DE60013412T2

DE60013412T2 - Vorrichtung und verfahren zum durchstimmen der wellenlänge in einem laser mit externem resonator

Info

Publication number: DE60013412T2
Application number: DE60013412T
Authority: DE
Inventors: Kennet Vilhelmsson; Thomas Lock
Original assignee: Radians Innova AB
Current assignee: Radians Innova AB
Priority date: 1999-02-19
Filing date: 2000-02-18
Publication date: 2005-09-08
Anticipated expiration: 2020-02-19
Also published as: DE60013412D1; WO2000049688A1; EP1159775B1; CA2363560A1; AU3204900A; EP1159775A1; CA2363560C; US20020024979A1; US6597710B2

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum präzisen, schnellen und kontinuierlichen Durchstimmen eines Halbleiter-Lasers mit externem Resonator, wo die inhärenten Beschränkungen aufgrund von Reibung und mechanischem Verschleiß auf ein absolutes Minimum reduziert werden.
STAND DER TECHNIK
Für Anwendungen, wo eine präzise und Wellenlänge durchstimmbare Laserlichtquelle benötigt wird, muss man oft einen stabilisierten Halbleiter-Laser mit externem Resonator verwenden. Ein herkömmlicher Laser umfasst ein optisch verstärkendes Medium zwischen einer ersten und einer zweiten Reflexionsfläche. Bei einem monolithischen Halbleiter-Laser sind diese Reflexionsflächen gewöhnlich die Endfacetten des optisch verstärkenden Halbleiter-Chips. Ein monolithischer Laser mit fester Wellenlänge kann durchstimmbar gemacht werden, indem eine Anti-Reflexion (AR)-Beschichtung auf der zweiten Halbleiter-Chipfacette bereitgestellt wird und eine externe bewegliche zweite Reflexionsfläche vorgesehen wird, um eine Wellenlängenselektion bereitzustellen.
Es gibt eine Vielzahl von Verfahren, um eine Wellenlängenselektivität zu bewirken, wo bewegliche Beugungsgitter oder bewegliche Spiegel, die auf stationäre Gitter einwirken, am gebräuchlichsten sind, da sie typischerweise einen großen Durchstimmbereich bereitstellen. Es gibt auch mehrere Verfahren, um auf das Laserlicht, das sich durch das optisch verstärkende Medium zwischen der ersten und der zweiten Reflexionsfläche ausbreitet, zuzugreifen, wo eine teils reflektierende und teils übertragende erste Reflexionsfläche ein Beispiel ist. Ein anderes Verfahren nutzt das teils reflektierte Licht von dem oben genannten stationären Gitter aus.
Gewöhnlich wird eine Wellenlängenselektion in dem Halbleiter-Laser mit externem Resonator und dadurch eine Wellenlängenselektion des Ausgangslichts von dem Laser mit externem Resonator durch Veränderung des Winkels zwischen dem kollinierten Strahl, der an der AR-beschichteten Halbleiter-Chipfacette entsteht, und der Fläche senkrecht zu dem Beugungsgitter, erreicht. Die Ausrichtung wird normalerweise mit einer Linsenanordnung erreicht.
Die Änderung des Einfallwinkels kann entweder durch Bewegen des Beugungsgitters selbst oder durch Ändern der Strahlrichtung in Richtung des Beugungsgitters durch Bewegen eines Hilfsspiegels erreicht werden. Bei beiden Anordnungen wird eine kontinuierliche Durchstimmung durch Koordination der Verschiebung und Drehung des sich bewegenden Teils erreicht.
Die Bewegung des Hilfsspiegels oder des Beugungsgitters, um eine Wellenlängenänderung zu erhalten, wird gewöhnlich unter Verwendung eines mechanischen Antriebs in Verbindung mit einer Getriebevorrichtung erreicht. Eine solche Anordnung wird in U.S.-Patent 5 491 714 beschrieben.
Es ist auch wohl bekannt elektrische Motoren in Lasern mit externem Resonator zu verwenden, um die Wellenlänge des Lichts zu ändern. Diese Anordnungen können typischerweise ein Schneckengetriebe oder andere Typen mechanischer Getriebevorrichtungen beinhalten.
