出耦合器模块6ab，其包括光谱-选择元件，特别是经由衍射光栅6a获得的，以及致动器a。在littrow型激光设备100b的配置的第二示例中，除了前面参考结构100a讨论的元件之外，输出-耦合器模块6ab可以包括衍射光栅6a和反射镜6b，该反射镜6b例如附接到与在其上安装衍射光栅6a的支撑件相同的支撑件。
20.反射镜6b被布置成以便接收由衍射光栅以取向角θ反射的射束，并且沿平行于源s的发射的光轴的轴反射它。随后关于littrow配置100a的讨论以相同的方式适用于littrow配置100b中的类似元件。
21.增益介质/源s（例如，二极管激光器）具有至少一个反射区域rs，这样的反射区域
rs（例如，空间的连接区域，诸如表面）以本身已知的方式获得。源s被配置成用于发射辐射（或可见光）。
22.例如，增益介质s可以容纳在二极管支撑件中。
23.由源s生成/发射的光束遵循源s外部的光路opa（100a）或opb（100b），在图中用虚线指示。指出“源s”意指例如二极管激光器，并且光路opa、opb在标识源s的模块的外部，特别是在半导体结的外部，并且如果存在，在内部fabry-p
é
rot腔的外部，否则在源s的封装的外部。
24.沿着这样的光路opa、opb定位有：-准直透镜c；以及-输出耦合器模块6ab，包括光谱选择元件，特别是衍射光栅6a。
25.源s发射的光束一旦与透镜c准直，就会照射在衍射光栅6a上，因此衍射光栅6a也在光源s的外部。
26.致动器a（例如，压电致动器）耦合到输出耦合器模块6ab中的光栅6a。
27.源s的反射区域/表面rs和输出耦合器模块6ab中的衍射光栅6a（其例如位于传过准直透镜c的光轴的端部处）形成至少一个具有可变长度l的外腔。
28.根据公式，外腔的长度l确定了源s发射的光束的波长λ，其中n是整数。
29.作为输出耦合器模块6ab中的光谱选择元件操作的光栅6a根据轴以零阶反射入射束，该轴与光的光路opa、opb形成取向角θ。
30.输出耦合器6ab的水平和垂直取向角诸如用以使模块6ab中的光栅6a沿着光路opa、opb以下面这样的方式对准：使得入射在其上的光束的光谱部分（例如，第一衍射级）被朝向光源s背向反射。换言之，入射在光栅6a上的射束的光谱部分相对于入射方向以180
°
的角度传播。输出处的光束的剩余部分（例如，零阶反射束）沿着光路opa、opb前进。
31.朝向增益介质/源s反射的光的一部分具有在等于长度为l的外部光学腔rs，l，6a的纵向谐振模式的频率的至少一个频率下的光谱分量。该条件在源本身上生成了反馈网络，这便于仅基于外腔的属性而不再仅基于源s的发射特性来调节发射的属性。可以说激光设备100a、100b的操作以某种方式被外腔的属性而不是被源s的属性“支配”或管控。
32.取向角θ被常规调整：-经由支撑件（不可见）的一个或多个调节螺钉，包括光栅6a的输出耦合器6ab安装在该支撑件上；和/或-经由电信号，例如，通过对输出处的光的部分的光谱分析进行处理，被发送到机械耦合到模块6ab的压电致动器a。
33.如图1的a）部分和b）部分两者中图示的，致动器a（经由其实现光栅6a相对于光传播方向（即，光路opa、opb）的倾斜角θ的变化）机械耦合到光栅6a，它被设置在输出耦合器模块6ab内，该模块包括相对于光栅6a固定的可调节基座。压电致动器a机械耦合到模块6ab或光栅6a的事实便于改变衍射光栅6a的法线与入射辐射之间的角度θ。可以通过改变衍射光栅6a的取向角θ来调整输出射束的发射的波长λ。
34.因此，littrow配置100a、100b呈现的优点是没有光功率的色散，并且提供了对温度具有低依赖性的光谱选择装置6a。
35.在某些情况下，致动器a设置在支撑衍射光栅的机械支撑件内，在特意提供的“叉形”槽中，该“叉形”槽例如通过在制成支撑件的材料中雕刻凹槽以便容纳致动器a而形成。在现有技术中还已知其他类型的机械支撑件。使用littrow配置100a、100b要求包括在输出耦合器模块6ab中的支撑件将被设计为具有特定的弹性特性，以使得致动器a能够具有足够广阔的行程，尽管便于取向的高分辨率，即，角度θ的变化的高分辨率。因此，littrow配置100a、100b的缺点是所需的生产的机械复杂性。
