[其他]双纵模双频激光光源自控式热稳频装置

说明书

一种通过改变气体激光器放电管电流来改变其工作温度，稳定谐振腔长度，使两个纵模同时并存的稳频电路。它使双频激光光源不需加磁场也不用压电陶瓷装置。成本低、稳频精度高，拍频频率高（可用于静、动态测量）装置简便可靠。

本项发明属于光电技术领域，创新在于采用新的工作原理制成了质优价廉的稳频装置。

现有的双频激光系统（产品）中激光管的材料都采用小膨胀系数材料或无膨胀材料制成，用压电陶瓷稳频，加固定磁场使形成塞曼分裂获得双频激光。采用这种原理的激光系统，激光管和稳频电路都具有结构复杂。价格昂贵的缺点。

1972年联帮德国曾有人在《Applied Optic》ApriL，1972发表过利用加热激光器谐振控的方法达到稳频的原理研究报告。稳频精度不低于1×10^-7，但只限于光学原理，未发表过控制电路或其它工作原理，也未形成产品，以后亦无进一步报导。发明人从西德得知：该系统存在问题的关键是稳频控制电路一直存在问题。工厂生产未能成功。

本项发明目的在于提供了用改变放电管电流，从而改变温度调节激光器腔长的双频激光器频率和模式的稳定装置，已完全解决了稳频控制问题，经国家计量局成都计量测试研究院检定，稳频精度达到了2×10^-9，而且简单可靠。

这种稳频激光光源主要用途是作为双频激光干涉仪的光源。实际上决定双频激光干涉仪精度、成本、应用范围以及他们区别于单频干涉仪的最主要因素正是稳频激光光源。

本发明装置的原理说明图如附图所示。图中（1）为氦（He）-氖（Ne）激光器。（2）、（3）为布儒斯特窗。（4）、（5）为放大器（741）。〈＆＆〉（6）为光电耦合器。（7）为时间比较电路。（8）为受控调压电桥。（9）为普通倍压整流器。

装置本身涉及的都是比较简单易行的技术。激光的两个纵模被两个正交放置的布儒斯特窗或一个偏振分光器分别取样，如果激光的两个纵模强度不等，则图中两个极性相反连接的光电管将有不平衡电压输出到放大器（4），经放大器（4）和积分器（5）被放大、积分的不平衡电压使光电耦合器（6）中的发光二极管明暗变化，光电三极管输出讯号变化，进而通过与其相联的大功率晶体管使受控调压电桥（8）中的二极管导通或阻塞。当它们导通时，235伏交流电压加到普通倍压整流器（9）即任何一种普通激光电源的电源输入端，使（9）的输出、电压上升，导致激光器放电电流增大，温度上升。如果电桥阻塞时，交流电压只能通过与电桥並联的电阻产生压降后到达激光电源（9）使激光电源（倍压整流器）（9）的输入电压降低、使激光管（1）的放电电流减小，温度降低，从而调节谐振腔的长度。这样使两个相邻纵模的竞争总是处于强度相近的相持状态，得到稳定的双频激光输出。此电路能够适应各种常用的小型He-Ne气体激光器，其关键在于时间比较电路（7）。时间比较电路（7）的功能是：根据激光管的换模时间间隔自动，决定使激光管达到必要的热平衡状态所需的在某固定电压下加热时间。它由积分电路和继电电路组成，因开机后激光管由冷到热，纵模由快到慢交替变换。放大器（4）输出相应的正、负交变的电压，这个交变电压的半周向积分电路充电，积分电路的时间常数是事先调好的。当换模周期过短时，积分电路每次充电都不能达到使与其相联的继电电路断开的门限电位，只有当换模周期足够长，即激光管被预热到一定程度时，积分电路被充电到设定电位，继电器断开，中断受控电桥（8）的被短路状态，激光管的预热过程结束，稳频电路转入正常工作。利用上述时间比较电路的优点是：能够保证不受环境温度、通风以及激光管型号、材料的影响、保证预热到需要的程度。（如果不要求自动化，时间比较电路（7）也可以简化为一个开关，但必须按事先已规定好的换模周期开、闭。）（若固定电压下加热时间不够可以再次接通继续预热，达到要求后再切换到自动状态。如果没有这一措施，则有可能达不到稳频要求），然后通过受控调压电桥（8）（也可以是其他任何一种可控的交流电压调节器）。

本发明装置的优点为：

1.成本低廉，初步估算本装置造价仅为现在用塞曼分裂原理双频激光光源产品的10-20%。

2.稳频精度高，且抽频频率高，可达到500-600MHZ。可用于变化相当快的动态测量。