專利名稱：一種提高塞曼雙頻激光器頻差的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及賽曼雙頻激光器領(lǐng)域，且特別涉及ー種提高塞曼雙頻激光器頻差的裝置。
背景技術(shù)：
雙頻激光干涉測量系統(tǒng)具有高分辨率，高速度，低噪聲的特點，廣泛應(yīng)用于高精密測量領(lǐng)域。雙頻激光干涉測量系統(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進行長度測量。雙頻激光器發(fā)出具有一定頻差的正交偏振激光束，激光干涉儀將目標(biāo)的位移信息轉(zhuǎn)化成光的干渉信號，干渉信號經(jīng)數(shù)據(jù)處理單元處理后得到目標(biāo)的位移信息。
根據(jù)雙頻激光干涉測量原理，目標(biāo)的運動速度有ー個上限值，當(dāng)目標(biāo)的運動速度大于這一上限值之后，干涉儀無法獲得目標(biāo)的正確位移信息。而這個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)雙頻激光干涉測量系統(tǒng)的速度上限越高。賽曼雙頻激光器是利用賽曼效應(yīng)實現(xiàn)雙頻激光輸出。塞曼雙頻激光器將磁場作用于單頻激光器上，通過光譜在磁場中的分裂得到雙頻激光束。磁場作用于單頻激光器上的方式通常有橫向磁場和縱向磁場。橫向磁場方式的磁場垂直于激光光軸方向，米用橫向磁場方式的激光器其頻差較低，一般為幾十KHz到幾百KHz,如美國專利4397025。縱向磁場方式的磁場平行于激光光軸方向，米用縱向磁場方式的激光器頻差較高，一般為2MHz左右，如中國專利CN85100730，但其磁場由單一材料的簡單磁環(huán)提供，磁性能未經(jīng)優(yōu)化設(shè)計，限制了激光器頻差的進ー步提高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出一種提高塞曼雙頻激光器頻差的裝置，能夠大大提高由塞曼效應(yīng)產(chǎn)生的雙頻激光束的頻差。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提出一種提高塞曼雙頻激光器頻差的裝置，包括激光管；加熱絲，緊密纏繞于所述激光管的管壁上；磁環(huán)，設(shè)置于所述激光管的外國； 隔震橡膠，灌注于所述加熱絲和所述磁環(huán)之間。進ー步的，所述磁環(huán)包括ー組相對設(shè)置的高穩(wěn)定性的環(huán)狀磁性材料，和半封閉的磁軛結(jié)構(gòu)，所述磁軛結(jié)構(gòu)包圍的設(shè)置于所述環(huán)狀磁性材料。進ー步的，所述高穩(wěn)定性的環(huán)狀磁性材料為釤鈷永磁。進ー步的，所述磁軛結(jié)構(gòu)具有一定導(dǎo)磁能力，其長度及厚度經(jīng)過設(shè)計，使得其配合一對衫鈷永磁，在磁環(huán)的中心線上產(chǎn)生均勻分布的磁場。進ー步的，所述磁軛結(jié)構(gòu)具有高機械強度。進ー步的,所述磁軛結(jié)構(gòu)外圈具有ー層屏蔽層。
本發(fā)明公布了一種提高塞曼雙頻激光器頻差的裝置，它可以在保持所用單頻激光器性能不變的情況下，大大提高由塞曼效應(yīng)產(chǎn)生的雙頻激光束的頻差。本發(fā)明選用帶磁軛的中空磁環(huán)，為激光器提供均勻分布的磁場，提高由塞曼效應(yīng)產(chǎn)生的頻率分裂程度，從而提高雙頻激光器的頻差性能。


