一种可调谐激光腔，用于使用由泵浦光源(14)发射的泵浦光来选择性地发射具有第一波长和第二波长的激光(12)。所述可调谐激光腔包括光学谐振器(16)，光学谐振器(16)具有使得具有第一波长的激光(12)在光学谐振器内的第一往返时间不同于具有第二波长的激光(12)在光学谐振器(16)内的第二往返时间的配置、光学特性和维度；增益介质(18)，插入到光学谐振器(16)中，增益介质(18)通过将泵浦光转换成激光(12)来响应泵浦光；泵浦光输入端口(20)，光耦合到增益介质(18)，用于接收泵浦光并将泵浦光传送给增益介质(18)；光强度调制器(22)，插入到光学谐振器(16)中，用于当激光(12)在光学谐振器(16)中来回传播时吸收激光(12)的一部分，光强度调制器(22)具有以调制周期调制的光吸收系数，所述调制周期在第一调制周期值和第二调制周期值之间选择性地可调整，第一和第二往返时间基本上分别等于第一和第二调制周期值的整数倍数；和输出端口(24)，用于从光学谐振器(16)释放激光。
1.一种可调谐激光腔，用于使用由泵浦光源发出的泵浦光来选择性地发射具有第一波长和第二波长的激光，所述可调谐激光腔包括：光学谐振器，所述光学谐振器具有使得具有所述第一波长的所述激光在所述光学谐振器内的第一往返时间不同于具有所述第二波长的所述激光在所述光学谐振器内的第二往返时间的配置、光学特性和维度；
增益介质，插入到所述光学谐振器中，所述增益介质通过将所述泵浦光转换成所述激光来响应所述泵浦光；
泵浦光输入端口，光耦合到所述增益介质，用于接收所述泵浦光并将所述泵浦光传送到所述增益介质；
光强度调制器，插入到所述光学谐振器中，用于当所述激光在所述光学谐振器中来回传播时吸收所述激光的一部分，所述光强度调制器具有以调制周期调制的光吸收系数，所述调制周期在第一调制周期值和第二调制周期值之间选择性地可调整，所述第一往返时间和所述第二往返时间基本上分别等于所述第一调制周期值和所述第二调制周期值的整数倍数；和输出端口，用于从所述光学谐振器释放所述激光；
由此，当所述泵浦光抽运所述增益介质时，以所述第一调制周期值调制所述光强度调制器产生具有所述第一波长的激光，并且以所述第二调制周期值调制所述光强度调制器产生具有所述第二波长的激光。
所述增益介质定义了增益介质第一端和基本上相反的增益介质第二端；
所述光学谐振器包括第一反射器和第二反射器，所述第一反射器和所述第二反射器都反射所述第一波长和所述第二波长，所述第一反射器和所述第二反射器分别通过所述增益介质第一端和所述增益介质第二端光耦合到所述增益介质。
3.如权利要求2所述的可调谐激光腔，其中所述第一反射器包括第一反射器第一部分和第一反射器第二部分，分别反射具有所述第一波长的所述激光和具有所述第二波长的所述激光，所述第一反射器第一部分和所述第一反射器第二部分与所述增益介质第一端分别相距第一反射器第一部分-增益介质距离和第一反射器第二部分-增益介质距离，所述第一反射器第一部分-增益介质距离小于所述第一反射器第二部分-增益介质距离，所述第一反射器第一部分透射所述第二波长。
4.如权利要求3所述的可调谐激光腔，其中所述第二反射器在与所述增益介质第二端相距基本上类似于第二反射器-增益介质距离的距离处反射具有所述第一波长和所述第二波长的所述激光。
5.如权利要求3所述的可调谐激光腔，其中所述第二反射器包括第二反射器第一部分和第二反射器第二部分，分别反射具有所述第一波长的所述激光和具有所述第二波长的所述激光，所述第二反射器第一部分和所述第二反射器第二部分与所述增益介质第二端分别相距第二反射器第一部分-增益介质距离和第二反射器第二部分-增益介质距离，所述第二反射器第一部分-增益介质距离小于所述第二反射器第二部分-增益介质距离，所述第二反射器第一部分透射所述第二波长。
6.如权利要求3所述的可调谐激光腔，其中所述第一反射器包括光纤布拉格光栅。
7.如权利要求3所述的可调谐激光腔，其中所述第一反射器第一部分和所述第一反射器第二部分各自包括第一光纤布拉格光栅段和第二光纤布拉格光栅段。
所述增益介质在所述第一波长处具有第一增益且在所述第二波长处具有第二增益，所述第一增益和所述第二增益互不相同；
所述第一光纤布拉格光栅段和所述第二光纤布拉格光栅段分别具有第一段反射性和第二段反射性，所述第一段反射性和所述第二段反射性使所述可调谐激光腔在所述第一波长和所述第二波长处具有基本上不变的增益。
9.如权利要求6所述的可调谐激光腔，其中所述第一反射器第一部分和所述第一反射器第二部分各自分别包括啁啾光纤布拉格光栅段。
10.如权利要求6所述的可调谐激光腔，其中所述第一反射器第一部分和所述第一反射器第二部分中的每个都是啁啾光纤布拉格光栅的一部分。
11.如权利要求6所述的可调谐激光腔，其中所述第一波长小于所述第二波长。