36.代替地，如前面讨论的调整发射的波长λ的缺点在于，事实上，在波长变化期间，规定了所谓的“模式之间的竞争”，例如，在由反射区域rs和光谱选择元件6a形成的外腔的各种谐振频率之间系统的跳模。
37.由源s的增益、光栅6a的色散和外腔的谐振模式的组合乘积给出的总增益的值对于外腔的相邻/接近模式（即，频率）可以是可比较的。由致动器a获得的光栅6a的取向角θ的微小变化可能会使频率接近当前振荡模式的模式的总增益更高，因此导致激光设备100a、100b跳到具有更高增益的模式，并且损失发射的频率的稳定性。
38.因此，littrow型100a、100b的配置对致动器a的属性提出了显著受约束的条件，这要求提供显著的精细调整并且呈现复杂的机电设置。
39.littrow配置100a、100b的另外的缺点是光栅的角度θ的变化也引起由参与来自设备的输出处的激光辐射的衍射光栅6a衍射的频率范围的变化。压电致动器a的运动对激光器具有双重影响——即改变外腔的长度l和改变衍射光栅6a的光谱选择范围的事实可以导致在由于跳模所致的发射的光谱中的不稳定。
40.可以通过适当地挑选绕其旋转衍射光栅6a的枢轴点/轴来克服这种影响，挑选该点/轴以便其位于源s的光辐射的发射平面中。输出模块6ab的光谱选择元件6a的这样的枢轴点被约束为定位在源s的发射平面中。在此配置100a和100b中，光栅6a因此必须安装在足够刚性的机械系统上——以免由于低频机械噪声的耦合而危及激光发射频率的稳定性——并且可以精细旋转θ以便能够控制激光发射频率。
41.从光机视点来看，两个并发技术参数的存在使系统生产起来很复杂，并且激光器对未对准敏感。因此，这些设备100a、100b和对应的光机系统的特征在于增加的机械复杂性，其结果是激光器生产成本增加和集成激光器的降低可能性，例如，在更复杂的或便携式设备内集成激光器。
42.再一次，在littrow配置100a中执行波长调整的另一个缺点在于以下事实，通过改变光栅6a的取向角θ，输出射束的方向也会改变，从而限制了其应用，例如将其应用限制于不要求指向稳定性的环境。特别地，只要波长的变化导致激光器的发射角的变化，随着发射频率的变化，littrow配置100a就不呈现指向稳定性。
43.可以通过经由相对于衍射光栅的支撑件固定的反射镜反射由激光器发射的辐射来减少这样的影响，然而，会使得激光器的机械实现越来越复杂。
44.在结构100b的实施例中，以附接到模块6ab中的光栅6a的方式耦合的反射镜6b便于随着衍射光栅6a的取向角θ的变化获得具有固定发射轴的输出光束，然而，同时呈现为一缺点——作为取向角θ的函数的发射方向的刚性位移。
45.与关于图1所讨论的解决方案（特别是解决方案100a）相似的解决方案，例如从文档us 797 00 24 b2已知。
46.尽管在该领域中有大量的活动，但如前面所讨论的，进一步改进的解决方案是令人感兴趣的。


技术实现要素：

47.一个或多个实施例的目的是有助于提供这种改进的解决方案。
48.根据一个或多个实施例，上述目的可以借助于具有在所附权利要求中指定的特性的设备来实现。被配置成在源处致动的外腔激光设备可以提供这种设备的示例。
49.一个或多个实施例可以涉及对应的系统。可调谐光学激光系统可以提供这种系统的示例。
50.一个或多个实施例可以涉及对应的方法。
51.一个或多个实施例呈现便于获得改进的性能的优点，所述改进的性能例如，高机械/光学稳定性，连同组件复杂性的降低。
52.权利要求形成本文中参考实施例所提供的技术教导的基本部分。
附图说明
53.现在将参考附图纯粹作为示例来讨论一个或多个实施例，其中：-图1已经在前面进行讨论；-图2是本文中讨论的外腔激光设备的一个或多个实施例的示例性光学图；-图3是本文中讨论的设备的一个或多个实施例的示例性分解图；-图4是本文中讨论的设备的一个或多个实施例中的频谱的示例性图；-图5是本文中讨论的设备的一个或多个实施例的发射光谱的示例性图；-图6是根据一个或多个实施例的可调谐光学激光系统的示例性图；以及-图7是根据一个或多个实施例的作为激光调谐方法的示例而提供的图。
