双折射双频激光器及干涉仪的关键和全链条技术

双频激光干涉仪功能强大，50年来保持良好的发展势头，应用面（特别是在先进制造业）越来越宽广。本文以解决关键技术为线，概述笔者及合作者经40年坚韧研究完成的“可伐-玻璃组装式单频He-Ne激光器→双折射双频激光器→双频激光干涉仪”的全链条技术。技术亮点有：开国内可伐-玻璃组装式He-Ne激光器之先，吹制工艺或成历史；开国内外内雕应力双频激光器之先，解大频差和高功率不可得兼之难，保持1 mW功率运转而频差可以在1～40 MHZ范围选择，还在源头上消除了干涉仪一直存在的测量非线性误差。目前，双折射双频激光器和干涉仪已在北京镭测科技有限公司批量生产。中国计量科学院测试结果表明，此双频激光干涉仪非线性误差小于1 nm，测量70 m长度时误差小于5μm。     

基于飞秒光频梳的双频He-Ne激光器频率测量

利用光纤飞秒光频梳和外腔可调谐半导体激光器, 建立了一套双频He-Ne激光器频率测量系统. 选用铷钟作为系统的频率基准, 通过将外腔半导体激光锁定至光频梳使得其频率溯源至铷钟, 再利用外腔可调谐半导体激光与双频He-Ne激光器输出的正交偏振激光拍频, 同时测量两路正交偏振激光频率. 将可调谐半导体激光器锁定至光频梳第1894449个梳齿, 其绝对频率为473612190000.0±2.7 kHz, 相对不确定度为5.7×10^-12. 对商品双频He-Ne激光器进行频率测量实验, 双频He-Ne激光器水平方向偏振激光频率均值为473612229934 kHz, 竖直方向偏振激光频率均值为473612232111 kHz, 平均时间为1024 s的相对Allan标准差为5.2×10^-11, 频差均值为2.177 MHz, 标准偏差为2 kHz.     

激光二极管抽运频差可调谐双频固体激光器的研究

研究了激光二极管抽运的可调频差的双频固体激光器，激光增益介质为2mm厚的1at%掺杂Nd:YAG薄片.对谐振腔产生稳定双频激光的条件作了分析，用琼斯矩阵计算了谐振腔内各处电场矢量的偏振态，证明了双频激光两个电场矢量偏振态之间总是正交的.两个偏振激光频率间隔由改变λ/4波片快轴之间的夹角实现调谐.实验中使用腔内标准具实现单频运转，然后插入双λ/4波片使单纵模激光频率分裂，实现了激光器的双频输出.实验中得到双频激光稳定运转时频差的上限约为1.3GHz；由于强模竞争现象的存在，实验中所观察到的频差下限为50MHz. 100MHz拍频时得到的双频激光输出功率为85mW. 关键词： 激光技术 固体激光器 双频激光     

高功率宽带射频调制连续激光源

射频强度调制激光作为激光雷达系统的载波可以有效提高系统的抗干扰和抗散射能力,高功率宽带射频强度调制光源是实现高分辨率远距离探测的关键.本文采用在Nd:YAG激光器的耦合腔中插入一对四分之一波片的方法实现了频差调谐范围为30 MHz—1.5 GHz的双频激光输出,结合光纤振荡功率放大技术,将双频信号光功率放大为50 W.耦合腔双频种子源具有良好的功率和频率稳定性,输出功率为9.5 mW时,功率标准差为0.145 mW,稳定性为1.52%,输出双频激光的频差为250 MHz时,拍频的标准差为1.6144 MHz.种子光进行三级光纤功率放大,得到50 W双频激光输出.放大后的双频激光功率波动范围小于0.1 W,双频拍频的标准差为1.777 MHz,很好地保持了放大之前的功率稳定性和双频频差稳定性.     

高功率全光纤光载微波信号功率放大器

为获得可应用于光载微波雷达系统的高功率双频激光源,用1 064nm窄线宽Nd∶YAG单块非平面环形腔激光器作为单频种子源,其输出分为两路,一路直接耦合入光纤,另一路经声光移频,与未移频的光束合束后获得中心频差为150 MHz、功率为20mW的双频激光.利用以半导体激光泵浦和掺Yb3+石英光纤为增益介质的3级主振荡功率放大系统对双频固体激光器输出的双频激光进行放大,获得50.3W的双频放大输出,光束质量因子为1.30,第三级主放大斜效率为74%.双频成分的幅度比、频差在放大过程中得到保持,拍频调制深度及信噪比等特性也未有恶化.双频光纤功率放大器在频差稳定和高功率输出等方面均有良好的表现.     

