一种调频外腔激光装置

1.本发明实施例涉及激光技术，尤其涉及一种调频外腔激光装置。


背景技术：

2.激光器的线宽和激光腔的品质因子直接相关，半导体激光器光腔的品质因子受限于材料特性和工艺通常较低。可调频的单频窄线宽激光在激光雷达、光频域反射计、量子等领域都有重要应用。目前可调频的激光装置降低激光线宽的方式通常使用外腔反馈方法，其中一种方案是使用光栅选择性反馈特定波长光返回激光，另一种是使用外置反射镜，同时为了避免长光腔的多纵模效应，使用干涉滤波片来选择单一的纵模。上述两种外腔激光通过旋转光栅或干涉滤波片可实现调频，然而由于外腔的品质因子较低，获得的激光线宽通常在数十到数百千赫兹量级，无法获得更窄的线宽。
3.目前，使用高q外腔的各种外腔激光方案，尽管可实现超窄线宽，但其快速调频范围都局限于数百兆赫兹到吉赫兹量级。在调频连续波激光雷达和光频域反射计等领域，其测距精度与调频范围成反比，并且，在许多量子应用领域，要使用原子的多个吸收光谱，也需要大范围调频的超窄线宽激光。目前的激光装置无法满足该些领域的应用要求。


技术实现要素：

4.本发明提供一种调频外腔激光装置，以通过高q值fp光腔，实现大范围高速连续调频的外腔激光方案，获得超窄线宽的同时，得到更大的快速连续调频范围。
5.本发明实施例提供了一种调频外腔激光装置，包括种子光源和反馈回路外腔，所述反馈回路外腔包括fp腔，所述fp腔的腔长小于或等于10cm；
6.所述种子光源用于输出种子光束；
7.所述fp腔用于对所述种子光束进行滤波，形成透射光束；
8.所述反馈回路外腔用于将所述透射光束反馈至所述种子光源形成反馈光路；
9.所述调频外腔激光装置还包括光源频率调节模块、fp腔频率调节模块和外腔频率调节模块；
10.所述光源频率调节模块用于调节所述种子光束的本征频率f1；
11.所述fp腔频率调节模块用于调节所述fp腔的谐振频率f2；
12.所述外腔频率调节模块用于调节所述反馈回路外腔的谐振频率f3；
13.所述光源频率调节模块、所述fp腔频率调节模块和所述外腔频率调节模块协同调制，以使所述种子光束的本征频率f1、所述fp腔的谐振频率f2和所述反馈回路外腔的谐振频率f3满足外腔自注入锁定条件，形成锁频激光。
14.可选地，所述外腔自注入锁定条件包括：
15.所述种子光束的本征频率f1与所述fp腔的谐振频率f2的差小于所述反馈回路外腔的外腔自注入锁定范围；
16.所述fp腔的谐振频率f2和所述反馈回路外腔的谐振频率f3的差小于大于或等于
所述反馈回路外腔的自由光谱范围的二分之一。
17.可选地，所述fp腔频率调节模块和所述外腔频率调节模块为电控位移模块；所述电控位移模块分别装配在所述反馈回路外腔和所述fp腔的至少一个光学组件上；
18.所述电控位移模块用于改变所述反馈回路外腔或所述fp腔的腔长，或者，所述电控位移模块用于改变光束在所述光学组件中的光程，以调节所述反馈回路外腔或所述fp腔的谐振频率。
19.可选地，所述反馈回路外腔和所述fp腔分别包括至少一个反射单元，所述电控位移模块装配在所述反射单元上；
20.所述电控位移模块用于根据公式δf/f＝δl/l，改变所述反馈回路外腔或所述fp腔的腔长，以调节所述反馈回路外腔或所述fp腔的谐振频率；
21.其中，f为所述反馈回路外腔或所述fp腔当前的谐振频率，δf为所述反馈回路外腔或所述fp腔的谐振频率的变化量，l为所述反馈回路外腔或所述fp腔当前的腔长，δl为所述反馈回路外腔或所述fp腔的腔长变化量。
22.可选地，所述反馈回路外腔和所述fp腔分别包括至少一个棱镜单元，所述电控位移模块装配在在所述棱镜单元上；
23.所述电控位移模块用于根据公式δf/f＝n1*δl/(n2*l)，改变光束在所述光学组件中的光程，以调节所述反馈回路外腔或所述fp腔的谐振频率；