Ein Nachteil der Verwendung herkömmlicher Motoren mit mechanischen Antrieben oder Getriebevorrichtungen in Lasern mit externem Resonator ist, dass solche mechanische Vorrichtungen eine gleichzeitig schnelle und genaue Durchstimmung aufgrund der inhärenten Reibung verhindern. Eine Einschränkung ist insbesondere auf den inhärenten Kompromiss bei der Wahl eines Übersetzungsverhältnisses für entweder hohe Genauigkeit bei niedriger Geschwindigkeit oder alternativ, hohe Geschwindigkeit bei niedriger Genauigkeit zurückzuführen.
Zu den zusätzlichen Nachteilen bei bekannten Systemen zum Durchstimmen der Wellenlänge des Lichts in Lasern mit externem Resonator gehören beispielsweise mechanischer Verschleiß, durch Reibung erzeugte Wärme, Luft, Schwankungen in der Dicke des Schmierfilms und Mangel an mechanischer Steifigkeit, die für die langzeitige Zuverlässigkeit und Systemleistung schädlich sind.
OFFENLEGUNG DER ERFINDUNG
Das Problem, das durch die vorliegende Erfindung gelöst wird, ist die Schwierigkeit bei hoher Geschwindigkeit und großer Genauigkeit die Ausrichtung und, falls angebracht, die Position der optischen Elemente zu ändern, die die Wellenlänge des Lichts in dem Laser mit externem Resonator bestimmen. Die Erfindung macht es auch möglich, die Wellenlänge mit einem Minimum an durch Reibung erzeugte Wärme und einem Minimum an mechanischem Verschleiß zu ändern.
Das oben beschriebene Problem wird mit dieser Erfindung mittels einem Verfahren nach Anspruch 10 und einer Vorrichtung nach Anspruch 11 zum Durchstimmen der Wellenlänge des Lichts in einem Laser mit externem Resonator gelöst, umfassend einen optisch verstärkenden Halbleiter-Chip, eine erste Reflexionsfläche, eine AR-beschichtete Halbleiter-Chipfacette und ein Beugungsgitter, auf dem wenigstens ein Teil des von der AR-beschichteten Halbleiter-Chipfacette ausgesandten Strahls einfallend ist und zu dem optisch verstärkenden Halbleiter-Chip zurückgebeugt wird, Mittel zum Ausrichten des von der AR-beschichteten Halbleiter-Chipfacette ausgesandten Lichts zu dem Beugungsgitter sowie ein bewegliches Teil, durch dessen Bewegung die Wellenlänge des Lichts in dem Laser mit externem Resonator durchgestimmt werden kann, worin der bewegliche Teil des Lasers mit externem Resonator eine Drehbewegung um eine Achse, die zur optischen Achse des Lasers mit externem Resonator senkrecht ist, bietet, wobei die optische Achse durch den Mittelpunkt des Strahls, der sich zwischen der ersten Reflexionsfläche und der Anti-Reflexion-beschichteten Halbleiter-Chipfacette ausbreitet, definiert wird, wobei die Bewegung durch eine elektrodynamische Kraft, die innerhalb eines integralen Abschnitts des beweglichen Teils erzeugt wird, ausgelöst wird.
Aufgrund der Tatsache, dass die Bewegung des beweglichen Teils in dem Laser mit externem Resonator durch eine elektrodynamische Kraft bewirkt wird, die in einem integralen Abschnitt des beweglichen Teils erzeugt wird, kann die elektrodynamische Kraft verwendet werden, die Bewegung und somit die Wellenlänge des Lichts in dem Laser mit externem Resonator direkt zu beeinflussen. Auf diese Weise gibt es keinen Bedarf mehr nach dazwischenliegenden Getriebevorrichtungen und ähnliche. Als Folge wird der bewegliche Teil des Lasers mit externem Resonator veranlasst, sich mit einem Minimum an Reibung zu bewegen, und seine Bewegung und somit die Wellenlänge des Lichts in dem Laser mit externem Resonator kann präzise, schnell und kontinuierlich innerhalb eines großen Wellenlängenbereichs durchgestimmt werden.
