专利名称：一种提高塞曼双频激光器频差的装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及赛曼双频激光器领域，且特别涉及ー种提高塞曼双频激光器频差的装置。
背景技术：
双频激光干涉测量系统具有高分辨率，高速度，低噪声的特点，广泛应用于高精密测量领域。双频激光干涉测量系统由双频激光器，双频激光干涉仪和数据处理单元组成，其原理是应用两种不同频率的光束进行长度測量。双频激光器发出具有一定频差的正交偏振激光束，激光干涉仪将目标的位移信息转化成光的干渉信号，干渉信号经数据处理单元处理后得到目标的位移信息。
根据双频激光干涉测量原理，目标的运动速度有ー个上限值，当目标的运动速度大于这一上限值之后，干涉仪无法获得目标的正确位移信息。而这个速度上限值与双频激光器的频差成正比，双频激光器的频差越大，相应双频激光干涉测量系统的速度上限越高。赛曼双频激光器是利用赛曼效应实现双频激光输出。塞曼双频激光器将磁场作用于单频激光器上，通过光谱在磁场中的分裂得到双频激光束。磁场作用于单频激光器上的方式通常有横向磁场和纵向磁场。横向磁场方式的磁场垂直于激光光轴方向，米用横向磁场方式的激光器其频差较低，一般为几十KHz到几百KHz,如美国专利4397025。纵向磁场方式的磁场平行于激光光轴方向，米用纵向磁场方式的激光器频差较高，一般为2MHz左右，如中国专利CN85100730，但其磁场由单一材料的简单磁环提供，磁性能未经优化设计，限制了激光器频差的进ー步提高。
发明内容
本发明提出一种提高塞曼双频激光器频差的装置，能够大大提高由塞曼效应产生的双频激光束的频差。为了达到上述目的，本发明提出一种提高塞曼双频激光器频差的装置，包括激光管；加热丝，紧密缠绕于所述激光管的管壁上；磁环，设置于所述激光管的外国； 隔震橡胶，灌注于所述加热丝和所述磁环之间。进ー步的，所述磁环包括ー组相对设置的高稳定性的环状磁性材料，和半封闭的磁轭结构，所述磁轭结构包围的设置于所述环状磁性材料。进ー步的，所述高稳定性的环状磁性材料为钐钴永磁。进ー步的，所述磁轭结构具有一定导磁能力，其长度及厚度经过设计，使得其配合一对衫钴永磁，在磁环的中心线上产生均勻分布的磁场。进ー步的，所述磁轭结构具有高机械强度。进ー步的,所述磁轭结构外圈具有ー层屏蔽层。
本发明公布了一种提高塞曼双频激光器频差的装置，它可以在保持所用单频激光器性能不变的情况下，大大提高由塞曼效应产生的双频激光束的频差。本发明选用带磁轭的中空磁环，为激光器提供均匀分布的磁场，提高由塞曼效应产生的频率分裂程度，从而提高双频激光器的频差性能。
图I所示为本发明较佳实施例的提高塞曼双频激光器频差的装置示意图。图2a所示为本发明较佳实施例的磁环结构示意图.图2b所示为图2a沿A-A方向的剖视图。图3a所示为普通磁环结构示意图。图3b所示为图3a沿B_B方向的剖视图。图4a 图4d所示为两种磁环结构的磁特性仿真结果对比图。图5所示为两种磁环结构中心线上磁感强度实际测试数据对比图。图6所示为本发明较佳实施例的双频激光器原理实现示意图。