具体实施方式
54.在随后的描述中，说明了一个或多个具体细节以便使得能够深入理解本公开实施例的示例。可以在没有具体细节中的一个或多个的情况下或利用其他方法、组件、材料等获得实施例。在其他情况下，未详细图示或描述已知的操作、材料或结构，使得实施例的某些方面将不会模糊。
55.在本说明书的框架中对“实施例”或“一个实施例”的引用意图指示参考该实施例所讨论的特定配置、结构或特性被包括在至少一个实施例中。因此，在本说明书的一个或多个点中可能出现的诸如“在实施例中”或“在一个实施例中”之类的短语不一定精确地指代同一个实施例。
56.此外，在一个或多个实施例中，可以以任何适当的方式组合特定的构造、结构或特性。
57.仅出于方便提供本文中使用的引用，并且因此这些引用并不限定保护范围或实施例的范围。
58.在前面讨论的解决方案中，已经注意到，除非在光路中造成损耗，否则经由致动器连续改变激光器的发射频率而不改变由设备发射的射束的指向是多么不可行。
59.一个或多个实施例便于将布置的机械稳定性解耦以便将激光器的指向与其频率稳定性解耦。
60.在这点上，图2示出了作为示例所提供的外腔激光设备100的实施例的光学图，其在源s处由机械耦合到其的线性致动器驱动/致动，便于：-降低制造机械组件的复杂性；和/或-频率和指向稳定。
61.再一次，为了简单起见，除非另行指示，否则在下文中使用相似的参考标记来标明与图1的那些相似的部分。
62.外腔激光设备100（例如，如图2中例示的）包括：-线性致动器24，其包括可变尺寸元件2，即，被配置成在接收到指令量时至少沿一个轴改变其尺寸的元件，因此特别是将指令量转换成线性移动的换能器元件；可变尺寸元件2在示例中是由压电材料制成的元件；此外，线性致动器24优选地包括弹性回位元件4，例如，由聚合材料制成的o形环或机械弹簧，即如下弹性元件：设置在致动器在其上操作的元件上以便在与可变尺寸元件2的位移所施加的力的方向相反的方向上施加弹性反作用力，因此便于确保其稳定性；-准直器模块3，其包括安装在模块3中的电磁辐射源（也简称为“光源”）s和至少一个准直透镜c；以及-色散台6，例如，光学衍射光栅，其可以用作光谱选择装置和输出耦合器两者。
63.准直透镜c可以包括例如消色差双合透镜或任何透镜组，其被设计成准直由增益介质s发射的光辐射。
64.光源s和准直透镜c例如一起组装在准直器模块3中，其中透镜c沿着来自光源s的输出处的光的光路op设置，以便准直这样的光。
65.从光学视点来看，光源s产生光束，并且将其发送到准直器3中的准直透镜c，通过准直透镜c，在衍射光栅6上/朝向衍射光栅6准直光束；从这里，它以静态取向角φ以零阶反射。在这种情况下，实际上，光栅6不与改变其取向的致动器相关联，如在设备100a的情况下。
66.线性致动器24被设置在准直器模块3的上游；特别地，设置在准直器模块3的上游的是可变尺寸元件2，其将电指令信号转换成线性位移。
67.代替地，在图3中表示的是设备100的分解图，其便于领会设备100的机械结构。
68.在图2和图3中表示的实施例中，在电磁辐射源s与色散台6之间定义了至少一个可变长度的外部光学腔rs，l，6。
69.线性致动器24机械耦合到准直模块3，例如，耦合到集成在其中的光源s，以便在轴的方向上，特别是在源s的发射轴的方向上，例如沿着外腔rs，l，6的轴移动源s和透镜c。
70.在示例中，准直模块3包括圆柱形准直管。在线性致动器24中，可变尺寸元件2（即，压电致动器）耦合到准直器模块3的第一表面（或小面），例如，在增益介质/源s的一侧上，而在图示的示例中，回位元件4耦合到准直器模块3的第二表面，并且位于可变尺寸元件2的相对于源s的相对侧上，例如，在透镜c的一侧上。应当注意的是，线性致动器24的元件的上述布置纯粹作为示例而提供。布置的其他示例可以设想到回位元件4耦合到模块3的第一小面，而可变尺寸元件2耦合到模块3的第二小面。