In einer Ausführungsform der Erfindung besteht der bewegliche Teil der Vorrichtung aus einem drehbaren Arm, an dem das Beugungsgitter der Vorrichtung angeordnet ist. In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung kann die Vorrichtung auch einen Hilfsspiegel umfassen, auf dem wenigstens ein Teil des von dem Beugungsgitter zurückgebeugten Lichts einfallend ist und zu dem Beugungsgitter zurück reflektiert wird, in welcher Vorrichtung der bewegliche Teil aus einem drehbaren Arm besteht, an dem der Hilfsspiegel angeordnet ist.
Der integrale Abschnitt des beweglichen Teils, wo eine elektrodynamische Kraft erzeugt wird, kann entweder einen ersten Magneten umfassen, wobei die elektrodynamische Kraft in Wechselwirkung mit einer stationären ersten Spule, durch die elektrischer Strom hindurchgeht, erzeugt wird, oder eine erste Spule, durch die elektrischer Strom hindurchgeht, wobei die elektrodynamische Kraft in Wechselwirkung mit einem stationären ersten Magneten erzeugt wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Vorrichtung ferner wenigstens eine zweite Spule und damit verbunden wenigstens einen zweiten Magneten, wobei einer von beiden vorzugsweise auf dem beweglichen Teil der Vorrichtung angeordnet ist, wobei die elektromagnetische Wechselwirkung der zweiten Spule und des zweiten Magneten verwendet wird, um eine Bewegung des beweglichen Teils zu detektieren.
Wenn sich unter dem Einfluss der elektrodynamischen Kraft das bewegliche Teil bewegt, wird der zweite Magnet dadurch ebenfalls eine Bewegung in Relation zu der zweiten Spule machen bzw. umgekehrt; als Folge davon wird eine Spannung in der zweiten Spule induziert. Diese elektromagnetische Wechselwirkung zwischen der zweiten Spule und dem zweiten Magneten, in anderen Worten, die in der zweiten Spule induzierte Spannung wird verwendet, um die Bewegung des beweglichen Teils zu detektieren. Die Angaben bezüglich der Bewegung des beweglichen Teils können wiederum in einem Steuerungssystem verwendet werden, um die Steuerung der Wellenlänge des Lichts in dem Laser mit externem Resonator zu verbessern.
BESCHREIBUNG DER FIGUREN
Die Erfindung wird im Folgenden mittels Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ausführlicher beschrieben, bei denen
1 das Prinzip einer Variante eines Lasers mit externem Resonator zeigt.
2 das Prinzip einer anderen Variante eines Lasers mit externem Resonator zeigt, bei dem die Erfindung angewendet werden kann.
3 eine Grundzeichnung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zeigt.
4 ein Blockdiagramm eines Steuerungssystems zeigt, das in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung verwendet wird.
AUSFÜHRUNGSFORMEN
1 zeigt eine Grundzeichnung eines Lasers (100) mit externem Resonator, bei dem die Erfindung angewendet werden kann. Der Laser (100) mit externem Resonator ist gemäß dem, was als die Littman-Konfiguration, die im Folgenden erklärt werden wird, bekannt ist, gebaut.
Der Laser mit externem Resonator (100) umfasst einen optisch verstärkenden Halbleiter-Chip (110), eine erste Reflexionsfläche (112), eine AR-beschichtete Halbleiter-Chipfacette (114), ein Beugungsgitter (130), eine ausrichtende Linsenanordnung (120) und einen auf einem beweglichen Teil angeordneten Hilfsspiegel (150). Das Licht, das durch die AR-beschichtete Halbleiter-Chipfacette (114) des optisch verstärkenden Halbleiter-Chips (110) ausgesandt wird, ist auf dem Beugungsgitter (130) einfallend, auf welches das Licht mittels einer Linsenanordnung (120) ausgerichtet wird. Von dem Beugungsgitter (130) wird das Licht vollständig oder teilweise zu dem Hilfsspiegel (150) zurückgebeugt und vollständig oder teilweise zu dem optisch verstärkenden Halbleiter-Chip (110) über das Beugungsgitter (130) und die ausrichtende Linsenanordnung (120) zurück reflektiert.
