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      氣體激光器和光學系統(tǒng)的制作方法

      文檔序號:5953628閱讀:294來源:國知局
      專利名稱:氣體激光器和光學系統(tǒng)的制作方法
      技術領域
      本發(fā)明涉及一種氦-氖氣體激光器及其使用的光學系統(tǒng)。
      氦-氖(HeNe)激光器很適合用于這些用途,因為它們產(chǎn)生適合的頻率,并且容易控制。
      專利WO98/05955和美國專利4,844,593均公開了激光干涉儀。這兩個文件討論的主題之一是防止或減少激光器的輸出光朝后向激光器的反射(一般稱作“光反饋”或“背向反射”)。背向反射量可由所用的光學元件的已知光參數(shù)確定。但是,只有小部分背向反射光到達激光腔,即約為背向反射光的1%至5%。
      背向反射是上述裝置以及所有需要激光特定頻率的裝置都不希望有的,因為過量的背向反射與激光器相互作用會改變激光的偏振和輸出頻率。各種氦-氖激光器都有背向反射靈敏度問題。
      目前已有不同氣體比例混合的氦-氖激光器。美國專利4,475,199描述了一種環(huán)形激光器,它是具有Ne20和Ne22兩個同位素混合的氦-氖激光器。這兩個同比例的同位素與氦混合。現(xiàn)在本發(fā)明人已經(jīng)認識到,這種混合氣用于線性激光器中可以獲得較好的偏振穩(wěn)定度,從而使激光器即使遭受背向反射時激光器諧振腔內(nèi)的頻率穩(wěn)定度也比較好。因此這種類型的激光器用于上述具有背向反射的裝置是比較理想的。
      這種光學裝置可以是一個干涉位移測定儀,一個偏振測量儀,光譜分析儀,或外差頻率測量儀。
      當光學裝置是一個干涉位移測定儀時,它可以時一個單光束(如,法布里-珀羅)(Fabry-Perot),一個平面鏡,一個長距離,或一個光導纖維型的。
      為了確定鏡9的位移,所用的光的波長必須是已知的。光的頻率越穩(wěn)定,所測得的位移就越精確。
      在這種系統(tǒng)中,因為激光器與一個光導纖維連接,背向反射是個特別難對付的問題。在這種系統(tǒng)中,激光器輸出光背向反射到激光器諧振腔的比例大于0.1%。該背向反射光來自纖維入口、纖維的旁側(cè)、纖維出口、纖維芯,以及鏡7和9的反射光6和9的一部分。
      因此,這種裝置需要激光器具有穩(wěn)定的頻率輸出,并且得益于氣體激光器對于背向反射具有高容限。在這種情況下,激光器的諧振腔充入含80-90%氦和10-20%氖的氣體。氖包含兩個大體上同比例的同位素Ne20和Ne22,比率分別在60∶40和40∶60之間。這種混合氣體允許激光輸出的背向反射光強級超過0.1%,而不會使輸出偏振不穩(wěn)定。由于偏振穩(wěn)定,也就可以獲得穩(wěn)定的頻率。這樣背向反射便可能是連續(xù)出現(xiàn)或斷續(xù)出現(xiàn)。當使用合適的頻率控制系統(tǒng)時,激光器的頻率穩(wěn)定度可以低于1×10-7(頻率噪聲/絕對頻率)。
      盡管現(xiàn)在有許多種頻率控制方法,但是可取的方法是模型控制,因為它可靠且費用低。因此采用了模型比率控制。
      發(fā)明人通過實驗結(jié)果認識到,背向反射的不穩(wěn)定閾(即,激光器變得異乎尋常的不穩(wěn)定背向反射光強級),約為上述激光器的激光輸出的10%,但是對于普通的“自然”氖激光器,即Ne20與Ne22同位素之比為9∶1的激光器則僅為1%。
      在本發(fā)明范圍內(nèi)此種類型的激光器的其它應用受到重視。例如,上述的線性激光器可用于光譜分析儀、偏振測量儀、或外差頻率測量儀,這些儀器中的每種儀器都可得益于上述穩(wěn)定頻率輸出的激光器,特別是當背向反射約超過激光總輸出的0.1%時。
      激光輸出頻率的穩(wěn)定度可以通過下述已知技術之一得到保證“蘭姆凹陷”技術;總強度控制;塞曼頻率或強度控制;或模型控制,即平衡模型,兩個模型的強度是相同的,或者比例模型,兩個模型的強度比是固定的。
      權利要求
      1.一種光學裝置,它包括一個頻率穩(wěn)定的線性氦-氖氣體激光器,該激光器含有比例基本相等的Ne20和Ne22同位素,該裝置在使用中有朝向激光器的光反饋,使得至少0.1%的激光器的光輸出返回到激光器。
      2.根據(jù)權利要求1所述的光學裝置,其特征在于該裝置包括下述儀器之一一個干涉位移測定儀;一個偏振測量儀;光譜分析儀;或一個外差頻率測量儀。
      3.一個干涉位移測定儀,它包括一個頻率穩(wěn)定的線性氦-氖氣體激光器,激光器有比例基本相等的Ne20和Ne22同位素,該裝置在使用中有朝向激光器的光反饋,使得至少0.1%的激光器的光輸出至少斷續(xù)地返回到激光器,該測定儀可以是單光束,平面鏡,長距離或光導纖維型的。
      4.根據(jù)權利要求3所述的干涉位移測定儀,其特征在于所包含的Ne20和Ne22同位素的比例分別約為60∶40至40∶60。
      5.根據(jù)權利要求3或4所述的干涉位移測定儀,其特征在于氦-氖氣體比例分別約為80∶20至90∶10。
      6.根據(jù)上述權利要求中任一個所述的光學裝置或干涉位移測定儀,其特征在于激光器的頻率穩(wěn)定在1×10-7(頻率噪聲/絕對頻率)之下,而且光反饋范圍為激光器光輸出的0.1%至10%。
      7.根據(jù)上述權利要求中任一個所述的光學裝置或干涉位移測定儀,其特征在于該裝置或儀器包括一個光導纖維元件。
      8.根據(jù)權利要求6所述的光學裝置或干涉位移測定儀,其特征在于使用的頻率穩(wěn)定方法是模型控制。
      9.根據(jù)權利要求6所述的光學裝置或干涉位移測定儀,其特征在于模型控制是控制兩個激光模型強度的比例。
      全文摘要
      一種光學裝置,例如干涉位移測定儀;光譜分析儀;偏振測量儀;或外差頻率測量儀,具有一個線性氦-氖氣體激光器,激光器有比例基本相等的Ne
      文檔編號G01B9/02GK1383597SQ01801608
      公開日2002年12月4日 申請日期2001年6月8日 優(yōu)先權日2000年6月8日
      發(fā)明者羅蘭·亨利·普拉特 申請人:瑞尼斯豪公司
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