专利名称：双频激光器的制作方法
技术领域：
本发明涉及激光技术领域，尤其涉及一种双频激光器。
背景技术：
双频激光器可用于双频激光干涉测量领域，比如超精密相位和位移测量、光学元件与光学膜厚测量，也可用于组成双频激光器阵列或用于通讯光纤的研究等。目前产生双频激光的方法主要有塞曼分裂技术和声光调制技术。采用塞曼分裂技术的双频激光器已经非常成熟，具有成熟的产品。但采用塞曼分裂技术的双频激光器都存在一个共同的缺点频差一般不超过4. 0MHz，这已经不能满足测量速度越来越高的超精密位移测量。众所周知，双频激光干涉测量系统的最大可测量速度和双频激光器的输出频差是成正比的，比如最高测量速度为lm/s，采用4倍细分的干涉仪进行测量的话，要求双频激光器输出频差至少6. 3MHz。因此，采用塞曼分裂技术的双频激光器将无法满足高速测量。与塞曼分裂的双频激光器相反，采用声光调制技术的双频激光器，其输出频差则太大，一般为几十MHz，这主要是由声光频移器的特性所决定的。这种高达几十MHz的频差会给电路处理系统带来很大的难度，需要特殊的电路系统才能处理，大大增加了电路系统的难度和成本。对于双频激光干涉测量系统而言，最合适的频差将是3MHz 15MHz，甚至根据测量需求，进行频差可调。
发明内容
本发明的目的在于提供一种双频激光器，其中，使用了两个相互并联的声光频移器，对单频激光进行调制，并最终输出偏振态相互垂直的双频激光，其频差在很大的范围内可调。—种双频激光器，包括单频激光器、第一偏振分光棱镜、第一驱动器、第一声光器件、第二偏振分光棱镜、第二驱动器、第二声光器件以及扩束镜；所述第一驱动器向所述第一声光器件发出频率为fsl的第一驱动信号，所述第二驱动器向所述第二声光器件发出频率为fs2的第二驱动信号，使得所述第一和第二声光器件分别形成一个布拉格光栅；所述单频激光器发出的频率为f0的激光经由所述第一偏振分光棱镜分为偏振态相互垂直的两束，第一束入射至所述第一声光器件，输出频率为fO+fsl的光，第二束入射至所述第二声光器件，输出频率为f0+fs2的光，从所述第一和第二声光器件出射的光经由所述第二偏振分光棱镜合束后经由所述扩束镜输出，输出光的频率之差为fsl_fs2。其中，所述第一驱动器或者所述第二驱动器输出的驱动信号的频率可调。其中，声光器件与入射光的夹角为布拉格角。其中，当单频激光器输出线偏振光时，在第一偏振分光棱镜前方置一四分之一波片。其中，所述单频激光器为稳频单频激光器。
其中，所述单频激光器发出的光通过导光光纤进行传输。本发明的两个偏振分光棱镜、两个声光频移器和一个扩束镜共同组成调制模块。 单频激光器输出的光束可通过导光光纤输送到调制模块。因此在使用时，可将发热量大的单频激光器放在远离测量区域的地方，仅仅需要调节质量和发热量都很小的调制模块，具有使用方便的优点。本发明的双频激光器具有以下优点1.输出频差适中、可调；2.调制模块和激光器分离，便于调节；3.不会将激光器的热量引入测量区域，便于提高干涉测量系统的测量精度。因此可作为双频激光干涉测量系统的理想光源。
通过本发明实施例并结合其附图的描述，可以进一步理解其发明的目的、具体结构特征和优点。其中，附图为图1所示为布拉格声光衍射原理；图2所示为根据本发明的实施例的激光器的结构示意图；图3所示为图2的变形。