Der Hilfsspiegel (150) ist auf einem beweglichen Teil angeordnet, das sich um die Drehachse (140) dreht. Indem der Hilfsspiegel (150) um seine Drehachse (140) gedreht wird und auf diese Weise der Winkel und der Abstand zwischen dem Hilfsspiegel (150) und dem Beugungsgitter geändert wird, ist es möglich, die Wellenlänge des Lichts in dem Laser (100) mit externem Resonator zu ändern und dadurch auch die Wellenlänge λ des Lichts in dem Ausgangsstrahl zu ändern, in 1 durch einen Pfeil in die Richtung angedeutet, in die das Licht von dem Laser (100) ausgesandt wird.
2 zeigt einen Laser (200) mit externem Resonator, der gemäß dem, was als die Littrow-Konfiguration, die im Folgenden beschrieben werden wird, bekannt ist, konstruiert ist.
Wie der Laser (100) mit externem Resonator, der gemäß der Littman-Konfiguration konstruiert ist, umfasst der Laser (200) mit externem Resonator gemäß der Littrow-Konfiguration ein optisch verstärkendes Medium (210), passenderweise ein optisch verstärkender Halbleiter-Chip. Der optisch verstärkende Halbleiter-Chip weist eine erste Reflexionsfläche (212) auf, passenderweise eine reflektierende Halbleiter-Chipfacette, und eine AR-beschichtete Halbleiter-Chipfacette (214).
Licht wird von dem optisch verstärkenden Halbleiter-Chip (210) durch die AR-beschichtete Halbleiter-Chipfacette (214) zu einem Beugungsgitter (230) ausgesandt. Das Licht in Richtung des Beugungsgitters wird mittels einer Linsenanordnung (220) ausgerichtet. Von dem Gitter (230) wird das Licht vollständig oder teilweise zu dem optisch verstärkenden Halbleiter-Chip (210) über die Linsenanordnung (220) zurück reflektiert, die auch den Strahl von dem Beugungsgitter zu dem optisch verstärkenden Halbleiter-Chip (210) bündelt.
Das Licht von dem optisch verstärkenden Halbleiter-Chip (210) ist auch über die erste Reflexionsfläche (212), in dieser Konfiguration passenderweise teilweise reflektierend und teilweise übertragend, des optisch verstärkenden Halbleiter-Chips zugänglich. Das Laserlicht von dieser ersten Reflexionsfläche des optisch verstärkenden Halbleiter-Chips wird in einer für einen Fachmann wohl bekannten Weise zugänglich gemacht und wird daher hier nicht ausführlicher beschrieben.
Wie in 2 gezeigt ist das Beugungsgitter (230) um eine Drehachse (240) schwenkbar.
Das Beugungsgitter ist auf einem beweglichen Teil, vorzugsweise einem Arm (nicht gezeigt) in der Vorrichtung (200) angeordnet. Indem das Beugungsgitter (230) um seine Drehachse (240) gedreht wird und auf diese Weise der Winkel zwischen dem Parallelstrahl und der Fläche senkrecht zu dem Beugungsgitters verändert wird und gleichzeitig auch die Länge des Strahlengangs zwischen dem Beugungsgitter und der ersten Reflexionsfläche (212) des optisch verstärkenden Halbleiter-Chips geändert wird, ist es möglich, die Wellenlänge λ des Lichts in dem Laser (200) mit externem Resonator kontinuierlich zu verändern. Mit anderen Worten, das Laserlicht, das über die erste Reflexionsfläche (212) des optisch verstärkenden Halbleiter-Chips herausgegeben wird, kann durch das Gitter (230), das um die Drehachse (240) geschwenkt wird, kontinuierlich verändert werden.
Wie aus der obigen Beschreibung hervorgeht, umfasst ein Laser mit externem Resonator, egal ob er gemäß der Littman- oder der Littrow-Konfiguration oder einer anderen Konfiguration konstruiert ist, ein bewegliches Teil, mittels dessen Bewegung die Wellenlänge des von dem Laser ausgesandten Laserlichts durchgestimmt werden kann.
Das Hauptgebiet der vorliegenden Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum präzisen, schnellen und kontinuierlichen Durchstimmen eines Halbleiter-Lasers mit externem Resonator, wo die inhärenten Beschränkungen aufgrund von Reibung und mechanischem Verschleiß auf ein absolutes Minimum reduziert werden. Bei beiden oben genannten Konfigurationen wird eine kontinuierliche Durchstimmung durch Koordination der Verschiebung und Drehung des sich bewegenden Teils erreicht.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung und ein erfindungsgemäßes Verfahren werden nun in Verbindung mit 3 beschrieben, die eine erfindungsgemäße Vorrichtung (300) zeigt.