71.弹性回位元件4（o形环）甚至可以不存在于致动器24中，只要它的缺失不危及经由可变尺寸元件2的实现、操作或可调谐性。回位元件4的功能是提高稳定性并且减少可变尺寸元件2的移动滞后。
72.在一个实施例中，例如，当可变尺寸元件2耦合到模块3的第二小面时，可变尺寸元件2可以具有允许光辐射在其中自由通过的形状；例如，它可以成形得像空心圆柱体。
73.替代地，可以使用多个致动器，例如，由三个可变长度元件2形成，这些元件具有相对于彼此以例如120
°
的角度设置的纵轴，其可以耦合到准直器模块3，因此有利于电缆的通过，而不需要在致动器本身中存在孔。
74.适用于这种目的的回位元件4可以是包括弹性材料的任何圆柱形元件，例如，由聚合材料制成的o形环。
75.弹性回位元件4与可变尺寸元件2的伸展或压缩、与准直器模块3的随之发生的位移配合。具体地，回位元件4施加与可变尺寸元件2施加的力相反的力（即，其作用在相反方向上），从而便于调节其行程。
76.应当注意的是，线性致动器24也可以利用本身已知的、具有类似动态和分辨率条件的其他技术获得，并不限于包括压电材料的线性致动器，如本领域技术人员可以领会到的那样。例如，可以使用电磁型致动器，其包括沿着位移轴操作的磁体和线圈。
77.因此，特别地参考图2的光学图，以类似于前面关于光路opa、opb所讨论的方式的方式，设备100中的光源s发射的光沿着在源s的外部的光路op传播，并且撞击在色散台的表面上，具体地撞击在衍射光栅6的表面上。如预期的那样，光栅6具有至少一个光轴，例如反射轴，其与来自源的光的传播方向形成静态角φ。
78.注意的是，由于设备100不再要求例如经由精细调整动态地改变静态角φ，该结构可以具有与littrow型100a、100b的结构不同的特性。例如，在本文中讨论的一个或多个实施例中所使用的光栅6的机械支撑件不需要用于压电致动器的特定外壳或特定柔性材料的存在。例如，可以使用常规的反射镜支架。
79.外腔激光设备100便于获得具有稳定指向方向的光束。色散台（在示例中是光栅6）被对准以便在由光栅选择的频率或波长的全部范围上选择目标频率与角度φ，该角度可以例如在经由线性致动器24的发射的波长的变化期间维持同一个值（即恒定角度）。
80.具体地，色散台6的旋转元件的枢轴点不再被约束于位于增益介质/光源s的发射平面中。这进一步导致减小激光设备本身的总体尺寸的可能性。
81.因此，挑选由光栅的反射轴与光束的传播方向（例如与光路 op）形成的静态角φ，以便即使只是粗略地确定设备100的发射频率，而频率（或波长）的精细调整是经由移动准直器模块3的线性致动器24实现的。
82.具有如在图3的分解图中例示的机械结构的实施例便于获得例如空间和时间相干、在宽的频率范围上具有恒定方向（即，指向稳定性）的光束（在来自设备100的输出处）。如图3中可见的，该实施例包括，如至少部分在前面提到的，准直器模块3、包括衍射光栅的色散台6、线性致动器24和支撑模块7，它们组装在可调节基座9上，该基座被提供有一个或多个调节螺钉10，例如，测微螺钉。支撑模块被提供有一个或多个调节螺钉8，例如，测微螺钉。
83.再一次，如提到的，准直器模块3在示例中在其两端包括光源s，例如，电磁辐射源，
以及至少一个准直透镜c。
84.如上面讨论的，光源/增益介质s（例如，二极管激光器、具有抗反射涂层的二极管激光器（增益芯片）或sled）呈现至少一个充分反射的区域rs。特别地，光源可以具有以本身已知的方式涂覆有抗反射涂层的区域（例如，区、表面或角部或侧面）。基本上，源s可以具有一个、两个或更多个充分反射的区域rs。
85.具体地，光源s（诸如二极管激光器）的情况下，区域rs位于增益介质/源s的外端（即，与光束的发射表面相反的一端）附近。
86.在变型实施例中，这样的反射区域rs对应于光波导的内表面中的至少一个。
87.源s与其准直透镜c一起组装在准直器模块3内部，这样的准直器模块设置在例如作为可变尺寸元件2操作的压电换能器与作为弹性回位元件4在安装支撑件5内操作的、由聚合物材料制成的o形环之间。