具体实施例方式下面，结合附图详细描述根据本发明的优选实施例。为了便于描述和突出显示本发明，附图中省略了现有技术中已有的相关部件，并将省略对这些公知部件的描述。众所周知，当超声波传过介质时，在其内产生周期性弹性形变，从而使介质的折射率产生周期性变化，相当于一个移动的相位光栅，称为声光效应。若同时有光传过介质，光将被相位光栅所衍射，称为声光衍射。利用声光衍射效应制成的器件，称为声光器件。声光器件能快速有效地控制激光束的强度、方向和频率。如图1所示，当入射光以一个特定角度(即布拉格角)入射时，可产生布拉格衍射，其中非衍射光频率不变，而1级(或-1级)衍射光的频率发生漂移，衍射光的频移量等于超声波的频率。本发明就是基于上述布拉格衍射效应，提供由两个声光频移器并联的双频激光器。图2所示为根据本发明的实施例的双频激光器，该激光器包括单频激光器1、光纤准直器2、导光光纤3、光纤准直器4、四分之一波片5、偏振分光棱镜6、驱动器7、声光器件8、偏振分光棱镜9、反射镜10、声光器件11、驱动器12、反射镜13以及扩束镜14等器件。其中驱动器7和声光器件8组成一套声光频移器，驱动器12和声光器件11组成另一套声光频移器，两套声光频移器并联。所述单频激光器1用于产生单频激光，根据使用需求，该单频激光器可以稳频也可以不稳频。如图2所示，单频激光器1发出的激光频率为f0，通过光纤耦合器2进入导光光纤 3，并经过光纤准直器4输出。若单频激光器1发出的是线偏振光，则通过四分之一波片5 使其变为圆偏振光，若单频激光器1发出的是随机偏振光，则不需使用四分之一波片5。f0 的激光经过四分之一波片之后，进入偏振分光棱镜6，被分成能量相等的两束振动方向与分光面平行的P偏振光被透射，振动方向与分光面垂直的S偏振光被反射。P偏振光以布拉格角度入射至声光器件8，S偏振光经过反射镜10之后以布拉格角度入射至声光器件11。
驱动器7产生频率为fsl的信号至声光器件8，通过声光器件8的换能器产生频率为fsl的超声波并穿过声光晶体，形成布拉格光栅。P偏振光经过声光器件8之后，其一级衍射光的频率变为fO+fsl。驱动器12产生频率为fs2的信号至声光器件11，通过声光器件11的换能器产生频率为fs2的超声波并穿过声光晶体，形成布拉格光栅。S偏振光经过声光器件11之后，其一级衍射光的频率变为f0+fs2。频率为f0+fs2的激光经过反射镜13之后进入偏振分光棱镜9与频率为fO+fsl 的激光汇合。调节反射镜13，使频率为f0+fs2和频率为fO+fsl的激光重合为一束光输出， 且偏振态相互垂直。为了便于使用，通常会采用扩束镜14对激光束进行扩束准直。最终输出激光的两个频率之差为Δ f = (f0+fsl) - (f0+fs2) = fsl_fs2通过选择两个不同的驱动频率，可以获得合适的输出频差fsl_fs2。或者选用可调的驱动器，使其中一个驱动器的输出频率可调，从而实现输出频差fsl_fs2可调。下面代入具体的数据进行示例。稳频He-Ne激光器1发出波长为632. 8nm的线偏振光，其频率为4. 74X IO8MHz, 通过光纤耦合器2进入导光光纤3，并经过光纤准直器4输出，通过四分之一波片5使其变为圆偏振光。然后进入偏振分光棱镜6，被分成能量相等的两束振动方向与分光面平行的 P偏振光被透射，振动方向与分光面垂直的S偏振光被反射。P偏振光以布拉格角度α = 0.5°入射至声光器件8，S偏振光经过反射镜10之后以负布拉格角度-α =-0.5°入射至声光器件11。驱动器7产生频率为IOOMHz的信号至声光器件8，通过声光器件8的换能器产生频率为IOOMHz的超声波并穿过声光晶体，形成布拉格光栅。P偏振光经过声光器件8之后， 其一级衍射光的频率变为(4. 74X 108+100)MHz。驱动器12产生频率为108MHz的信号至声光器件11，通过声光器件11的换能器产生频率为108MHz的超声波并穿过声光晶体，形成布拉格光栅。