CN1773789A

CN1773789A - 弹性加力的应力双折射－双频激光器

Info

Publication number: CN1773789A
Application number: CN 200510086785
Authority: CN
Inventors: 张书练; 周鲁飞
Original assignee: Tsinghua University
Current assignee: Tsinghua University
Priority date: 2005-11-04
Filing date: 2005-11-04
Publication date: 2006-05-17
Anticipated expiration: 2025-11-04
Also published as: CN1773789B

Abstract

弹性加力的应力双折射－双频激光器属激光技术领域，由氦氖激光管，一对激光反射镜，应力双折射元件，永久磁铁块，弹性施力夹等组成。其特征在于采用弹性加力机构。该弹性加力机构固定在激光器(管)上，并由对称的两臂弹性支撑加力机构：弹性施力夹。弹性施力夹由螺钉锁紧压在全内腔激光器的增透－反射镜上或半内腔激光器的增透窗片上。对带凹槽的应力元件，其施力结构为弯头施力夹。弯头施力夹端头从两侧压住作为通光面的凸台施力。本发明的“柔性”的加力方法，使加力更方便加力分辨率更高，特别是大大提高加力的稳定，也即提高了双折射－双频激光器和双折射－塞曼双频激光器的频率差大小的可控性和稳定性。

Description

弹性加力的应力双折射-双频激光器

技术领域：

本发明涉及氦氖激光器技术领域。

背景技术：

应力双折射一塞曼双频激光器。现有的应力双折射-塞曼双频激光器主要由HeNe激光器(或放电管)，置于HeNe激光器(或放电管)内的应力双折射元件和加於HeNe激光器(或放电管)之上的磁场构成。磁场由一对永久磁铁条所形成，强度为几十到200高斯。应力双折射元件使激光器的一个频率分成两个，且两个频率的间隔随应力双折射元件的应力大小而变。磁场的作用是使HeNe介质中出现塞曼效应，减弱上述两个频率的模竞争，使它们一起稳定振荡。当应力双折射使激光器输出频差小于50MHZ时，永久磁铁条也即塞曼效应必须使用，所以称为应力双折射-塞曼双频激光器。当激光器输出频差大于50MHZ时，永久磁铁条可以不用(即磁场强度为零)，即时应力双折射-塞曼双频激光器的一个特殊类型：双折射-双频激光器。

不论双折射-双频激光器还是应力双折射-塞曼双频激光器，都需要在激光腔内的一个元件上加力，使元件内部产生应力双折射，造成激光器的频率分裂，即使激光器一个频率变成两个频率。频率差的大小由加力的大小来调节，这就需要一个加力机构。对加力机构的要求：加力方便，加力分辨率高，加力稳定。这样才能使激光器输出1MHZ到几百MHZ可调的频率差，频率差的显示分辨率在KHZ量级，频率差能长期准确稳定在需要的大小上。

中国专利ZL 97120293和ZL 01268038.9给出了加力方法，可用，但有改进的必要。他们的不足是加力的方式过于“刚性”以及频率差大小、加力装置的固定、加力都由加力完成。基本上是加力螺钉直接压紧在激光器的应力双折射元件上。于是，加力的分辨率，也即形成的激光器频差分辨率难于提高。同时，几MHz频差时，加力在1千克上下(依应力元件的尺寸和安装方法有一定变化)，这样小的力不能保证螺钉的应力元件之间的牢固固定。即使是上述专利中的两维加力，也还不能彻底解决这一问题。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种加力更方便、加力分辨率更高，特别是可大大提高加力稳定性，从而使频率差更稳定的弹性加力的应力双折射-双频激光器。本发明的基本思想是：

1.把加力装置对激光器的固定和对应力元件的加力分开实施，互相不能影响；

2.加力结构为柔性系统，提高力的控制精度。

本发明所述的激光器含有加力元件，该元件由一对一端出头的“工”字形悬臂在底部相连构成，该两臂的端头各有一个分立的加力片，所述加力片各自经过悬臂梁与该加力元件的底部相连，所述加力元件的底部对称地环绕在所述激光管靠近增透-反射镜一侧且在所述底部的两端固定，而所述两个加力片则对称地环绕在所述增透-反射镜外圆周上，且同时在两端用螺钉固定，通过螺钉来调节加在所述增透-反射镜上的弹性力；固定环，该固定环把加力元件固定在所述激光管上。

本发明所述的激光器还含有加力元件，该元件由一对一端出头的“工”字形悬臂在底部相连构成，该两臂的端头各有一个分立的加力片，所述加力片各自经过悬臂梁与该加力元件的底部相连，所述加力元件的底部对称地环绕在所述激光管靠近增透窗片一侧且在所述底部的两端固定，而所述两个加力片则对称地环绕在所述增透窗片外圆周上，且同时在两端用螺钉固定，通过螺钉来调节加在所述增透-反射镜上的弹性力；固定环，该固定环把加力元件固定在所述激光管上。

