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
技術領域：
本發明涉及賽曼雙頻激光器領域，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：
雙頻激光干涉測量系統具有高分辨率，高速度，低噪聲的特點，廣泛應用于高精密測量領域。雙頻激光干涉測量系統由雙頻激光器，雙頻激光干涉儀和數據處理單元組成，其原理是應用兩種不同頻率的光束進行長度測量。雙頻激光器發出具有一定頻差的正交偏振激光束，激光干涉儀將目標的位移信息轉化成光的干渉信號，干渉信號經數據處理單元處理后得到目標的位移信息。
根據雙頻激光干涉測量原理，目標的運動速度有ー個上限值，當目標的運動速度大于這一上限值之后，干涉儀無法獲得目標的正確位移信息。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，相應雙頻激光干涉測量系統的速度上限越高。賽曼雙頻激光器是利用賽曼效應實現雙頻激光輸出。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提供，磁性能未經優化設計，限制了激光器頻差的進ー步提高。
發明內容
本發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產生的雙頻激光束的頻差。為了達到上述目的，本發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，設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之間。進ー步的，所述磁環包括ー組相對設置的高穩定性的環狀磁性材料，和半封閉的磁軛結構，所述磁軛結構包圍的設置于所述環狀磁性材料。進ー步的，所述高穩定性的環狀磁性材料為釤鈷永磁。進ー步的，所述磁軛結構具有一定導磁能力，其長度及厚度經過設計，使得其配合一對衫鈷永磁，在磁環的中心線上產生均勻分布的磁場。進ー步的，所述磁軛結構具有高機械強度。進ー步的,所述磁軛結構外圈具有ー層屏蔽層。
本發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產生的雙頻激光束的頻差。本發明選用帶磁軛的中空磁環，為激光器提供均勻分布的磁場，提高由塞曼效應產生的頻率分裂程度，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所示為本發明較佳實施例的磁環結構示意圖.圖2b所示為圖2a沿A-A方向的剖視圖。圖3a所示為普通磁環結構示意圖。圖3b所示為圖3a沿B_B方向的剖視圖。圖4a 圖4d所示為兩種磁環結構的磁特性仿真結果對比圖。圖5所示為兩種磁環結構中心線上磁感強度實際測試數據對比圖。圖6所示為本發明較佳實施例的雙頻激光器原理實現示意圖。
具體實施例方式為了更了解本發明的技術內容，特舉具體實施例并配合所附圖式說明如下。本發明提出了一種提高塞曼雙頻激光器頻差的裝置。該裝置中的磁環選用由高穩定性的磁性材料，配合半封閉式磁軛結構構成的中空磁環，能為激光器提供均勻分布的磁場，提高由塞曼效應產生的頻率分裂程度，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2，設置于所述激光管I的外國，所述激光管I發出單頻激光束，配合磁環2可產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2之間，可減小磁環2振動對激光管I的影響，并可起到保溫的作用。本發明所述的ー種提高塞曼雙頻激光器頻差的裝置，其磁環的詳細結構如圖2所示，所述磁環包括ー組相對設置的高穩定性的環狀磁性材料21產生沿軸線方向的磁場，和半封閉的磁軛結構22，所述磁軛結構22包圍的設置于所述環狀磁性材料21，所述磁軛結構22能夠調節環狀磁性材料21的磁場分布。普通塞曼雙頻激光器的磁環通常采用單一材料的環狀磁鐵，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中間強、兩邊弱的趨勢，磁場分布不均，由磁場的塞曼效應獲得的單頻激光器頻率分裂程度較小，所產生的雙頻激光束頻差較小。本發明所述的磁環2中的高穩定性的環狀磁性材料21為釤鈷永磁，，相對于普通磁環選用的鋁鎳鈷而言，它具有更高的磁能積和矯頑力，居里溫度更高，溫度系數更小，更適合于長期穩定工作在溫度較高的環境下。雙頻激光器在正常工作時激光管發熱量較大，磁環腔體中的溫度較高，選用釤鈷永磁材料，可以保證磁環在高溫下長期工作時磁特性穩定，從而進ー步提高磁場作用于單頻激光器吋，由塞曼效應產生的雙頻激光束頻差的穩定性。本發明所述的磁環2中的磁軛結構為半封閉的柱狀體。磁軛結構有一定導磁能力，其長度及厚度經過設計，能夠調整由一對釤鈷永磁產生的中間強度小，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均勻分布。所述磁軛結構22具有高機械強度，釤鈷永磁分別粘結在磁軛的內端面，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。另外半封閉的結構也能夠將激光管包圍起來，能為激光管提供更好的恒溫環境，使雙頻激光器的輸出更穩定。