S偏振光经过声光器件11 之后，其一级衍射光的频率变为(4. 74X 108+108)MHz。频率为(4. 74X 108+108)MHz的激光经过反射镜13之后进入偏振分光棱镜9与频率为(4.74X 108+100)MHz的激光汇合。通过调节反射镜13，可使频率为(4. 74X 108+108) MHz和频率为(4. 74X 108+100)MHz的激光重合为一束光输出，且偏振态相互垂直。输出激光的两个频率之差为Af= (4. 74 X 108+108) - (4. 74 X 108+100) = 8MHz在不偏离本发明的精神和范围的情况下还可以构成许多有很大差别的结构，如图 3就是其中之一。其中，通过改变反射镜13的位置，使得出射光束的角度改变了 90°。本说明书中所述的只是本发明的几种较佳具体实施例，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明的限制。凡本领域技术人员依本发明的构思通过逻辑分析、 推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在本发明的范围之内。
权利要求
1.一种双频激光器，包括单频激光器、第一偏振分光棱镜、第一驱动器、第一声光器件、 第二偏振分光棱镜、第二驱动器、第二声光器件以及扩束镜；所述第一驱动器向所述第一声光器件发出频率为fsl的第一驱动信号，所述第二驱动器向所述第二声光器件发出频率为 fs2的第二驱动信号，使得所述第一和第二声光器件分别形成一个布拉格光栅；所述单频激光器发出的频率为f0的激光经由所述第一偏振分光棱镜分为偏振态相互垂直的两束， 第一束入射至所述第一声光器件，输出频率为fO+fsl的光，第二束入射至所述第二声光器件，输出频率为f0+fs2的光，从所述第一和第二声光器件出射的光经由所述第二偏振分光棱镜合束后经由所述扩束镜输出，输出光的频率之差为fsl_fs2。
2.根据权利要求1所述的双频激光器，其特征在于，所述第一驱动器或者所述第二驱动器输出的驱动信号的频率可调。
3.根据权利要求2所述的双频激光器，其特征在于，声光器件与入射光的夹角为布拉格角。
4.根据权利要求3所述的双频激光器，其特征在于，当单频激光器输出线偏振光时，在第一偏振分光棱镜前方置一四分之一波片。
5.根据权利要求4所述的双频激光器，其特征在于，所述单频激光器为稳频单频激光ο
6.根据权利要求1-5中任意一个所述的双频激光器，其特征在于，所述单频激光器发出的光通过导光光纤进行传输。
全文摘要
一种双频激光器，包括单频激光器、第一偏振分光棱镜、第一驱动器、第一声光器件、第二偏振分光棱镜、第二驱动器、第二声光器件以及扩束镜；所述第一驱动器向所述第一声光器件发出频率为fs1的第一驱动信号，所述第二驱动器向所述第二声光器件发出频率为fs2的第二驱动信号，使得所述第一和第二声光器件分别形成一个布拉格光栅；所述单频激光器发出的频率为f0的激光经由所述第一偏振分光棱镜分为偏振态相互垂直的两束，第一束入射至所述第一声光器件，输出频率为f0+fs1的光，第二束入射至所述第二声光器件，输出频率为f0+fs2的光，从所述第一和第二声光器件出射的光经由所述第二偏振分光棱镜合束后经由所述扩束镜输出，输出光的频率之差为fs1-fs2。
文档编号H01S3/106GK102545015SQ20101061928
公开日2012年7月4日 申请日期2010年12月31日 优先权日2010年12月31日
发明者吴萍, 张志平, 张晓文, 池峰, 肖鹏飞, 陈勇辉 申请人:上海微电子装备有限公司