Die Laserwellenlänge, die von der Vorrichtung (300) ausgesandt wird, wird gemäß der oben beschriebenen Littrow-Konfiguration verändert, aber es versteht sich von selbst, dass die Erfindung auch bei einem Laser mit externem Resonator angewandt werden kann, der gemäß der Littman-Konfiguration konstruiert ist.
Die Vorrichtung (300), ein Laser mit externem Resonator, umfasst einen optisch verstärkenden Halbleiter-Chip (310). Gemäß dem oben beschriebenen Verfahren weist der optisch verstärkende Halbleiter-Chip (310) eine erste Reflexionsfläche (312), passenderweise eine reflektierende Chipfacette, und eine nicht-reflektierende AR-beschichtete Halbleiter-Chipfacette (314) auf. Das Licht, das durch die AR-beschichtete Halbleiter-Chipfacette ausgesandt wird, wird mittels einer Linsenanordnung (320) in Richtung eines Beugungsgitters (330) ausgerichtet, das auf einem beweglichen Teil angeordnet ist, passenderweise ein schwenkbarer oder ein drehbaren Arm (360), der sich um eine Achse mit einem Drehungsmittelpunkt (340) dreht.
Indem der Arm (360) in die von dem Pfeil (390) gezeigten Richtungen bewegt wird, kann der Winkel zwischen dem Parallelstrahl und der Fläche senkrecht zu dem Beugungsgitter (330) und die Länge des Strahlengangs zwischen dem Beugungsgitter und der ersten Reflexionsfläche (312) des optisch verstärkenden Halbleiter-Chips gleichzeitig verändert werden, in Folge dessen die Wellenlänge des Laserlichts in der Vorrichtung auch kontinuierlich verändert werden kann. Das Licht kann aus der Vorrichtung über beispielsweise eine zweite Linse (392) und eine dritte Linse (395), wie in 3 gezeigt, herausgebracht werden, mittels derer das Licht in eine optische Faser (398) gelenkt wird.
Das Licht, das in eine optische Faser gelenkt wird, ist natürlich nur ein Beispiel einer Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, und andere Anwendungen sind möglich.
Erfindungsgemäß umfasst der bewegliche Arm (360) einen ersten Magneten (370), der auf dem Arm angeordnet ist. Um den ersten Magneten ist eine stationäre erste Spule (374) angeordnet. Der erste Magnet (370) und die erste Spule (374) beeinflussen sich gegenseitig, um eine elektrodynamische Kraft zu erzeugen, die wiederum dafür sorgt, dass sich der Arm bewegt. Die elektrodynamische Kraft wird entwickelt, indem Strom durch die Spule hindurchgeht. Indem Strom durch die erste Spule hindurchgeht und eine elektrodynamische Kraft erzeugt wird, kann der erste Magnet und somit der Arm veranlasst werden, sich um den Drehungsmittelpunkt (340) zu bewegen, was dazu verwendet wird, die Wellenlänge des Lichts in dem Laser mit externem Resonator in einer gewünschten Weise durchzustimmen.
Da die Spule verursacht, dass sich der Magnet und somit der Arm bewegen, ohne weder mit dem Magneten oder dem Arm in Kontakt zu sein, bewegt sich der Arm mit einem Minimum an Reibungskräften. Die einzige verbleibende Quelle für Reibungskräfte ist die Halterung des Arms (360) um die Achse (340). Auf diese Weise wird eine Steuerung der von der Vorrichtung (300) ausgesandten Wellenlänge erreicht, die hohe Genauigkeit, hohe Geschwindigkeit und ein Minimum an Reibung und mechanischem Verschleiß ermöglicht. Eine erfindungsgemäße Vorrichtung kann verwendet werden, um die von einem Laser mit externem Resonator ausgesandte Wellenlänge auf eine optionale Wellenlänge innerhalb eines großen Intervalls zu ändern, wobei das Intervall hauptsächlich durch die Eigenschaften des verwendeten optisch verstärkenden Mediums festgelegt wird.