12.如权利要求6所述的可调谐激光腔，其中所述第一波长大于所述第二波长。
所述增益介质定义了增益介质第一端和基本上相反的增益介质第二端；
所述光学谐振器包括反射器和光学环行器，所述光学环行器包括环行器第一端口、环行器第二端口和环行器第三端口，所述光学环行器以一种方式配置，使得进入所述环行器第一端口的所述激光在所述环行器第二端口处发射，进入所述环行器第二端口的所述激光在所述环行器第三端口处发射，以及进入所述环行器第三端口的所述激光在所述环行器第一端口处发射，所述环行器第一端口通过所述增益介质第一端光耦合到所述增益介质，所述环行器第二端口光耦合到所述反射器，所述环行器第三端口通过所述增益介质第二端光耦合到所述增益介质；和所述反射器包括反射器第一部分和反射器第二部分，分别反射具有所述第一波长的所述激光和具有所述第二波长的所述激光，所述反射器第一部分和所述反射器第二部分与所述环行器第二端口分别相距反射器第一部分-环行器距离和反射器第二部分-环行器距离，所述反射器第一部分-环行器距离小于所述反射器第二部分-环行器距离，所述反射器第一部分透射所述第二波长。
14.如权利要求13所述的可调谐激光腔，其中所述反射器第一部分和所述反射器第二部分各自分别包括啁啾光纤布拉格光栅段。
15.如权利要求2所述的可调谐激光腔，其中所述第一反射器包括光学环行器，用于从所述增益介质接收所述激光并将所述激光返回所述增益介质。
16.如权利要求2所述的可调谐激光腔，其中所述第一反射器包括啁啾光纤布拉格光栅，所述啁啾光纤布拉格光栅在两个基本上纵向间隔的位置反射所述第一波长和所述第二波长，所述可调谐激光腔还包括控制器，用于根据预定调谐曲线，选择性地控制所述调制周期，所述预定调谐曲线表征随着沿所述啁啾光纤布拉格光栅的纵向位置的变化而变化的、由所述啁啾光纤布拉格光栅反射的波长。
17.如权利要求2所述的可调谐激光腔，其中所述第一反射器包括啁啾光纤布拉格光栅，所述啁啾光纤布拉格光栅在两个基本上纵向间隔的位置反射所述第一波长和所述第二波长，所述啁啾光纤布拉格光栅定义沿该啁啾光纤布拉格光栅的可变群延迟，由此，改变所述激光的波长产生了具有不同脉形特征的激光脉冲。
18.如权利要求17所述的可调谐激光腔，其中所述脉形特征包括所述激光脉冲的宽度。
19.如权利要求1所述的可调谐激光腔，其中所述光强度调制器包括电光调制器。
20.如权利要求1所述的可调谐激光腔，其中所述光强度调制器包括可变衰减调制器。
21.如权利要求1所述的可调谐激光腔，其中所述增益介质包括掺杂增益光纤。
22.如权利要求1所述的可调谐激光腔，其中所述光学谐振器、所述增益介质和所述光强度调制器都偏振保持。
23.如权利要求22所述的可调谐激光腔，还包括插入到所述光学谐振器中的偏振器，用于偏振所述激光。
所述第一反射器包括啁啾光纤布拉格光栅，所述啁啾光纤布拉格光栅在两个基本上纵向上间隔的位置反射所述第一波长和所述第二波长，所述啁啾光纤布拉格光栅定义一群时延纹波和群时延的比值，所述群时延纹波和群时延的比值定义比值谱；并且所述脉冲谱和所述比值谱基本上互不相交。
25.如权利要求1所述的可调谐激光腔，其中所述输出端口包括光学开关，选择性地从所述光学谐振器释放所述激光以及将所述激光限制在所述光学谐振器中。
26.一种可调谐激光器，用于选择性地发射具有第一波长和第二波长的激光，所述可调谐激光器包括：泵浦光源，用于发射泵浦光；
光学谐振器，所述光学谐振器具有使得具有所述第一波长的所述激光在所述光学谐振器内的第一往返时间不同于具有所述第二波长的所述激光在所述光学谐振器内的第二往返时间的配置、光学特性和维度；
增益介质，插入到所述光学谐振器中并光耦合到所述泵浦光源，所述增益介质通过将所述泵浦光转换成所述激光来响应所述泵浦光；
光强度调制器，插入到所述光学谐振器中，用于当所述激光在所述光学谐振器中来回传播时吸收所述激光的一部分，所述光强度调制器具有以调制周期调制的光吸收系数，所述调制周期在第一调制周期值和第二调制周期值之间选择性地可调整，所述第一往返时间和所述第二往返时间基本上分别等于所述第一调制周期值和所述第二调制周期值的整数倍数；和输出端口，用于从所述光学谐振器释放所述激光；
由此，当所述泵浦光抽运所述增益介质时，以所述第一调制周期值调制所述光强度调制器产生具有所述第一波长的激光，并且以所述第二调制周期值调制所述光强度调制器产生具有所述第二波长的激光。
可调谐锁模激光器
发明领域
[0001] 本发明涉及光学通用领域，尤其涉及一种锁模激光器。
[0002] 背景
