[发明专利]一种氦氖双频激光器频差产生和赋值方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种双频激光器频差产生和赋值方法，特别是关于一种氦氖双频激光器频差产生和赋值方法。

背景技术

由于氦氖（HeNe）激光器具有良好的频率稳定性，以氦氖双频激光器作为光源的双频外差干涉仪在距离测量、速度测量、振动测量和形貌测量等领域具有非常广泛的应用。氦氖双频激光器一般输出两正交线偏振光：O光和E光，两线偏振光的频率之差为一个纵模间隔（几百～几千MHz），当在垂直于激光器轴线方向加上200高斯左右的磁场时，由于横向塞曼效应和“模牵引”，每束光会分裂为两束正交线偏振光：П光的振动方向平行于磁场，σ光的振动方向则垂直于磁场。当在平行于激光器轴线方向加上磁场时，由于纵向塞曼效应，每束光将分裂为两束正交的圆偏振光：左旋圆偏振光和右旋圆偏振光。普通的氦氖激光器在横向塞曼效应下输出的两正交线偏振光的频率之差一般小于1MHz；纵向塞曼效应下输出的两正交圆偏振光的频率之差一般不大于3MHz。另外，采用晶体双折射元件能够产生40MHz以上的大频差，但原理所限不能产生40MHz以下的频差，且高频信号在后续的电路处理时也相当复杂。

现有技术中采用应力双折射镜作为氦氖双频激光器的输出镜，相当于在腔内置入了双折射元件，横向塞曼效应输出的两束线偏振光П光和σ光的频率之差一般在几MHz～十几MHz不等，但是由于工艺的问题，П光和σ光的频率之差具有任意性，不能控制；采用应力双折射镜作为输出镜的氦氖双频激光器，由于应力双折射镜本身的应力大小具有不确定性，可以相应的输出几百KHz～十几MHz大小的频差，但是不能精确控而在双频外差干涉仪中。光源频差为5～10MHz的应用是最合适、最理想的选择，因此3～40MHz频差的氦氖双频激光器一度成为双频激光领域的空白。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种根据需求调整输出镜内的应力大小，为氦氖双频激光器输出的频差在3MHz～40MHz范围内赋值的氦氖双频激光器频差产生和赋值方法。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种氦氖双频激光器频差产生和赋值方法，包括以下步骤：1）设置一包括有氦氖双频激光器、激光雕刻机和计算机的系统，所述氦氖双频激光器的谐振腔的输出镜为应力双折射镜；2）激光雕刻前，将氦氖双频激光器的垂轴方向加磁场，测试并标示出氦氖双频激光器输出两束偏振光的偏振方向，并确定应力增加时，频差也相应增大的方向；3）调整激光雕刻机与应力双折射镜之间的位置，使激光雕刻机的入射光与应力双折射镜面垂直，并调整激光雕刻机出光点的方向，使其聚焦在应力双折射镜内的厚度中心处；4）将所需雕刻的图案输入到计算机中；5）启动所述激光雕刻机，根据所需要获取的氦氖双频激光器频差大小，控制激光雕刻机的泵浦电流、图案炸点的大小、体积及气化的程度，并调节所雕刻图案炸点与所述激光雕刻机中心出光点的距离，所述计算机控制激所述光雕刻机将图案雕刻在所述应力双折射镜内。

所述步骤3）中调整激光雕刻机出光点的方向，使其聚焦在应力双折射镜内的厚度中心时要避开应力双折射镜的高反射膜层，激光雕刻机出光点距离应力双折射镜的高反射膜层圆心的距离为2～5mm。

所述步骤4）中图案的形状或者大小根据所需要产生频差大小进行确定。

所述步骤5）中当产生的频差超过预定值或小于预定值时，通过减小激光雕刻机的泵浦电流、改变雕刻图案距离激光雕刻机中心出光点的距离或调节图案炸点的方法褪应力或追加应力进行控制，褪应力的方向与追加应力的方向垂直。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明采用激光雕刻机在氦氖双频激光器的应力双折射镜内雕刻某些图案，使应力双折射镜内部形成气化炸点，由于这些气化炸点被固定在应力双折射镜内，从而形成比较稳定的内应力，使氦氖双频激光器能够输出相对更稳定的频差，且这些残余应力不会随时间逐渐消退，时效性强。2、本发明可以通过控制激光雕刻机的泵浦电流、图案炸点的大小、体积及气化的程度，雕刻图案炸点与激光器出光点之间的距离等因素控制应力双折射镜的内应力，进而调节氦氖双频激光器输出的频差大小，并且可以根据氦氖双频激光器的频差输出结果通过褪应力与追加应力对频差进行修正调整，可以获得频差在3MHz～40MHz范围内的氦氖双频激光器，填补了双频激光领域的空白，弥补了双频激光器输出频差不能修正和控制等缺憾。本发明可以适用于全内腔氦氖激光器，也可适用于半外腔氦氖激光器，广泛应用在外差式双频激光干涉仪及其它激光技术领域。

附图说明

图1是本发明的输出镜为应力双折射镜的氦氖双频激光器的结构示意图；