Die Erfindung macht auch eindeutig eine Konstruktion in der entgegengesetzten Weise möglich, soweit die Teile, die die oben beschriebene elektrodynamische Kraft erzeugen, betroffen sind, in anderen Worten, der bewegliche Arm kann stattdessen die Spule umfassen, während der erste Magnet (370) stationär angeordnet ist, um mit der Spule (374) zu interagieren, ohne auf dem Arm (360) angeordnet zu sein.
Um die Durchstimmgeschwindigkeit und -genauigkeit weiter zu erhöhen, kann die Vorrichtung (300) auch einen zweiten Magneten (372) umfassen, der auf feste Weise auf dem beweglichen Arm (360) angeordnet ist. Um den zweiten Magneten ist eine zweite Spule (376) angeordnet. Wenn die erste Spule (374) mit dem ersten Magneten (370) elektrodynamisch interagiert, was den Arm veranlasst, sich zu bewegen, wird sich der zweite Magnet (372) ebenfalls in Relation zu der zweiten Spule (376) bewegen. Aufgrund elektromagnetischer Induktion wird diese Bewegung des zweiten Magneten (372) eine Spannung in der zweiten Spule (376) erzeugen.
Da sich die Spannung in der zweiten Spule (376) abhängig von der Geschwindigkeit des sich bewegenden Arms (360) ändert, kann die Spannung in der zweiten Spule verwendet werden, um die Geschwindigkeit des sich bewegenden Arms zu detektieren, die wiederum in einem Steuerungssystem verwendet werden kann, um die Steuerung der Wellenlänge des Lichts in der Vorrichtung (300) zu verbessern.
Um sowohl eine genaue Positions- als auch Geschwindigkeitssteuerung in der Vorrichtung (300) zu erreichen, wird eine zusätzliche Vorrichtung benötigt, um die Position des Arms (360) zu detektieren. Diese Mittel umfassen vorzugsweise eine zweite Lichtquelle (380), passenderweise eine Laserdiode, und das, was als ein PED, positionsempfindlichen Detektor, (385) bekannt ist. Die zweite Lichtquelle (380) ist so angeordnet, dass ihr ausgesandtes Licht auf dem Beugungsgitter (330) einfallend ist und zu dem PED (385) reflektiert wird.
Ein PED ist eine wohl bekannte Vorrichtung und wird daher hier nicht ausführlicher beschrieben, sondern in Kürze: zwei Ströme werden in dem PED erzeugt, wenn seine Oberfläche von einem Lichtstrahl erhellt wird. Die Differenz zwischen diesen beiden Strömen, geteilt durch ihre Summe, zeigt, wo der Lichtstrahl die Fläche des PED erhellt, was bedeutet, dass es möglich ist, daraus Angaben bezüglich der Position des Beugungsgitters und somit der Position des beweglichen Teils zu erhalten. Die Angaben bezüglich der Position des Arms zusammen mit den Angaben bezüglich der Geschwindigkeit des sich bewegenden Arms werden entsprechend in dem oben genannten Steuerungssystem verwendet, so dass es möglich ist, die Position des Arms schnell und sehr genau zu steuern und somit auch die Wellenlänge des von dem Laser mit externem Resonator ausgesandten Laserlichts.
4 zeigt ein Blockdiagramm eines Steuerungssystems (400), das entsprechend in der Erfindung verwendet wird, um die Bewegung des Arms mittels Angaben bezüglich der Position und der Geschwindigkeit des Arms zu steuern. Das Steuerungssystem (400) umfasst einen ersten Summierknoten (420) und einen zweiten Summationsknoten (440), eine erste Steuereinheit (430) und eine zweite Steuereinheit (450), einen Geschwindigkeitssensor (470), einen Positionssensor (480) und einen Motor (460).
Der Geschwindigkeitssensor (470) in dem Steuerungssystem (400) ist passenderweise die zweite Spule (376) in Wechselwirkung mit dem zweiten Magneten (372), der gemäß der obigen Beschreibung in Verbindung mit 3 verwendet werden kann, um die Bewegung des beweglichen Teils in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zu detektieren.
Der Motor (460) in dem Steuerungssystem (400) besteht entsprechend aus der ersten Spule (374) in Wechselwirkung mit dem ersten Magneten (370), der gemäß der obigen Beschreibung in Verbindung mit 3 verwendet werden kann, um das bewegliche Teil zu veranlassen, sich in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zu bewegen.