24.其中，f为所述反馈回路外腔或所述fp腔当前的谐振频率，δf为所述反馈回路外腔或所述fp腔的谐振频率的变化量，n2*l为所述反馈回路外腔或所述fp腔的总光程，n1*δl为所述反馈回路外腔或所述fp腔的光程变化量。
25.可选地，所述fp腔频率调节模块和所述外腔频率调节模块分别为电控折射率模块或热控折射率模块；所述电控折射率模块或所述热控折射率模块分别位于所述反馈回路外腔或所述fp腔中；
26.所述电控折射率模块用于通过电光效应改变折射率，所述热控折射率模块用于通过热光效应改变折射率，以调节光束在所述电控折射率模块或所述或热控折射率模块的中的光程，从而调节所述反馈回路外腔或所述fp腔的谐振频率。
27.可选地，所述种子光源包括第一端和第二端；所述种子光束从所述种子光源的第一端输出，所述透射光束从所述种子光源的第一端输入；
28.所述反馈回路外腔还包括第一准直单元、单向传输单元和反射单元；
29.所述第一准直单元用于准直所述种子光束；
30.所述单向传输单元用于将所述种子光束传输至所述fp腔，并阻挡所述fp腔的反射光束入射至所述种子光源；
31.所述反射单元用于使所述fp腔的透射光束反射回所述种子光源形成反馈光路。
32.可选地，所述第一准直单元包括第一透镜，所述单向传输单元依次包括偏振分光镜、第一四分之一波片、第二四分之一波片和第二透镜，所述反射单元包括第一反射镜；
33.所述fp腔位于所述第一四分之一波片和所述第二四分之一波片之间；所述第二透镜位于所述fp腔和所述第二四分之一波片之间或所述第二四分之一波片和第一反射镜之间。
34.可选地，所述种子光源包括第一端和第二端；所述种子光束从所述种子光源的第
一端输出，所述透射光束从所述种子光源的第一端输入；或者，所述种子光束从所述种子光源的第一端输出，所述透射光束从所述种子光源的第二端输入；
35.所述反馈回路外腔还包括单向传输单元和光线转向单元；
36.所述单向传输单元用于将所述种子光束传输至所述fp腔，并阻挡所述fp腔的反射光束入射至所述种子光源；
37.所述光线转向单元用于改变所述fp腔的透射光束的传输方向，以使所述透射光束反馈至所述种子光源形成反馈光路。
38.可选地，所述单向传输单元包括环行器，所述光线转向单元包括第二反射镜、第三反射镜和第四反射镜；
39.所述调频外腔激光装置内的光束传输路径为：
40.所述种子光束从所述种子光源的第一端输出，由所述环行器的第一端输入，再由所述环行器的第二端输出，入射至所述fp腔发生透射，形成所述透射光束；所述透射光束依次经过所述第二反射镜、所述第三反射镜和所述第四反射镜反射后入射至所述环行器的第三端，并从所述环行器的第一端输出反馈至所述种子光源。
41.可选地，所述单向传输单元包括隔离器，所述光线转向单元包括第五反射镜、第六反射镜、第七反射镜和第八反射镜；
42.所述调频外腔激光装置内的光束传输路径为：
43.所述种子光束从所述种子光源的第一端输出，由所述隔离器的第一端输入，再由所述隔离器的第二端输出，入射至所述fp腔发生透射，形成所述透射光束；所述透射光束依次经过所述第五反射镜、所述第六反射镜、所述第七反射镜和所述第八反射镜反射后入射至所述种子光源的第二端。
44.可选地，所述单向传输单元还包括至少一个隔离器，至少一个所述隔离器位于所述种子光源和所述fp腔之间。
45.可选地，所述fp腔包括相互平行的第九反射镜和第十反射镜，所述种子光束由所述第九反射镜入射，由所述第十反射镜出射；
46.或者，所述fp腔包括第十一反射镜、第十二反射镜和第十三反射镜，所述种子光束由所述第十一反射镜入射，依次经所述第十二反射镜和所述第十三反射镜反射后，由所述十一反射镜出射。
47.可选地，所述种子光源包括半导体激光器；或者，所述种子光源包括增益芯片和滤光片的组合，所述滤光片位于所述反馈回路外腔的任意位置。