扭转模结构双腔双频Nd∶YAG激光器

为了产生频差可调谐1 064nm双频激光输出,设计了一种扭转模结构双腔双频Nd∶YAG激光器,其两个驻波谐振腔共用相同的Nd∶YAG增益介质,以扭转模结构消弱增益空间烧孔效应,使Nd∶YAG激光器的两个驻波腔均以单纵模振荡,从而获得正交线偏振1 064nm双频激光输出.理论分析了扭转模结构激光单纵模选择原理和双频激光同时振荡原理,实验研究了双频激光振荡特性和频差调谐特性.研究结果表明:双频Nd∶YAG激光器的两个谐振腔能够同时以线偏振单纵模稳定振荡输出,其频差大小可随激光腔长的改变而调谐,频差调谐范围可达1个纵模间隔,实验观察到的频差调谐范围为0.3GHz~3GHz.     

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   

双频激光技术研究新进展及发展趋势

双频激光器在干涉测量和光学传感等技术领域扮演极其重要的角色。综述了近年来双频激光技术研究的新进展(包括双折射双频He Ne激光器、双折射双频Nd:YAG激光器和双纵模半导体激光器),简要介绍了各种双频激光器的工作原理,分析了这些双频激光器在频差大小、频差稳定性和频差调谐特性等方面的优缺点,指出了今后双频激光技术研究的发展趋势。     

用于光生毫米波的双频微片激光器热致频差特性研究

研究了激光二极管端面抽运的双纵模双频微片激光器的热效应对其输出频谱的影响. 通过对端面抽运Nd:YVO₄微片的热传导方程求解得出晶体内部的温度场分布; 并进一步对微片晶体热致折射率变化进行分析, 由此计算出双频微片激光器的热致频谱变化. 实验结果表明: 当抽运功率较小时得到稳定的双纵模双频激光输出; 当抽运功率增大时, 晶体热效应使双频激光频谱双峰之间的频差减小, 各纵模波长频谱宽度加宽, 实验结果与理论分析相符合. 关键词： 光载无线通信 双频微片激光器 热效应 频率差     

MgO∶PPLN级联倍频实现高转换效率强度调制532nm激光

利用单块非平面环形腔单频激光器和声光移频器,获得了输出功率为10 mW的1064 nm双频激光,拍频调谐范围为125～175 MHz。采用光纤功率放大器可将1064 nm双频激光的功率放大到10 W。为了提高倍频效率,采用两块长度为15 mm的MgO∶PPLN晶体,获得功率为2.26 W的强度调制绿色激光,最高倍频效率为24.5%。当基频光的频差为150 MHz时,得到的绿光拍频分别为150 MHz和300 MHz,2 min拍频稳定性分别是2.7 Hz和5.3 Hz。     

Precision Controlling of Frequency Difference for Elastic-Stress Birefringence He-Ne Dual-Frequency Lasers

Birefringence-Zeeman dual frequency lasers are capable of producing frequency difference from several kilohertz to hundreds of megahertz, but the precision of giving and stabilizing of the beat frequency still needs improvement to the range of ±200kHz. We design a new elastic force-exerting device comprised of the bottom part, two arms and two pieces of force-exerting sheets. The frequency difference smoothly tuning is realized with this device in a large range of 2MHz to 20MHz. Power-balance frequency stabilization system is used to investigate characters of the temperature, frequency difference and laser power. The precision of the frequency difference has reach up to ±100kHz after system temperature balance. Analyses of the laser frequency difference and power character are carried out.     