圖I所示為本發(fā)明較佳實施例的提高塞曼雙頻激光器頻差的裝置示意圖。圖2a所示為本發(fā)明較佳實施例的磁環(huán)結(jié)構(gòu)示意圖.圖2b所示為圖2a沿A-A方向的剖視圖。圖3a所示為普通磁環(huán)結(jié)構(gòu)示意圖。圖3b所示為圖3a沿B_B方向的剖視圖。圖4a 圖4d所示為兩種磁環(huán)結(jié)構(gòu)的磁特性仿真結(jié)果對比圖。圖5所示為兩種磁環(huán)結(jié)構(gòu)中心線上磁感強度實際測試數(shù)據(jù)對比圖。圖6所示為本發(fā)明較佳實施例的雙頻激光器原理實現(xiàn)示意圖。
具體實施例方式為了更了解本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容，特舉具體實施例并配合所附圖式說明如下。本發(fā)明提出了一種提高塞曼雙頻激光器頻差的裝置。該裝置中的磁環(huán)選用由高穩(wěn)定性的磁性材料，配合半封閉式磁軛結(jié)構(gòu)構(gòu)成的中空磁環(huán)，能為激光器提供均勻分布的磁場，提高由塞曼效應(yīng)產(chǎn)生的頻率分裂程度，從而提高雙頻激光器的頻差性能。請參考圖1，圖I所示為本發(fā)明較佳實施例的提高塞曼雙頻激光器頻差的裝置示意圖。本發(fā)明提出一種提高塞曼雙頻激光器頻差的裝置，包括激光管I ;加熱絲4，緊密纏繞于所述激光管I的管壁上，控制激光管I管壁溫度；磁環(huán)2，設(shè)置于所述激光管I的外國，所述激光管I發(fā)出單頻激光束，配合磁環(huán)2可產(chǎn)生具有一定頻差的雙頻激光束；隔震橡膠3，灌注于所述加熱絲4和所述磁環(huán)2之間，可減小磁環(huán)2振動對激光管I的影響，并可起到保溫的作用。本發(fā)明所述的ー種提高塞曼雙頻激光器頻差的裝置，其磁環(huán)的詳細(xì)結(jié)構(gòu)如圖2所示，所述磁環(huán)包括ー組相對設(shè)置的高穩(wěn)定性的環(huán)狀磁性材料21產(chǎn)生沿軸線方向的磁場，和半封閉的磁軛結(jié)構(gòu)22，所述磁軛結(jié)構(gòu)22包圍的設(shè)置于所述環(huán)狀磁性材料21，所述磁軛結(jié)構(gòu)22能夠調(diào)節(jié)環(huán)狀磁性材料21的磁場分布。普通塞曼雙頻激光器的磁環(huán)通常采用單一材料的環(huán)狀磁鐵，如圖3a和圖3b所示。通常其永磁材料為鋁鎳鈷，其磁場方向在軸線上呈現(xiàn)中間強、兩邊弱的趨勢，磁場分布不均，由磁場的塞曼效應(yīng)獲得的單頻激光器頻率分裂程度較小，所產(chǎn)生的雙頻激光束頻差較小。本發(fā)明所述的磁環(huán)2中的高穩(wěn)定性的環(huán)狀磁性材料21為釤鈷永磁，，相對于普通磁環(huán)選用的鋁鎳鈷而言，它具有更高的磁能積和矯頑力，居里溫度更高，溫度系數(shù)更小，更適合于長期穩(wěn)定工作在溫度較高的環(huán)境下。雙頻激光器在正常工作時激光管發(fā)熱量較大，磁環(huán)腔體中的溫度較高，選用釤鈷永磁材料，可以保證磁環(huán)在高溫下長期工作時磁特性穩(wěn)定，從而進ー步提高磁場作用于單頻激光器吋，由塞曼效應(yīng)產(chǎn)生的雙頻激光束頻差的穩(wěn)定性。本發(fā)明所述的磁環(huán)2中的磁軛結(jié)構(gòu)為半封閉的柱狀體。磁軛結(jié)構(gòu)有一定導(dǎo)磁能力，其長度及厚度經(jīng)過設(shè)計，能夠調(diào)整由一對釤鈷永磁產(chǎn)生的中間強度小，兩端強度大的非均勻磁場，最終使一對釤鈷永磁中間軸線上的磁場呈現(xiàn)均勻分布。所述磁軛結(jié)構(gòu)22具有高機械強度，釤鈷永磁分別粘結(jié)在磁軛的內(nèi)端面，不作為安裝和承重部件，避免了釤鈷永磁較脆、抗壓強度較小的劣勢。另外半封閉的結(jié)構(gòu)也能夠?qū)⒓す夤馨鼑饋?