48.本发明实施例中，通过设置种子光源和反馈回路外腔，并在反馈回路外腔中设置腔长小于或等于两厘米的短fp腔，利用种子光源出射种子光束，利用高q值的fp腔对种子光束进行滤波，形成透射光束，再利用反馈回路外腔将透射光束反馈回种子光源形成反馈光路，实现了超窄线宽的锁频激光。此外，本实施例中还设置三个频率调节模块，分别对三个光腔的频率进行协同调制，保证三个光腔的频率满足外腔自注入锁定条件，形成锁频激光，实现了超大范围高速连续调频。本发明实施例解决了现有窄线宽激光调频范围较小的问题，利用高q值的fp短腔参与反馈外腔的锁频，同时对调频外腔激光装置中的三个光腔进行频率的协同调制，可以提高调频范围至数十至数百ghz，构建快速大范围连续调频外腔窄线宽激光，使得调频外腔激光装置能够提高调频连续波激光雷达、光频域反射计等领域的测
距精度，同时对于量子应用领域，本发明的调频外腔激光能够满足使用原子多个吸收光谱的要求，从而扩大激光装置的应用领域。
附图说明
49.图1和图2是本发明实施例提供的两种调频外腔激光装置的简化结构示意图；
50.图3和图4分别为图1和图2中光腔的频谱图；
51.图5是本发明实施例提供的又一种调频外腔激光装置的结构示意图；
52.图6是本发明实施例提供的又一种调频外腔激光装置的结构示意图；
53.图7和图8是本发明实施例提供的又两种调频外腔激光装置的结构示意图；
54.图9是本发明实施例提供的又一种调频外腔激光装置的结构示意图；
55.图10是本发明实施例提供的又一种调频外腔激光装置的结构示意图。
具体实施方式
56.在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。需要注意的是，本发明实施例所描述的“上”、“下”、“左”、“右”等方位词是以附图所示的角度来进行描述的，不应理解为对本发明实施例的限定。此外在上下文中，还需要理解的是，当提到一个元件被形成在另一个元件“上”或“下”时，其不仅能够直接形成在另一个元件“上”或者“下”，也可以通过中间元件间接形成在另一元件“上”或者“下”。术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
57.如背景技术部分所述，近年来出现了各种使用高q光腔的外腔方案，可以获得千赫兹和千赫兹以下的超窄线宽激光，例如使用高品质因子回音壁光腔作为滤波构建复合光腔，可以实现线宽在百赫兹甚至赫兹级别的激光，但其使用压电陶瓷快速调谐范围只有数百兆赫兹；或者使用片上的环形腔，其静态热调频范围可以达到9ghz，但压电陶瓷快速调频只有1ghz@12khz调制频率；此外还存在使用光纤光腔或高q值fp光腔的激光方案，然而，其快速调频范围也较小。
58.有鉴于此，本发明实施例提供了一种调频外腔激光装置。图1和图2是本发明实施例提供的两种调频外腔激光装置的简化结构示意图，参考图1和图2，该调频外腔激光装置包括种子光源10和反馈回路外腔30，反馈回路外腔30包括fp腔20，fp腔20的腔长小于或等于10cm。种子光源10用于输出种子光束；fp腔20用于对种子光束进行滤波，形成透射光束；反馈回路外腔30用于将透射光束反馈至种子光源10形成反馈光路。
59.调频外腔激光装置还包括光源频率调节模块、外腔频率调节模块和fp腔频率调节模块(图中未示出)；光源频率调节模块用于调节种子光束的本征频率f1；外腔频率调节模块用于调节反馈回路外腔的谐振频率f3；fp腔频率调节模块用于调节fp腔的谐振频率f2；光源频率调节模块、fp腔频率调节模块和外腔频率调节模块协同调制，以使种子光束的本征频率f1、fp腔的谐振频率f2和反馈回路外腔的谐振频率f3满足外腔自注入锁定条件，形成锁频激光。
60.其中，种子光源10本质属于带有增益的光腔，其可以选用半导体激光器，可以产生
