專利名稱：雙頻激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及激光技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種雙頻激光器。
背景技術(shù)：
雙頻激光器可用于雙頻激光干涉測(cè)量領(lǐng)域，比如超精密相位和位移測(cè)量、光學(xué)元件與光學(xué)膜厚測(cè)量，也可用于組成雙頻激光器陣列或用于通訊光纖的研究等。目前產(chǎn)生雙頻激光的方法主要有塞曼分裂技術(shù)和聲光調(diào)制技術(shù)。采用塞曼分裂技術(shù)的雙頻激光器已經(jīng)非常成熟，具有成熟的產(chǎn)品。但采用塞曼分裂技術(shù)的雙頻激光器都存在一個(gè)共同的缺點(diǎn)頻差一般不超過4. 0MHz，這已經(jīng)不能滿足測(cè)量速度越來越高的超精密位移測(cè)量。眾所周知，雙頻激光干涉測(cè)量系統(tǒng)的最大可測(cè)量速度和雙頻激光器的輸出頻差是成正比的，比如最高測(cè)量速度為lm/s，采用4倍細(xì)分的干涉儀進(jìn)行測(cè)量的話，要求雙頻激光器輸出頻差至少6. 3MHz。因此，采用塞曼分裂技術(shù)的雙頻激光器將無法滿足高速測(cè)量。與塞曼分裂的雙頻激光器相反，采用聲光調(diào)制技術(shù)的雙頻激光器，其輸出頻差則太大，一般為幾十MHz，這主要是由聲光頻移器的特性所決定的。這種高達(dá)幾十MHz的頻差會(huì)給電路處理系統(tǒng)帶來很大的難度，需要特殊的電路系統(tǒng)才能處理，大大增加了電路系統(tǒng)的難度和成本。對(duì)于雙頻激光干涉測(cè)量系統(tǒng)而言，最合適的頻差將是3MHz 15MHz，甚至根據(jù)測(cè)量需求，進(jìn)行頻差可調(diào)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種雙頻激光器，其中，使用了兩個(gè)相互并聯(lián)的聲光頻移器，對(duì)單頻激光進(jìn)行調(diào)制，并最終輸出偏振態(tài)相互垂直的雙頻激光，其頻差在很大的范圍內(nèi)可調(diào)。—種雙頻激光器，包括單頻激光器、第一偏振分光棱鏡、第一驅(qū)動(dòng)器、第一聲光器件、第二偏振分光棱鏡、第二驅(qū)動(dòng)器、第二聲光器件以及擴(kuò)束鏡；所述第一驅(qū)動(dòng)器向所述第一聲光器件發(fā)出頻率為fsl的第一驅(qū)動(dòng)信號(hào)，所述第二驅(qū)動(dòng)器向所述第二聲光器件發(fā)出頻率為fs2的第二驅(qū)動(dòng)信號(hào)，使得所述第一和第二聲光器件分別形成一個(gè)布拉格光柵；所述單頻激光器發(fā)出的頻率為f0的激光經(jīng)由所述第一偏振分光棱鏡分為偏振態(tài)相互垂直的兩束，第一束入射至所述第一聲光器件，輸出頻率為fO+fsl的光，第二束入射至所述第二聲光器件，輸出頻率為f0+fs2的光，從所述第一和第二聲光器件出射的光經(jīng)由所述第二偏振分光棱鏡合束后經(jīng)由所述擴(kuò)束鏡輸出，輸出光的頻率之差為fsl_fs2。其中，所述第一驅(qū)動(dòng)器或者所述第二驅(qū)動(dòng)器輸出的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的頻率可調(diào)。其中，聲光器件與入射光的夾角為布拉格角。其中，當(dāng)單頻激光器輸出線偏振光時(shí)，在第一偏振分光棱鏡前方置一四分之一波片。其中，所述單頻激光器為穩(wěn)頻單頻激光器。