，能為激光管提供更好的恒溫環(huán)境，使雙頻激光器的輸出更穩(wěn)定。進ー步的，所述磁軛結(jié)構(gòu)外圈具有ー層屏蔽層，以減小磁環(huán)對外圍電子器件的影響。圖4a_4d所示為用磁特性仿真軟件對兩種磁環(huán)結(jié)構(gòu)進行仿真，其中圖4a和圖4b分別為兩種磁環(huán)結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的磁感強度空間分布圖，圖4c和圖4d為對應(yīng)的磁環(huán)結(jié)構(gòu)在磁環(huán)的中心線上的磁感強度分布。圖4c中普通磁環(huán)在中心線上的磁感強度分布呈現(xiàn)中間高、 兩邊低趨勢；圖4d中半封閉的磁軛結(jié)構(gòu)構(gòu)成的中空磁環(huán)的磁感強度在中間區(qū)域呈現(xiàn)均勻分布。比較圖4c和圖4d，可以看出，由半封閉的磁軛結(jié)構(gòu)構(gòu)成的中空磁環(huán)能夠為雙頻激光器提供更均勻的磁場分布?；谝陨戏治?，本發(fā)明設(shè)計了一種半封閉的磁軛結(jié)構(gòu)構(gòu)成的中空磁環(huán)，其磁軛選用具有一定磁性的導(dǎo)磁材料，其長度及厚度經(jīng)過設(shè)計，配合ー對釤鈷永磁，在磁環(huán)的中心線上產(chǎn)生均勻分布的磁場。圖5中實際測出了兩種磁環(huán)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的軸線上縱向磁場分布情況，與理論分析相符合，普通磁環(huán)的磁場呈現(xiàn)中間高，兩邊低的磁場分布。而帶磁軛結(jié)構(gòu)的中空磁環(huán)所產(chǎn)生的磁場在激光管區(qū)域呈現(xiàn)較均勻分布。本發(fā)明所述的ー種提高塞曼雙頻激光器頻差的裝置，其中雙頻激光器的實現(xiàn)原理如圖5所示。單頻激光器在磁場的塞曼效應(yīng)作用下，發(fā)出具有一定頻差的雙頻激光束，兩個頻率分別為Π和f2的光束用偏振分光棱鏡5分開。兩束光束分別用探測器6和7檢測。探測器6和7分別將頻率為fl和f2的激光束的光信號轉(zhuǎn)化成電流信號Pl和P2并送入比較器8進行比較，比較結(jié)果ΛΡ = P2-P1送入控制器9。控制器9判斷Λ P的正負(fù)，當(dāng)Λ P> O時，控制加熱絲4加熱，升高激光管I諧振腔溫度，增大諧振腔長度，使Λ P趨近于零；當(dāng)ΛΡ < O時，加熱絲4停止加熱，通過空氣傳導(dǎo)過程降低激光管I諧振腔溫度，縮短諧振腔長度，同樣使△ P趨近于零；當(dāng)光強差A(yù)P = O時，兩束激光頻差穩(wěn)定，雙頻激光器達(dá)到穩(wěn)頻狀態(tài)。本發(fā)明所述的ー種提高塞曼雙頻激光器頻差的裝置的一個實施例，激光管選用單縱模的氦氖激光管，激光管為內(nèi)腔結(jié)構(gòu)，腔長150mm。選用圖3中普通磁環(huán)，該磁環(huán)中心線上中心點磁感強度直40mT，可產(chǎn)生的頻差2. 2MHz的雙頻激光束。實驗顯示，進ー步提高普通磁環(huán)的磁感強度值，雙頻激光束的頻差性能不會提高。隨著中心線上中間點磁感強度的進一步增強，頻差還會呈現(xiàn)出下降趨勢。這主要是因為普通磁環(huán)的磁感強度在激光管的諧振腔部分分布不均勻，不利于激光束的頻率分裂造成的。當(dāng)選用本專利所述的帶磁軛的中空磁環(huán)時，在激光管諧振腔區(qū)域中心線上磁感強度呈現(xiàn)較均勻的波浪型分布，平均磁感強度為27mT，配合相同的單頻氦氖激光管，可產(chǎn)生的頻差3. 5MHz的雙頻激光束。由此可知，本發(fā)明所述的ー種提高塞曼雙頻激光器頻差的裝置，能夠在保持所用單頻激光器性能不變的情況下，大幅提高雙頻激光器的頻差指標(biāo)。
