基于光纤三波长激光自混合干涉的绝对距离测量系统

研究了一种基于光纤三波长激光自混合干涉的绝对距离测量系统.系统中的光纤激光器包含三个独立的激光谐振腔,每个激光谐振腔都有作为增益介质的掺铒光纤,三个激光谐振腔利用光纤光栅作为反射镜及波长选择元件,光纤激光器能同时发出无模竞争的频率和功率都稳定的三波长激光.利用三波长激光的自混合干涉,以及干涉信号的相位小数重合方法,实现绝对距离测量.为实现绝对距离测量,三个波长中两相邻波长间距应为相等.实验中,两相邻波长间距约为10nm.系统对公称高度为11mm修正值不大于2.7μm的台阶高度进行测量,测量结果为11.000 059mm.对13.000 090mm绝对距离重复测量20次的标准差为4.4nm.     

纵模分裂式正交偏振双频He-Ne激光器

在激光器谐振腔中放入单轴石英晶体,由于石英晶体对o光和e光的折射率的不同,所以,在同一谐振腔中o光和e光有不同的光程和谐振频率.将其称之为模式分裂效应.利用这一效应可以制成频率达几十兆赫兹的双频激光器.针对原有理论与实验结果之间的某些差异,建立了一套分析该种类型双频激光器的理论.根据所建立的理论着重分析了谐振腔光轴与晶轴夹角α对激光器频差的影响.并绘出了He-Ne激光管L<150nm和150nm相似文献   

全内腔绿光He-Ne激光器

采用Needle法,对全内腔绿光He-Ne激光器膜系进行设计,并给出了所设计膜系的光谱性能。利用离子溅射镀膜技术镀制了所设计的膜片并且给出了测量结果。制备了多种规格的全内腔绿光He-Ne激光器并且讨论了相关工艺。其中腔长420mm的全内腔绿光He-Ne激光器的典型输出光功率为3mW（单模）,腔长360mm的典型输出光功率为2mW（单模）,腔长240mm的典型输出光功率为1mW（单模）,腔长100mm的小短管子也能有0．1mw的出光功率。     

激光二极管抽运Nd∶YVO_4和频黄光激光器的理论及实验研究

为了达到最佳和频593nm黄色激光输出,采用激光二极管(LD)端面抽运Nd∶YVO4晶体,根据四能级系统的速率方程理论,建立了空间相关的两波长激光运转速率方程模型,由此导出两波光子数表达式。对LD端面抽运Nd∶YVO4/KTP三镜复合腔结构的腔内和频黄光激光器,在满足参与和频的两基频光光子数密度相等的条件下,理论上得到了谐振腔的各个参数。实验比较了在满足两波光子数密度相等和两波振荡阈值相等两种情况下激光器输出的593nm黄色激光功率。在抽运功率为12W时,二种情况下分别得到了410mW和340mW的黄光输出,光-光转换效率分别为3.4%和2.8%。由此可见,在满足两波光子数密度相等的条件下可以得到更高转换效率的和频黄光输出。     

激光二极管抽运Nd:YV04和频黄光激光器的理论及实验研究

为了达到最佳和频593 nm黄色激光输出,采用激光二极管(LD)端面抽运Nd:YVO4晶体,根据四能级系统的速率方程理论,建立了空间相关的两波长激光运转速率方程模型,由此导出两波光子数表达式.对LD端面抽运Nd:YVO4/KTP三镜复合腔结构的腔内和频黄光激光器,在满足参与和频的两基频光光子数密度相等的条件下,理论上得到了谐振腔的各个参数.实验比较了在满足两波光子数密度相等和两波振荡阈值相等两种情况下激光器输出的593 nm黄色激光功率.在抽运功率为12 W时,二种情况下分别得到了410 mW和340 mW的黄光输出,光一光转换效率分别为3.4%和2.8%.由此可见,在满足两波光子数密度相等的条件下可以得到更高转换效率的和频黄光输出.     

二极管侧面抽运Nd：YAG4波长同时输出激光

为了获得1064nm,1319nm,589nm及660nm4波长激光同时输出,设计了双激光晶体同步声光调Q“T”型复合谐振腔。通过软件模拟与计算,筛选出理想的谐振腔参数,使2波长基频光在大泵浦电流范围内能稳定运转。以KTP晶体和LBO晶体为和频晶体和倍频晶体,在泵浦电流为17A,重复频率为10kHz时,获得了1064nm,1319nm,589nm和660nm4波长激光输出,最高平均功率分别为150mW,80mW,2．3W和1．7W,同时测得589nm激光和660nm激光的脉冲宽度分别为110ns和130ns。结果表明：使用热稳“T”型复合腔,可以获得4波长激光同时稳定输出。     

