[發(fā)明專利]一種氦氖雙頻激光器頻差產(chǎn)生和賦值方法

有效

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• 申請日: 2012-08-03
• 公開（公告）號: CN102780154A
• 公開（公告）日: 2012-11-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張書練;朱守深;李巖
• 申請（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類號: H01S3/106
• 分類號: H01S3/106
• 代理公司: 北京紀(jì)凱知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11245
• 代理人: 徐寧;關(guān)暢

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種雙頻激光器頻差產(chǎn)生和賦值方法，特別是關(guān)于一種氦氖雙頻激光器頻差產(chǎn)生和賦值方法。

背景技術(shù)

由于氦氖（HeNe）激光器具有良好的頻率穩(wěn)定性，以氦氖雙頻激光器作為光源的雙頻外差干涉儀在距離測量、速度測量、振動測量和形貌測量等領(lǐng)域具有非常廣泛的應(yīng)用。氦氖雙頻激光器一般輸出兩正交線偏振光：O光和E光，兩線偏振光的頻率之差為一個縱模間隔（幾百～幾千MHz），當(dāng)在垂直于激光器軸線方向加上200高斯左右的磁場時，由于橫向塞曼效應(yīng)和“模牽引”，每束光會分裂為兩束正交線偏振光：П光的振動方向平行于磁場，σ光的振動方向則垂直于磁場。當(dāng)在平行于激光器軸線方向加上磁場時，由于縱向塞曼效應(yīng)，每束光將分裂為兩束正交的圓偏振光：左旋圓偏振光和右旋圓偏振光。普通的氦氖激光器在橫向塞曼效應(yīng)下輸出的兩正交線偏振光的頻率之差一般小于1MHz；縱向塞曼效應(yīng)下輸出的兩正交圓偏振光的頻率之差一般不大于3MHz。另外，采用晶體雙折射元件能夠產(chǎn)生40MHz以上的大頻差，但原理所限不能產(chǎn)生40MHz以下的頻差，且高頻信號在后續(xù)的電路處理時也相當(dāng)復(fù)雜。

現(xiàn)有技術(shù)中采用應(yīng)力雙折射鏡作為氦氖雙頻激光器的輸出鏡，相當(dāng)于在腔內(nèi)置入了雙折射元件，橫向塞曼效應(yīng)輸出的兩束線偏振光П光和σ光的頻率之差一般在幾MHz～十幾MHz不等，但是由于工藝的問題，П光和σ光的頻率之差具有任意性，不能控制；采用應(yīng)力雙折射鏡作為輸出鏡的氦氖雙頻激光器，由于應(yīng)力雙折射鏡本身的應(yīng)力大小具有不確定性，可以相應(yīng)的輸出幾百KHz～十幾MHz大小的頻差，但是不能精確控而在雙頻外差干涉儀中。光源頻差為5～10MHz的應(yīng)用是最合適、最理想的選擇，因此3～40MHz頻差的氦氖雙頻激光器一度成為雙頻激光領(lǐng)域的空白。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種根據(jù)需求調(diào)整輸出鏡內(nèi)的應(yīng)力大小，為氦氖雙頻激光器輸出的頻差在3MHz～40MHz范圍內(nèi)賦值的氦氖雙頻激光器頻差產(chǎn)生和賦值方法。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案：一種氦氖雙頻激光器頻差產(chǎn)生和賦值方法，包括以下步驟：1）設(shè)置一包括有氦氖雙頻激光器、激光雕刻機和計算機的系統(tǒng)，所述氦氖雙頻激光器的諧振腔的輸出鏡為應(yīng)力雙折射鏡；2）激光雕刻前，將氦氖雙頻激光器的垂軸方向加磁場，測試并標(biāo)示出氦氖雙頻激光器輸出兩束偏振光的偏振方向，并確定應(yīng)力增加時，頻差也相應(yīng)增大的方向；3）調(diào)整激光雕刻機與應(yīng)力雙折射鏡之間的位置，使激光雕刻機的入射光與應(yīng)力雙折射鏡面垂直，并調(diào)整激光雕刻機出光點的方向，使其聚焦在應(yīng)力雙折射鏡內(nèi)的厚度中心處；4）將所需雕刻的圖案輸入到計算機中；5）啟動所述激光雕刻機，根據(jù)所需要獲取的氦氖雙頻激光器頻差大小，控制激光雕刻機的泵浦電流、圖案炸點的大小、體積及氣化的程度，并調(diào)節(jié)所雕刻圖案炸點與所述激光雕刻機中心出光點的距離，所述計算機控制激所述光雕刻機將圖案雕刻在所述應(yīng)力雙折射鏡內(nèi)。

所述步驟3）中調(diào)整激光雕刻機出光點的方向，使其聚焦在應(yīng)力雙折射鏡內(nèi)的厚度中心時要避開應(yīng)力雙折射鏡的高反射膜層，激光雕刻機出光點距離應(yīng)力雙折射鏡的高反射膜層圓心的距離為2～5mm。

所述步驟4）中圖案的形狀或者大小根據(jù)所需要產(chǎn)生頻差大小進行確定。

所述步驟5）中當(dāng)產(chǎn)生的頻差超過預(yù)定值或小于預(yù)定值時，通過減小激光雕刻機的泵浦電流、改變雕刻圖案距離激光雕刻機中心出光點的距離或調(diào)節(jié)圖案炸點的方法褪應(yīng)力或追加應(yīng)力進行控制，褪應(yīng)力的方向與追加應(yīng)力的方向垂直。

本發(fā)明由于采取以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點：1、本發(fā)明采用激光雕刻機在氦氖雙頻激光器的應(yīng)力雙折射鏡內(nèi)雕刻某些圖案，使應(yīng)力雙折射鏡內(nèi)部形成氣化炸點，由于這些氣化炸點被固定在應(yīng)力雙折射鏡內(nèi)，從而形成比較穩(wěn)定的內(nèi)應(yīng)力，使氦氖雙頻激光器能夠輸出相對更穩(wěn)定的頻差，且這些殘余應(yīng)力不會隨時間逐漸消退，時效性強。2、本發(fā)明可以通過控制激光雕刻機的泵浦電流、圖案炸點的大小、體積及氣化的程度，雕刻圖案炸點與激光器出光點之間的距離等因素控制應(yīng)力雙折射鏡的內(nèi)應(yīng)力，進而調(diào)節(jié)氦氖雙頻激光器輸出的頻差大小，并且可以根據(jù)氦氖雙頻激光器的頻差輸出結(jié)果通過褪應(yīng)力與追加應(yīng)力對頻差進行修正調(diào)整，可以獲得頻差在3MHz～40MHz范圍內(nèi)的氦氖雙頻激光器，填補了雙頻激光領(lǐng)域的空白，彌補了雙頻激光器輸出頻差不能修正和控制等缺憾。本發(fā)明可以適用于全內(nèi)腔氦氖激光器，也可適用于半外腔氦氖激光器，廣泛應(yīng)用在外差式雙頻激光干涉儀及其它激光技術(shù)領(lǐng)域。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的輸出鏡為應(yīng)力雙折射鏡的氦氖雙頻激光器的結(jié)構(gòu)示意圖；