本發(fā)明公布了一種提高塞曼雙頻激光器頻差的裝置，它可以在保持所用單頻激光器性能不變的情況下，大大提高由塞曼效應(yīng)產(chǎn)生的雙頻激光束的頻差。本發(fā)明選用帶磁軛的中空磁環(huán)，為激光器提供均勻分布的磁場，提高由塞曼效應(yīng)產(chǎn)生的頻率分裂程度，從而提 高雙頻激光器的頻差性能。雖然本發(fā)明已以較佳實施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明。本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作各種的更動與潤飾。因此，本發(fā)明的保護范圍當(dāng)視權(quán)利要求書所界定者為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種提高塞曼雙頻激光器頻差的裝置，其特征在于，包括 激光管； 加熱絲，緊密纏繞于所述激光管的管壁上； 磁環(huán)，設(shè)置于所述激光管的外圍； 隔震橡膠，灌注于所述加熱絲和所述磁環(huán)之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的提高塞曼雙頻激光器頻差的裝置，其特征在于，所述磁環(huán)包括一組相對設(shè)置的高穩(wěn)定性的環(huán)狀磁性材料，和半封閉的磁軛結(jié)構(gòu)，所述磁軛結(jié)構(gòu)包圍的設(shè)置于所述環(huán)狀磁性材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的提高塞曼雙頻激光器頻差的裝置，其特征在于，所述高穩(wěn)定性的環(huán)狀磁性材料為釤鈷永磁。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的提高塞曼雙頻激光器頻差的裝置，其特征在于，所述磁軛結(jié)構(gòu)具有一定導(dǎo)磁能力，其長度及厚度經(jīng)過設(shè)計，使得其配合一對釤鈷永磁，在磁環(huán)的中心線上產(chǎn)生均勻分布的磁場。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的提高塞曼雙頻激光器頻差的裝置，其特征在于，所述磁軛結(jié)構(gòu)具有聞機械強度。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的提高塞曼雙頻激光器頻差的裝置，其特征在于，所述磁軛結(jié)構(gòu)外圈具有一層屏蔽層。
全文摘要
本發(fā)明提出一種提高塞曼雙頻激光器頻差的裝置，包括激光管；加熱絲，緊密纏繞于所述激光管的管壁上；磁環(huán)，設(shè)置于所述激光管的外圍；隔震橡膠，灌注于所述加熱絲和所述磁環(huán)之間。本發(fā)明公布了一種提高塞曼雙頻激光器頻差的裝置，它可以在保持所用單頻激光器性能不變的情況下，大大提高由塞曼效應(yīng)產(chǎn)生的雙頻激光束的頻差。本發(fā)明選用帶磁軛的中空磁環(huán)，為激光器提供均勻分布的磁場，提高由塞曼效應(yīng)產(chǎn)生的頻率分裂程度，從而提高雙頻激光器的頻差性能。
文檔編號H01S3/08GK102832533SQ201110164989
公開日2012年12月19日 申請日期2011年6月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月17日
發(fā)明者吳萍, 張志平, 張曉文, 池峰, 陳勇輝 申請人:上海微電子裝備有限公司