專利名稱：一種氦氖雙頻激光器頻差產(chǎn)生和賦值方法
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(dòng)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0光和E光,兩線偏振光的頻率之差為一個(gè)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(shí)，由于橫向塞曼效應(yīng)和“模牽引”，每束光會(huì)分裂為兩束正交線偏振光π光的振動(dòng)方向平行于磁場，σ光的振動(dòng)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(shí)，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IMHz ;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(hào)在后續(xù)的電路處理時(shí)也相當(dāng)復(fù)雜?，F(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)置入了雙折射兀件，橫向塞曼效應(yīng)輸出的兩束線偏振光π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，Π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 IOMHz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(duì)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(shí)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(jī)和計(jì)算機(jī)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)不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(shí)，頻差也相應(yīng)增大的方向；3)調(diào)整激光雕刻機(jī)與應(yīng)力雙折射鏡之間的位置，使激光雕刻機(jī)的入射光與應(yīng)力雙折射鏡面垂直，并調(diào)整激光雕刻機(jī)出光點(diǎn)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(jì)算機(jī)中；5)啟動(dòng)所述激光雕刻機(jī)，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(jī)的泵浦電流、圖案炸點(diǎn)的大小、體積及氣化的程度，并調(diào)節(jié)所雕刻圖案炸點(diǎn)與所述激光雕刻機(jī)中心出光點(diǎn)的距離，所述計(jì)算機(jī)控制激所述光雕刻機(jī)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(jī)出光點(diǎn)的方向，使其聚焦在應(yīng)力雙折射鏡內(nèi)的厚度中心時(shí)要避開應(yīng)力雙折射鏡的高反射膜層，激光雕刻機(jī)出光點(diǎn)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(jìn)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(shí)，通過減小激光雕刻機(jī)的泵浦電流、改變雕刻圖案距離激光雕刻機(jī)中心出光點(diǎn)的距離或調(diào)節(jié)圖案炸點(diǎn)的方法褪應(yīng)力或追加應(yīng)力進(jìn)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(diǎn)1、本發(fā)明采用激光雕刻機(jī)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(diǎn)，由于 這些氣化炸點(diǎn)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(duì)更穩(wěn)定的頻差，且這些殘余應(yīng)力不會(huì)隨時(shí)間逐漸消退，時(shí)效性強(qiáng)。2、本發(fā)明可以通過控制激光雕刻機(jī)的泵浦電流、圖案炸點(diǎn)的大小、體積及氣化的程度，雕刻圖案炸點(diǎn)與激光器出光點(diǎn)之間的距離等因素控制應(yīng)力雙折射鏡的內(nèi)應(yīng)力，進(jìn)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(duì)頻差進(jìn)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(bǔ)了雙頻激光領(lǐng)域的空白，彌補(bǔ)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。


