塞曼雙頻激光器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種塞曼雙頻激光器，包括激光管、分光棱鏡、探測(cè)器、比較器以及控制器，其中，所述探測(cè)器包括第一探測(cè)器和第二探測(cè)器，所述第一探測(cè)器和第二探測(cè)器的兩端分別與所述分光棱鏡和比較器的一端相連，所述比較器的另一端與所述控制器相連，所述塞曼雙激光器還包括加熱絲以及磁環(huán)組，所述加熱絲緊密纏繞于所述激光管管壁上并與所述控制器相連，所述磁環(huán)組包括圍設(shè)在所述激光管上的第一磁環(huán)和第二磁環(huán)，所述第一磁環(huán)和第二磁環(huán)的磁能積不同，所述第二磁環(huán)對(duì)稱均勻分布在所述第一磁環(huán)的兩端。本發(fā)明的塞曼雙頻激光器能夠在保持激光管性能不變的情況下，大幅提高雙頻激光器的頻差指標(biāo)。
【專利說明】塞曼雙頻激光器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及激光領(lǐng)域，特別涉及一種塞曼雙頻激光器。
【背景技術(shù)】
[0002] 雙頻激光干涉測(cè)量系統(tǒng)具有高分辨率、高速度、低噪聲的特點(diǎn)，因而被廣泛應(yīng)用于高精密測(cè)量領(lǐng)域。雙頻激光干涉測(cè)量系統(tǒng)由雙頻激光器、雙頻激光干涉儀和數(shù)據(jù)處理單元組成，其原理是應(yīng)用兩種不同頻率的光束對(duì)目標(biāo)進(jìn)行位移測(cè)量，即:雙頻激光器向目標(biāo)發(fā)出具有一定頻差的正交偏振激光束，雙頻激光干涉儀將目標(biāo)的位移信息轉(zhuǎn)化成光的干涉信號(hào)，干涉信號(hào)經(jīng)數(shù)據(jù)處理單元處理后得到目標(biāo)的位移信息。由雙頻激光干涉測(cè)量原理可知，目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)速度有一個(gè)上限值，當(dāng)目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)速度大于這一上限值之后，雙頻激光干涉儀無法獲得目標(biāo)的正確位移信息。而該速度上限值與雙頻激光器的頻差成正比，雙頻激光器的頻差越大，相應(yīng)雙頻激光干涉測(cè)量系統(tǒng)的速度上限越高。
[0003]賽曼雙頻激光器是利用賽曼效應(yīng)實(shí)現(xiàn)雙頻激光輸出的激光器，其原理是將磁場作用于激光管上，通過光譜在磁場中的分裂得到雙頻激光束。磁場作用于激光管上的方式通常有兩種:橫向磁場方式和縱向磁場方式，橫向磁場方式的磁場方向垂直于激光的光軸方向，采用橫向磁場方式的雙頻激光束的頻差較低，一般為幾十KHz到幾百KHz，難以提高上述雙頻激光干涉測(cè)量系統(tǒng)的速度上限?？v向磁場方式的磁場方向平行于激光的光軸方向，其頻差較高，一般為2MHz左右，具體如圖1a所示，縱向磁場由單一材料的簡單磁環(huán)100提供；請(qǐng)?jiān)賲⒄請(qǐng)Dlb，根據(jù)磁特性仿真軟件對(duì)所述磁環(huán)100進(jìn)行仿真模擬，所述磁環(huán)100中心線上的磁感應(yīng)強(qiáng)度呈現(xiàn)中間高兩邊低的趨勢(shì)，由于磁環(huán)100內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的分布不均勻，由磁場的塞曼效應(yīng)獲得的雙頻激光束頻率分裂程度小，磁性能未經(jīng)優(yōu)化設(shè)計(jì)，所產(chǎn)生的雙頻激光束頻差較小。
[0004]因此，如何提供一種頻差較大的塞曼雙頻激光器是本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的一個(gè)技術(shù)問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提供一種塞曼雙頻激光器，以克服現(xiàn)有技術(shù)中雙頻激光器頻差較低的問題。