Der Positionssensor (480) in dem Steuerungssystem (400) besteht entsprechend aus einem PED, dessen Arbeitsweise in Verbindung mit 3 beschrieben worden ist.
Die Funktionsweise des Steuerungssystems (400) wird nun ausführlicher beschrieben. Die Position des beweglichen Teils in der Vorrichtung wird von dem Positionssensor (480) detektiert und wird als Eingangsdaten für den ersten Summierknoten (420) verwendet. Ein gewünschter Wert für die Position des beweglichen Teils in der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird als zusätzliche Eingangsdaten für den ersten Summierknoten (420) verwendet. Die Ausgabe von dem ersten Summierknoten (420) ist daher ein Positionsfehler zwischen der gewünschten Position und der tatsächlichen Position des beweglichen Teils in der Vorrichtung, der als Eingangsdaten für eine erste Steuereinheit (430) verwendet wird.
Ausgabedaten von der ersten Steuereinheit (430) werden als Eingangsdaten für einen zweiten Summierknoten (440) verwendet. Der Wert von dem Geschwindigkeitssensor (470) wird als zusätzliche Eingangsdaten für den zweiten Summierknoten (440) verwendet. Der Differenzwert von dem zweiten Summierknoten (440), der einen Geschwindigkeitsfehlerwert bildet, wird als Eingangsdaten für eine zweite Steuereinheit (450) verwendet, die den Motor (460) steuert.
Das Steuersystem (400) kann daher betrachtet werden aus einer Rückkopplungsschleife zu bestehen, die selbst eine verschachtelte Rückkopplungsschleife (410) umfasst, wo die interne Rückkopplungsschleife (410) die Geschwindigkeit des beweglichen Teils in der Vorrichtung handhabt.
Die Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern kann innerhalb des Rahmens der nachstehenden Patentansprüche frei variiert werden. Zum Beispiel können die elektrodynamischen Kräfte, die Teil der Erfindung sind, auf sehr viele Weisen innerhalb des Rahmens der Erfindung bewirkt werden.
Das in dem Laser mit externem Resonator beinhaltete optisch verstärkende Medium ist durchweg als ein optisch verstärkender Halbleiter-Chip mit einer AR-beschichteten Halbleiter-Chipfacette beschrieben worden, aber natürlich sind andere Typen von optisch verstärkenden Medien möglich. Werden andere Typen von optisch verstärkenden Medien verwendet, kann die erste Reflexionsfläche auch beispielsweise mechanisch getrennt von dem optisch verstärkenden Medium angeordnet sein.

Claims

Vorrichtung (300) zum Durchstimmen der Wellenlänge des Lichts in einem Laser mit externem Resonator, die einen optisch verstärkenden Halbleiter-Chip (310), eine erste Reflexionsfläche (312), eine Anti-Reflexion (AR)-beschichtete Halbleiter-Chipfacette (314) und ein Beugungsgitter (330), auf dem wenigstens ein Teil des von der AR-beschichteten Halbleiter-Chipfacette (314) ausgesandten Strahls einfallend ist und zu dem optisch verstärkenden Halbleiter-Chip (310) zurückgebeugt wird, Mittel (320) zum Ausrichten des von der AR-beschichteten Halbleiter-Chipfacette (314) ausgesandten Lichts zu dem Beugungsgitter (330) und ein bewegliches Teil (360) umfasst, durch dessen Bewegung die Wellenlänge des Lichts in dem Laser mit externem Resonator durchgestimmt werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass der bewegliche Teil (360) des Lasers mit externem Resonator eine Drehbewegung um eine Achse, die zur optischen Achse des Lasers mit externem Resonator senkrecht ist, bietet, wobei die optische Achse durch den Mittelpunkt des Strahls, der sich zwischen der ersten Reflexionsfläche und der Anti-Reflexion-beschichteten Halbleiter-Chipfacette ausbreitet, definiert wird, wobei die Bewegung durch eine elektrodynamische Kraft, die innerhalb eines integralen Abschnitts des beweglichen Teils erzeugt wird, ausgelöst wird.
Vorrichtung (300) nach Anspruch 1, in der der bewegliche Teil der Vorrichtung aus einem drehbaren Arm (360) besteht, an dem das Beugungsgitter (330) der Vorrichtung angeordnet ist.