线宽较宽的种子光束，也可以采用增益芯片与滤光片的组合，增益芯片对特定波段(例如c波段)均有较高增益，滤光片可以在增益芯片的增益谱线范围(数十个nm)内选择激光波长。反馈回路外腔30用于使种子光束形成外腔自注入锁定，反馈回路外腔30本质是一个低q值的光腔，一定程度上能够降低激光线宽。反馈回路外腔30可以是同轴沿原路返回的光腔，也可以是采用转向组件构成的反馈回路，例如环形反馈回路。而本发明实施例中，在反馈回路外腔30中设置包括fp腔20，fp腔20本质为高q值光腔，通过fp腔20滤波反馈后的激光，可以形成外腔自注入锁定，同时能够压窄激光原有的线宽。
61.需要说明的是，本发明中设置fp腔20的腔长小于或等于10cm，其本质是采用短fp腔，在利用高q值实现超窄线宽激光的前提下，利用fp腔实现频率的快速、大范围调频。相较于其他固体光腔，采用短fp腔可以实现调制范围的扩大，具体可以提高数个量级的调制范围。示例而言，当采用2mm腔长的fp短腔时，腔镜反射率达到99.992％以上，q值超过108时，通过调制腔长变化2um，则可改变fp腔腔长的千分之一，在1550nm(对应光频率200thz)附近可以改变光腔频率约200ghz，相比光纤激光、回音壁光腔、片上微环腔等高q外腔激光，该实施例的光腔频率调节范围可提高1～2个数量级。又例如，在fp腔的腔长为2cm时，通过改变2μm的腔长，即改变腔长的万分之一，对于频率调节而言，可以实现20ghz@1550nm的大范围调频，相较于现有的高q外腔激光，同样可以大幅提高调频范围。
62.本发明实施例本质上是采用三个光腔形成复合外腔激光，而形成有效的外腔自注入锁定的必要条件是三个光腔的频率必须尽量对准，因此可以理解，本实施例的外腔激光装置在调频过程中，需要对三个光腔进行协同调制，保证三个光腔的频率始终满足外腔自注入锁定条件，从而动态地形成锁频激光。具体地，本发明实施例中设置了光源频率调节模块、fp腔频率调节模块和外腔频率调节模块，用于对应地同步或等比例调节三个光腔的频率，保证三个光腔频率的对准，从而在动态的调频过程中仍能满足外腔自注入锁定条件，形成锁频激光。图3和图4分别为图1和图2中光腔的频谱图，如图3和图4所示，竖直黑实线表示种子光源的本征频率f1；较窄的周期性虚线表示fp腔的透射谱，其接近种子光源本征频率f1的透射峰频率即为该fp腔的谐振频率f2；较宽的洛伦兹形状实线表示反馈回路外腔的透射谱，其接近种子光源本征频率f1的透射峰频率即为该反馈回路外腔的谐振频率f3。为保证三个光腔形成有效的自注入锁定，种子光源的本征频率f1、fp腔的透射峰频率f2和反馈回路外腔的透射峰频率f3在频谱上需要保持尽量对准。当该调频外腔激光装置进行调频时，例如fp腔的谐振频率变化，即较窄的周期性虚线左右移动时，为了保持有效的自注入锁定，反馈回路外腔的透射峰频率f3和种子光源的本征频率f1，都必须保持和fp腔的透射峰频率f2的同步移动，即需要保证三个光腔的协同调制，从而避免失去自注入锁定和跳模发生。
63.此外需要注意的是，三个频率调节模块具体可采用同一控制装置进行调频控制，实现三个光腔的协同调制，本领域技术人员可根据实际情况进行设计，此处不做限制。另外，三个频率调节模块分别可以是额外设置的频率调节结构，例如对于fp腔而言，其对应的频率调节模块可以是压电陶瓷pzt，利用压电陶瓷pzt改变fp腔腔长的方式调节谐振频率，也可以是种子光源10、反馈回路外腔30和fp腔20本身所具有的频率调节组件，以种子光源10为dfb分布式反馈激光器为例，其本身具备频率调节组件布拉格光栅，可通过改变dfb注入的电流，利用布拉格光栅对分布式反馈激光器出射光束的频率进行调节。
