專利名稱：3.39微米波段的雙譜線合成波技術及其氦氖氣體激光器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于激光器件及其應用領域。
目前各國相繼開展了絕對距離干涉計量的研究，即采用長距離、無導軌、高精度的合成波干涉測量方法。該方法是利用若干單波長，組合出波長長度不同的合成波長，形成一組波長測量鏈，利用不同的合成波長，逐級求解被測長度，使被測真值被逐級精化。
合成波干涉測量中，首要的是必須有多個波長同時振蕩的穩(wěn)頻激光器作為光源。目前國內(nèi)外研究的方案中，主要有多波長的CO2激光器，雙波長He-Xe激光器和He-Ne(0.63μm)激光器。其中CO2激光器雖有可以多譜線組合選擇，逐級精化高，輸出功率大等特點，但選值不宜穩(wěn)定，器件復雜龐大，造價高。He-Xe激光器結構簡單，但其合成波長短，較難用于幾米以上的長距離測量。He-Ne(0.63μm)激光器器件簡單制造技術成熟，但其合成波長太長，又只有一級，無法和單波長的干涉計量銜接，測量相對精度不高，從而近距離測量精度低等弱點。
本發(fā)明的目的在于選擇一種新的可產(chǎn)生合成波的激光光源，能克服上述光源的不足之處，更好地滿足長距離、高精度的絕對距離干涉計量的要求。
本發(fā)明提出采用3.39微米波段雙譜線氦氖氣體激光器做為一種合成波光源的新技術方案。其特征在于選擇3.39微米波段中的λ1(3.3922微米)強線，與λ2(3.3912微米)弱線兩條譜線，利用甲烷吸收方法，抑制強線λ1的增益，達到λ1、λ2兩譜線等光強輸出，并產(chǎn)生第一級合成波，再利用一級合成波的兩個具有頻差的等光強工作點組合成第二級合成波。使一個激光器能夠滿足由粗測到精測的二級精化。為實現(xiàn)上述技術方案本發(fā)明提出一種實用的3.39微米氦氖激光器結構，包括放電管[1]、放電毛細管[2]、窗片[7]、反射鏡[3]、輸出反射鏡[4]、壓電陶瓷[12]、甲烷吸收室[8]所組成的雙譜線、單穩(wěn)頻激光器，其特征在于所說的放電管用石英玻璃制成，該放電管兩端分別貼有反射鏡、窗片構成半內(nèi)腔型放電腔，在該放電管靠窗片一端外管壁為磨砂錐面[10]，并與一個石英套管[11]一端的內(nèi)磨砂錐面緊密相連，該激光器的另一輸出反射鏡、壓電陶瓷與該石英套管的另一端面粘接，使激光器形成一個穩(wěn)定的整體，所說的甲烷吸收室設置在該窗片與輸出鏡之間。
本發(fā)明采用的氦氖激光器3.39微米波段的二級合成波的技術方案，其波段位于大氣窗口，探測器件成熟，頻響靈敏度較好，可以在室溫條件下工作，測量精度高，并降低對被測長度的初估要求。本發(fā)明所提供的這種3.39微米波段的氦氖激光器實現(xiàn)了穩(wěn)定的等光強兩譜線輸出，具有結構簡單、增益高、系統(tǒng)調(diào)試方便，適于實際應用。
本發(fā)明采用的3.39微米波段合成波原理簡述如下氦氖激光器中3.39微米波段的兩條譜線中一條是氦的能級3S2→3P4躍遷產(chǎn)生的受激幅射，其波長λ1＝3.3922μm(強線)，另一條是氖的能級3S2→3P2躍遷產(chǎn)生的受激幅射，其波長λ2＝3.3912μm(弱線)，利用甲烷吸收法，可抑制強線λ1的增益，從而使λ1和λ2等光強輸出。為獲得3.39μm波段雙譜線同時振蕩，必須有合適的激光器，應選取一定的諧振腔長度和一定的曲率半徑與透過率的反射鏡最佳的充氣壓和He與Ne的充氣氣壓比，及PD值。確定的激光腔長相應可得到兩個等光強工作點，這兩等光強點由λ1和λ2干涉拍頻可分別組成兩個第一級合成波λs(約為11.5mm)，利用這兩個一級合成波的頻差可以再組合出第二級合成波λs(約為1000mm)。由于被測長度L的初估誤差△Le＜λs/4-△Lm(△Lm為測量誤差)，因此先用λs測量其長度初估誤差△Le＜250mm即可進行精測，再用λs測量，其△Le＜2.87mm，進行精測。這樣使一個激光器能夠滿足由粗測到精測的二級精化，從而可以進行大長度(5米以上)的測量。


