專利名稱：基于打孔應力調(diào)節(jié)的雙折射-雙頻激光器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種基于打孔應力調(diào)節(jié)的雙折射-雙頻激光器，屬于氦氖激光 器技術領域。
技術背景雙折射雙頻激光器主要應用于現(xiàn)代測量領域?，F(xiàn)有的應力雙折射-雙頻激 光器主要由氦氖激光增益管，置于增益管內(nèi)的應力雙折射元件和加于增益管 上的磁場構成。磁場由一對永久磁鐵組成，強度為幾十到幾百高斯。雙折射-雙頻激光器使激光器輸出兩個頻率，并且兩個頻率的差值隨應力雙折射元件 的應力大小而改變。磁場的作用是使氦氖介質(zhì)中出現(xiàn)塞曼效應，減弱上述兩 個頻率的模競爭，使它們一起穩(wěn)定振蕩。當應力雙折射使激光器輸出頻差小于40腿z時，永久磁鐵條，也即塞曼效應必須使用，所以也稱為應力雙折射-塞曼雙頻激光器。當激光器輸出頻差大于40MHz時，永久磁鐵條可以不用(即 磁場強度為零)。上述的雙折射-雙頻激光器為了輸出兩個頻率，如果采用人工應力雙折 射，都需要在激光腔內(nèi)的一個元件上加力，使元件內(nèi)部產(chǎn)生應力雙折射，造 成激光器的頻率分裂。頻率差的大小由加力的大小來調(diào)節(jié)，這就需要一種應 力調(diào)節(jié)方案。以前使用的應力調(diào)節(jié)方案都是采用外部加力機構的方式來實現(xiàn)。 中國專利ZL 1 97120293和ZL 101268038. 9給出了加力方法，但是它們的不 足是加力的方式過于"剛性"，并且頻差的大小、加力機構的固定和力的調(diào)節(jié) 都是通過加力機構完成。基本上是加力螺釘直接壓緊在激光器的應力雙折射 元件上。于是，加力的分辨率，也即激光器的頻差分辨率難于提高。同時， 幾MHz頻差時，加力在l千克上下，這樣小的力不能保證加力機構的牢固固 定。即使是上述專利中的兩維加力，也不能徹底解決這個問題。之后的彈性 加力法，采用薄鋼片作為材料，大大提高了加力的分辨率。同時，加力臂與固定機構分離，也大大提高了加力的穩(wěn)定性。但是由于材料固有的彈性變形 以及溫度膨脹，在環(huán)境變化過程中，激光器的頻差穩(wěn)定性依然受到很大影響。 因此，擺脫外部加力機構，實現(xiàn)激光器雙折射元件內(nèi)部應力的無機構調(diào)節(jié)成 為提高激光器頻差穩(wěn)定性的重要途徑。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于克服了現(xiàn)有外部加力機構的上述缺陷，提供了一種基 于打孔應力調(diào)節(jié)的雙折射-雙頻激光器。該激光器不需要外部加力機構，并且 具有內(nèi)應力調(diào)節(jié)簡單方便、內(nèi)應力不受外界干擾、激光器頻差穩(wěn)定性高等優(yōu) 點。本發(fā)明脫離了一切外部加力機構，通過調(diào)節(jié)內(nèi)應力實現(xiàn)激光器頻差調(diào)節(jié)， 增加頻差穩(wěn)定性。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取了如下技術方案。基于打孔應力調(diào)節(jié)的雙折射-雙頻激光器，包括有永久磁鐵、充有He、 Ne混合氣體的激光增益管1、位于激光增益管1一側的凹面反射鏡2和與激光增益管1另一側相連的增透-反射鏡3;增透-反射鏡3的內(nèi)表面201鍍有增透膜，外表面202鍍有高反射膜；所述的增透-反射鏡3的外表面202上打有孔6。所述的增透-反射鏡3的外表面202上的孔6的個數(shù)為1至10個。 所述的孔6的形狀為圓柱形或圓臺形，在多個孔時，可以同時選用圓柱形或圓臺形。在打孔過程中，通過對孔的位置、深度、孔徑、錐度等進行調(diào)節(jié)，能夠?qū)崿F(xiàn)對頻差的控制。本發(fā)明不需要外部加力機構，具有內(nèi)應力調(diào)節(jié)簡單方便、內(nèi)應力不受外界干擾、激光器頻差穩(wěn)定性高等優(yōu)點。實踐證明，本發(fā)明中的基于打孔應力調(diào)節(jié)的雙折射-雙頻激光器頻差輸出范圍達到了 0 40MHz，頻差調(diào)節(jié)的分辨率達到了幾十kHz，同時穩(wěn)定性得到很大提高。
圖1基于打孔應力調(diào)節(jié)的雙折射-雙頻激光器系統(tǒng)結構示意2以兩孔為例的增透-反射鏡的平面結構放大3以兩孔為例的的增透-反射鏡剖面中1、激光增益管，2、凹面反射鏡，3、增透-反射鏡，4、第一永久 磁鐵條，5第二永久磁鐵條，6、 ？L， 201、內(nèi)表面，202、外表面。
具體實施方式
