[發(fā)明專利]一種雙頻光源裝置

在審

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• 申請日: 2016-08-25
• 公開（公告）號: CN107785773A
• 公開（公告）日: 2018-03-09
• 發(fā)明（設計）人: 文僑;梁國文;李冀
• 申請（專利權）人: 深圳大學
• 主分類號: H01S3/08
• 分類號: H01S3/08;H01S3/10
• 代理公司: 深圳中一專利商標事務所44237
• 代理人: 高星

技術領域

本發(fā)明屬于光學技術領域，特別涉及一種雙頻光源裝置。

背景技術

激光技術的發(fā)展有力的推動了光通信、非線性光學、高分辨光學等領域的發(fā)展，尤其在精密干涉測量方面占據(jù)了很大優(yōu)勢。精密干涉測量主要以激光波長作為“尺子”，利用干涉原理來測定各種參量，如加速度、位移、角位移等等。由于光波長為nm數(shù)量級，因此其分辨精度是電學、磁學元件無法比擬的。激光干涉儀以其特有的大測量范圍、高分辨率和高測量精度等優(yōu)點，在精密和超精密測長領域獲得了廣泛的應用。激光干涉使用的激光器主要為單頻激光器和雙頻激光器。較早使用的激光測量儀器是以單頻激光為基礎的單頻干涉儀，但該干涉儀受環(huán)境因素的影響比較嚴重，尤其是在測量環(huán)境惡劣、測量距離較長時受影響更為突出。主要是因為它產(chǎn)生的是一直流信號，在大距離測量時光能的衰減、空氣湍流的存在、背景光強的變化等對激光束的干擾都會使光束發(fā)生偏移，不可避免的使激光束強度發(fā)生變化，從而導致直流光強和電平的漂移。由于單頻干涉儀在測量時很大程度上受直流放大器的漂移、光接收器靈敏度和激光功率起伏的限制，因此單頻激光干涉儀在高精度測量中是很難利用的。

在單頻激光干涉儀的基礎上發(fā)展起來的雙頻激光干涉儀是一種外差干涉儀，其最顯著的特點是利用載波技術將被測物理量信息轉換成調頻或調幅信號，它克服了普通單頻干涉儀測量信號直流漂移的問題，具有信號噪聲小、抗環(huán)境干擾、允許光源多通道復用等諸多優(yōu)點，被廣泛應用于先進制造行業(yè)和納米技術領域作為距離測量、速度測量、振動測量、形貌測量，實時位置測控等。

目前使用的雙頻激光器主要有塞曼雙頻激光、雙縱模雙頻激光以及清華大學張書練教授課題組提出的雙折射率雙頻激光。塞曼雙頻激光利用塞曼效應，該效應是指若把光源放在磁場中，光源發(fā)出的譜線將發(fā)生分裂的這種現(xiàn)象。塞曼雙頻激光器輸出頻差一般在1MHz以下，一般不用于高速精密激光外差干涉測量。雙縱模激光器是通過控制激光器的腔長等，實現(xiàn)在一個激光諧振腔中輸出兩個縱模頻率的激光，縱模頻差可達600MHz－1GHz(對應的激光管長度為150mm－250mm)。雙折射雙頻激光為在單縱模激光諧振腔內，插入一塊具有雙折射效應的光學元件如石英晶體、方解石等等，使得腔內的激光分裂成具有不同光學諧振腔長的o光和e光，這兩束正交線偏振的雙頻激光振蕩輸出，其頻差為3－40MHz之間，可通過調節(jié)雙折射晶體的應力得到所需的頻差。

在上述的三種雙頻激光器中，其共同特點為激光頻率調整難度較大，且頻率差調整范圍較有限，比如塞曼的頻差只能在比較小的范圍調節(jié)，雙縱模激光頻差只能在比較大的范圍調節(jié)，而雙折射雙頻只能在中間某個范圍調節(jié)。另外，這些雙頻激光器的兩個頻率的激光諧振腔在幾何路徑上完全共程，兩個頻率相互影響，在改變激光器的一個頻率時，往往對另外一個頻率造成影響，不易調頻。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于提供一種雙頻光源裝置，旨在解決傳統(tǒng)雙頻光源裝置頻率調節(jié)范圍小、頻率調節(jié)困難的問題。

本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的，一種雙頻光源裝置，包括泵浦單元、諧振腔單元以及用于將所述泵浦單元發(fā)出的泵浦光耦合至所述諧振腔單元的耦合單元；所述諧振腔單元包括共程光路段和非共程光路段，所述共程光路段設有增益介質，所述非共程光路段包括獨立傳輸且光程不同的第一偏振段和第二偏振段，所述第一偏振段和第二偏振段傳輸?shù)募す馄穹较虿煌?；所述共程光路段和所述第一偏振段構成第一諧振腔，所述共程光路段和所述第二偏振段構成第二諧振腔；所述雙頻光源裝置還包括用于將所述第一諧振腔產(chǎn)生的第一頻率激光和所述第二諧振腔產(chǎn)生的第二頻率激光輸出的輸出單元。

本發(fā)明提供的雙頻光源裝置具有如下優(yōu)點：

1、該雙頻光源裝置存在兩個諧振腔(第一諧振腔和第二諧振腔)，這兩個諧振腔有共同的部分(共程光路段)，也有不同的部分(第一偏振段和第二偏振段)，第一偏振段和第二偏振段的光程不同，導致第一諧振腔和第二諧振腔產(chǎn)生不同的頻率，獲得雙頻激光，該雙頻光源裝置不同于兩個獨立的單頻光源的組合，第一諧振腔和第二諧振腔共用相同的增益介質、相同的泵浦單元，因此產(chǎn)生的雙頻激光在經(jīng)過偏振態(tài)調整一致后能夠實現(xiàn)外差干涉，可用于多種物理量的精密測量，而兩個獨立的單頻激光產(chǎn)生的激光不能發(fā)生外差干涉。

2、由于存在非共程光路，第一偏振段和第二偏振段相互獨立，因此調整其中一個激光諧振腔的頻率不會影響另外一個激光諧振腔的頻率，因此改變頻率便捷，還能實現(xiàn)寬帶的頻率調節(jié)范圍；