其中，所述單頻激光器發(fā)出的光通過導(dǎo)光光纖進(jìn)行傳輸。本發(fā)明的兩個(gè)偏振分光棱鏡、兩個(gè)聲光頻移器和一個(gè)擴(kuò)束鏡共同組成調(diào)制模塊。 單頻激光器輸出的光束可通過導(dǎo)光光纖輸送到調(diào)制模塊。因此在使用時(shí)，可將發(fā)熱量大的單頻激光器放在遠(yuǎn)離測(cè)量區(qū)域的地方，僅僅需要調(diào)節(jié)質(zhì)量和發(fā)熱量都很小的調(diào)制模塊，具有使用方便的優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明的雙頻激光器具有以下優(yōu)點(diǎn)1.輸出頻差適中、可調(diào)；2.調(diào)制模塊和激光器分離，便于調(diào)節(jié)；3.不會(huì)將激光器的熱量引入測(cè)量區(qū)域，便于提高干涉測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量精度。因此可作為雙頻激光干涉測(cè)量系統(tǒng)的理想光源。


通過本發(fā)明實(shí)施例并結(jié)合其附圖的描述，可以進(jìn)一步理解其發(fā)明的目的、具體結(jié)構(gòu)特征和優(yōu)點(diǎn)。其中，附圖為圖1所示為布拉格聲光衍射原理；圖2所示為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的激光器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3所示為圖2的變形。
具體實(shí)施例方式下面，結(jié)合附圖詳細(xì)描述根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。為了便于描述和突出顯示本發(fā)明，附圖中省略了現(xiàn)有技術(shù)中已有的相關(guān)部件，并將省略對(duì)這些公知部件的描述。眾所周知，當(dāng)超聲波傳過介質(zhì)時(shí)，在其內(nèi)產(chǎn)生周期性彈性形變，從而使介質(zhì)的折射率產(chǎn)生周期性變化，相當(dāng)于一個(gè)移動(dòng)的相位光柵，稱為聲光效應(yīng)。若同時(shí)有光傳過介質(zhì)，光將被相位光柵所衍射，稱為聲光衍射。利用聲光衍射效應(yīng)制成的器件，稱為聲光器件。聲光器件能快速有效地控制激光束的強(qiáng)度、方向和頻率。如圖1所示，當(dāng)入射光以一個(gè)特定角度(即布拉格角)入射時(shí)，可產(chǎn)生布拉格衍射，其中非衍射光頻率不變，而1級(jí)(或-1級(jí))衍射光的頻率發(fā)生漂移，衍射光的頻移量等于超聲波的頻率。本發(fā)明就是基于上述布拉格衍射效應(yīng)，提供由兩個(gè)聲光頻移器并聯(lián)的雙頻激光器。圖2所示為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的雙頻激光器，該激光器包括單頻激光器1、光纖準(zhǔn)直器2、導(dǎo)光光纖3、光纖準(zhǔn)直器4、四分之一波片5、偏振分光棱鏡6、驅(qū)動(dòng)器7、聲光器件8、偏振分光棱鏡9、反射鏡10、聲光器件11、驅(qū)動(dòng)器12、反射鏡13以及擴(kuò)束鏡14等器件。其中驅(qū)動(dòng)器7和聲光器件8組成一套聲光頻移器，驅(qū)動(dòng)器12和聲光器件11組成另一套聲光頻移器，兩套聲光頻移器并聯(lián)。所述單頻激光器1用于產(chǎn)生單頻激光，根據(jù)使用需求，該單頻激光器可以穩(wěn)頻也可以不穩(wěn)頻。如圖2所示，單頻激光器1發(fā)出的激光頻率為f0，通過光纖耦合器2進(jìn)入導(dǎo)光光纖 3，并經(jīng)過光纖準(zhǔn)直器4輸出。若單頻激光器1發(fā)出的是線偏振光，則通過四分之一波片5 使其變?yōu)閳A偏振光，若單頻激光器1發(fā)出的是隨機(jī)偏振光，則不需使用四分之一波片5。f0 的激光經(jīng)過四分之一波片之后，進(jìn)入偏振分光棱鏡6，被分成能量相等的兩束振動(dòng)方向與分光面平行的P偏振光被透射，振動(dòng)方向與分光面垂直的S偏振光被反射。P偏振光以布拉格角度入射至聲光器件8，S偏振光經(jīng)過反射鏡10之后以布拉格角度入射至聲光器件11。