微片Ｎｄ∶ＹＡＧ 双频激光器腔调谐现象研究

 基于微片Ｎｄ∶ＹＡＧ 正交偏振双频激光器,研究了若干重要的双频激光器腔调谐现象, 包括光强调谐、频差调谐、子谐振腔效应及频差闭锁等,给出了实验结果和数据。腔调谐下,正交双频的频差调谐量约为３５０ ｋＨｚ;存在子谐振腔效应时,频差调谐量最大可达到２ ＭＨｚ;未发现明显频差闭锁现象,频差最小值可达到１４ ＭＨｚ。     

Experiment Study of LD Pumped Solid State of Dual-Frequency Laser

1 Introductionace--pumped SOlid-state laser (DPSL) have given rise to an attractive researchinterest and become one of the research focus in the field of laser due to theiradvantageS, such as high efficiency, compactness, steadiness, lOng lifetime and allsolldstate construction. The dual--frequency laser belongs tO the rather complex andadVanced techniqUe. It is applied widely in precise interferometry, laser ranger, laserradar, and heterodyne vibrometry.At present, there are lotS of pape…     

Experiment Study of LD Pumped Solid State of Dual-Frequency Laser

Dual-frequency laser resulting from fine detuning twisted-mode cavity is discussed in this paper. Two measurement systems, a Fabry-Perot etalon and a confocal spherical interferometer, are adopted. The former reflects directly the interferogram of multimode and single mode. The latter can judge accurately the mode spectrum of single frequency and dual-frequency laser. Moreover, the experimental results provide the relationship between frequency difference and the angle of the relative rotation of the two quarter-wave plates and agree well with the theoretical analyses. The range of difference frequency is from 50 MHz to 1 GHz.     

Frequency difference lock-in phenomenon's weakening by transverse magnetic field in Y-shaped cavity dual-frequency laser

We report experimental progress in weakening the frequency difference lock-in phenomenon in a Y-shaped cavity dual-frequency laser. A cube coil pair is chosen to provide a uniform magnetic field for tunability and uniformity of magnetic field strength. When the transverse magnetic field intensity is 9 m T, the frequency difference lock-in phenomenon is evidently weakened and the frequency difference can be continuously tuned in the range of0.12 MHz to 1.15 GHz. Moreover, the relationship between the minimal frequency difference and magnetic field intensity are investigated and discussed. Then a Y-shaped cavity dual-frequency laser is expected to be utilized as an optimum light source for heterodyne interferometric sensing and precise laser measurement.     

基于等离子体紫外辐射的强激光自动寻焦系统

精准定位激光束焦点位置是提高激光雕刻、切割、焊接等加工精度的重要基础,而传统测量方法不适用于自动寻找强激光焦点。基于激光烧蚀金属后等离子发光含大量紫外谱线的原理,以日盲的氮化镓肖特基光电二极管为传感器,设计了以304不锈钢靶材为耗材的红外强激光束自动寻焦方法及其装置。该方法与共聚焦显微镜检测平均烧蚀坑深的方法相比,当以脉冲宽度100 ns、重复工作频率20 kHz、平均功率10 W的1064 nm光纤激光雕刻机为实验对象时,二者定焦位置相差24 μm。     

高功率可调谐双频激光全光纤放大实验研究

基于全光纤以及主控振荡功率放大器,设计并搭建了一套扫频范围为125~165 MHz的拍频信号的放大系统。并设计了一套基于1064 nm的Nd:YAG单块非平面环形腔激光器作为单频种子源。通过声光移频的方式将1064 nm单频激光分成中心频差为150 MHz的两束激光进行拍频。双频激光初始功率为50 mW,通过放大系统将双频功率放大到10 W。通过实验及分析得出两束频差为150 MHz的激光功率比率在放大之后保持不变,且经过放大的激光信号中,拍频信号所占的功率成分可以通过调节双频功率比以及单臂分量的偏正态来获得最大输出。同时对拍频信号的信噪比及线宽进行了实验分析。     

音频段1.34μm压缩态光场的实验制备

音频段压缩态光场是进行连续变量量子精密测量重要的量子资源.本文利用自制的低噪声连续单频671 nm/1.34μm双波长激光器作为抽运源,抽运基于周期极化磷酸氧钛钾晶体的简并光学参量振荡器,进行了光通信波段1.34μm连续变量音频段真空压缩态光场的实验制备.当简并光学参量振荡器运转于阈值以下参量反放大状态时,抽运光场功率为95 mW,本地振荡光功率为60μW时,在分析频率8—100 k Hz范围内研制出1.34μm真空压缩态光场.在分析频率36 k Hz处,压缩态光场的最大压缩度达5.0 d B;在音频频率8k Hz处,压缩态光场的压缩度达3.0 d B.音频段1.34μm压缩态光场可用于实现基于光纤的量子精密测量.