具体实施例方式为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。本发明提出了一种提高塞曼双频激光器频差的装置。该装置中的磁环选用由高稳定性的磁性材料，配合半封闭式磁轭结构构成的中空磁环，能为激光器提供均匀分布的磁场，提高由塞曼效应产生的频率分裂程度，从而提高双频激光器的频差性能。请參考图1，图I所示为本发明较佳实施例的提高塞曼双频激光器频差的装置示意图。本发明提出一种提高塞曼双频激光器频差的装置，包括激光管I ;加热丝4，紧密缠绕于所述激光管I的管壁上，控制激光管I管壁温度；磁环2，设置于所述激光管I的外国，所述激光管I发出单频激光束，配合磁环2可产生具有一定频差的双频激光束；隔震橡胶3，灌注于所述加热丝4和所述磁环2之间，可减小磁环2振动对激光管I的影响，并可起到保温的作用。本发明所述的ー种提高塞曼双频激光器频差的装置，其磁环的详细结构如图2所示，所述磁环包括ー组相对设置的高稳定性的环状磁性材料21产生沿轴线方向的磁场，和半封闭的磁轭结构22，所述磁轭结构22包围的设置于所述环状磁性材料21，所述磁轭结构22能够调节环状磁性材料21的磁场分布。普通塞曼双频激光器的磁环通常采用单一材料的环状磁铁，如图3a和图3b所示。通常其永磁材料为铝镍钴，其磁场方向在轴线上呈现中间强、两边弱的趋势，磁场分布不均，由磁场的塞曼效应获得的单频激光器频率分裂程度较小，所产生的双频激光束频差较小。本发明所述的磁环2中的高稳定性的环状磁性材料21为钐钴永磁，，相对于普通磁环选用的铝镍钴而言，它具有更高的磁能积和矫顽力，居里温度更高，温度系数更小，更适合于长期稳定工作在温度较高的环境下。双频激光器在正常工作时激光管发热量较大，磁环腔体中的温度较高，选用钐钴永磁材料，可以保证磁环在高温下长期工作时磁特性稳定，从而进ー步提高磁场作用于单频激光器吋，由塞曼效应产生的双频激光束频差的稳定性。本发明所述的磁环2中的磁轭结构为半封闭的柱状体。磁轭结构有一定导磁能力，其长度及厚度经过设计，能够调整由一对钐钴永磁产生的中间强度小，两端强度大的非均匀磁场，最終使一对钐钴永磁中间轴线上的磁场呈现均匀分布。所述磁轭结构22具有高机械强度，钐钴永磁分别粘结在磁轭的内端面，不作为安装和承重部件，避免了钐钴永磁较脆、抗压强度较小的劣势。另外半封闭的结构也能够将激光管包围起来，能为激光管提供更好的恒温环境，使双频激光器的输出更稳定。进ー步的，所述磁轭结构外圈具有ー层屏蔽层，以减小磁环对外围电子器件的影响。图4a_4d所示为用磁特性仿真软件对两种磁环结构进行仿真，其中图4a和图4b分别为两种磁环结构所产生的磁感强度空间分布图，图4c和图4d为对应的磁环结构在磁环的中心线上的磁感强度分布。图4c中普通磁环在中心线上的磁感强度分布呈现中间高、 两边低趋势；图4d中半封闭的磁轭结构构成的中空磁环的磁感强度在中间区域呈现均匀分布。比较图4c和图4d，可以看出，由半封闭的磁轭结构构成的中空磁环能够为双频激光器提供更均匀的磁场分布。基于以上分析，本发明设计了一种半封闭的磁轭结构构成的中空磁环，其磁轭选用具有一定磁性的导磁材料，其长度及厚度经过设计，配合ー对钐钴永磁，在磁环的中心线上产生均匀分布的磁场。图5中实际测出了两种磁环结构产生的轴线上纵向磁场分布情况，与理论分析相符合，普通磁环的磁场呈现中间高，两边低的磁场分布。而带磁轭结构的中空磁环所产生的磁场在激光管区域呈现较均匀分布。本发明所述的ー种提高塞曼双频激光器频差的装置，其中双频激光器的实现原理如图5所示。单频激光器在磁场的塞曼效应作用下，发出具有一定频差的双频激光束，两个频率分别为Π和f2的光束用偏振分光棱镜5分开。两束光束分别用探測器6和7检测。探測器6和7分别将频率为fl和f2的激光束的光信号转化成电流信号Pl和P2并送入比较器8进行比较，比较结果ΛΡ = P2-P1送入控制器9。