[0003] 锁模激光器，例如锁模光纤激光器，产生相对短的激光脉冲。现有技术中使用了很多方法来实现这种脉冲的生成。例如，可以通过在激光腔内插入可饱和吸收体来生成脉冲。该可饱和吸收体是一种优先传输高强度光的物质。因此，在这些实施方式中，在激光腔内传播的光的强度的任意波动被优先选择。由于这些激光器在其两端都包含高反射镜，所以即便相对低效的强度选择也将导致光在激光腔内来回传播时形成脉冲。这些锁模激光器的一个缺点是它们典型地波长不可调谐。
[0004] 在另一类锁模激光器中，不饱和吸收体被一种周期地根据激光发射频率改变其吸收系数的光学元件所取代。例如，这可以通过使用声光调制器或电光调制器来实现。通过选择吸收系数调制的频率，有可能选择在激光腔内以脉冲传播的、围绕腔的往返时间是吸收系数调制的频率的倍数的光。因此，只有少量脉冲或一个脉冲在腔内被选择，这产生了脉冲输出。传统的使用这种技术的锁模激光器典型地也是波长不可调整的。
[0005] 为了生产可调谐锁模激光器，2000年7月18日发布的Sorin等人的美国专利6091744提出了使用一种在其一端包括多个纵向互相间隔的光纤布拉格光栅的激光器，每个光纤布拉格光栅反射各自的波长。激光腔中插入一个可调谐滤光器。通过使用该可调谐滤光器选择特定波长，在某个特定的光纤布拉格光栅中发生反射，这以离散的步骤提供了对波长的选择。这种激光器在使用特定波长通过不同信道来传输信息的电信应用中显示出了优势。然而，这种结构要求使用可调谐滤光器，因此相对昂贵。此外，可调谐滤光器通常是易碎元件，因此，产生的激光器不是很耐用。并且，另外，这种激光器的波长不能连续调整，这在很多应用中证明是一个缺点。
[0006] 2003年5月22日公布的Duguay等人的PCT公布序列号WO03/043149描述了一种使用波长可选反射器的电子可调谐激光器。在这种可调谐激光器中，增益光纤在其中两端都耦合到形成有成对光纤布拉格光栅组的光纤中，光纤布拉格光栅反射不同的波长并且每对中的每个光纤布拉格光栅位于各自的光纤中。每对中的光纤布拉格光栅通过基本上相似的距离互相间隔并且纵向互相偏置。因此，腔内的往返时间并不取决于反射每个波长的特定光纤布拉格光栅对。在包含光纤布拉格光栅的光纤之一与增益介质之间插入光学调制器，以选择允许脉冲在激光器内传播的次数。通过适当地选择允许脉冲通过调制器的两个连续时刻之间的延迟，特定光纤布拉格光栅对反射的脉冲在可调谐激光器内被优先选择。因此，通过选择用于反射光的光纤布拉格光栅，使用光学调制器来选择激光器产生的激光的波长。然而，这种安排相对复杂且需要相对精确的调制器定时来正常操作。
[0007] 在这样的背景下，工业上存在着提供一种改进的锁模激光器的需求。
发明内容
[0008] 因此本发明的目的是提供一种改进的锁模激光器。
[0009] 从广义方面，本发明提供了一种可调谐激光腔，用于使用由泵浦光源发射的泵浦光来选择性地发射具有第一波长和第二波长的激光。可调谐激光腔包含光学谐振器，该光学谐振器具有使得具有第一波长的激光在光学谐振器内的第一往返时间不同于具有第二波长的激光在光学谐振器内的第二往返时间的配置、光学特性和维度；增益介质，插入到光学谐振器中，增益介质通过将泵浦光转换成激光来响应所述泵浦光；泵浦光输入端口，光耦合到增益介质，用于接收泵浦光并将所述泵浦光传送给增益介质；光强度调制器，插入到所述光学谐振器中，用于当激光在光学谐振器中来回传播时吸收所述激光的一部分，光强度调制器具有以调制周期调制的光吸收系数，所述调制周期在第一调制周期值和第二调制周期值之间选择性地可调整，所述第一和第二往返时间基本上分别等于第一和第二调制周期值的整数倍数；和输出端口，用于从光学谐振器释放所述激光。当泵浦光抽运增益介质时，以第一调制周期值调制光强度调制器产生具有第一波长的激光，并且以第二调制周期值调制光强度调制器产生具有第二波长的激光。
[0010] 本发明提供的可调谐激光腔中，增益介质定义了增益介质第一端和基本上相反的增益介质第二端；光学谐振器可包括第一反射器和第二反射器，第一反射器和第二反射器都反射第一波长和第二波长，第一反射器和第二反射器分别通过增益介质第一端和增益介质第二端光耦合到增益介质。
[0011] 第一反射器可包括第一反射器第一部分和第一反射器第二部分，分别反射具有第一波长的激光和具有第二波长的激光，第一反射器第一部分和第一反射器第二部分与增益介质第一端分别相距第一反射器第一部分-增益介质距离和第一反射器第二部分-增益介质距离，第一反射器第一部分-增益介质距离小于第一反射器第二部分-增益介质距离，第一反射器第一部分透射第二波长。
[0012] 第二反射器可在与增益介质第二端相距基本上类似于第二反射器-增益介质距离的距离处反射具有第一波长和第二波长的激光。
[0013] 第二反射器可包括第二反射器第一部分和第二反射器第二部分，分别反射具有第一波长的激光和具有第二波长的激光，第二反射器第一部分和第二反射器第二部分与增益介质第二端分别相距第二反射器第一部分-增益介质距离和第二反射器第二部分-增益介质距离，第二反射器第一部分-增益介质距离小于第二反射器第二部分-增益介质距离，第二反射器第一部分透射第二波长。