進ー步的，所述磁軛結構外圈具有ー層屏蔽層，以減小磁環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結構進行仿真，其中圖4a和圖4b分別為兩種磁環結構所產生的磁感強度空間分布圖，圖4c和圖4d為對應的磁環結構在磁環的中心線上的磁感強度分布。圖4c中普通磁環在中心線上的磁感強度分布呈現中間高、 兩邊低趨勢；圖4d中半封閉的磁軛結構構成的中空磁環的磁感強度在中間區域呈現均勻分布。比較圖4c和圖4d，可以看出，由半封閉的磁軛結構構成的中空磁環能夠為雙頻激光器提供更均勻的磁場分布。基于以上分析，本發明設計了一種半封閉的磁軛結構構成的中空磁環，其磁軛選用具有一定磁性的導磁材料，其長度及厚度經過設計，配合ー對釤鈷永磁，在磁環的中心線上產生均勻分布的磁場。圖5中實際測出了兩種磁環結構產生的軸線上縱向磁場分布情況，與理論分析相符合，普通磁環的磁場呈現中間高，兩邊低的磁場分布。而帶磁軛結構的中空磁環所產生的磁場在激光管區域呈現較均勻分布。本發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原理如圖5所示。單頻激光器在磁場的塞曼效應作用下，發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化成電流信號Pl和P2并送入比較器8進行比較，比較結果ΛΡ = P2-P1送入控制器9。控制器9判斷Λ P的正負，當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ΛΡ < O時，加熱絲4停止加熱，通過空氣傳導過程降低激光管I諧振腔溫度，縮短諧振腔長度，同樣使△ P趨近于零；當光強差AP = O時，兩束激光頻差穩定，雙頻激光器達到穩頻狀態。本發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，激光管為內腔結構，腔長150mm。選用圖3中普通磁環，該磁環中心線上中心點磁感強度直40mT，可產生的頻差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，頻差還會呈現出下降趨勢。這主要是因為普通磁環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。當選用本專利所述的帶磁軛的中空磁環時，在激光管諧振腔區域中心線上磁感強度呈現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，可產生的頻差3. 5MHz的雙頻激光束。由此可知，本發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。
本發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產生的雙頻激光束的頻差。本發明選用帶磁軛的中空磁環，為激光器提供均勻分布的磁場，提高由塞曼效應產生的頻率分裂程度，從而提 高雙頻激光器的頻差性能。雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其并非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和范圍內，當可作各種的更動與潤飾。因此，本發明的保護范圍當視權利要求書所界定者為準。
權利要求
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，設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之間。
2.根據權利要求I所述的提高塞曼雙頻激光器頻差的裝置，其特征在于，所述磁環包括一組相對設置的高穩定性的環狀磁性材料，和半封閉的磁軛結構，所述磁軛結構包圍的設置于所述環狀磁性材料。
3.根據權利要求2所述的提高塞曼雙頻激光器頻差的裝置，其特征在于，所述高穩定性的環狀磁性材料為釤鈷永磁。
4.根據權利要求3所述的提高塞曼雙頻激光器頻差的裝置，其特征在于，所述磁軛結構具有一定導磁能力，其長度及厚度經過設計，使得其配合一對釤鈷永磁，在磁環的中心線上產生均勻分布的磁場。
5.根據權利要求2所述的提高塞曼雙頻激光器頻差的裝置，其特征在于，所述磁軛結構具有聞機械強度。
6.根據權利要求2所述的提高塞曼雙頻激光器頻差的裝置，其特征在于，所述磁軛結構外圈具有一層屏蔽層。
全文摘要
本發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，設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之間。本發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產生的雙頻激光束的頻差。本發明選用帶磁軛的中空磁環，為激光器提供均勻分布的磁場，提高由塞曼效應產生的頻率分裂程度，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 優先權日2011年6月17日
發明者吳萍, 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