圖I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；圖2是本發(fā)明采用激光雕刻法在輸出鏡上雕刻圖案的示意圖；圖3是圖2的側(cè)視示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述。如圖I所示，現(xiàn)有氦氖激光器包括有玻璃外殼I、陰極筒2、毛細(xì)管3、全反射鏡4和輸出鏡5，輸出鏡5采用應(yīng)力雙折射鏡；全反射鏡4和應(yīng)力雙折射鏡5分別通過可伐材料連接塊6與玻璃外殼I利用低熔點(diǎn)玻璃粉高溫封接成一體。當(dāng)氦氖雙頻激光器的垂軸方向加上適當(dāng)?shù)拇艌龊?，由于橫向塞曼效應(yīng)和“模牽引”，每個(gè)激光縱模將分裂成兩束正交線偏振激光輸出，兩束線偏振光的頻差與應(yīng)力雙折射鏡上的殘余應(yīng)力相關(guān)，因此通過調(diào)整應(yīng)力雙折射鏡5的應(yīng)力，可以調(diào)整氦氖雙頻激光器輸出的兩束線偏光的頻差至理想值，本發(fā)明采用激光雕刻法可以使氦氖雙頻激光器產(chǎn)生的頻差范圍為3 40MHz，具體過程包括以下步驟I、設(shè)置一包括有氦氖雙頻激光器、激光雕刻機(jī)和計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)，氦氖雙頻激光器的諧振腔的輸出鏡采用應(yīng)力雙折射鏡5。2、激光雕刻前，將氦氖雙頻激光器的垂軸方向加適當(dāng)磁場以消除模競爭，通過實(shí)驗(yàn)測試并標(biāo)示出氦氖雙頻激光器所輸出兩束偏振光的偏振方向，具體過程為在其中一個(gè)偏振方向上輕微施加外力，通過一示波器上觀察頻差的變化，以確定應(yīng)力增加時(shí)頻差增大的方向，通常增大應(yīng)力時(shí)頻差增加的方向?yàn)閮善窆獾钠穹较蛑?，而增大?yīng)力時(shí)頻差減小的方向恰好為另一偏振光的偏振方向。3、調(diào)整激光雕刻機(jī)與氦氖雙頻激光器的應(yīng)力雙折射鏡5之間的位置，使激光雕刻機(jī)的入射光與應(yīng)力雙折射鏡面垂直，并調(diào)整激光雕刻機(jī)出光點(diǎn)的方向，使其聚焦在應(yīng)力雙折射鏡內(nèi)厚度中心的位置。4、將所需雕刻的圖案輸入到計(jì)算機(jī)中。
5、啟動(dòng)激光雕刻機(jī)，根據(jù)所需要獲取的頻差大小，控制激光雕刻機(jī)的泵浦電流，并調(diào)節(jié)所雕刻圖案炸點(diǎn)與激光雕刻機(jī)中心出光點(diǎn)的距離，由計(jì)算機(jī)控制激光雕刻機(jī)將預(yù)先制作的圖案雕刻在應(yīng)力雙折射鏡5內(nèi)；例如需要氦氖雙頻激光器產(chǎn)生2MHz IOMHz的頻差時(shí)，選用激光雕刻機(jī)的功率為2W，泵浦電流為3. 5A左右，雕刻圖案為直徑Imm左右的半球，雕刻圖案的分辨率(組成圖案的相鄰兩個(gè)點(diǎn)之間的距離)為O. Olmm左右。如圖2、圖3所示，上述各實(shí)施例中，由于應(yīng)力雙折射鏡5的外側(cè)鍍?cè)O(shè)高反射膜層7,高反射膜層7的直徑大小一般小于應(yīng)力雙折射鏡5的直徑，步驟3中調(diào)整激光雕刻機(jī)出光點(diǎn)的方向，要避開應(yīng)力雙折射鏡5的高反射膜層7，激光雕刻機(jī)出光點(diǎn)距離高反射膜層7圓心的距離為2 5_。上述各實(shí)施例中，步驟4中使用激光雕刻機(jī)在應(yīng)力雙折射鏡5內(nèi)部雕刻圖案或圖形，可以抵消應(yīng)力雙折射鏡5的殘余應(yīng)力或產(chǎn)生新的更大的應(yīng)力，可以通過控制雕刻圖案的炸點(diǎn)與激光雕刻機(jī)出光點(diǎn)的距離，圖案炸點(diǎn)的大小、體積及氣化的程度等相關(guān)參數(shù)，能夠精確的控制氦氖雙頻激光器的頻率差。當(dāng)產(chǎn)生的頻差超過預(yù)定值或小于預(yù)定值時(shí)，可以通過減小激光雕刻機(jī)的泵浦電流、改變雕刻圖案距離激光雕刻機(jī)中心出光點(diǎn)的距離或調(diào)節(jié)圖案炸點(diǎn)的方法褪應(yīng)力(減小應(yīng)力)或追加應(yīng)力(增加應(yīng)力)來控制，褪應(yīng)力的方向與追加應(yīng)力的方向垂直。上述各實(shí)施例中，雕刻圖案是由激光雕刻機(jī)在應(yīng)力雙折射鏡5內(nèi)打出圖案的點(diǎn)云，由于點(diǎn)云為高溫氣化炸點(diǎn)，因此可以改變應(yīng)力雙折射鏡5的內(nèi)應(yīng)力分布,從而使氦氖雙頻激光器輸出與內(nèi)應(yīng)力相對(duì)應(yīng)的頻差，圖案的形狀或者大小可以根據(jù)實(shí)際進(jìn)行選定和調(diào)節(jié)，在此不作限定，只要能夠滿足應(yīng)力大小調(diào)節(jié)要求即可。下面以氦氖雙頻激光器產(chǎn)生的頻差為20MHz為具體實(shí)施例進(jìn)一步說明采用本發(fā)明的方法產(chǎn)生頻差的過程，包括以下步驟I、激光雕刻前，將氦氖雙頻激光器的垂軸方向加200高斯左右的磁場，通過實(shí)驗(yàn)確定應(yīng)力增加時(shí)，頻差也相應(yīng)增大的方向。2、調(diào)整激光雕刻機(jī)與氦氖雙頻激光器的應(yīng)力雙折射鏡5之間的位置，使激光雕刻機(jī)的入射方向垂直于應(yīng)力雙折射鏡面，且中心出光點(diǎn)距離高反射膜層7圓心的距離為約為5mm (如圖2所示，黑點(diǎn)與高反射膜層7圓心的距離為5mm)，并使激光雕刻機(jī)焦點(diǎn)處于應(yīng)力雙折射鏡內(nèi)厚度中心處。