[0014] 第一反射器可包括光纤布拉格光栅。
[0015] 第一反射器第一部分和第一反射器第二部分可各自包括第一光纤布拉格光栅段和第二光纤布拉格光栅段。增益介质可在第一波长处具有第一增益且在第二波长处具有第二增益，第一增益和第二增益互不相同；第一光纤布拉格光栅段和第二光纤布拉格光栅段可分别具有第一段反射性和第二段反射性，第一段反射性和第二段反射性使可调谐激光腔在第一波长和第二波长处具有基本上不变的增益。
[0016] 第一反射器第一部分和第一反射器第二部分可各自分别包括啁啾光纤布拉格光栅段。
[0017] 第一反射器第一部分和第一反射器第二部分中的每个都可以是啁啾光纤布拉格光栅的一部分。
[0018] 第一波长可小于第二波长。
[0019] 第一波长可大于第二波长。
[0020] 增益介质定义了增益介质第一端和基本上相反的增益介质第二端；光学谐振器可包括反射器和光学环行器，光学环行器包括环行器第一端口、环行器第二端口和环行器第三端口，光学环行器以一种方式配置，使得进入环行器第一端口的激光在环行器第二端口处发射，进入环行器第二端口的激光在环行器第三端口处发射，以及进入环行器第三端口的激光在环行器第一端口处发射，环行器第一端口通过增益介质第一端光耦合到增益介质，环行器第二端口光耦合到反射器，环行器第三端口通过增益介质第二端光耦合到增益介质；和，反射器可包括反射器第一部分和反射器第二部分，分别反射具有第一波长的激光和具有第二波长的激光，反射器第一部分和反射器第二部分与环行器第二端口分别相距反射器第一部分-环行器距离和反射器第二部分-环行器距离，反射器第一部分-环行器距离小于反射器第二部分-环行器距离，反射器第一部分透射第二波长。反射器第一部分和反射器第二部分可各自分别包括啁啾光纤布拉格光栅段。
[0021] 第一反射器可包括光学环行器，用于从增益介质接收激光并将激光返回增益介质。
[0022] 第一反射器可包括啁啾光纤布拉格光栅，啁啾光纤布拉格光栅在两个基本上纵向间隔的位置反射第一波长和第二波长，可调谐激光腔还可包括控制器，用于根据预定调谐曲线，选择性地控制调制周期，预定调谐曲线表征随着沿啁啾光纤布拉格光栅的纵向位置的变化而变化的、由啁啾光纤布拉格光栅反射的波长。
[0023] 第一反射器可包括啁啾光纤布拉格光栅，啁啾光纤布拉格光栅在两个基本上纵向间隔的位置反射第一波长和第二波长，啁啾光纤布拉格光栅定义沿该啁啾光纤布拉格光栅的可变群延迟，由此，改变激光的波长产生了具有不同脉形特征的激光脉冲。脉形特征可包括激光脉冲的宽度。
[0024] 光强度调制器可包括电光调制器。
[0025] 光强度调制器可包括可变衰减调制器。
[0026] 增益介质可包括掺杂增益光纤。
[0027] 光学谐振器、增益介质和光强度调制器都可以偏振保持。可调谐激光腔还可包括插入到光学谐振器中的偏振器，用于偏振激光。
[0028] 激光可包括激光脉冲，激光脉冲定义一脉冲谱；第一反射器可包括啁啾光纤布拉格光栅，啁啾光纤布拉格光栅在两个基本上纵向上间隔的位置反射第一波长和第二波长，啁啾光纤布拉格光栅定义一群时延纹波和群时延的比值，群时延纹波和群时延的比值定义比值谱；并且脉冲谱和比值谱可基本上互不相交。
[0029] 输出端口可包括光学开关，选择性地从光学谐振器释放激光以及将激光限制在光学谐振器中。
[0030] 在本发明的一些实施方式中，光强度调制器以两个不同离散吸收系数对光进行吸收。例如，当光强度调制器处于第一状态时，基本上允许所有进入光强度调制器的光通过光强度调制器，且当光强度调制器处于第二状态时，只吸收预定比例的进入光强度调制器的光。在本发明的其他实施方式中，光强度调制器的吸收系数在吸收系数的预定间隔内连续可变。
[0031] 本领域技术人员容易知道，这里使用的术语“吸收系数”并不意味着在光强度调制器中光必然被物理吸收。相反，这个术语仅指进入光强度调制器的部分光不被传输到可调谐激光器的其他部分。在这些实施方式中，简单地通过干涉来调制光强度。
[0032] 在本发明的一些实施方式中，光学谐振器包含两个反射器。然而，在本发明的其他实施方式中，仅使用一个反射器并且提供光学环行器来形成将激光限制在光学谐振器中的环路。
[0033] 在本发明的特定实施方式中，光学谐振器包括两个光纤布拉格光栅，其中插入有增益介质，它们基本上相反。光纤布拉格光栅可以是允许通过连续改变调制周期而连续调整激光波长的啁啾光纤布拉格光栅。
[0034] 有利地，使用通常可用的元件和技术来生产提出的可调谐激光腔和提出的可调谐激光器。因此，可以以相对低的成本来生产具有相对宽的调谐范围的可调谐激光器。在本发明的一些实施方式中，使用光纤来生产所述可调谐激光腔和所述可调谐激光器，使得以相对低的成本生产相对耐用的激光器。