64.本发明实施例中，通过设置种子光源和反馈回路外腔，并在反馈回路外腔中设置腔长小于或等于两厘米的短fp腔，利用种子光源出射种子光束，利用高q值的fp腔对种子光束进行滤波，形成透射光束，再利用反馈回路外腔将透射光束反馈回种子光源形成反馈光路，实现了超窄线宽的锁频激光。此外，本实施例中还设置三个频率调节模块，分别对三个光腔的频率进行协同调制，保证三个光腔的频率满足外腔自注入锁定条件，形成锁频激光，实现了超大范围高速连续调频。本发明实施例解决了现有窄线宽激光调频范围较小的问题，利用高q值的fp短腔参与反馈外腔的锁频，同时对调频外腔激光装置中的三个光腔进行频率的协同调制，可以提高调频范围至数十至数百ghz，构建快速大范围连续调频外腔窄线宽激光，使得调频外腔激光装置能够提高调频连续波激光雷达、光频域反射计等领域的测距精度，同时对于量子应用领域，本发明的调频外腔激光能够满足使用原子多个吸收光谱的要求，从而扩大激光装置的应用领域。
65.针对上述三个光腔的频率协同调制的具体条件，本发明实施例提供了详细的方案。继续参考图1-图4，进一步可选外腔自注入锁定条件包括：种子光束的本征频率f1与fp腔的谐振频率f2的差小于反馈回路外腔的外腔自注入锁定范围；fp腔的谐振频率f2和反馈回路外腔的谐振频率f3的差小于大于或等于反馈回路外腔的自由光谱范围的二分之一。
66.其中，对于fp腔的谐振频率f2和反馈回路外腔的谐振频率f3，从频谱上可以看出，其差值不应超过反馈回路外腔的自由光谱范围fsr3的一半。此时，谐振频率f2位于反馈回路外腔的自由谱范围fsr3中，表示fp腔的谐振频率f2与反馈回路外腔的谐振频率f3能够基本对准。而对于种子光束的本征频率f1与fp腔的谐振频率f2，以常规的分布式反馈激光器芯片为例，在适当的反馈条件下其外腔自注入锁定范围为几百兆赫兹至几个吉赫兹，为了保证自注入锁定，种子光束的本征频率f1与fp腔的谐振频率f2的差应小于上述的外腔自注入锁定范围。此时，种子光束的本征频率f1在频谱上的位置接近谐振频率f2。基于在动态调频的过程中上述频率f1、f2和f3在频谱上能够保证相互接近或处于相互对准的范围，因此，能够满足外腔自注入锁定条件，可以形成锁频激光。
67.在上述基础上，本发明实施例还提供了多种调节光腔频率的方式，具体可选地，fp腔频率调节模块和外腔频率调节模块为电控位移模块；电控位移模块分别装配在反馈回路外腔和fp腔的至少一个光学组件上；电控位移模块用于改变反馈回路外腔或fp腔的腔长，或者，电控位移模块用于改变光束在光学组件中的光程，以调节反馈回路外腔或fp腔的谐振频率。
68.此外，还可选fp腔频率调节模块和外腔频率调节模块分别为电控折射率模块或热控折射率模块；电控折射率模块或热控折射率模块分别位于反馈回路外腔或fp腔中；电控折射率模块用于通过电光效应改变折射率，热控折射率模块用于通过热光效应改变折射率，以调节光束在电控折射率模块或热控折射率模块的中的光程，从而调节反馈回路外腔或fp腔的谐振频率。
69.首先，对上述的电控位移模块调节光腔频率的方案进行详细示例介绍。图5是本发明实施例提供的又一种调频外腔激光装置的结构示意图，参考图5，反馈回路外腔30和fp腔20分别包括至少一个反射单元，电控位移模块40装配在反射单元上；电控位移模块40用于根据公式δf/f＝δl/l，改变反馈回路外腔30或fp腔20的腔长，以调节反馈回路外腔30或fp腔20的谐振频率；其中，f为反馈回路外腔30或fp腔20当前的谐振频率，δf为反馈回路外
腔30或fp腔20的谐振频率的变化量，l为反馈回路外腔30或fp腔20当前的腔长，δl为反馈回路外腔30或fp腔20的腔长变化量。
70.需要说明的是，电控位移模块调节光腔频率的方案可应用于不同的复合外腔激光结构，以图5所示的复合外腔激光结构为例，该实施例中，种子光源10包括第一端1和第二端2；种子光束从种子光源10的第一端1输出，透射光束从种子光源10的第一端1输入；反馈回路外腔30还包括第一准直单元31、单向传输单元32和反射单元33；第一准直单元31用于准直种子光束；单向传输单元32用于将种子光束传输至fp腔20，并阻挡fp腔20的反射光束入射至种子光源10；反射单元33用于使fp腔20的透射光束反射回种子光源10形成反馈光路。
