[发明专利]双纵模稳频激光器

说明书

技术领域：

本发明与有两个纵模同时输出的激光器有关。

背景技术：

本发明所指双纵模稳频激光器是单频激光干涉仪的光源。

稳频激光器指由稳频系统控制的激光器，输出的激光波长具有一定精度，以保证激光干涉仪的测量准确性。根据激光器谐振腔的驻波条件，稳频系统的实质是稳定激光器的谐振腔长。双纵模稳频是激光稳频的一种方法，适用于双纵模输出的He-Ne激光器。

激光器输出的纵模间隔Δf与谐振腔长度L的关系为：

Δf=C2nL]]>

C为光速，n为谐振腔内的折射率，当腔长L增加时，纵模间隔Δf减小，当其小于多普勒带宽1500MHz时，则激光器有两个或两个以上纵模同时输出。可以计算，当激光器腔长为150mm时，纵模间隔约为1080MHz，激光器保持两个纵模输出，如图1所示。模式竞争使两个相邻模呈相互垂直的偏振状态(P和S)，对应的输出频率为f1和f2，通常利用两个偏振模幅度相等的条件实现稳频，已有双纵模稳频激光器如图2所示。

按照振荡器、7的节拍，P和S偏振模分别在振荡信号的高(“1”)低(“0”)电平经液晶调制器3、偏振片4、光电接收器5、放大器A0、多路开关6、电压保持器8到减法器A3，当P偏振模和S偏振模的幅值不等时，减法器A3输出的偏离值经模拟开关9、功率放大器10驱动加热器2，利用热膨胀原理控制双纵模激光器1，使之保持在两个模输出相等的谐振腔长，达到稳频目的。定时器11用以控制从激光器开启到系统闭环的时间，其周期可以用时间设定，也可以根据激光器的温度或跳模频率来确定。

双纵模激光器1的输出、液晶调制器3和偏振片4之间的匹配关系如图3和图4所示，图3为双纵模激光器(1)的输出、液晶调制器(3)和偏振片(4)光轴之间的位置关系，图4为在振荡器(7)作用下的输出情况。

双纵模稳频激光器用于单频激光干涉仪时，通常利用偏振片抑制一个输出模，而未被抑制的模作为仪器的光源。

上述双纵模稳频激光器存在三个问题：①双纵模激光器中，由于模式竞争保证了输出的两个模为相互垂直的偏振光(P、S)，但是由于激光器各向同性的特点，偏振方向的初始角度α在各次开启时具有随机性，如图5所示。这种随机性使在“液晶调制器-偏振片-光电接收”的过程中P和S偏振模不能完全分离，导致激光干涉仪产生噪声甚至不能工作；②稳频输出存在两种随机偏振状态，如图6和图7所示，图6中P偏振模处于增益曲线的低频段，对应频率为f1，而图7中P偏振模处于增益曲线的高频段，对应频率为f2。若用偏振片来抑制S偏振模，在图6允许f1输出，而图7中却允许f2输出，在激光干涉仪中，这是不允许的；③由于采用P和S两个模等幅度稳频，用偏振片抑制一个模，激光器的输出功率损失为50％。

发明内容：

本发明的目的是提供一种P和S偏振模能完全分离，输出功率大，每次闭环输出模的偏振状态恒定的双纵模稳频激光器。

本发明是这样实现的：

本发明双纵模稳频激光器，双纵模He—Ne激光器1的管壁与加热器2连接，其输出经液晶调制器3、偏振片4、光电接收器5与放大器A0的输入连接，放大器A0的输出接多路开关6的输入端，振荡器7接液晶调制器3和多路开关6的控制端，多路开关6的两路输出分别经各自的由电阻R和电容C构成的电压保持器8接减法器A₃的输入，减法器A₃和定时器11的输出接模拟开关9的输入，模拟开关9的输出经功率放大器10接加热器2，双纵模He—Ne激光器1管壁上有横向应力施加装置。

横向应力施加装置由管壁的两个支座G₁、G₂和两支座之间与管壁接触的施力螺栓组成。

多路开关6的两路输出分别经第一放大器A₁、第二放大器A₂与电压保持器8连接，第一、二放大器分别有第一、二反馈电阻R₁、R₂，第一反馈电阻R₁≠第二反馈电阻R₂。