[0035] 在另一方面，本发明提供了一种包括可调谐激光腔和泵浦光源的激光器。
[0036] 本发明提供了另一种可调谐激光器，用于选择性地发射具有第一波长和第二波长的激光，可调谐激光器包括：泵浦光源，用于发射泵浦光；光学谐振器，光学谐振器具有使得具有第一波长的激光在光学谐振器内的第一往返时间不同于具有第二波长的激光在光学谐振器内的第二往返时间的配置、光学特性和维度；增益介质，插入到光学谐振器中并光耦合到泵浦光源，增益介质通过将泵浦光转换成激光来响应泵浦光；光强度调制器，插入到光学谐振器中，用于当激光在光学谐振器中来回传播时吸收激光的一部分，光强度调制器具有以调制周期调制的光吸收系数，调制周期在第一调制周期值和第二调制周期值之间选择性地可调整，第一往返时间和第二往返时间基本上分别等于第一调制周期值和第二调制周期值的整数倍数；和输出端口，用于从光学谐振器释放激光；由此，当泵浦光抽运增益介质时，以第一调制周期值调制光强度调制器产生具有第一波长的激光，并且以第二调制周期值调制光强度调制器产生具有第二波长的激光。
[0037] 通过阅读以下结合附图给出的优选实施方式的非限制描述，本发明的其他方面、优点和特性将变得更加明显。
[0038] 附图简述
[0039] 图1显示了根据本发明一实施方式的可调谐激光器的示意图。
[0040] 图2显示了根据本发明另一实施方式的可调谐激光器的示意图。
[0041] 图3显示了根据本发明另一实施方式的可调谐激光器的示意图。
[0042] 图4显示了根据本发明另一实施方式的可调谐激光器的示意图。
[0043] 图5显示了根据本发明另一实施方式的可调谐激光器的示意图。
[0044] 图6显示了根据本发明另一实施方式的可调谐激光器的示意图。
[0045] 图7显示了根据本发明另一实施方式的可调谐激光器的示意图。
具体实施方式
[0046] 参见图1，显示了选择性地发射具有第一波长和第二波长的激光12的可调谐激光器10。在本发明的一些实施方式中，可调谐激光器10能够发射具有两个不同的、离散间隔的波长的激光12，在本发明的范围内，还包括可调谐激光器10，能够发射具有多于两个不同波长的激光12，以及具有包含在预定波长间隔中的基本上连续的波长谱中的波长的激光。
[0047] 可调谐激光器10包括用于发射泵浦光(未显示在图中)的泵浦光源14。可调谐激光器10还包括光学谐振器16。所述光学谐振器16具有使得第一波长的激光12在光学谐振器16内的第一往返时间不同于具有第二波长的激光12在光学谐振器16内的第二往返时间的配置、光学特性和维度。增益介质18被插入到光学谐振器16中，且光耦合到泵浦光源14。增益介质18定义了增益介质第一端26和基本上相反的增益介质第二端28。本领域技术人员将理解，术语“增益介质第一和第二端26、28”并不意味着增益介质18必然是直线的。例如，增益介质可以通过滚压光纤来形成。增益介质18响应泵浦光以将泵浦光转换成激光12。例如，可调谐激光器10包括泵浦光输入端口20，也称为泵浦耦合器，光耦合到增益介质18，用于接收泵浦光并将泵浦光传送给增益介质18。
[0048] 光强度调制器22被插入到光学谐振器16中，使得当激光12在光学谐振器16中来回传播时选择性地吸收激光12的一部分。光强度调制器22具有以调制周期调制的光吸收系数。所述调制周期在第一调制周期值和第二调制周期值之间选择性地可调整。第一和第二往返时间基本上分别等于第一和第二调制周期值的整数倍数。
[0049] 可调谐激光器10进一步包括输出端口24，用于从光学谐振器16释放激光12。在本发明的一些实施方式中，提供了可调谐激光腔而非可调谐激光器10。可调谐激光腔简单来讲是移除了泵浦光源14的可调谐激光器10。可调谐激光腔可用于与泵浦光源14共同构建可调谐激光器10。
[0050] 当泵浦光抽运增益介质18时，以第一调制周期值调制光强度调制器22产生了具有第一波长的激光。并且，以第二调制周期值调制光强度调制器22产生了具有第二波长的激光。
[0051] 实际上，对光强度调制器22进行调制时，将会有一些周期时间间隔，在该间隔内，光强度调制器22比在之后或之前时刻吸收更多的光。由于激光12优选地以预定周期时间间隔在光强度调制器22中传输，可调谐激光器10会优先以一种方式操作在光学谐振器16中传播的激光脉冲，使得激光脉冲的往返时间等于光强度调制器调制的调制周期，或者调制周期的倍数。光学谐振器16的配置因此将会支持光学谐振器16内的往返时间分别对应当光强度调制器22分别以第一和第二调制周期值调制时的第一和第二波长的激光脉冲。脉冲的脉冲宽度由许多因素管理，其中包括泵浦光源14提供的功率，整个可调谐激光器10的色散以及光强度调制器22提供的调制的精确波形。