[0006]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種塞曼雙頻激光器，包括激光管、分光棱鏡、探測(cè)器、加熱絲、磁環(huán)組、比較器以及控制器，其中，所述探測(cè)器包括第一探測(cè)器和第二探測(cè)器，所述第一探測(cè)器和第二探測(cè)器的兩端分別與所述分光棱鏡和比較器的一端相連，所述比較器的另一端與所述控制器相連，所述加熱絲緊密纏繞于所述激光管管壁上并與所述控制器相連，所述磁環(huán)組包括圍設(shè)在所述激光管上的第一磁環(huán)和第二磁環(huán)，所述第一磁環(huán)和第二磁環(huán)的磁能積不同，所述第二磁環(huán)對(duì)稱均勻分布在所述第一磁環(huán)的兩端。
[0007]作為優(yōu)選，所述塞曼雙頻激光器還包括隔震橡膠，所述隔震橡膠灌注于所述加熱絲與所述磁環(huán)組之間。[0008]作為優(yōu)選，所述激光管為單縱模的氦氖激光管。
[0009]作為優(yōu)選，所述磁環(huán)組外圈還設(shè)有一屏蔽層。
[0010]作為優(yōu)選，所述磁環(huán)組為鋁鎳鈷永磁材料。
[0011]作為優(yōu)選，所述第一磁環(huán)由AlNiCo5永磁制成。
[0012]作為優(yōu)選，所述第二磁環(huán)由AlNiCo9永磁制成。
[0013]作為優(yōu)選,所述磁環(huán)組的內(nèi)徑為22~40mm,外徑為45~6Omm,長度為160~180mm。
[0014]作為優(yōu)選，所述第一磁環(huán)與第二磁環(huán)的長度比值為5:1~6:1。
[0015]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):本發(fā)明的磁環(huán)組包括第一磁環(huán)和第二磁環(huán)，所述第一磁環(huán)和第二磁環(huán)的磁能積不同，第二磁環(huán)對(duì)稱均勻分布在所述第一磁環(huán)的兩端，即，磁環(huán)組提供縱向磁場能夠均勻完全地覆蓋激光管的諧振腔區(qū)域，大大提高由塞曼效應(yīng)產(chǎn)生的光場頻率分裂程度，從而提高雙頻激光器的頻差性能。因此，本發(fā)明所述的塞曼雙頻激光器裝置，能夠在保持所用激光管性能不變的情況下，大幅提高雙頻激光器的頻差指標(biāo)。此外，所述磁環(huán)組還具有機(jī)械強(qiáng)度高的特點(diǎn)，既能夠提供均勻的磁場分布，又具有保溫效果，使磁環(huán)組內(nèi)部激光管工作時(shí)的環(huán)境溫度穩(wěn)定性更好。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1a為現(xiàn)有磁環(huán)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖1b為現(xiàn)有技術(shù)中磁環(huán)的磁特性仿真圖；
[0018]圖2為本發(fā)明一【具體實(shí)施方式】中塞曼雙頻激光器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖3為本發(fā)明一【具體實(shí)施方式】中塞曼雙頻頻激光器的局部結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖4為本發(fā)明一【具體實(shí)施方式】中磁環(huán)組的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖5為本發(fā)明一【具體實(shí)施方式】中磁環(huán)組的磁特性仿真圖。
[0022]圖1a~1b 中:100-磁環(huán)。
[0023]圖2飛中:1-塞曼雙頻激光器、11-激光管、12-磁環(huán)組、12a-第一磁環(huán)、12b-第二磁環(huán)、13-加熱絲、14-隔震橡膠、15-屏蔽層、2-分光棱鏡、3-探測(cè)器、31-第一探測(cè)器、32-第二探測(cè)器、4-比較器、5-控制器。
【具體實(shí)施方式】
[0024]為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】做詳細(xì)的說明。需說明的是，本發(fā)明附圖均采用簡化的形式且均使用非精準(zhǔn)的比例，僅用以方便、明晰地輔助說明本發(fā)明實(shí)施例的目的。
