[其他]一种稳定大功率单频输出的He-Ne激光器

说明书

本发明是一种稳定大功率单频输出的Ｈｅ－Ｎｅ激光器，其特点是，在激光器毛细管外径上，设有分段磁场线圈，分段线圈间断处设有毛细管调整架；放电毛细管内的压力（以托为单位）与直径（ｍｍ为单位）之间的乘积（ｐ·ｄ）在１０～１４之间，压力在４．５～６托之间；加大镇流电阻。因而本发明的激光器相干长度大于６～１４米以上，它可用于高分辨率激光光谱、光线散射试验、激光全息、精密计量、高速摄影等领域。

一般He-Ne激光器获得稳定大功率单频输出，早年有人用F-P标准具，史密斯腔，复合腔等办法。近年又有人采用高气压加纵向均匀磁场（如苏联的Ａｌｌｙ　ＴＯＢ，我国的清华大学，见“”N061979年10月，“”2、110、1979、及“中国激光”1984年第8期P509页）激光毛细管放在贮气筒内，贮气筒外设置了整体线圈，使之形成整体纵向均匀磁场，这样，毛细管在工作过程中被整体磁场所封闭，其缺点：（1）不能调整毛细管的直线性，因此，毛细管内径与两端反射镜之间不能达到要求的准直度，功率输出低，目前，这类激光器1米放电管长度的最大单频输出功率才11.5mW;1.8米激光器最大输出功率才20mW。（2）因磁场线圈内径增大，激光器体积显得庞大，线圈过长，绕制困难;（3）工作时用稳流、稳频电源在一定条件下的试验室里才能正常工作。

本发明针对以上缺点作了改进，在保持气压的前提下，把整体纵向均匀磁场改成分段磁场，由于磁场分段，形成纵向非均匀磁场，从而减短了磁场长度。

附图1是纵向均匀磁场He-Ne激光器示意图，图中：1是真空系统;2是整体纵向均匀磁场;3是激光管;4是低压直流电源;5是激光电源。

附图2是一种高气压加纵向非均匀磁场获得稳定大功率单频输出的He-Ne激光器示意图。图中：6是激光反射镜;7是激光器阴极;8是激光器毛细管调整架;9是分段磁场线圈;10是激光器毛细管;11是一种非稳频稳流电源;12是镇流电阻;13是激光器阳极。

附图3是用本发明制作的激光器，在相干长为10米时所拍的相干图样。

附图4是用本发明制作的激光器，在扫描干涉仪上测得的单频输出图形。

本发明的要点是：激光器放电毛细管外径上，设有三段以上的磁场线圈，线圈间断处的磁场逐渐减小，至间断处中间位置，磁场为零，在每厘米长度上，线圈数为400圈以上;激光放电毛细管内的压力（以托为单位）与直径（以mm为单位）之间的乘积，应按下列范围选择，即p·d值应在10～14之间，对一米激光器来说，要保持单频输出，压力应在4.5～6托之间;激光器放电毛细管在长度为1米±10厘米时，镇流电阻应在190～220千欧之间;在分段磁场线圈间断处，磁场为零的位置上，设置放电毛细管调整架;分段磁场线圈内径与放电毛细管外径之间隙，保持5～25mm之间，对一米激光器来说，以3～6段为最佳。

由于毛细管上设有分段线圈，间断处的磁场逐渐减小至间断处中间磁场为零，且毛细管外不装贮气筒，线圈内径与毛细管外径之间有一定的间隙，因此，可利用各磁场之间的调整架来调整毛细管的直线性。从而，使毛细管内径与两端反射镜之间能达到很好的准直度，从而增大了输出功率，同时大大减短了线圈的长度，使线圈绕制容易，简化了加工工艺。减小了激光器体积。工作时，不须用稳流稳频电源，在一般试验室里都可进行工作。

由于具备了以上要点，因而大大提高了稳定大功率单频输出。以1米激光器为例：（1）稳定大功率单频输出可达20mW左右，而同类型的激光器，采用均匀磁场时，稳定大功率单频输出才达到11.5mW;就是1.8米激光器，其单频输出也才20mW，因为激光器的功率输出与长度的平方成正比，因此，这是一个显著的提高和突破。（2）相干长可大于6米，直到14米以上，图3为中国科学院物理所用此激光器在10米相干长时拍得的相干图形;（3）与碘稳定的He-Ne激光器进行拍频时，测得的频率漂移为：

开机一小时后，漂移小于3.2MHz sec

开机二小时后，漂移小于2.5MHz sec

开机三小时后，漂移小于1.2MHz sec

开机七小时后，漂移小于780KHz sec

该测试报告由中国计量科学院时频室所出。

（4）用本发明所制出的激光器，其单频输出波形见图4。