[0052] 在本发明的一些实施方式中发现，逐步改变调制周期比连续改变更有利。实际上，激光器操作时具有以预定波长锁定的趋势。以从第一到第二调制周期值基本上连续的方式改变调制周期可能导致不稳定性，随后，导致第二波长锁模更加困难。通过以离散的步骤改变调制周期，使用通常可用的元件就可以加快调谐。
[0053] 在本发明的一些实施方式中，以是许多单频信号总和的信号调制光强度调制器22的吸收系数有助于调制输出激光12。例如，通过以是两个频率互相接近的正弦信号总和的信号调制吸收系数，激光12的输出根据等于两个正弦信号的拍率的频率正弦变动。
[0054] 在图1所示的本发明实施方式中，光学谐振器16包括第一反射器30和第二反射器32。第一和第二反射器30、32分别反射第一和第二波长。第一和第二反射器30、32分别通过增益介质第一和第二端26、28光耦合到增益介质18。应该注意到，在本发明的一些实施方式中，在反射器30或32和增益介质18之间存在其他光学元件。因此，第一和第二反射器30、32不需要直接物理耦合到增益介质18。
[0055] 第一反射器30包括第一反射器第一部分34和第一反射器第二部分36，分别反射具有第一和第二波长的激光12。第一反射器第一和第二部分34、36与增益介质第一端26分别相距第一反射器第一部分-增益介质距离和第一反射器第二部分-增益介质距离。第一反射器第一部分-增益介质距离小于第一反射器第二部分-增益介质距离。因此，第一反射器第一部分34必须透射第二波长，以使具有第二波长的激光能够到达第一反射器第二部分36。
[0056] 相似地，第二反射器32包括第二反射器第一部分38和第二反射器第二部分40，分别反射具有第一和第二波长的激光12。第二反射器第一和第二部分38、40与增益介质第二端28分别相距第二反射器第一部分-增益介质距离和第二反射器第二部分-增益介质距离。第二反射器第一部分-增益介质距离小于第二反射器第二部分-增益介质距离。因此，第二反射器第一部分38必须透射第二波长以使具有第二波长的激光能够到达第二反射器第二部分40。
[0057] 因此第一和第二反射器第一部分34、38之间的距离小于第一和第二反射器第二部分36、40之间的距离。这将导致具有第一波长的激光12在第一和第二反射器第一部分34、38之间的第一往返时间小于具有第二波长的激光12在第一和第二反射器第二部分36、
40之间的往返时间。在本发明的特定实施方式中，第一和第二反射器30、32每个均包括反射光纤布拉格光栅。比如，第一反射器第一和第二部分34、36分别包括第一和第二光纤布拉格光栅段(grating segment)。在本发明的特定实施方式中，第一反射器第一和第二部分34、36每个均包括啁啾光纤布拉格光栅段，这可以通过具有定义第一反射器第一和第二部分34、36的单个啁啾光纤布拉格光栅形成。在后者结构的特定实施方式中，提供了具有连续波长选择的可调谐激光器10。
[0058] 在本发明的一些实施方式中，第一波长大于第二波长，且包含在第一和第二反射器30、32中的啁啾光纤布拉格光栅也提供了色散补偿。然而，在本发明的另外实施方式中，第一波长小于第二波长，这在提出的可调谐激光器10的其他元件具有异常色散特性的实施方式中可能会有用。
[0059] 在本发明的一些实施方式中，第一反射器30包括相对高反射啁啾光纤布拉格光栅。在这些实施方式中，基本上进入第一反射器30的所有光被反射回增益介质18。第二反射器32是输出啁啾光纤布拉格光栅且反射性不是很好，使得一些激光12能够通过第二反射器32透射，因此提供了输出端口24。其他从可调谐激光器10输出激光12的方式在本发明的范围内，且其中一些将在以下详细描述。
[0060] 在本发明的一些实施方式中，增益介质18在第一波长具有第一增益，在第二波长具有第二增益。第一第二增益互不相同。在这些实施方式中，为了便于产生在两个波长上具有基本上相似功率的激光12，包含在第一反射器第一和第二部分34、36中的第一和第二光纤布拉格光栅段分别具有第一段反射性和第二段反射性。第一和第二段反射性使得可调谐激光器10在第一和第二波长有基本上不变的增益。因此，有可能选择第一反射器第一和第二部分34、36的反射性，使得激光12在这些第一反射器第一和第二部分34、36处的反射补偿增益介质18的非平坦增益曲线。
[0061] 在本发明的一些实施方式中，第一和第二反射器30、32中的一个或两个各自由沿其定义了可变群延迟的啁啾光纤布拉格光栅制成。因此，包含在第一和第二反射器30、32的不同部分中的光纤布拉格光栅段具有不同的群延迟特性，这影响了使用可调谐激光器10产生的激光脉冲的宽度。同样的，能够通过为包含在第一反射器第一和第二部分34、36中的光纤布拉格光栅段选择合适的群延迟来修改除激光脉冲宽度之外的其他脉冲特性。