[0025]請(qǐng)參照?qǐng)D2、圖4，并結(jié)合圖5，本發(fā)明提供一種塞曼雙頻激光器1，包括激光管11、分光棱鏡2、探測(cè)器3、比較器4以及控制器5。其中，所述探測(cè)器3包括第一探測(cè)器31和第二探測(cè)器32，所述第一探測(cè)器31和第二探測(cè)器32的兩端分別與所述分光棱鏡2和比較器4的一端相連，所述比較器4的另一端與所述控制器5相連。所述塞曼雙頻激光器I還包括加熱絲13以及磁環(huán)組12，所述加熱絲13緊密纏繞于所述激光管11管壁上并與所述控制器5相連，用于控制激光管11管壁的溫度；所述磁環(huán)組12包括圍設(shè)在所述激光管11上的第一磁環(huán)12a和第二磁環(huán)12b，所述第一磁環(huán)12a和第二磁環(huán)12b的磁能積不同，所述第二磁環(huán)12b對(duì)稱均勻分布在所述第一磁環(huán)12a的兩端。具體地，如圖5所示，根據(jù)磁特性仿真軟件對(duì)所述磁環(huán)組12進(jìn)行仿真模擬可知，由第一磁環(huán)12a和第二磁環(huán)12b兩種磁性材料配合而成的磁環(huán)組12在激光管11的中心線上的磁感應(yīng)強(qiáng)度在一定區(qū)域內(nèi)呈現(xiàn)均勻分布，可產(chǎn)生的頻差為3.6MHz的雙頻激光束。因此，本發(fā)明的磁環(huán)組12能夠提供更均勻的磁場分布。即，縱向磁場能夠均勻完全地覆蓋激光管11的諧振腔區(qū)域，大大提高由塞曼效應(yīng)產(chǎn)生的光場頻率分裂程度，從而提高雙頻激光器的頻差性能。因此，本發(fā)明所述的塞曼雙頻激光器1，能夠在保持所用激光管11性能不變的情況下，大幅提高雙頻激光器的頻差指標(biāo)。
[0026]請(qǐng)參照?qǐng)D3，并參考圖2和圖4，作為優(yōu)選，所述塞曼雙頻激光器I還包括隔震橡膠14，所述隔震橡膠14灌注于所述加熱絲13與所述磁環(huán)組12之間，既可以減小磁環(huán)組12振動(dòng)對(duì)激光管11的影響，又能夠起到保溫的作用。
[0027]請(qǐng)參照?qǐng)D3，并參考圖2和圖4，作為優(yōu)選，所述激光管11為單縱模的氦氖激光管。較佳的，所述激光管11為內(nèi)腔結(jié)構(gòu)，腔長約為150mm。
[0028]請(qǐng)參照?qǐng)D3,并參考圖2和圖4,作為優(yōu)選,所述磁環(huán)組12外圈還設(shè)有一屏蔽層15,以減小磁環(huán)組12對(duì)外圍電子器件的影響。
[0029]請(qǐng)參照?qǐng)D2~4，所述磁環(huán)組12為鋁鎳鈷永磁材料。較佳的，所述第一磁環(huán)12a由AlNiCo5永磁制成，所述第二磁環(huán)12b由AlNiCo9永磁制成。鋁鎳鈷材料具有高磁能積和矯頑力、居里溫度高、溫度系數(shù)小的特點(diǎn)，適合長期穩(wěn)定的工作在溫度較高的環(huán)境下。塞曼雙頻激光器I在正常工作時(shí)激光管11的發(fā)熱量較大，激光管11腔體中的溫度較高，選用鋁鎳鈷永磁材料，可以保證磁環(huán)在高溫下長期工作時(shí)磁特性穩(wěn)定，從而保證磁場作用于激光管11時(shí)，由塞曼效應(yīng)產(chǎn)生的雙頻激光束頻差的穩(wěn)定性。
[0030]請(qǐng)參照?qǐng)D4，所述第一磁環(huán)12a與第二磁環(huán)12b的長度比值可為5:1飛:I。合適的長度比值可優(yōu)化激光管11內(nèi)磁場的磁性能，最大限度地提高塞曼雙頻激光器I的頻差。同時(shí)，為確保磁環(huán)組12提供的磁場變化量不大于8%，所述磁環(huán)組12的長度也需要根據(jù)具體情況作出調(diào)整。例如:給外徑為20mm，長度為150mm的激光管11提供均勻縱向磁場，所述磁環(huán)組12需要在中心線上150mm的長度范圍內(nèi)產(chǎn)生磁感應(yīng)強(qiáng)度變化量不大于8%的磁場。由理論可知，所述磁環(huán)組12內(nèi)徑只需大于激光管11的外徑便可符合要求，但由于實(shí)際生產(chǎn)中需考慮到磁環(huán)組12安裝方便的問題，因此，所述磁環(huán)組12的內(nèi)徑優(yōu)選為22mnT40mm，磁環(huán)組12的外徑優(yōu)選為45mnT60_ ;相應(yīng)的，磁環(huán)組12的長度稍長于激光管11的管長即可，本發(fā)明的磁環(huán)組12長度優(yōu)選為160mnTl80mm。
[0031]請(qǐng)?jiān)賲⒄請(qǐng)D2~4，下面將詳細(xì)說明所述塞曼雙頻激光器I的工作過程。
[0032]首先，激光管11在磁場的塞曼效應(yīng)作用下，發(fā)出具有一定頻率差的雙頻激光束，如兩個(gè)頻率分別為Π和f2的光束；
[0033]接著，兩束光束經(jīng)分光棱鏡2分開后分別由第一探測(cè)器31和第二探測(cè)器32檢測(cè)；