本发明的特征还在于增透-反射镜连接于所述激光管另一侧的管脖上，该增透-反射镜是一个纵截面加工成“山”形的光学元件，该元件的底部与所述管脖相连，且镀有增透膜，与在另一侧的各凸台上镀有反射膜；在所述增透窗片外侧还有一个激光腔镜；加力元件，该元件由一对“土”字形悬臂在底部相连构成，该两悬臂的臂头各有一个分立的加力片，所述加力片各自经过悬臂梁与该加力元件的底部相连，所述加力元件的底部对称地环绕在所述激光管靠近增透-反射镜的一侧上固定，所述两个加力片则各自对称地环绕在所述增透-反射镜上，且两端用螺钉固定，所述两个“土”字形悬臂梁的一端出头的部分则给该增透一反射镜的经向折回到所述增透-反射镜另一侧的凸槽内，且从两边压在所述“山”字形增透-反射镜中间一个凸台的两侧，通过调节固定所述加力片两端的螺钉使调节了加在所述加力元件上的弹性力；固定环，该固定环把所述加力元件固定在所述激光管上。

本发明的特征又在于增透窗片连接于所述激光管另一侧的管脖上，该增透窗片是一个纵截面加工成“山”形的光学元件，该元件的底部与所述管脖相连，且镀有增透膜，与在另一侧的各凸台上镀有反射膜；在所述增透窗片外侧还有一个激光腔镜；加力元件，该元件由一对“土”字形悬臂在底部相连构成，该两悬臂的臂头各有一个分立的加力片，所述加力片各自经过悬臂梁与该加力元件的底部相连，所述加力元件的底部对称地环绕在所述激光管靠近增透窗片的一侧上固定，所述两个加力片则各自对称地环绕在所述增透窗片上，且两端用螺钉固定，所述两个“土”字形悬臂梁的一端出头的部分则给该增透窗片的经向折回到所述增透窗片另一侧的凸槽内，且从两边压在所述“山”字形增透窗片中间一个凸台的两侧，通过调节固定所述加力片两端的螺钉使调节了加在所述加力元件上的弹性力；固定环，该固定环把所述加力元件固定在所述激光管上。

本发明具有加力元件受力与加力元件的固定无关，且可对加力元件弹性施力的优点，实践证明，所述用于加力的螺钉旋进几毫米而输出激光的频率差仅改变几十MHz，而现有技术内，螺钉旋进几微米，频差改变即达数百MHz。因而加力分辨率得到了很大的提高。

附图说明：

图1对应力元件加力的系统的结构示意图：

a纵向示意图，

b增透-反射镜或增透窗片受力结构的放大图；

图2对He-Ne激光器的应力元件上加力的结构示意图：

a纵向示意图，

b增透-反射镜或增透窗片受力结构的放大图；

图3加力元件平面示意图

具体实施方式：

图1是对He-Ne激光器上的应力元件加力的实施例，力沿整个元件的一条垂直线从两个方向向元件中心加力。图2是对He-Ne激光器上的应力元件上凸台侧向加力的实施例，元件上的凸台实为一个光学元件加工出一个凹槽而得，图3是加力元件平面图。

图1中元件1是氦氖激光放电管。元件2是激光器一个反射镜。元件3是管脖。4是激光器反射镜，和2是组成激光谐振腔。如激光器系半外腔结构，4则是增透窗片，7则为另一个激光腔镜，和2组成激光谐振腔。虚线表示激光器为全内腔不用，半外腔时用此元件。8和9是一对条形永磁铁，两磁铁中间的磁场方向与1的轴线垂直。10、11、12、13、14、15、16构成加力装置，简称施力夹，全部由具有弹性的薄钢片制成。10是固紧环，把施力夹固紧在激光器管体上。11、12是一对悬臂，对称分布在激光器两侧。两悬臂的端头各有一个加力片13和14，13和15折入凹槽内(到)4的右边沿。当螺钉14和16穿过13、15并锁紧时，加力片13和14将从两个方向靠上4，并随着两螺钉的进一步锁紧，力F会逐渐增大。激光器随F的增大输出的的频率差也越来越大。反之频率差减小。由于施力夹固紧在激光器管体上，它既不能以激光管轴为轴旋转，也不能左右位移。因此，整个施力夹与激光管的相对位置被确定，实现了施力夹的固定，且和施力夹对4有没有施力无关。这是比专利ZL 1 97120293，ZL 101268038的优良之处。此外，螺钉14和16锁紧加力片13、15时，由于13、15是弹性薄钢片，力是弹性的，螺钉14和16的几毫米旋进激光频率差改变几十MHZ。而专利ZL 197120293和ZL 101268038在数微米的锁紧中，频差改变数百MHZ。这是本发明的第二个优良之处。