[0062] 在本发明的其他实施方式中，第二反射器第一和第二部分38、40的位置相对于增益介质18被反向，而第一反射器第一和第二部分34、36保持同样的位置。在这些实施方式中，通过以大于第一反射器第一和第二部分34、36之间互相距离的距离设置第二反射器第一和第二部分38、40，允许了激光12的波长选择。当在第一和第二反射器30、32中使用啁啾光纤布拉格光栅时，产生了不同的群延迟斜率，激光器运行时会有群速度色散，即两个群延迟斜率之间的差异。由此形成了孤子激光器和正常色散激光器之间的混合，降低或消除了Kelly侧弯。
[0063] 在本发明的一些实施方式中，增益介质18包括掺杂增益光纤。现有技术中这种掺杂增益光纤广为人知因此不会详细描述。使用任意其他合适的增益介质18生产可调谐激光器10也在本发明的范围内。同样的，泵浦光源14是能够发射允许增益介质18产生具有第一和第二波长的激光12的泵浦光的任意合适的泵浦光源14。比如，泵浦光源14包括发光二极管。
[0064] 泵浦光输入端口20也是任意合适的泵浦光输入端口20。例如，泵浦光输入端口20包括波分复用器(WDM)，允许具有第一和第二波长的光自由传输，或基本上自由传输，但通过光隔离器或任意其他合适装置，基本上阻止了光，特别是激光12，被传输回泵浦光源14。WDM还允许接收泵浦光源14发射的泵浦光，并将泵浦光传输给光学谐振器16，并且特别地，传输给增益介质18。
[0065] 光强度调制器22是允许具有第一和第二波长的激光12在其中的传输的变化的任意合适的元件。典型地，光强度调制器22采用这样一种元件形式，耦合并插入到形成第一反射器30的啁啾光纤布拉格光栅和形成泵浦光输入端口20的WDM复用器之间。然而，光强度调制器22的任意其他物理配置都包含在本发明的范围内。在本发明的一些实施方式中，光强度调制器22包括电光调制器。
[0066] 在本发明的一些实施方式中，光强度调制器22是一种允许激光12以两种不同的吸收级别通过的元件。例如，一种级别允许基本上所有进入光强度调制器22的光通过。在第二级别，不传输进入光强度调制器22的光的预定部分。在这些实施方式中，在第一级别和第二级别之间周期性改变光强度调制器22的吸收系数，像如上所述一样，优先选择在光学谐振器16中传播的激光脉冲。
[0067] 本领域技术人员容易理解，为了提供光强度调制器22提供的锁模效应，光强度调制器22不需要吸收在可调谐激光器10内传播的全部或大部分光。实际上，在本发明的一些实施方式中，吸收系数的仅仅相对小的变化就成产生预期效果。
[0068] 在本发明的一些实施方式中，光强度调制器22包括可变衰减调制器。与以前描述的光强度调制器相反，可变衰减调制器允许光强度调制器22的吸收系数在预定吸收范围内基本上连续变化。因此在这个实施方式中，除了使用泵浦光源14的功率进行调节以外，可以使用光强度调制器22来调节激光12的功率。
[0069] 如图1所示，在本发明的一些实施方式中，可调谐激光器10包括控制器42，用于控制光强度调制器22的调制周期。典型地，由于生产缺陷，光纤布拉格光栅，例如在第一和第二反射器30、32中使用的光纤布拉格光栅，不具有在不同位置处理想的、理论上可预测的反射谱。然而，一旦光纤布拉格光栅被表征，有可能映射从光纤布拉格光栅的一端到沿该光栅的每个位置的距离，以及为每个位置关联反射的特定波长。因此，通过以这种方式表征第一和第二反射器30、32，能够对控制器42进行编程，为特定可调谐激光器10精确选择激光12被发射的波长，因为能够选择调制周期实现这个波长。
[0070] 同样的，啁啾光纤布拉格光栅的群延迟特性并不完美。不完美导致群延迟纹波，可能会在脉冲激光12中引起不想要的效果。依赖于频率的群延迟纹波和群延迟之间的比值称为比值谱。可调谐激光器10产生的激光12的脉冲具有脉冲谱。优选地，以使得比值谱基本上与脉冲谱不相交的足够精确度来生产啁啾布拉格光栅。也就是说，比值谱的重要能量区域应该与脉冲谱的重要能量区域分离。
[0071] 图2显示了另一种可调谐激光器10A。可调谐激光器10A的许多元件基本上与可调谐激光器10的类似。因此不会进一步具体描述这些元件。
[0072] 从图2中可以看到，可调谐激光器10A与可调谐激光器10的区别在于，它包括两个泵浦光源14，分别通过泵浦光输入端口20耦合到增益介质18。同样的，具有两个以上泵浦光源14也包含在本发明的范围内。此外，提供了分接头44，例如在第一反射器30的与增益介质18相对的一端，因此光电二极管46，或任意其他合适的光强度测量设备，能够用于测量光，并将光强度提供给控制器42。控制器42因此连接到光电二极管46，使得能够由光电二极管46将光强度测量传输给控制器42。控制器42还可操作地耦合到泵浦光源14以控制泵浦光的强度。控制器42于是用于反馈环路中，响应光强度测量来控制泵浦光源14提供的功率，以获得激光12的预定功率。