71.更具体地，可设置第一准直单元31包括第一透镜311，单向传输单元32依次包括偏振分光镜321、第一四分之一波片322、第二四分之一波片323和第二透镜324，反射单元33包括第一反射镜331；fp腔20位于第一四分之一波片322和第二四分之一波片323之间，第二透镜324位于fp腔20和第二四分之一波片323之间。
72.fp腔可以为中空fp腔或固体fp腔。中空fp腔可以为平行腔、平凹腔或凹面-凹面腔。具体地，fp腔20可设置包括相互平行的第九反射镜21和第十反射镜22，种子光束由第九反射镜21入射，由第十反射镜22出射。
73.在该调频外腔激光装置中，反馈光路具体为：种子光源10出射种子光束，由第一透镜311准直后经过偏振分光镜321，偏振分光镜321将种子光束的p平行偏振分量透射，反射s垂直偏振分量。该p平行偏振分量经第一四分之一波片322后，变换为圆偏光，经fp腔耦合出射并由第二透镜324准直后，再经第二四分之一波片323变换为第一线偏光，该第一线偏光与上述p平行偏振分量的偏振方向垂直；该第一线偏光经第一反射镜331反射后再由第二四分之一波片323变换为圆偏光，经fp腔后，再由第一四分之一波片322变换为第二线偏光，该第二线偏光与上述p平行偏振分量的偏振方向相同，此时，该第二线偏光可透过偏振分光镜321，最后通过第一透镜311反馈至种子光源10。
74.需要说明的是，本实施例中偏振分光镜321、第一四分之一波片322、第二四分之一波片323和第二透镜324实质上组成了单向传输单元32，可以用于阻挡fp腔反射的光束，而保证反馈回路外腔中的光束同轴原路返回。具体地，可以理解，由第一四分之一波片322变换形成的圆偏光在经fp腔20时，会在fp腔20中的反射结构上形成朝向种子光源10的反射光，若该反射光直接进入种子光源10则会影响整个外腔的自注入锁定。本实施例的结构中，通过设置第一四分之一波片322和偏振分光镜321，使得该反射光经第一四分之一波片322后会形成第三线偏光，该第三线偏光与上述的p平行偏振分量的偏振方向垂直，此时，该第三线偏光在经偏振分光镜321时会被反射，而不能透射经过该偏振分光镜321，从而能有效阻挡fp腔形成的反射光反馈至种子光源。
75.在该实施例中，反馈回路外腔30对应的电控位移模块40为第一电控位移模块41，如图所示，其可安装在反射单元33即第一反射镜331的背面，当然也可安装在第一反射镜331的侧面或正面等。该电控位移模块40具体可以是压电陶瓷pzt或者音圈马达等。本领域技术人员可以理解，在电信号的控制下，压电陶瓷pzt或音圈马达可以精确移动反射单元33的位置，从而对反馈回路外腔30的腔长进行调节，换言之，可以通过第一电控位移模块41改变腔长来调节反馈回路外腔30的谐振频率f3。同理，对于fp腔20，其对应的电控位移模块40为第二电控位移模块42，具体也可以是压电陶瓷pzt或音圈马达等。如图所示，第二电控位
移模块42可设置在第十反射镜22的背面，也可安装在第十反射镜22的侧面或正面等，同样通过压电陶瓷pzt或音圈马达精确移动第十反射镜22的位置，可以对fp腔20的谐振频率f2进行调节。
76.该实施例中电控位移模块40主要负责移动光腔某一组件的位置，从而调节光腔的腔长，利用腔长改变光腔的频率。因此，在调节光腔腔长时，需要保证三个光腔的频率协同调制，具体可依据腔长变化量与当前腔长的比值等于频率变化量与当前频率的比值，来改变反馈回路外腔30或fp腔20的腔长，指导调节反馈回路外腔30或fp腔20的谐振频率。
77.图6是本发明实施例提供的又一种调频外腔激光装置的结构示意图，对比图5和图6，可选单向传输单元32中的第二透镜324位于第二四分之一波片323和第一反射镜331之间。其中，如图6所示的调频外腔激光装置实质上是图5的一种变形，在图6所示激光装置结构中，fp腔20的透射光通过第二透镜324汇聚至第一反射镜331上，由此可以降低第一反射镜331角度对准的精度和难度。
