[发明专利]一种双频光源

说明书

技术领域

本发明属于光学技术领域，特别涉及一种双频光源。

背景技术

激光技术的发展有力的推动了光通信、非线性光学、高分辨光学等领域的发展，尤其在精密干涉测量方面占据了很大优势。精密干涉测量主要以激光波长作为“尺子”，利用干涉原理来测定各种参量，如加速度、位移、角位移等等。由于光波长为nm数量级，因此其分辨精度是电学、磁学元件无法比拟的。激光干涉仪以其特有的大测量范围、高分辨率和高测量精度等优点，在精密和超精密测长领域获得了广泛的应用。激光干涉主要使用的激光器为单频激光器和双频激光器。较早使用的激光测量仪器是以单频激光为基础的单频干涉仪，但该干涉仪受环境因素的影响比较严重，尤其是在测量环境恶劣，测量距离较长时受影响更为突出。主要是因为它产生的是一直流信号，在大距离测量时光能的衰减、空气湍流的存在、背景光强的变化等对激光束的干扰都会使光束发生偏移，不可避免的使激光束强度发生变化，从而导致直流光强和电平的漂移。由于单频干涉仪在测量时很大程度上受直流放大器的漂移、光接收器灵敏度和激光功率起伏的限制，因此单频激光干涉仪在高精度测量中是很难利用的。

在单频激光干涉仪的基础上发展起来的双频激光干涉仪是一种外差干涉仪，其最显著的特点是利用载波技术将被测物理量信息转换成调频或调幅信号，它克服了普通单频干涉仪测量信号直流漂移的问题，具有信号噪声小、抗环境干扰、允许光源多通道复用等诸多优点，被广泛应用于先进制造行业和纳米技术领域作为距离测量、速度测量、振动测量、形貌测量，实时位置测控等。

目前使用的双频激光器主要有塞曼双频激光、双纵模双频激光以及清华大学张书练教授课题组提出的双折射率双频激光。塞曼双频激光利用塞曼效应，该效应是指若把光源放在磁场中，光源发出的谱线将发生分裂的这种现象。塞曼双频激光器输出频差一般在1MHz以下，一般不用于高速精密激光外差干涉测量。双纵模激光器是通过控制激光器的腔长等，实现在一个激光谐振腔中输出两个纵模频率的激光，纵模频差可达600MHz－1GHz(对应的激光管长度为150mm－250mm)。双折射双频激光为在单纵模激光谐振腔内，插入一块具有双折射效应的光学元件如石英晶体、方解石等等，使得腔内的激光分裂成具有不同光学谐振腔长的o光和e光，这两束正交线偏振的双频激光振荡输出，其频差为3－40MHz之间，可通过调节双折射晶体的应力得到所需的频差。

在上述的三种双频激光器中，其共同特点为激光频率调整难度较大，且频率差调整范围较有限，比如塞曼的频差只能在比较小的范围调节，双纵模激光频差只能在比较大的范围调节，而双折射双频只能在中间某个范围调节。另外，这些双频激光器的两个频率的激光谐振腔在几何光路上完全共程，两个频率相互影响，在改变激光器的一个频率时，往往对另外一个频率造成影响，不易调频。

发明内容

本发明的目的在于提供一种双频光源，旨在解决传统双频光源频率调节范围小、频率调节困难的问题。

本发明是这样实现的，一种双频光源，包括用于产生泵浦光的泵浦单元、谐振腔单元以及用于将所述泵浦光耦合至所述谐振腔单元的耦合单元；所述谐振腔单元包括共程光路段和非共程光路段，所述共程光路段设有增益介质，所述非共程光路段包括独立传输且光程不同的第一分段和第二分段，所述共程光路段和所述第一分段构成第一谐振腔，所述共程光路段和所述第二分段构成第二谐振腔，所述耦合单元将所述泵浦光耦合到所述增益介质内，实现所述增益介质的粒子束反转，所述双频光源还包括用于将所述第一谐振腔产生的第一频率激光和所述第二谐振腔产生的第二频率激光输出的输出单元。

本发明提供的双频光源具有如下优点：

1、该双频光源存在两个谐振腔(第一谐振腔和第二谐振腔)，这两个谐振腔有共同的部分(共程光路段)，也有不同的部分(第一分段和第二分段)，第一分段和第二分段的光程不同导致第一谐振腔和第二谐振腔产生不同的频率，获得双频激光，该双频光源不同于两个独立的单频光源的组合，第一谐振腔和第二谐振腔共用相同的增益介质、相同的泵浦单元，因此产生的双频激光能够实现外差干涉，可用于多种物理量的精密测量，而两个独立的单频激光产生的激光不能发生外差干涉。

2、由于存在非共程光路，第一分段和第二分段相互独立，因此调整其中一个激光谐振腔的频率不会影响另外一个激光谐振腔的频率，因此改变频率便捷，还能实现宽带的频率调节范围；

3、由于存在共程光路段，使得温度等外界环境变化对两个谐振腔的频率影响基本相同，在利用第一频率激光和第二频率激光进行外差干涉时，其频率差值可以抵消这种影响，因此该双频光源具有较强的抗干扰性。