驅(qū)動(dòng)器7產(chǎn)生頻率為fsl的信號(hào)至聲光器件8，通過聲光器件8的換能器產(chǎn)生頻率為fsl的超聲波并穿過聲光晶體，形成布拉格光柵。P偏振光經(jīng)過聲光器件8之后，其一級(jí)衍射光的頻率變?yōu)閒O+fsl。驅(qū)動(dòng)器12產(chǎn)生頻率為fs2的信號(hào)至聲光器件11，通過聲光器件11的換能器產(chǎn)生頻率為fs2的超聲波并穿過聲光晶體，形成布拉格光柵。S偏振光經(jīng)過聲光器件11之后，其一級(jí)衍射光的頻率變?yōu)閒0+fs2。頻率為f0+fs2的激光經(jīng)過反射鏡13之后進(jìn)入偏振分光棱鏡9與頻率為fO+fsl 的激光匯合。調(diào)節(jié)反射鏡13，使頻率為f0+fs2和頻率為fO+fsl的激光重合為一束光輸出， 且偏振態(tài)相互垂直。為了便于使用，通常會(huì)采用擴(kuò)束鏡14對(duì)激光束進(jìn)行擴(kuò)束準(zhǔn)直。最終輸出激光的兩個(gè)頻率之差為Δ f = (f0+fsl) - (f0+fs2) = fsl_fs2通過選擇兩個(gè)不同的驅(qū)動(dòng)頻率，可以獲得合適的輸出頻差fsl_fs2?；蛘哌x用可調(diào)的驅(qū)動(dòng)器，使其中一個(gè)驅(qū)動(dòng)器的輸出頻率可調(diào)，從而實(shí)現(xiàn)輸出頻差fsl_fs2可調(diào)。下面代入具體的數(shù)據(jù)進(jìn)行示例。穩(wěn)頻He-Ne激光器1發(fā)出波長為632. 8nm的線偏振光，其頻率為4. 74X IO8MHz, 通過光纖耦合器2進(jìn)入導(dǎo)光光纖3，并經(jīng)過光纖準(zhǔn)直器4輸出，通過四分之一波片5使其變?yōu)閳A偏振光。然后進(jìn)入偏振分光棱鏡6，被分成能量相等的兩束振動(dòng)方向與分光面平行的 P偏振光被透射，振動(dòng)方向與分光面垂直的S偏振光被反射。P偏振光以布拉格角度α = 0.5°入射至聲光器件8，S偏振光經(jīng)過反射鏡10之后以負(fù)布拉格角度-α =-0.5°入射至聲光器件11。驅(qū)動(dòng)器7產(chǎn)生頻率為IOOMHz的信號(hào)至聲光器件8，通過聲光器件8的換能器產(chǎn)生頻率為IOOMHz的超聲波并穿過聲光晶體，形成布拉格光柵。P偏振光經(jīng)過聲光器件8之后， 其一級(jí)衍射光的頻率變?yōu)?4. 74X 108+100)MHz。驅(qū)動(dòng)器12產(chǎn)生頻率為108MHz的信號(hào)至聲光器件11，通過聲光器件11的換能器產(chǎn)生頻率為108MHz的超聲波并穿過聲光晶體，形成布拉格光柵。S偏振光經(jīng)過聲光器件11 之后，其一級(jí)衍射光的頻率變?yōu)?4. 74X 108+108)MHz。頻率為(4. 74X 108+108)MHz的激光經(jīng)過反射鏡13之后進(jìn)入偏振分光棱鏡9與頻率為(4.74X 108+100)MHz的激光匯合。通過調(diào)節(jié)反射鏡13，可使頻率為(4. 74X 108+108) MHz和頻率為(4. 74X 108+100)MHz的激光重合為一束光輸出，且偏振態(tài)相互垂直。輸出激光的兩個(gè)頻率之差為Af= (4. 74 X 108+108) - (4. 74 X 108+100) = 8MHz在不偏離本發(fā)明的精神和范圍的情況下還可以構(gòu)成許多有很大差別的結(jié)構(gòu)，如圖 3就是其中之一。其中，通過改變反射鏡13的位置，使得出射光束的角度改變了 90°。本說明書中所述的只是本發(fā)明的幾種較佳具體實(shí)施例，以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對(duì)本發(fā)明的限制。