[發(fā)明專利]3.39微米波段的雙譜線合成波技術(shù)及其氦氖氣體激光器

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 89100113.1
• 申請(qǐng)日: 1989-01-12
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN1022528C
• 公開(kāi)（公告）日: 1993-10-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 梁晉文;鄒大挺;田芊;葛曉菁;杜繼楨
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類號(hào): H01S3/22
• 分類號(hào): H01S3/22;H01S3/03;H01S3/08;G01B11/00
• 代理公司: 清華大學(xué)專利事務(wù)所
• 代理人: 廖元秋

本發(fā)明屬于激光器件及其應(yīng)用領(lǐng)域。

目前各國(guó)相繼開(kāi)展了絕對(duì)距離干涉計(jì)量的研究，即采用長(zhǎng)距離、無(wú)導(dǎo)軌、高精度的合成波干涉測(cè)量方法。該方法是利用若干單波長(zhǎng)，組合出波長(zhǎng)長(zhǎng)度不同的合成波長(zhǎng)，形成一組波長(zhǎng)測(cè)量鏈，利用不同的合成波長(zhǎng)，逐級(jí)求解被測(cè)長(zhǎng)度，使被測(cè)真值被逐級(jí)精化。

合成波干涉測(cè)量中，首要的是必須有多個(gè)波長(zhǎng)同時(shí)振蕩的穩(wěn)頻激光器作為光源。目前國(guó)內(nèi)外研究的方案中，主要有多波長(zhǎng)的CO₂激光器，雙波長(zhǎng)He-Xe激光器和He-Ne（0.63μm）激光器，其中CO₂激光器雖有可以多譜線組合選擇，逐級(jí)精化高，輸出功率大等特點(diǎn)，但選值不宜穩(wěn)定，器件復(fù)雜龐大，造價(jià)高，He-Xe激光器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但其合成波長(zhǎng)短，較難用于幾米以上的長(zhǎng)距離測(cè)量。He-Ne（0.63μm）激光器器件簡(jiǎn)單制造技術(shù)成熟，但其合成波長(zhǎng)太長(zhǎng)，又只有一級(jí)，無(wú)法和單波長(zhǎng)的干涉計(jì)量銜接，測(cè)量相對(duì)精度不高，從而近距離測(cè)量精度低等弱點(diǎn)。

本發(fā)明的目的在于選擇一種新的可產(chǎn)生合成波的激光光源，能克服上述光源的不足之處，更好的滿足長(zhǎng)距離、高精度的絕對(duì)距離干涉計(jì)量的要求。

本發(fā)明提出采用3.39微米波段雙譜線氦氖氣體激光器做為一種合成波光源的新技術(shù)方案，其特征在于選擇3.39微米波段中的λ₁（3.3922微米）強(qiáng)線，與λ₂（3.3912微米）弱線兩條譜線，利用甲烷吸收方法，抑制強(qiáng)線λ₁的增益，達(dá)到λ₁、λ₂兩譜線等光強(qiáng)輸出，并產(chǎn)生第一級(jí)合成波，再利用一級(jí)合成波的兩個(gè)具有頻差的等光強(qiáng)工作點(diǎn)組合成第二級(jí)合成波。使一個(gè)激光器能夠滿足由粗測(cè)到精測(cè)的二級(jí)精化。為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)方案本發(fā)明提出一種實(shí)用的3.39微米氦氖激光器結(jié)構(gòu)，包括放電管[1]、放電毛細(xì)管[2]、窗片[7]、反射鏡[3]、輸出反射鏡[4]、壓電陶瓷[12]、甲烷吸收室[8]所組成的雙譜線、單穩(wěn)頻激光器，其特征在于所說(shuō)的放電管用石英玻璃制成，該放電管兩端分別貼有反射鏡、窗片構(gòu)成半內(nèi)腔型放電腔，在該放電管靠窗片一端外管壁為磨砂錐面[10]，并與一個(gè)石英套管[11]一端的內(nèi)磨砂錐面緊密相連，該激光器的另一輸出反射鏡、壓電陶瓷與該石英套管的另一端面粘接，使激光器形成一個(gè)穩(wěn)定的整體，所說(shuō)的甲烷吸收室設(shè)置在該窗片與輸出鏡之間。

本發(fā)明采用的氦氖激光器3.39微米波段的二級(jí)合成波的技術(shù)方案，其波段位于大氣窗口，探測(cè)器件成熟，頻響靈敏度較好，可以在室溫條件下工作，測(cè)量精度高，并降低對(duì)被測(cè)長(zhǎng)度的初估要求。本發(fā)明所提供的這種3.39微米波段的氦氖激光器實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定的等光強(qiáng)兩譜線輸出，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、增益高、系統(tǒng)調(diào)試方便，適于實(shí)際應(yīng)用。

本發(fā)明采用的3.39微米波段合成波原理簡(jiǎn)述如下：氦氖激光器中3.39微米波段的兩條譜線中一條是氦的能級(jí)3S₂→3P₄躍遷產(chǎn)生的受激輻射，其波長(zhǎng)λ₁＝3.3922μm（強(qiáng)線），另一條是氖的能級(jí)3S₂→3P₂躍遷產(chǎn)生的受激輻射，其波長(zhǎng)λ₂＝3.3912μm（弱線），利用甲烷吸收法，可抑制強(qiáng)線λ₁的增益，從而使λ₁和λ₂等光強(qiáng)輸出。為獲得3.39μm波段雙譜線同時(shí)振蕩，必須有合適的激光器，應(yīng)選取一定的諧振腔的長(zhǎng)度和一定的曲率半徑與透過(guò)率的反射鏡最佳的充氣壓和He與Ne的充氣氣壓比，及PD值。確定的激光腔長(zhǎng)相應(yīng)可得到兩個(gè)等光強(qiáng)工作點(diǎn)，這兩等光強(qiáng)點(diǎn)由λ₁和λ₂干涉拍頻可分別組成兩個(gè)第一級(jí)合成波λs（約為11.5mm），利用這兩個(gè)一級(jí)合成波的頻差可以再組合出第二級(jí)合成波λs（約為1000mm）。由于被測(cè)長(zhǎng)度L的初估誤差△Le＜λs/4-△Lm（△Lm為測(cè)量誤差），因此先用λs測(cè)量其長(zhǎng)度初估誤差△Le＜250mm即可進(jìn)行精測(cè)，再用λs測(cè)量，其△Le＜2.87mm，進(jìn)行精測(cè)。這樣使一個(gè)激光器能夠滿足由粗測(cè)到精測(cè)的二級(jí)精化，從而可以進(jìn)行大長(zhǎng)度（5米以上）的測(cè)量。

附圖說(shuō)明：

圖1為3.39μm波段雙譜線He-Ne氣體激光器實(shí)施例示意圖之一。

圖2為3.39Um波段雙譜線He-Ne氣體激光器實(shí)施例示意圖之二。