78.本发明实施例针对电控位移模块调节光腔频率的方案还提供了其他的复合外腔激光结构。图7和图8是本发明实施例提供的又两种调频外腔激光装置的结构示意图，参考图7和图8，该两个实施例中，种子光源10包括第一端1和第二端2；种子光束从种子光源10的第一端1输出，透射光束从种子光源10的第一端1输入；或者，种子光束从种子光源10的第一端1输出，透射光束从种子光源10的第二端2输入；反馈回路外腔30还包括单向传输单元32和光线转向单元35；单向传输单元32用于将种子光束传输至fp腔20，并阻挡fp腔20的反射光束入射至种子光源10；光线转向单元35用于改变fp腔20的透射光束的传输方向，以使透射光束反馈至种子光源10形成反馈光路。
79.具体地，参考图7，该实施例中，种子光束从种子光源10的第一端1输出，透射光束从种子光源10的第一端1输入。单向传输单元32包括环行器325，光线转向单元35包括第二反射镜351、第三反射镜352和第四反射镜353。调频外腔激光装置内的光束传输路径为：种子光束从种子光源10的第一端1输出，由环行器325的第一端1输入，再由环行器325的第二端2输出，入射至fp腔20发生透射，形成透射光束；透射光束依次经过第二反射镜351、第三反射镜352和第四反射镜353反射后入射至环行器325的第三端3，并从环行器325的第一端1输出反馈至种子光源10。
80.参考图8，该实施例中，种子光束从种子光源10的第一端1输出，透射光束从种子光源10的第二端2输入。单向传输单元32包括隔离器326，光线转向单元35包括第五反射镜354、第六反射镜355、第七反射镜356和第八反射镜357。调频外腔激光装置内的光束传输路径为：种子光束从种子光源10的第一端1输出，由隔离器326的第一端1输入，再由隔离器的第二端2输出，入射至fp腔发生透射，形成透射光束；透射光束依次经过第五反射镜354、第六反射镜355、第七反射镜356和第八反射镜357反射后入射至种子光源10的第二端2。
81.在图7和图8所示的两个实施例中，反馈回路外腔30对应的第一电控位移模块41可安装在光线转向单元35中的任意一个反射镜的背面，通过调节反射镜的位置，可以改变反馈回路外腔30的腔长，从而调节该光腔的频率。对于fp腔20，第二电控位移模块42可设置在第十反射镜22的背面，通过压电陶瓷pzt或音圈马达精确移动第十反射镜22的位置，可以对fp腔20的谐振频率f2进行调节。
82.此外，对于图5-图8四个实施例中提供的复合外腔激光结构，本领域技术人员可选
在上述的单向传输单元中增设至少一个隔离器，隔离器位于种子光源和fp腔之间。此时，隔离器可以进一步阻隔fp腔的反射光，有效减少fp腔的直接反射光对整个外腔锁频的影响。
83.图9是本发明实施例提供的又一种调频外腔激光装置的结构示意图，参考图9，该实施例针对fp腔的结构提供的另外一种实施方式。如图9所示，fp腔20可包括第十一反射镜23、第十二反射镜24和第十三反射镜25，种子光束由第十一反射镜23入射，依次经第十二反射镜24和第十三反射镜25反射后，由十一反射镜23出射。
84.在该实施例中，fp腔20实质是由三面高反射镜组成的环形fp腔，环形fp腔的腔长调制通过一面腔镜上的压电陶瓷pzt实现。种子光束通过反馈回路外腔中设置的一反射镜反射耦合进入环形fp腔20，该种子光束透过第十一反射镜23后，依次经第十二反射镜24、第十一反射镜23、第十三反射镜25、第十一反射镜23、第十二反射镜24的反射，再由第十一反射镜23射出，形成透射光束，透射光束沿原路返回至种子光源10。反馈回路外腔的腔长则通过在其中的反射镜上设置压电陶瓷pzt实现，此处不再赘述。
85.在上述各实施例的调频外腔激光装置中，除对反馈回路外腔和fp腔进行变形外，种子光源也可采用不同的实现方式。以图5-图9所示实施例为例，可选种子光源10为半导体激光器11；或者，也可设置种子光源10包括增益芯片12和滤光片13的组合，滤光片13可设置位于反馈回路外腔30的任意位置。