3、將直徑為1mm，分辨率為O. Imm的半球圖案文件輸入到計(jì)算機(jī)中。4、啟動(dòng)激光雕刻機(jī)，將激光雕刻機(jī)的泵浦電流調(diào)整到3. 8A，由計(jì)算機(jī)控制激光雕刻機(jī)將預(yù)半球圖案雕刻在應(yīng)力雙折射鏡5內(nèi)，即可得到氦氖雙頻激光器的輸出頻差為所需產(chǎn)生的頻差。上述各實(shí)施例僅 用于說明本發(fā)明，其中方法的實(shí)施步驟等都是可以有所變化的，凡是在本發(fā)明技術(shù)方案的基礎(chǔ)上進(jìn)行的等同變換和改進(jìn)，均不應(yīng)排除在本發(fā)明的保護(hù)范圍之外。
權(quán)利要求
1.一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)置ー包括有氦氖雙頻激光器、激光雕刻機(jī)和計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)，所述氦氖雙頻激光器的諧振腔的輸出鏡為應(yīng)カ雙折射鏡； 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)カ增加時(shí)，頻差也相應(yīng)增大的方向； 3)調(diào)整激光雕刻機(jī)與應(yīng)カ雙折射鏡之間的位置，使激光雕刻機(jī)的入射光與應(yīng)カ雙折射鏡面垂直，并調(diào)整激光雕刻機(jī)出光點(diǎn)的方向，使其聚焦在應(yīng)カ雙折射鏡內(nèi)的厚度中心處； 4)將所需雕刻的圖案輸入到計(jì)算機(jī)中； 5)啟動(dòng)所述激光雕刻機(jī)，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(jī)的泵浦電流、圖案炸點(diǎn)的大小、體積及氣化的程度，并調(diào)節(jié)所雕刻圖案炸點(diǎn)與所述激光雕刻機(jī)中心出光點(diǎn)的距離，所述計(jì)算機(jī)控制激所述光雕刻機(jī)將圖案雕刻在所述應(yīng)カ雙折射鏡內(nèi)。
2.如權(quán)利要求I所述的ー種氦氖雙頻激光器頻差產(chǎn)生和賦值方法，其特征在于所述步驟3)中調(diào)整激光雕刻機(jī)出光點(diǎn)的方向，使其聚焦在應(yīng)カ雙折射鏡內(nèi)的厚度中心時(shí)要避開應(yīng)カ雙折射鏡的高反射膜層，激光雕刻機(jī)出光點(diǎn)距離應(yīng)力雙折射鏡的高反射膜層圓心的距離為2 5mm。
3.如權(quán)利要求I所述的ー種氦氖雙頻激光器頻差產(chǎn)生和賦值方法，其特征在于所述步驟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(jìn)行確定。
4.如權(quán)利要求2所述的ー種氦氖雙頻激光器頻差產(chǎn)生和賦值方法，其特征在于所述步驟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(jìn)行確定。
5.如權(quán)利要求I或2或3或4所述的ー種氦氖雙頻激光器頻差產(chǎn)生和賦值方法，其特征在于所述步驟5)中當(dāng)產(chǎn)生的頻差超過預(yù)定值或小于預(yù)定值時(shí)，通過減小激光雕刻機(jī)的泵浦電流、改變雕刻圖案距離激光雕刻機(jī)中心出光點(diǎn)的距離或調(diào)節(jié)圖案炸點(diǎn)的方法褪應(yīng)カ或追加應(yīng)カ進(jìn)行控制，褪應(yīng)カ的方向與追加應(yīng)カ的方向垂直。
全文摘要
本發(fā)明涉及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)置包括有雙頻激光器、激光雕刻機(jī)和計(jì)算機(jī)的測量系統(tǒng)，雙頻激光器的輸出鏡為應(yīng)力雙折射鏡；2)激光雕刻前，將雙頻激光器的垂軸方向加磁場，開啟雙頻激光器，測試并標(biāo)示出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(shí)，頻差也相應(yīng)增大的方向；3)調(diào)整激光雕刻機(jī)與應(yīng)力雙折射鏡之間的位置，使激光雕刻機(jī)的入射光與應(yīng)力雙折射鏡面垂直，并調(diào)整激光雕刻機(jī)出光點(diǎn)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(jì)算機(jī)中；5)啟動(dòng)激光雕刻機(jī)，控制并調(diào)節(jié)相關(guān)參數(shù)，計(jì)算機(jī)控制激光雕刻機(jī)將圖案雕刻在應(yīng)力雙折射鏡內(nèi)。本發(fā)明可以廣泛用于外差式雙頻激光干涉儀及其它激光技術(shù)領(lǐng)域。
文檔編號(hào)H01S3/106GK102780154SQ20121027525
公開日2012年11月14日 申請(qǐng)日期2012年8月3日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月3日
發(fā)明者張書練, 朱守深, 李巖 申請(qǐng)人:清華大學(xué)