88.例如沿着其对称轴移动准直器模块3的压电换能器2引起设备100（即，ecl设备）的外腔rs，l，6的长度l的微小变化，这便于通过改变外腔rs，l，6的模式来精确改变和校正辐射（例如，激光辐射）的波长。o形环4的目的是便于线性致动器24的可变尺寸元件2的移动或保证其稳定性。
89.因此，准直器模块3具有便于一端在源s的一侧（即，例如外腔rs，l，6的反射区域rs）上移动的功能，同时维持源与准直器之间的目标焦距。如图3中可见的，线性致动器24和准直器模块3成形得像圆柱体，并且装配到二极管支撑件5的对应中空外壳中。在图3中由参考标记1标明的是套管，例如，其连接到二极管支撑件5的螺纹端，在其内部包含线性致动器24和准直器模块3，该套管便于将元件的全体保持在一起以及例如预加载线性致动器24。与准直器3的第二面相关联的弹性回位元件4实际上压在支撑件5的圆柱形腔的端壁上，施加与元件2施加的力相反的弹力。元件4（诸如弹簧）因此可以以某种方式被预加载，便于调整压电元件2的膨胀变化的范围。
90.支撑件5或压电致动器2可以被穿孔，例如，具有圆柱形状的孔，以使得二极管的供电电缆能够从支撑件5离开。
91.在一个实施例中，光源s可以包括在输出表面上具有抗反射涂层（增益芯片）的半导体二极管激光器，其发射790 nm（1 nm=10-9 m）的光，是在德国柏林的eagleyard photonics生产的。值得注意的是，在各种实施例中，激光设备100可以与增益介质和光学材料一起操作，这使得其能够在不同的光谱范围内操作，例如，从近紫外到中红外，条件是合适的源和合适的光学材料是可用的。
92.如提到的，准直透镜c可以包括例如由双合透镜组成的消色差透镜。
93.线性致动器24耦合到光源s，其可以被配置成发射相干光。如提到的，例如，源可以是二极管激光器型或sled型的。
94.在所讨论的示例中，实现色散台6的衍射光栅既作为光谱选择元件操作又作为输出耦合器操作。仅作为示例，这样的光栅6可以是在thorlabs制造的、以商业名称gh13-18v已知的、节距为每毫米（1毫米＝10-3
m）1800个凹槽的全息色散光栅。
95.如提到的，线性致动器24被配置成移动准直器模块3，该准直器模块3可以包括电磁辐射源s和准直器透镜c。
96.线性致动器24可以包括例如piezosystem jena hpst 500/15-5/7型的环形压电
致动器。
97.图3中表示的是用于光栅6的支撑模块7，它的类型类似于具有叉形槽的机械支撑件，其在现有技术中用于支撑littrow配置100a、100b中的光栅的致动器。这是可能的机械支持件的一个示例。在变型实施例中，支撑模块7例如可以是简单的反射镜支架。总的来说，在另外的实施例中，支撑模块7也可以以不同的方式获得。在一个或多个实施例中，增益介质s和透镜c，如同样地，准直器3可以集成在线性致动器24内，例如，以形成单个/集成模块。
98.在一个或多个实施例中，仅作为示例，准直器模块3可以包括以商业名称thorlabs lt230p-b已知的类型的准直器管。
99.如图3的分解图中进一步可见的，光栅6附接在具有可旋转臂的支撑模块7上，以光栅6的反射轴与光的传播方向形成静态角φ这样的方式。可以通过移动测微螺钉8来选择这样的角度φ。这便于基于光栅的特性选择具有光谱分辨率的波长，如前面讨论的那样。
100.源s（例如，二极管）和光栅6的支撑件5、7安装在基座9上，基座9可选地例如经由测微螺钉10是可调节的。在该变型中，附接光栅6的支撑件7的基座9的部分可以经由两个螺钉10弯曲。由光栅（例如，朝向源s）反射的射束的垂直对准可以通过调节经由至少两个螺钉10所获得的基座9的部分的弯曲来获得，所述螺钉10相对地工作以推拉基座的两个相对侧。
101.珀耳帖单元11，安装在块12上，其例如由铝制成并且作为散热器操作。它可以用于利用控制单元或控制电路稳定基座9和增益介质/源s的头部的温度。