86.此外，本领域技术人员可以理解，上述各调频外腔激光装置的锁频激光存在不同的出光方式，如图5和图6所示，锁频激光可由偏振分光镜321向上反射出射，如图9和图10所示的激光装置，锁频激光可由环形fp腔20输出。而对于图7所示的激光装置，可选在第三反射镜352和第四反射镜353之间的光路上设置分束镜，利用分束镜将锁频激光输出。同理，对于图8所示的激光装置，可选在第六反射镜355和第七反射镜356之间的光路上设置分束镜，利用分束镜将锁频激光输出。
87.在本发明的其他实施例中，还可采用电控位移模块以不同原理实现光腔频率调节。图10是本发明实施例提供的又一种调频外腔激光装置的结构示意图，参考图10，该实施例中，反馈回路外腔30和/或fp腔20分别包括至少一个棱镜单元50，电控位移模块40装配在棱镜单元50上；电控位移模块40用于根据公式δf/f＝n1*δl/(n2*l)，改变光束在光学组件中的光程，以调节反馈回路外腔30或fp腔20的谐振频率。此时，f为反馈回路外腔或fp腔当前的谐振频率，δf为反馈回路外腔或fp腔的谐振频率的变化量，n2*l为反馈回路外腔或fp腔的总光程，n1*δl为反馈回路外腔或fp腔的光程变化量。
88.其中，在反馈回路外腔30和/或fp腔20中设置棱镜单元50，使得种子光束在棱镜单元50中存在一部分光程，而由于棱镜单元50具有一定折射率n1，通过压电陶瓷pzt或音圈电机等电控位移模块40，可以调节棱镜单元50的位置，反而言之，可以调节光束在棱镜单元50的相对位置，从而可以改变光束在棱镜单元50中的光程。其中，棱镜单元50中的光程可以用n1*l表示，当棱镜单元50沿垂直光束的方向移动时，可以改变光在棱镜单元50中的行程l和光程n1*l。本实施例中，同样可依据光程变化量与当前光程的比值等于频率变化量与当前频率的比值，来改变反馈回路外腔30或fp腔20的腔长，指导调节反馈回路外腔30或fp腔20的谐振频率。电控位移模块40如图所示可以安装在棱镜单元50的侧边，本领域技术人员也可根据实际设计设置在其他任意位置，此处不做限制。
89.需要说明的是，如图10所示的fp腔和反馈回路外腔的结构仅是其中的一种实现方
式，本领域技术人员可参考图5-图9所示的复合外腔结构，对fp腔和反馈回路外腔进行合理变形，此处不再赘述。还需要说明的是，由于光腔的光程本质上与相位存在线性关系(θ＝2πl/λ)，上述实施例中以光程作为调节因素仅为一种表述方式，本领域技术人员可以理解，通过上述的棱镜单元以及电控位移模块同样可以调节光腔的相位。因此，本领域技术人员在上述实施例的基础上，设计通过改变相位来调节光腔的频率，与本发明实施例中通过改变光程来调节光腔的频率本质上相同，属于在上述实施例基础上的合理变形，因而不会脱离本发明的保护范围。
90.针对本发明实施例提供的电控折射率模块或热控折射率模块调节光腔频率的方案，基于上述棱镜单元和电控位移模块的方案，本领域技术人员可以理解，光腔的光程变化不仅取决于光束在光学组件中的行程l，还取决于该光学组件的折射率n。基于此，本发明实施例中可利用电光效应或热光效应，在反馈回路外腔或fp腔中分别设置相应的电控折射率模块和热控折射率模块，利用电控折射率模块或热控折射率模块通过变化折射率来改变光程，从而调节反馈回路外腔和fp腔的谐振频率。可以理解的是，上述各实施例中提供的复合外腔结构，同样可适用电控折射率模块或热控折射率模块调节光腔频率的方案，本领域技术人员可根据实际情况进行设计，此处不再示例。
91.注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整、相互结合和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。