凡本領(lǐng)域技術(shù)人員依本發(fā)明的構(gòu)思通過邏輯分析、 推理或者有限的實(shí)驗(yàn)可以得到的技術(shù)方案，皆應(yīng)在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種雙頻激光器，包括單頻激光器、第一偏振分光棱鏡、第一驅(qū)動(dòng)器、第一聲光器件、 第二偏振分光棱鏡、第二驅(qū)動(dòng)器、第二聲光器件以及擴(kuò)束鏡；所述第一驅(qū)動(dòng)器向所述第一聲光器件發(fā)出頻率為fsl的第一驅(qū)動(dòng)信號(hào)，所述第二驅(qū)動(dòng)器向所述第二聲光器件發(fā)出頻率為 fs2的第二驅(qū)動(dòng)信號(hào)，使得所述第一和第二聲光器件分別形成一個(gè)布拉格光柵；所述單頻激光器發(fā)出的頻率為f0的激光經(jīng)由所述第一偏振分光棱鏡分為偏振態(tài)相互垂直的兩束， 第一束入射至所述第一聲光器件，輸出頻率為fO+fsl的光，第二束入射至所述第二聲光器件，輸出頻率為f0+fs2的光，從所述第一和第二聲光器件出射的光經(jīng)由所述第二偏振分光棱鏡合束后經(jīng)由所述擴(kuò)束鏡輸出，輸出光的頻率之差為fsl_fs2。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙頻激光器，其特征在于，所述第一驅(qū)動(dòng)器或者所述第二驅(qū)動(dòng)器輸出的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的頻率可調(diào)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的雙頻激光器，其特征在于，聲光器件與入射光的夾角為布拉格角。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的雙頻激光器，其特征在于，當(dāng)單頻激光器輸出線偏振光時(shí)，在第一偏振分光棱鏡前方置一四分之一波片。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的雙頻激光器，其特征在于，所述單頻激光器為穩(wěn)頻單頻激光ο
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任意一個(gè)所述的雙頻激光器，其特征在于，所述單頻激光器發(fā)出的光通過導(dǎo)光光纖進(jìn)行傳輸。
全文摘要
一種雙頻激光器，包括單頻激光器、第一偏振分光棱鏡、第一驅(qū)動(dòng)器、第一聲光器件、第二偏振分光棱鏡、第二驅(qū)動(dòng)器、第二聲光器件以及擴(kuò)束鏡；所述第一驅(qū)動(dòng)器向所述第一聲光器件發(fā)出頻率為fs1的第一驅(qū)動(dòng)信號(hào)，所述第二驅(qū)動(dòng)器向所述第二聲光器件發(fā)出頻率為fs2的第二驅(qū)動(dòng)信號(hào)，使得所述第一和第二聲光器件分別形成一個(gè)布拉格光柵；所述單頻激光器發(fā)出的頻率為f0的激光經(jīng)由所述第一偏振分光棱鏡分為偏振態(tài)相互垂直的兩束，第一束入射至所述第一聲光器件，輸出頻率為f0+fs1的光，第二束入射至所述第二聲光器件，輸出頻率為f0+fs2的光，從所述第一和第二聲光器件出射的光經(jīng)由所述第二偏振分光棱鏡合束后經(jīng)由所述擴(kuò)束鏡輸出，輸出光的頻率之差為fs1-fs2。
文檔編號(hào)H01S3/106GK102545015SQ20101061928
公開日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2010年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月31日
發(fā)明者吳萍, 張志平, 張曉文, 池峰, 肖鵬飛, 陳勇輝 申請(qǐng)人:上海微電子裝備有限公司