Vorrichtung (300) nach Anspruch 1, die ferner einen Hilfsspiegel (150) umfasst, auf dem wenigstens ein Teil des von dem Beugungsgitter (330) zurückgebeugten Lichts einfallend ist und zu dem Beugungsgitter zurück reflektiert wird, in welcher Vorrichtung der bewegliche Teil aus einem drehbaren Arm besteht, an dem der Hilfsspiegel (150) angeordnet ist.
Vorrichtung (300) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, in der der integrale Abschnitt des beweglichen Teils (360), wo eine elektrodynamische Kraft erzeugt wird, einen ersten Magneten (370) umfasst, wobei die elektrodynamische Kraft in Wechselwirkung mit einer stationären ersten Spule (374), durch die elektrischer Strom hindurchgeht, erzeugt wird.
Vorrichtung (300) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 – 3, in der der integrale Abschnitt des beweglichen Teils (360), wo eine elektrodynamische Kraft erzeugt wird, eine erste Spule (374) umfasst, durch die elektrischer Strom hindurchgeht, wobei die elektrodynamische Kraft in Wechselwirkung mit einem stationären ersten Magneten (370) erzeugt wird.
Vorrichtung (300) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die ferner wenigstens eine zweite Spule (376) und damit verbunden wenigstens einen zweiten Magneten (372) umfasst, dessen elektromagnetische Wechselwirkung verwendet wird, um eine Bewegung des beweglichen Teils (360) zu detektieren.
Vorrichtung (300) nach Anspruch 6, wo die detektierte Bewegung des beweglichen Teils (360) wiederum in einem Steuerungssystem verwendet werden kann, um die Steuerung der Wellenlänge des Lichts in dem Laser mit externem Resonator zu verbessern.
Vorrichtung (300) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die ferner Mittel (380, 485) zum Detektieren der Position des beweglichen Teils (360) umfasst, wo die Position des beweglichen Teils in dem Steuerungssystem verwendet wird, um die Wellenlänge des Lichts in dem Laser mit externem Resonator zu steuern.
Vorrichtung nach Anspruch 8, in der die Mittel zum Detektieren der Position des beweglichen Arms einen positionsempfindlichen Detektor (PED) (385) und eine zweite Lichtquelle (480) umfassen, die verwendet wird, um das Licht zu erzeugen, das von dem PED detektiert wird.
Verfahren zum Durchstimmen der Wellenlänge des Lichts in einem Laser mit externem Resonator, umfassend einen optisch verstärkenden Halbleiter-Chip (310), eine erste Reflexionsfläche (312), eine Anti-Reflexions (AR)-beschichtete Halbleiter-Chipfacette (314) und ein Beugungsgitter (330), auf dem wenigstens ein Teil des von der AR-beschichteten Halbleiter-Chipfacette (314) ausgesandten Strahls einfallend ist und zu dem optisch verstärkenden Halbleiter-Chip (310) zurückgebeugt wird, ein Mittel (320) zum Ausrichten des von der AR-beschichteten Halbleiter-Chipfacette (314) ausgesandten Lichts zu dem Beugungsgitter (330) sowie ein bewegliches Teil (360), durch dessen Bewegung die Wellenlänge des Lichts in dem Laser mit externem Resonator durchgestimmt werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren die Bereitstellung einer Drehbewegung des beweglichen Teils (360) des Lasers mit externem Resonator mittels einer elektrodynamischen Kraft, die in einem integralen Abschnitt des beweglichen Teils erzeugt wird, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 10, das zusätzlich die Detektion der Drehbewegung des beweglichen Teils (360) mittels einer elektromagnetischen Wechselwirkung zwischen einer zweiten Spule (476) und einem zweiten Magneten (372), der mit der zweiten Spule verbunden ist, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, gemäß dem die detektierte Bewegung des beweglichen Teils (360) in einem Steuerungssystem verwendet wird, um die Wellenlänge des Lichts in dem Laser mit externem Resonator zu steuern.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 – 12, das ferner die Detektion der Position des beweglichen Teils (360) umfasst, die in dem Steuerungssystem verwendet wird, um die Wellenlänge des Lichts in dem Laser mit externem Resonator zu steuern.