控制器9判断Λ P的正负，当Λ P> O时，控制加热丝4加热，升高激光管I谐振腔温度，增大谐振腔长度，使Λ P趋近于零；当ΛΡ < O时，加热丝4停止加热，通过空气传导过程降低激光管I谐振腔温度，缩短谐振腔长度，同样使△ P趋近于零；当光强差AP = O时，两束激光频差稳定，双频激光器达到稳频状态。本发明所述的ー种提高塞曼双频激光器频差的装置的一个实施例，激光管选用单纵模的氦氖激光管，激光管为内腔结构，腔长150mm。选用图3中普通磁环，该磁环中心线上中心点磁感强度直40mT，可产生的频差2. 2MHz的双频激光束。实验显示，进ー步提高普通磁环的磁感强度值，双频激光束的频差性能不会提高。随着中心线上中间点磁感强度的进一步增强，频差还会呈现出下降趋势。这主要是因为普通磁环的磁感强度在激光管的谐振腔部分分布不均匀，不利于激光束的频率分裂造成的。当选用本专利所述的带磁轭的中空磁环时，在激光管谐振腔区域中心线上磁感强度呈现较均匀的波浪型分布，平均磁感强度为27mT，配合相同的单频氦氖激光管，可产生的频差3. 5MHz的双频激光束。由此可知，本发明所述的ー种提高塞曼双频激光器频差的装置，能够在保持所用单频激光器性能不变的情况下，大幅提高双频激光器的频差指标。
本发明公布了一种提高塞曼双频激光器频差的装置，它可以在保持所用单频激光器性能不变的情况下，大大提高由塞曼效应产生的双频激光束的频差。本发明选用带磁轭的中空磁环，为激光器提供均匀分布的磁场，提高由塞曼效应产生的频率分裂程度，从而提 高双频激光器的频差性能。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。
权利要求
1.一种提高塞曼双频激光器频差的装置，其特征在于，包括 激光管； 加热丝，紧密缠绕于所述激光管的管壁上； 磁环，设置于所述激光管的外围； 隔震橡胶，灌注于所述加热丝和所述磁环之间。
2.根据权利要求I所述的提高塞曼双频激光器频差的装置，其特征在于，所述磁环包括一组相对设置的高稳定性的环状磁性材料，和半封闭的磁轭结构，所述磁轭结构包围的设置于所述环状磁性材料。
3.根据权利要求2所述的提高塞曼双频激光器频差的装置，其特征在于，所述高稳定性的环状磁性材料为钐钴永磁。
4.根据权利要求3所述的提高塞曼双频激光器频差的装置，其特征在于，所述磁轭结构具有一定导磁能力，其长度及厚度经过设计，使得其配合一对钐钴永磁，在磁环的中心线上产生均匀分布的磁场。
5.根据权利要求2所述的提高塞曼双频激光器频差的装置，其特征在于，所述磁轭结构具有闻机械强度。
6.根据权利要求2所述的提高塞曼双频激光器频差的装置，其特征在于，所述磁轭结构外圈具有一层屏蔽层。
全文摘要
本发明提出一种提高塞曼双频激光器频差的装置，包括激光管；加热丝，紧密缠绕于所述激光管的管壁上；磁环，设置于所述激光管的外围；隔震橡胶，灌注于所述加热丝和所述磁环之间。本发明公布了一种提高塞曼双频激光器频差的装置，它可以在保持所用单频激光器性能不变的情况下，大大提高由塞曼效应产生的双频激光束的频差。本发明选用带磁轭的中空磁环，为激光器提供均匀分布的磁场，提高由塞曼效应产生的频率分裂程度，从而提高双频激光器的频差性能。
文档编号H01S3/08GK102832533SQ201110164989
公开日2012年12月19日 申请日期2011年6月17日 优先权日2011年6月17日
发明者吴萍, 张志平, 张晓文, 池峰, 陈勇辉 申请人:上海微电子装备有限公司