[发明专利]光操纵装置

说明书

发明领域

本发明涉及用于在与入射方向相反的反射光束和透射光束之间分配入射光束的光功率的装置。更详细地，本发明集中于利用衍射光栅作为光功率分配元件的装置。这种装置已知例如用于透射型外腔二极管激光器。

发明背景

基于外腔二极管激光器(External Cavity Diode Laser ECDL)的可调谐波长激光源现在广泛用在例如光学和原子物理学的领域中的不同类型的实验中。形成外腔的标准装置是所谓的利特罗配置，其中激光二极管的输出指向衍射光栅，其提供进入R_-1衍射级(diffraction order)的与入射方向相反，即，回到二极管的光的部分反射，而系统的实际输出转到零衍射级。当满足利特罗条件的波长改变时，一般通过稍微旋转光栅来执行输出的波长调谐。

按照惯例，利特罗配置基于反射型光栅。稍后，由于例如在对系统进行调谐时输出光束的不必要的调谐，引入了利用透射型光栅的利特罗配置。例如，Merimaa等人报导了基于在SiO₂基底上形成的二进制表面浮雕光栅的透射型利特罗配置(″Compact external-cavity diode laser with a novel transmission geometry″，Optics Communications 174(2000)，175-180)。作为另一例子，Bertani等人介绍了涉及弹性光栅的透射型利特罗配置，弹性光栅的调谐通过拉伸光栅而不是旋转来执行(″Stretching-tunable external-cavity laser locked by an elastic silicone grating″，Optics Express，Vol.14，No.25，11982-11986)。

利特罗配置中的已知电介质透射型光栅的一个共同的问题是对R_-1衍射级的低反射率。例如，对于在SiO₂中形成的二进制光栅，在这个方向上的反射率的最大值是大约5-10％。然而，在ECDL应用中需要的反射率实际上至少为15％，且在具体应用中甚至为100％。Merimaa等人通过在SiO₂光栅的表面上使用TiO₂涂层实现了几乎20％。然而，额外的TiO₂层复杂化了制造过程，且实际上精确地控制涂覆过程是非常有挑战性的。此外，一次只对一个偏振状态获得这样的光栅的最佳输出。到目前为止对透射型利特罗配置提出的光栅没有解决进入R_-0和T_-1衍射级的不实际地高水平的杂散光导致系统的总效率肯定低于100％的问题。

发明目的

本发明的目的是公开提供缓解现有技术的问题的改进的利特罗型光操纵装置。

发明概述

本发明集中于包括光源和透射型衍射光栅的光操纵装置，该光源布置成产生指向衍射光栅的光束，光束的入射角和光栅几何结构被调节成将入射光功率聚集到与入射光束的方向相反的R_-1反射衍射级并通过衍射光栅将入射光功率聚集到T₀透射衍射级。

根据光源的性质，该装置可包括透镜、反射镜和用于将光束引导到衍射光栅的其它光导元件。所谓入射角指的是在入射光束和衍射光栅所位于的平面的法线之间的角。衍射光栅可为表面浮雕光栅或体积光栅。

当从分开距离为d的相邻光栅线反射到所述方向的光束之间的相移等于设计波长的倍数以实现所述光束之间的建设性干涉时，与入射方向相反的R_-1衍射级的所述方向被获得。满足这个条件的配置常常称为所谓的利特罗配置。

将入射光功率聚集到那两个衍射级意味着大部分功率分配在所述级之间。通常，在其它地方的所有输出需要被最小化。然而，有时为了监控的目的，希望也产生例如到T^-1衍射级的低功率输出。

设计提供上面确定的性能的衍射光栅可根据衍射理论由已知的优化例程执行。

根据本发明，衍射光栅是倾斜型。倾斜型光栅几何结构意指一种光栅几何结构，其中代替具有形成垂直于光栅面的平面的光栅线的脊和凹槽的常规光栅结构，光栅线相对于光栅面的法线是倾斜的。倾斜光栅早些时候被发现例如在光导管的光耦合应用中提供很多有利的特征。