102.例如，在本实施例中，由激光设备100发射的光束对温度的依赖性低，并且可以通过调节外部光学腔rs，l，6本身的长度l来将发射频率锁定到参考，维持衍射光栅6的方位（例如，静态角φ）稳定，并且因此不改变发射角。一旦衍射光栅6被对准以选择设备100的发射频率，激光器100因此就呈现稳定的指向φ。
103.在变型实施例中，外腔rs，l，6的尺寸大于或等于10 cm（1cm = 10-2
m）；也就是说，它是lecl配置。
104.在lecl中使用如前面所讨论的、特别是关于图2所讨论的实施例是特别有利的，因为它便于扩展设备可以在没有跳模的情况下操作的频率范围。事实上，在littrow配置中，保证枢轴点将位于发射平面中所需的光栅6a的致动器a的可变性的动态范围在机械和光学二者上都可能是提供起来复杂且繁重的。
105.在变型实施例中，设备100可以安装在保护壳p内，例如，该保护壳由pvc或有机玻璃制成。
106.外腔设备100可以具有如图4的示图中所表示的频率行为。
107.横坐标的水平轴f指示频率f的范围，而纵坐标s（f）的纵轴指示频谱的量值。第一曲线gm表示色散台6（光栅模式分布）的光谱，而第二曲线ecm表示外腔rs，l，6（外腔模式）的（谐振）模式的光谱，作为腔体本身的长度l的函数而变化。在littrow型的设备100a、100b中，通过耦合到模块6ab的压电致动器a的作用，相应的光栅模式分布和相应的外腔模式二者都在频率f上移位（例如位移），而在长腔激光设备100的一个或多个实施例中，仅外腔模式通过线性致动器24（例如，可变长度元件2）的作用而移位/改变，而光栅模式分布基于静态角φ的选择，例如，经由设置在光栅支架7上的调节螺钉手动改变。
108.因此，例示设备100的色散台6的这种衍射光栅的色散光谱gm与可变长度外部光学腔rs，l，6的长度l的变化无关，这在色散光谱取决于由光栅6的反射轴之一与光束传播方向
所形成的静态角φ的限度内。另外，同时，谐振光谱ecm作为外腔rs，l，6的单个几何参数的函数而变化，即作为可变长度外部光学腔rs，l，6的长度l的函数而变化。
109.图5示出了如图2和图3中例示的外腔激光设备100的一个或多个实施例的发射光谱图。
110.图5在横坐标f的水平轴上以任意单位表示频率范围，并且在纵坐标的轴上表示当如下时的光强度：littrow配置设备和外腔激光设备（像参考图2和图3所讨论的设备）以独立的方式经由对压电换能器（其频带 《 15 hz）的缓慢反馈而锁频到来自铷单元的饱和光谱信号。由于温度变化或某些其他性质的变化，反馈计数器使两个激光器的频率变化变慢。如图5所示，表示两个（独立）激光器之间的拍频的信号的频谱导致单个激光器的线宽，其与（再一次作为示例）用先前的littrow设备100a、100b中的锁频ecl设计所获得的线宽可比较。
111.一个或多个实施例包括对应的系统500，如图6中例示的。
112.设备100可以设置在可以以自动化方式调谐的激光光学系统500中，其中设备100的发射波长（或频率）可以锁定到反馈网络中的参考，这便于外腔rs，l，6本身的尺寸（例如长度l）的变化，维持光栅6的取向φ恒定，如下面的内容中（例如，关于图6）所讨论的。
113.系统500（如例如图6中所示）可以包括：-激光设备，诸如例如前面讨论的外腔激光设备100；-电源540，其可以耦合到所述光学设备100，并且被配置成供应存在于光学设备100中的光源s；-耦合到致动器24的控制单元520，其被配置成对反馈信号进行操作（例如，用于处理它和/或提供它和/或使用它作为驱动），所述反馈信号例如是关于设备100的目标行为的错误信号，例如，在输出处提供的频率值的不匹配；可选地，控制单元520可以耦合到致动器24和为光源s供电的电源540二者；-配置界面510，例如，软件的图形界面，其被配置成提供关于如何执行增益介质s的供电以及如何经由控制单元520驱动设备100的线性致动器24的信息；以及-可选地，安全联锁设备（interlock），其被配置成将电源540与设备100解耦和/或驱动控制单元520以便将电源540与设备100解耦；作为示例，控制单元540可以包括由thorlabs制造的以商业名称thorlabs ldc8002已知的控制器。