图2是对He-Ne激光器上的元件上凸台104侧向对径加力的实施例，元件上的凸台实为一个光学元件加工出一个凹槽而得。图3中的元件102即是图1中的4，但形状不同。4的两个通光面都为完整的光学表面，而102两面中之一的表面有一环形凹槽。102厚2～4mm，凹槽深1～3mm。凹槽也即凸台的高度。102两面镀膜。全内腔激光器，102与管脖6的连接的一侧镀增透膜，另一侧凸台表面镀激光反射膜。半内腔激光器，102的两个通光表面都镀增透膜。为了对凸台加力，施力夹的结构与图1有不同之处。图2在图1的13、15端头处各增加一个施力弯头105、106。图3的施力机构成为弯头施力夹。图3是弯头施力夹取材平面图。施力弯头与13、15(即施力夹本体)连接部较宽，～10mm，而与凸台接触的端部较窄，3～5mm。当螺钉14、16旋紧时，13、15不和102接触，而是105和106的端头从两侧压住凸台103。压力随螺钉14、16旋紧而增大，激光器输出的频率差随之增大。反之频率差减小。图2的激光器和加力结构的优点是力只加在了应力元件的通光部分，加力中管脖所受102的剪切力较小。

对图1和图2所示的应力双折射双频激光器，一对永久性磁铁条所形成的磁场为几十到200高斯。当激光器输出频率差小于50MHz时，永久磁铁块必须使用，即是双折射双拼激光器的一个特殊类型：双折射一塞曼双频激光器。当激光器输出频率差大于50MHz时，永久磁铁块可以不用(即磁场强度为零)，即是双折射双频激光器。

Claims

1、弹性加力的应力双折射-双频激光器，(该激光器含有氦氖放电激光管、位于该激光管一侧的反射镜以及与所述激光管一侧的管脖相连的增透反射镜，其特征在于，该激光器还含有：

加力元件，该元件由一对一端出头的“工”字形悬臂在底部相连构成，该两臂的端头各有一个分立的加力片，所述加力片各自经过悬臂梁与该加力元件的底部相连，所述加力元件的底部对称地环绕在所述激光管靠近增透-反射镜一侧且在所述底部的两端固定，而所述两个加力片则对称地环绕在所述增透-反射镜外圆周上，且同时在两端用螺钉固定，通过螺钉来调节加在所述增透-反射镜上的弹性力；固定环，该固定环把加力元件固定在所述激光管上。

2、弹性加力的应力双折射-双频激光器，(该激光器含有氦氖放电激光管，位于该激光管一侧的反射镜、所述激光管另一侧的管脖相连的增透窗片以及位于增透窗片外侧的激光腔镜，其特征在于，该激光管还含有：

加力元件，该元件由一对一端出头的“工”字形悬臂在底部相连构成，该两臂的端头各有一个分立的加力片，所述加力片各自经过悬臂梁与该加力元件的底部相连，所述加力元件的底部对称地环绕在所述激光管靠近增透窗片一侧且在所述底部的两端固定，而所述两个加力片则对称地环绕在所述增透窗片外圆周上，且同时在两端用螺钉固定，通过螺钉来调节加在所述增透-反射镜上的弹性力；固定环，该固定环把加力元件固定在所述激光管上。

3、弹性加力的应力双折射-双频激光器，该激光器含有氦氖放电激光管，位于该激光管一侧的反射镜，其特征在于它含有：

增透-反射镜连接于所述激光管另一侧的管脖上，该增透-反射镜是一个纵截面加工成“山”形的光学元件，该元件的底部与所述管脖相连，且镀有增透膜，与在另一侧的各凸台上镀有反射膜；在所述增透窗片外侧还有一个激光腔镜；加力元件，该元件由一对“土”字形悬臂在底部相连构成，该两悬臂的臂头各有一个分立的加力片，所述加力片各自经过悬臂梁与该加力元件的底部相连，所述加力元件的底部对称地环绕在所述激光管靠近增透-反射镜的一侧上固定，所述两个加力片则各自对称地环绕在所述增透-反射镜上，且两端用螺钉固定，所述两个“土”字形悬臂梁的一端出头的部分则给该增透-反射镜的经向折回到所述增透-反射镜另一侧的凸槽内，且从两边压在所述“山”字形增透-反射镜中间一个凸台的两侧，通过调节固定所述加力片两端的螺钉使调节了加在所述加力元件上的弹性力；固定环，该固定环把所述加力元件固定在所述激光管上。

4、弹性加力的应力双折射-双频激光器，该激光器含有氦氖放光激光管，位于该激光管一侧的反射镜，其特征在于，还含有：

增透窗片连接于所述激光管另一侧的管脖上，该增透窗片是一个纵截面加工成“山”形的光学元件，该元件的底部与所述管脖相连，且镀有增透膜，与在另一侧的各凸台上镀有反射膜；在所述增透窗片外侧还有一个激光腔镜；加力元件，该元件由一对“土”字形悬臂在底部相连构成，该两悬臂的臂头各有一个分立的加力片，所述加力片各自经过悬臂梁与该加力元件的底部相连，所述加力元件的底部对称地环绕在所述激光管靠近增透窗片的一侧上固定，所述两个加力片则各自对称地环绕在所述增透窗片上，且两端用螺钉固定，所述两个“土”字形悬臂梁的一端出头的部分则给该增透窗片的经向折回到所述增透窗片另一侧的凸槽内，且从两边压在所述“山”字形增透窗片中间一个凸台的两侧，通过调节固定所述加力片两端的螺钉使调节了加在所述加力元件上的弹性力；固定环，该固定环把所述加力元件固定在所述激光管上。