猫眼腔激光器的横模变换与频率分裂

为了产生多种激光横模,以前的系统相对比较复杂,而且一般只能产生基横模和低阶横模,很难产生高阶横模,同时也很难观察到模竞争中一个频率抑制另一个频率的变化过程。基于猫眼谐振腔激光器和频率分裂技术,提出了一种新型的激光原理综合实验系统。该系统利用猫眼逆向器作为He-Ne激光器的一个腔镜,通过调节猫眼逆向器中两镜片间距可输出包括基横模、低阶横模、高阶横模在内的十余种典型横模,并可完成纵模、偏振、出光带宽等多种激光基本特性的实验。同时在基横模状态下,利用谐振腔内加入的石英晶体片可实现激光频率分裂及其频差调节。在此基础上又可实现完整的模竞争过程的观察。     

二极管侧面抽运Nd∶YAG 4波长同时输出激光

为了获得1064nm,1319nm,589nm及660nm 4波长激光同时输出,设计了双激光晶体同步声光调Q“T”型复合谐振腔。通过软件模拟与计算,筛选出理想的谐振腔参数,使2波长基频光在大泵浦电流范围内能稳定运转。以KTP晶体和LBO晶体为和频晶体和倍频晶体,在泵浦电流为17A,重复频率为10kHz时,获得了1064nm,1319nm,589nm和660nm 4波长激光输出,最高平均功率分别为150mW,80mW,2.3W和1.7W,同时测得589nm激光和660nm激光的脉冲宽度分别为110ns和130ns。结果表明：使用热稳“T”型复合腔,可以获得4波长激光同时稳定输出。     

半外腔微片Nd∶YAG正交偏振激光器及其在精密测角中的应用

设计了一种半外腔微片Nd∶YAG正交偏振双频激光器。把2个1/4波片置于激光谐振腔内,一个静止,一个作360°旋转,旋转引起2个1/4波片快轴之间的角度变化被激光器转化成激光2个频率之差的变化,从而输出可调谐的双频激光。采用琼斯矩阵对光在腔内的本征模进行分析,给出了双频频差的理论解释。讨论了一种体积小、分辨率高和可整周测量的新型Nd∶YAG激光测角仪的潜在前景。     

基于双折射双频激光器中的调频回馈位移测量研究

提出了一种基于双折射双频激光器中的调频回馈效应的位移测量系统，并在实验和理论两方面进行了研究.实验中保持回馈外腔长度不变，将一四分之一波片置于激光器内腔中，调制内腔长度，激光器的中心频率发生改变，激光器输出强度将发生周期性的变化.研究发现激光强度曲线的波动频率正比于回馈外腔长度与内腔长度之比.当该位移测量系统的外腔长度是内腔长度的6倍时，被测物体每移动半个光波长，激光强度波动12次，系统分辨率可以达到二十四分之一光波长.理论分析与实验结果相符合.研究表明该位移测量系统具有高分辨率、大测量范围、可工作于任意回馈水平等特点. 关键词： 调频回馈 位移测量 双折射双频激光器 强度波动频率     

基于正交偏振双纵模的氦氖激光器纳米测尺系统

提出一种基于正交偏振双纵模的氦氖激光器纳米测尺系统,将双折射元件插入He-Ne激光器谐振腔内产生频率分裂效应,使激光器变成了频差可调的双频激光器。运用频率分裂、模竞争、双纵模功率调谐等激光物理效应和设定浮动阈值,研制了新型的激光器纳米测尺。以激光波长为尺子,具有可溯源性,在没有任何电细分的条件下达到了纳米量级的分辨率,与激光干涉仪的比对实验表明,该系统的分辨率为79 nm,量程为15 mm,线性度为5.4×10-5,标准差为380 nm。     

Dual-wavelength parallel interferometer with superhigh resolution

A dual-wavelength parallel interferometer for subnanometer displacement measurement is introduced. A synthetic wavelength is used to subdivide the fringes formed by a single wavelength. An experimental setup that uses a heat-stabilizing dual-wavelength 633-nm He-Ne laser as the light source is established. The primary experimental result shows that a resolution of 0.210 nm over a 350-nm range has been achieved.     

可调波长半导体激光法布里-珀罗干涉仪

为了对激光十涉仪、高精度位移传感器等测量系统进行纳米级精度的非线性误差校准,需进一步提高中国计量科学研究院与清华大学合作研制的差拍F-P 干涉仪的线性度、稳定性及测量范围.在合理分析空气折射率变化及He-Ne激光器纵模调谐范围等因素对测量的影响基础上,设计并制作了密封干涉光路的真宅系统,并用调谐范围较大的半导体激光器作为工作激光器.实验结果表明,系统在大于1/4波长的行程范围内的线性度有明显的提高,最大非线性误差由8.93 nm减小至1.19 nm.     