114.在一个或多个实施例中，对于包括ecl（和/或lecl）设备100的系统，电源540可以例如经由控制单元520被驱动，以便作为设备100上另外的调节器进行操作，例如，通过执行另外的电流调节，其因此可以调节例如由光源s的电源540提供的供应电流，以便便于维持由设备100的外腔rs，l，6发射的光的输出频率的稳定性。除此之外，在变型实施例中，控制单元520还可以被配置成驱动电源540，以便在频率扫描期间改变源s的电流可以与线性致动器24的变化同时进行，如在下面所讨论的。
115.线性致动器24可以从控制单元520接收反馈信号，并且将控制单元520所提供的反馈信号的光谱的一部分转换成移动，例如，基于其自身的截止频率的值，以下面这样的方式：致动器24在低于这样的截止值的频率下被激活/对低于这样的截止值的频率进行响应。为辐射源s供电的电源540可以替代地经由具有以下（频率）带的信号来驱动：该（频率）带包括比线性致动器24的频率更高的频率。从前面可以得出，由控制单元520提供的反馈信号可
以用于驱动电源540以校正或调节设备100的行为，在与经由线性致动器24所获得的调整相比有效地执行更快的调整的情况下。在一个或多个实施例中，线性致动器24具有足够的截止频率以响应来自控制单元520的反馈信号的光谱分量，其使得能够补偿温度变化和/或低频声学和机械噪声（例如，其中频率小于10khz），而为辐射源s供电的电源540便于误差的精细校正或除已经讨论过的误差源之外的另外的误差源的校正。考虑到致动器的截止频率，反馈信号因此可以根据各种策略（例如，根据不同的光谱划分）在致动器与电源之间共享。
116.这样的布置的目的是便于减小外腔激光设备100所发射的辐射的谱线宽度。
117.图7示出了表示经由系统500和经由所讨论的设备100实现的方法1000的操作的示图。参考该图，其包括：-提供如前面讨论的可调谐光学激光系统500；-选择由色散台6的反射轴与来自源s的光传播的光路op所形成的静态角φ；-以本身已知的方式提供1520频率参考，例如，来自稳定光学腔的频率参考、稳定的激光辐射、或来自原子或分子样本的光谱信号（例如，经由吸收光谱系统获得的），该原子或分子样本提供表示某个参考光谱的信号；-经由这样的系统500产生1530光束；-实行光束与这样的参考信号的比较1540；-向这样的系统500的这样的控制单元520提供1550代表这样的所实行比较的信号；以及-例如，以迭代方式，作为指示比较的这样的信号的函数来改变1560外腔rs，l，6的尺寸（例如，长度l）。
118.在变型实施例中，该方法还可以包括与方法1000一起或作为方法1000的替代，实行系统500中源s的供应电流540的变化。
119.注意的是，图7的图表中图示的动作的次序纯粹是作为示例提供的，但是也可以不同。例如，提供频率参考的动作1520和生成射束的动作1530可以在方法开始时或在动作1510之前执行。
120.因此，在该框架中，激光调谐方法1000的一个或多个实施例包括例如以下操作：-使用1500这样的可调谐光学激光系统500；-选择1510由色散台6中的所述至少一个反射轴与来自电磁辐射源s的所述光束的所述光路op形成的角度φ；-实行指示这样的光束530的信号与被提供给系统500的指示这样的频率参考1520的信号的比较1540；-向这样的系统500的这样的控制单元520提供1550指示这样的所实行比较1540的信号；以及-经由作为指示这样的比较1550的所述信号的函数来移动24这样的电磁辐射源s，作为表示这样的比较1550的这样的信号的函数来迭代地改变1560这样的至少一个外腔rs，l，6的这样的长度l。
121.在不损害基本原理的情况下，细节和实施例可以相对于已经纯粹作为示例所讨论的内容进行甚至相当大的变化，而由此并不脱离由所附权利要求限定的本发明的保护范围。