HeNe双频激光器频差的激光内雕赋值法.PDFVIP

物理学报 Acta Phys. Sin. Vol. 63, No. 6 (2014) 064201 HeNe双频激光器频差的激光内雕赋值法 朱守深 张书练 刘维新 牛海莎 (清华大学, 精密测试技术及仪器国家重点实验室, 北京 100084) ( 2013 年9 月10 日收到; 2013 年12 月9 日收到修改稿) 在精密测量领域, HeNe 激光器是制造激光干涉仪的首选. 但能够产生中频差4—40 MHz 的双折射-塞曼 双频HeNe 激光器的频差是随机的, 小到几百kHz, 大到十几MHz. 为了让频差能够满足制作双频激光干涉仪 的要求, 曾出现过弹性加力法、钻孔应力调节法等调整和频差赋值的方法. 但这些方法在实际应用中都不是很 理想. 采用激光内雕法赋值频差, 通过在激光器的平面输出镜内部雕刻出不同图案, 使平面镜内部产生满足 要求的相位延迟, 达到为频差赋值的目的. 激光内雕法有很多优点: 不损害激光器, 美观; 功率损失小, 出光强 度可接近原始光强度; 可反复赋值, 频差在0—60 MHz 范围内可调整; 频差的稳定性好, 采用稳频措施后频差 的波动范围小于每小时10 kHz. 关键词: 双折射-塞曼, 频差, HeNe 激光器, 激光内雕 PACS: 42.25.Lc, 42.25.Hz, 43.25.Jh, 32.60.+i DOI: 10.7498/aps.63.064201 频差, 但这种方法因为没有复现性而被放弃. 文献 1 引 言 [2] 和厂家采用声光移频的方法来产生频差, 但系统 庞大复杂, 成本很高, 不利于推广使用. 文献[3] 中 由于He-Ne 激光器有良好的频率稳定性, 一直 使用双纵模稳频, 产生了1 GHz 以上的频差, 但功 是外差式双频激光干涉仪的首选光源, 被广泛用于 先进制造行业和纳米技术领域作为距离测量、速度 率很弱, 且后续处理电路非常复杂. 文献[4] 通过在 测量、振动测量、形貌测量、实时位置测控等. 双频 腔内插入双折射器元件的方法, 得到了40 MHz 以 激光干涉仪的频差决定了干涉仪可测量的目标运 上的大频差, 但使用半外腔式HeNe 激光器, 也不适 动速度大小, 输出功率决定了干涉仪带负载能力和 用于双频激光干涉仪的制作. 因此, 目前适合双频 测量距离. 为满足高速测量和多自由度测量的需 激光干涉仪发展需求的频差应该为5—10 MHz, 输 求, 双频激光干涉仪的光源系统要有更高的输出功 出总功率大于0.7 mW. 率和更大的频差. 5 6 采用弹性加力 和钻孔应力调节 的双折 国外中、小频差激光干涉仪一般采用纵向塞曼 射-塞曼激光器也可以获得较大的频差和功率输出, 效应产生频率分裂, 使HeNe 激光器输出两正交圆 但前者控制复杂, 频差稳定性很差; 后者对激光器 偏振光. 但这种原理获得的频差一般小于4 MHz, 的损害很大, 影响了激光器的寿命, 频差的稳定性 且随着频差增大, 输出光功率会迅速下降. 在普通