圖1為3.39μm波段雙譜線He-Ne氣體激光器實施例示意圖之一。
圖2為3.39μm波段雙譜線He-Ne氣體激光器實施例示意圖之二。
其中[1]石英玻璃放電管;[2]放電毛細管;[3]反射鏡;[4]輸出反射鏡;[5]陰級;[6]陽級;[7]放電管窗片;[8]甲烷吸收室;[13]小孔光欄;[10]放電管磨砂區(qū);[11]石英玻璃套管;[12]壓電陶瓷;[9]甲烷室窗片;[14]玻璃平板;[15]密封用窗片;
本發(fā)明實施例之一其結構如圖1所示，其中放電管[1]與放電毛細管[2]均用石英玻璃制成，放電管一端外壁制成磨砂錐面[10]，放電管的一個管口貼有鍍金膜的球面全反射鏡[3]，另一端管口面法線與光軸成布氏角粘貼石英玻璃窗片[7]，放電管內(nèi)充有一定氣壓比的氦與氖混合氣體。窗片[7]上貼有一段石英管石英窗片[9]貼在該石英管另一端并與窗片[7]平行，石英管內(nèi)充有一定氣壓的純甲烷氣體，形成甲烷吸收室[8]。輸出鏡[4]為鍍有多層介質(zhì)膜的石英平面玻璃與壓電陶瓷[12]粘接后固定在石英玻璃套管[11]另一端玻璃平板[14]上，該石英玻璃套管[11]另一端內(nèi)壁為磨砂錐面可與放電管錐面[10]緊密配合。陽級[6]通過引線從套管[11]伸出。為保證激光輸出為單模[TEMOO]在窗片[9]與輸出反射鏡[4]之間可加一小孔光欄[13]。本實施例采用的有關參數(shù)如下諧振腔長L＝483mm，毛細管孔徑φ＝3mm，長度l＝350mm。
本發(fā)明實施例之二結構如圖2所示，其特點是磨砂石英套管[11]與放電管[1]進行真空密封，則整個石英套管充入甲烷氣體成為甲烷吸收室，這樣可省去圖1中的甲烷吸收窗片[9]，減少插入損耗，提高輸出功率。該結構采用同軸式陰極可使整個激光器件更加小巧，器件外面可套金屬包裝管更便于實用。
權利要求
1.一種3.39微米波段的雙譜線合成波技術，其特征在于選擇3.39微米波段中的λ1(3.3922微米)強線，與λ2(3.3912微米)弱線兩條譜線，利用對強譜線吸收大的方法，抑制強線λ1的增益，達到λ1、λ2兩譜線等光強輸出，產(chǎn)生第一級合成波，再利用一級合成波的兩個具有頻差的等光強工作點組合成第二級合成波。
2.一種采用權利要求1所說的合成波技術的3.39微米雙譜線氦氖激光器，包括放電管[1]、放電毛細管[2]、窗片[7]、反射鏡[3]、輸出反射鏡[4]、壓電陶瓷[12]、甲烷吸收室[8]所組成的雙譜線、單穩(wěn)頻激光器，其特征在于所說的放電管用石英玻璃制成，該放電管兩端分別貼有反射鏡、窗片構成半內(nèi)腔型放電腔，在該放電管靠窗片一端外管壁為磨砂錐面[10];并與一個石英套管[11]一端的內(nèi)磨砂錐面緊密相連，所說的激光器的另一輸出反射鏡、壓電陶瓷與該石英套管的另一端面粘接，使激光器形成一個穩(wěn)定的整體，所說的甲烷吸收室設置在該窗片與輸出鏡之間。
3.一種如權利要求1所說的3.39微米雙譜線氦氖激光器，其特征在于所說的石英套管[11]與放電管進行真空密封，該石英套管內(nèi)充入甲烷氣體。
全文摘要
3.39微米波段的雙譜線合成波技術及其氦氖氣體激光器，屬于激光器件及其應用領域。本發(fā)明提出采用3.39微米波段雙譜線氦氖氣體激光器做為光源的合成波干涉測量的新技術方案，并設計出該激光器的高增益實用新結構。用于合成波干涉測量時，系統(tǒng)調(diào)試方便，其波段位于大氣窗口，探測器件成熟，頻響靈敏度較好，可以在室溫條件下工作，測量精度高并降低對被測長度的初估要求。
文檔編號H01S3/22GK1044192SQ8910011
公開日1990年7月25日 申請日期1989年1月12日 優(yōu)先權日1989年1月12日
發(fā)明者梁晉文, 鄒大挺, 田芊, 葛曉菁, 杜繼楨 申請人:清華大學