下面結合附圖1 3對本發(fā)明作進一步說明本實施例脫離了外部加力機構，采用打孔加工的方法調(diào)節(jié)激光器雙折射 元件的內(nèi)部應力。在打孔之后，雙折射元件內(nèi)部形成新的內(nèi)應力分布，并且 應力分布不再受到外部機構的影響，從而可以大大提高激光器頻差的穩(wěn)定性。具體結構如圖l所示，包括有激光增益管l、凹面反射鏡2、增透-反射鏡3、 永久磁鐵4。激光增益管1充有氦氖混合氣體。凹面反射鏡2與激光增益管1 的陽極一側相連，凹面一側鍍有高反射膜，凹面一側朝向管體，是激光器的 一個腔鏡。增透-反射鏡3作為激光器的輸出鏡，其內(nèi)表面201鍍有增透膜， 外表面202鍍有高反射膜，通過在外表面202打孔，能夠?qū)崿F(xiàn)對激光器頻差 的調(diào)節(jié)，增透-反射鏡3與凹面反射鏡2共同組成激光諧振腔。外表面202上 的孔6沿增透-反射鏡周向分布，在徑向上，孔的中心離增透-反射鏡中心的 徑向距離越小，對頻差的影響越大；反之，影響越小。永久磁鐵包括第一永久磁鐵條4、第二永久磁鐵條5，通過改變第一永久 磁鐵條4、第二永久磁鐵條5的相對位置，可以產(chǎn)生幾十到幾百高斯的磁場， 用于產(chǎn)生塞曼效應，降低激光器模競爭，實現(xiàn)激光器雙頻差輸出。將激光器固定在機械加工用的普通鉆床上，選擇適合直徑和錐度的鉆頭， 在增透-反射鏡3的外表面202的不同位置打孔，能夠改變增透-反射鏡內(nèi)部 的內(nèi)應力分布，從而改變激光器的輸出頻差。如果增大頻差，孔6中心與所 述增透-反射鏡中心的連線沿著激光器的偏振方向；如果減小頻差，孔6中心 與所述增透-反射鏡中心的連線垂直于激光器的偏振方向?？椎奈恢秒x出光點 越近，對激光器的頻差影響越大；孔的位置離出光點越遠，對激光器頻差影響越小。確定了孔的位置后，可在該位置打不同深度的孔?？椎纳疃仍缴睿?頻差改變量越大。通過上述方式，可以調(diào)節(jié)激光器的輸出頻差，使其輸出0 40MHz的頻差。同時，也可以按照要求，獲得所需要的頻差，只需要利用上述 方法，重復增大或減小初始頻差，使其達到所要求的值即可。孔的形狀為圓柱形或有不同錐度的圓臺形。通過改變鉆頭直徑、打孔深 度、鉆頭錐度，或者在加工過程中改變打孔時的壓力，均可以實現(xiàn)對激光器 輸出頻差的調(diào)節(jié)。打孔后的增透-反射鏡的剖面圖如圖3所示，增透-反射鏡基片為圓柱形 薄玻璃片，朝向激光增益管的表面為其內(nèi)表面201，另一面為其外表面202。 對于增透-反射鏡3，內(nèi)表面201鍍有增透膜，外表面202鍍有高反射膜。6 為使用鉆床打出的頻差調(diào)節(jié)孔。在實際應用中， 一般采用對徑打孔的方式。 兩個孔的位置相對于中心對稱。這樣通過打孔產(chǎn)生的應力方向基本沿著兩個 孔中心的連線方向，從而更方便的確定內(nèi)應力的方向。本發(fā)明的基于打孔應力調(diào)節(jié)的雙折射-雙頻激光器，其本質(zhì)是調(diào)節(jié)增透-反射鏡的內(nèi)應力。由于內(nèi)應力的產(chǎn)生不依賴于任何外部機構，應力調(diào)節(jié)非常 方便，而且應力溫度系數(shù)很小。因此在頻差調(diào)節(jié)到了所需的值之后，其穩(wěn)定 性和重復性都大大提高?？梢詽M足雙頻激光干涉儀對于雙頻激光器大頻差、 高穩(wěn)定度的要求。
權利要求
1、基于打孔應力調(diào)節(jié)的雙折射-雙頻激光器，包括有永久磁鐵、內(nèi)充He、Ne混合氣體的激光增益管(1)、位于激光增益管(1)一側的凹面反射鏡(2)和與位于激光增益管(1)另一側的增透-反射鏡(3)；增透-反射鏡(3)的內(nèi)表面(201)鍍有增透膜，外表面(202)鍍有高反射膜；其特征在于所述的增透-反射鏡(3)的外表面(202)上打有孔(6)。
2、 根據(jù)權利要求1所述的基于打孔應力調(diào)節(jié)的雙折射-雙頻激光器，其特征 在于所述的增透-反射鏡(3)的外表面上的孔(6)的個數(shù)為1 10。
3、 根據(jù)權利要求1或權利要求2所述的基于打孔應力調(diào)節(jié)的雙折射-雙頻激 光器，其特征在于所述的孔(6)的形狀為圓柱形或圓臺形。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于打孔應力調(diào)節(jié)的雙折射-雙頻激光器，屬于氦氖激光器技術領域。包括有永久磁鐵、內(nèi)充He、Ne混合氣體的激光增益管(1)、位于激光增益管(1)一側的凹面反射鏡(2)和與位于激光增益管(1)另一側的增透-反射鏡(3)；增透-反射鏡(3)的內(nèi)表面(201)鍍有增透膜，外表面(202)鍍有高反射膜，增透-反射鏡(3)的外表面(202)上打有孔(6)。通過改變孔(6)的位置、深度、孔徑、錐度以及打孔時的下壓力等，可以實現(xiàn)對激光器輸出頻差的調(diào)節(jié)，從而實現(xiàn)激光器0～40MHz的頻差輸出。本發(fā)明使激光器的應力調(diào)節(jié)脫離一切外部加力機構，使內(nèi)應力調(diào)節(jié)更加方便，同時大大增強了應力的穩(wěn)定性。
文檔編號H01S3/02GK101262115SQ200810104259
公開日2008年9月10日 申請日期2008年4月18日 優(yōu)先權日2008年4月18日
發(fā)明者周魯飛, 張書練 申請人:清華大學