[0034]接著，第一探測(cè)器31和第二探測(cè)器32分別將頻率為Π和f2的激光束的光信號(hào)轉(zhuǎn)化成電流信號(hào)Pl和P2并送入比較器4進(jìn)行比較；
[0035]接著，比較器4將電流信號(hào)的比較結(jié)果ΛΡ=Ρ2_Ρ1送入控制器5 ；
[0036] 最后，控制器5判斷Λ P的正負(fù)，發(fā)出相應(yīng)的指令:當(dāng)Λ Ρ>0時(shí)，控制器5控制加熱絲13加熱，升高激光管11內(nèi)諧振腔的溫度，增大諧振腔長度，使ΛΡ趨近于零；當(dāng)ΛΡ〈0時(shí)，加熱絲13停止加熱，通過空氣傳導(dǎo)過程降低激光管11諧振腔溫度，縮短諧振腔長度，同樣使ΛΡ趨近于零；當(dāng)光強(qiáng)差A(yù)P=O時(shí)，兩束激光頻差穩(wěn)定，雙頻激光器達(dá)到穩(wěn)頻狀態(tài)。[0037]綜上所述，本發(fā)明的塞曼雙頻激光器I，包括激光管11、分光棱鏡2、探測(cè)器3、比較器4以及控制器5。其中，所述探測(cè)器3包括第一探測(cè)器31和第二探測(cè)器32，所述第一探測(cè)器31和第二探測(cè)器32的兩端分別與所述分光棱鏡2和比較器4的一端相連，所述比較器4的另一端與所述控制器5相連，所述塞曼雙頻激光器I還包括加熱絲13以及磁環(huán)組12，所述加熱絲13緊密纏繞于所述激光管11管壁上并與所述控制器5相連，所述磁環(huán)組12包括圍設(shè)在所述激光管11上的第一磁環(huán)12a和第二磁環(huán)12b，所述第一磁環(huán)12a和第二磁環(huán)12b的磁能積不同，所述第二磁環(huán)12b對(duì)稱均勻分布在所述第一磁環(huán)12a的兩端。本發(fā)明的磁環(huán)組12能夠提供更均勻的磁場分布。即，縱向磁場能夠均勻完全地覆蓋激光管11的諧振腔區(qū)域，大大提高由塞曼效應(yīng)產(chǎn)生的光場頻率分裂程度，從而提高雙頻激光器的頻差性能。因此，本發(fā)明所述的塞曼雙頻激光器1，能夠在保持所用單頻激光管11性能不變的情況下，大幅提聞雙頻激光器的頻差指標(biāo)。
[0038] 顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包括這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種塞曼雙頻激光器，其特征在于，包括激光管、分光棱鏡、探測(cè)器、比較器、控制器、加熱絲以及磁環(huán)組，其中，所述探測(cè)器包括第一探測(cè)器和第二探測(cè)器，所述第一探測(cè)器和第二探測(cè)器的兩端分別與所述分光棱鏡和比較器的一端相連，所述比較器的另一端與所述控制器相連，所述加熱絲緊密纏繞于所述激光管管壁上并與所述控制器相連，所述磁環(huán)組包括圍設(shè)在所述激光管上的第一磁環(huán)和第二磁環(huán)，所述第一磁環(huán)和第二磁環(huán)的磁能積不同，所述第二磁環(huán)對(duì)稱均勻分布在所述第一磁環(huán)的兩端。
2.如權(quán)利要求1所述的塞曼雙頻激光器，其特征在于，所述塞曼雙頻激光器還包括隔震橡膠，所述隔震橡膠灌注于所述加熱絲與所述磁環(huán)組之間。
3.如權(quán)利要求1所述的塞曼雙頻激光器，其特征在于，所述激光管為單縱模的氦氖激光管。
4.如權(quán)利要求1所述的塞曼雙頻激光器，其特征在于，所述磁環(huán)組外圈還設(shè)有一屏蔽層。
5.如權(quán)利要求1所述的塞曼雙頻激光器，其特征在于，所述磁環(huán)組為鋁鎳鈷永磁材料。
6.如權(quán)利要求5所述的塞曼雙頻激光器，其特征在于，所述第一磁環(huán)由AlNiCo5永磁制成。
7.如權(quán)利要求5所述的塞曼雙頻激光器，其特征在于，所述第二磁環(huán)由AlNiCo9永磁制成。
8.如權(quán)利要求1所述的塞曼雙頻激光器，其特征在于，所述磁環(huán)組的內(nèi)徑為22~40_，外徑為45~60mm,長度為160~180mm。
9.如權(quán)利要求1所述的塞曼雙頻激光器，其特征在于，所述第一磁環(huán)與第二磁環(huán)的長度比值為5:1飛:1。
【文檔編號(hào)】H01S3/08GK103904541SQ201210586863
【公開日】2014年7月2日 申請(qǐng)日期:2012年12月28日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月28日
【發(fā)明者】吳萍, 張志平 申請(qǐng)人:上海微電子裝備有限公司