[0073] 图3显示了另一种可调谐激光器10B。可调谐激光器10B同样与可调谐激光器10类似。一个不同之处在于，可调谐激光器10B使用了另一种第一反射器30B。另一种第一反射器30B为，该第一反射器30B在与增益介质第一端26相距基本上类似于第一反射器-增益介质距离的距离处反射具有第一和第二波长的激光12。例如，这通过在第一反射器30B中使用反射镜而非光纤布拉格光栅来实现。
[0074] 图4显示了另一种可调谐激光器10C，其中的光学谐振器16、增益介质18和光强度调制器22都偏振保持，这些元件由虚线表示。因此，可调制激光器10C能够产生偏振激光12。为了选择偏振，偏振器47被插入到光学谐振器16C中来偏振激光12。
[0075] 图5显示了另一种可调谐激光器10D。可调谐激光器10D仅使用单个反射器30而并非第一和第二反射器30、32。通过使用光学环行器48提供了光学谐振器16D中的谐振。光学环行器48包括环行器第一端口50、环行器第二端口52和环行器第三端口54。光学环形器48以一种方式配置，使得进入环行器第一端口50的激光在环行器第二端口52处被发射，进入环行器第二端口52的激光在环行器第三端口54处被发射，进入环行器第三端口54的激光在环行器第一端口50处被发射。环形器第一端口50通过增益介质第一端26光耦合到增益介质18，光强度调制器22插入到增益介质第一端26和环行器第一端口50之间。
环行器第二端口52光耦合到反射器30，环行器第三端口54通过增益介质第二端28光耦合到增益介质18，其中泵浦光输入端口20插入到增益介质第二端28和环行器第三端口54之间。反射器30是一种类似于第一和第二反射器30、32的反射器，其结构和功能基本上与第一和第二反射器30、32类似。在本实施方式中，通过允许在反射器30内传输激光12的一部分，由此允许激光器10D发射激光12。在本发明的该实施方式中，形成了单向环路，降低了由光强度调制器22导致的可调谐激光器10D中的损失。
[0076] 在本发明的另一个实施方式中，提供了图6显示的可调谐激光器10E。可调谐激光器10E包括另一种输出端口24E，插入到光强度调制器22和环行器第一端口50之间。可调谐激光器10E的配置基本上与可调谐激光器10D类似，不同的是反射器30反射性高，因此不允许激光12在其中传输。相反，以光纤耦合器，即分接头的形式提供了输出端口24E，用于接进可调谐激光器10E，因此释放可调谐激光12。
[0077] 图7显示了另一种可调谐激光器10F的结构，其中第二反射器32F包括光学环行器48，用于从增益介质18接收激光12并将激光12返回增益介质18。在该实施方式中，环行器第一端口50光耦合到环行器第三端口54，其中插入有光学开关51和光强度调制器22。环行器第二端口52光耦合到第一反射器30，其中插入有增益介质18和泵浦光输入端口20。有利的，在环行器第一和第三端口50、54之间形成的环路中，能够插入不同光学元件，来允许发射激光12、调制激光12的强度以及激光12的任意其他条件或特性。
[0078] 光学开关51定义输出端口24F，并用于从光学谐振器16F中选择地释放激光12以及将激光12限制在光学谐振器16F中。更具体地，在光学开关51的一种状态中，所有进入开关51的光被反馈回光学谐振器16F。这允许在光学谐振器16F内部积累激光功率。当从光学谐振器16F中释放脉冲时，开关51切换到另一状态，使得进入开关51的部分或全部光从形成输出端口24F的另一端口输出。
[0079] 在上述描述的可调谐激光器10到10F中，使用合适的元件，通过变化激光脉冲的强度而允许激光脉冲的宽度变化。依次，通过变化许多可控制变量，比如光强度调制器22提供的光强度调制的宽度和时间图以及泵浦光源14提供的功率，来调整激光脉冲强度。在一些实施方式中，第一反射器30、第二反射器32或第一和第二反射器30、32具有可调整的色散，这对改变激光脉冲形状和宽度也是有用的。应该注意到，在不改变脉冲重复频率的情况下实现了脉冲宽度的变化。
[0080] 尽管上面描述了可调谐激光器的一些实施方式，在本发明的范围内还有许多其他变形。同样的，使用与激光器相关的许多概念来在不同的操作范围内操作提出的可调谐激光器也在本发明的范围内。例如，提出的激光器可以是Q开关的，并且，如上面某特定实施方式所述，可以使用倾腔。
[0081] 尽管以上通过优选实施方式描述了本发明，然而在不脱离如附加的权利要求定义的本发明主题的精神和实质的情况下，可以作出修改。