Displacement sensor based on polarization mixture of orthogonal polarized He-Ne laser at 1.15μm

Displacement sensor based on the polarization mixture and the cavity tuning of the orthogonal polarized He-Ne laser 1.15μm is presented.The power tuning curves of He-Ne laser are irregular,and it is difficult to measure the change in cavity length.The distortion of the curves is caused by the higher relative excitation compared with the He-Ne laser at 633 nm.In view of its potential for the wider displacement measuring range,a new method of displacement sensing is developed.Experiments show that displacement measuring stability based on the method of the polarization mixture is better than that of the power tuning curves. The displacement sensor achieves the measuring range of 100 mm,resolution of 144 nm,and linearity of 7×10-6 .     

Quasi-common-path microchip laser feedback interferometry with a high stability and accuracy

We report on an improved scheme of quasi-common-path microchip laser feedback interferometry, which demonstrates a high stability and accuracy. An additional beam splitter is used to divide the external cavity into a measuring feedback cavity and a reference feedback cavity. With this scheme, the optical path lengths of the measuring and reference feedback light can be made nearly the same, thus greatly reducing the long-period phase fluctuation caused by the laser frequency drift. The final system performances are evaluated as followed: the short-term displacement resolution is better than 2 nm, the output fluctuation is less than 10 nm within a 40-min-long stability test, and the maximum error within the 100-μm range is 25 nm when calibrated with the Agilent 5529A dual-frequency laser interferometer.     

以慢变化近似为基础的新型正弦相位调制半导体激光干涉仪

提出并在实验上实现了一种以慢变化近似为基础的新型正弦相位调制半导体激光干涉仪。原理上它不要求相位解调一次和二次谐波分量振幅在实验中必须保持相等，从而将动态范围提高了３－４个数量级且不损失精度。用压电陶瓷和微电机驱动位移。     

基于飞秒光频梳的压电陶瓷闭环位移控制系统

利用飞秒光频梳、外腔可调谐半导体激光器和法布里-珀罗干涉仪建立了一套压电陶瓷亚纳米级闭环位移控制系统. 将可调谐半导体激光器锁定至光频梳, 通过精确调谐光频梳的重复频率, 实现了半导体激光器在其工作频率范围内的精密调谐. 利用Pound-Drever-Hall锁定技术将带有压电陶瓷的法布里-珀罗腔锁定至半导体激光器, 进而通过频率发生系统控制压电陶瓷产生亚纳米级分辨率的位移. 实验研究发现锁定至光频梳后可调谐半导体激光器1 s的Allan标准偏差为1.68×10^-12, 将其在30.9496 GHz范围内进行连续闭环调谐, 可获得压电陶瓷的位移行程约为4.8 μm; 以3.75 Hz的步长扫描光频梳的重复频率, 实现了压电陶瓷的450 pm闭环位移分辨率并测定了压电陶瓷的磁滞特性曲线. 该系统不存在非线性测量误差, 且激光频率及压电陶瓷位移均溯源至铷钟频率源. 关键词： 光频梳 压电陶瓷 法布里-珀罗腔 可调谐半导体激光器     

双频激光回馈位移测量研究

提出了一种基于双频激光回馈效应的位移测量系统，并在理论和实验两方面进行了研究.实验中对激光器输出功率变化进行了探测，同时对两正交偏振光的光强变化进行了探测.研究发现当被测物体移动时，激光器输出功率受到调制，物体每移动半个光波长时，回馈信号为调制深度相等的两峰，系统分辨率提高了一倍，达到四分之一光波长.当物体运动方向改变时，两正交偏振光的光强变化顺序也随之改变，可以实现物体位移方向的判断.理论分析及模拟结果与实验结果相符合.研究表明该位移传感系统具有结构简单、分辨率高、可判向、测量范围大、可工作于强回馈区等优点. 关键词： 激光回馈 位移传感 自混合干涉 双频激光器     

一种新型多波长绝对距离干涉测量系统的研究

介绍了一种新型多波长绝对距离干涉测量系统。系统采用633nm的双纵模He-Ne激光器和629nm的He-Ne激光器,组成三级合成波长链对较大距离进行精密测量,并作了误差分析。系统采用高稳定度的声光晶体对各波长分别进行偏频,再用外差探测法测量出光束通过参考光路和测量光路后的位相差。简要介绍了629nm的He-Ne激光器的设计方案。     

Precise force measurement method by a Y-shaped cavity dual-frequency laser

A novel precise force measurement based on a Y-shaped cavity dual-frequency laser is proposed.The principle of force measurement with this method is analyzed,and the analytic relation expression between the input force and the change in the output beat frequency is derived.Experiments using a 632.8-nm Y-shaped cavity He-Ne dual-frequency laser are then performed;they demonstrate that the force measurement is proportional to a high degree over almost five decades of input signal range.The maximum scale factor is observed as 5.02×109 Hz/N,with beat frequency instability equivalent resolution of 10-5 N.By optimizing the optical and geometrical parameters of the laser sensor,a force measurement resolution of 10-6 N could be expected.