1 南通大学 机械工程学院，江苏 南通 226019
2 清华大学 精密仪器系 精密测试技术及仪器国家重点实验室，北京 100084
频率差可调的加力型频率分裂氦氖激光器具有广阔的应用前景，目前鲜有关于该激光器频率差热漂移的具体报道，但它是一个重要的应用指标，特别是在光刻机用干涉仪中需要重点关注。采用弹性加力法对双折射-塞曼氦氖双频激光器进行频率差赋值，详细观察了频率差在开机漂变阶段、过渡阶段及稳定阶段状态的变化过程， 给出了频率差对开机时间的曲线。实验表明稳频作用下的频率差的稳定性优于23 kHz/h，重复性优于130 kHz。此外还就不同结构或材料的弹性加力元件对频率差的影响进行了对比分析，实验表明系统温度分布的均匀性和稳定性对频率差热漂移起重要作用。
弹性加力 氦氖激光器 频率差 热漂移 elastic force-exerting He-Ne laser frequency difference thermal drift 红外与激光工程
2021, 50(2): 20200392
山东大学 空间科学研究院 山东省光学天文与日地空间环境重点实验室, 山东 威海264209
将光学波片放入激光谐振腔可使振荡模式发生分裂, 测量分裂模的频率差能准确测得波片的相位延迟。基于这一原理, 设计了光路沿竖直方向的相位延迟测量仪, 可根据频率差不同引起振荡模式的变化采用相应测量方法。对半外腔激光器、光强和频差探测单元、控制程序等部分进行了设计说明。为了实现自动化和高精度测量, 系统选定两正交偏振模的等光强点作为工作点, 并补偿初始相位延迟和波片倾斜误差。测试表明, 仪器能够对任意相位延迟的波片自动判定并测量, 对多级波片多次测量的标准差约0.01°, 总的测量不确定度为0.03°(优于λ/10 000), 且只需要测量激光频率差, 具有可溯源性。
相位延迟 波片测量 频率分裂 正交偏振 氦氖激光器 phase retardation wave plate measuring frequency splitting orthogonal polarization helium-neon laser 红外与激光工程
2019, 48(7): 0718001
1 南通大学机械工程学院, 江苏 南通 226019
2 硅湖职业技术学院, 江苏 苏州 215332
根据氦氖激光器直流高压的工作特点, 成功研制了一种氦氖激光器电源。该氦氖激光器电源基于PWM控制芯片SG3524, 采用恒频脉宽调制控制方式, 自动调整输出功率得到稳定的电源输出。对反激式变压器驱动电路进行合理的设计, 实现了对电源电流的有效控制和工作过程中电流的自稳定调节。在电流值为3、4和5 mA时, 对激光电源的电流稳定性以及激光器的出光功率稳定性进行测试。测试结果表明, 激光电源输出电流和激光器出光功率均稳定。该电源结构简单、工作高效稳定、体积小、重量轻、有较强的推广性。
氦氖激光器 激光电源 PWM控制 反激式变压器 MOS功率管 He-Ne laser laser power supply PWM control flyback transformer MOS power transistor
国防科学技术大学 光电科学与工程学院, 湖南 长沙 410073
为了研究一体化Y型腔正交偏振氦氖激光器腔内温度场分布对其输出频差稳定性的影响, 利用ANSYS有限元软件建立了该激光器的热力学模型。详细介绍了材料热参数的处理、激光器增益区热载荷的施加和换热系数的计算方法, 通过仿真得到了该激光器腔体在稳态和瞬态情况下的温度场分布。采用红外热像仪设备拍摄得到腔体表面的实际温度值, 与仿真结果对比, 表明二者的温度值差异小于1%, 建立的仿真模型准确可靠。激光器启动后, 热量逐步从增益区向非增益区传导。当激光器温度分布稳定时, 腔体存在明显的温度梯度分布, 其中表面区域温度梯度最大;表面温度最高点位于阴极附近, 最低点位于远离增益区的子腔体下表面。两子腔表面温度差值为0.05 ℃, 引起的频差漂移为0.067 MHz。研究表明: 激光器两子腔随时间变化产生的温度差值仍是制约激光器输出频差稳定性的主要因素, 为下一步提高频差稳定性和优化激光器几何结构设计提供了指导。
氦氖激光器 温度场仿真 ANSYS有限元 一体化Y型腔 He-Ne laser temperature field simulation ANSYS finite element integrated Y-shaped cavity 红外与激光工程
2016, 45(5): 0505002
1 燕山大学电气工程学院, 河北 秦皇岛 066004
2 燕山大学河北省测试计量技术及仪器重点实验室, 河北 秦皇岛 066004
通过分析氦氖激光器在光反馈下的混沌动力学特征，提出了氦氖激光器混沌反馈相位控制方法，并建立了激光混沌反馈相位周期控制下的动力学方程和物理模型。选取适当的反馈系数，加入相位控制器控制反馈光的相移，通过对反馈系数和反馈光相移的控制，可以将激光混沌控制到稳定态、周期态及混沌态。结果表明：在不同强度的反馈光下，通过1/8波长周期相移调制控制、1/4波长周期相移调制控制、半波长周期相移调制控制以及波长周期相移调制控制，氦氖激光器的混沌经过一定的弛豫时间可以被控制到单周期态、双周期态、三周期态以及多周期态等。
激光技术 氦氖激光器 周期 相位控制 混沌 激光与光电子学进展
2014, 51(1): 011404
上海理工大学 光电信息与计算机工程学院, 上海 200093
提出了一种从外腔式氦氖激光器平凹谐振腔腔内产生光强分布具有椭圆对称性的因斯高斯光束(Ince-Gaussian Beams, IGBs)的方法。利用3.5mm大毛细管直径的放电管, 通过轻微调节放电管俯仰角和球面反射镜来打破谐振腔的对称性,可得到丰富的高斯模式和较好的IGBs光场分布图, 与理论计算图对比具有较好的一致性。
激光 因斯 高斯模式 氦氖激光器 laser Ince Gaussian modes He-Ne laser
国防科学技术大学 光电科学与工程学院 光电工程系，湖南长沙 410073
研制了基于Y型腔结构的正交偏振氦氖激光器，介绍了该激光器的基本结构和基本原理。实验研究了该激光器的输出光模式、输出光功率、输出光频差调谐特性和频差闭锁特性。通过改变共用段反射镜上压电陶瓷的电压，观察了激光器闭锁状态时两偏振光光强随着总腔长调谐变化的规律，并分析了闭锁状态下不同偏振态纵模之间的相互作用机理。与以往产生双频激光的方案进行对比，分析了Y型腔正交偏振氦氖激光器的特点，给出了其在频差稳定性方面的优势和制约因素。实验结果表明，利用Y型腔结构可以实现氦氖激光器的频率分裂，激光器最大输出功率约为235.2 μW；通过调节共用段反射镜上压电陶瓷的电压可以线性调节激光器的输出频差；实验中激光器的频差为22~1 018 MHz，闭锁阈值频差约为22 MHz。
氦氖激光器 正交偏振激光器 频率分裂 Y型腔 He-Ne laser orthogonal polarized laser frequency splitting Y-shaped cavity 光学 精密工程
2011, 19(11): 2558
1 天津工程师范学院 电子工程系,天津 300222
2 河北工业大学 建筑设计研究院,天津 300132
3 北京工业大学 应用数理学院,北京 100022
4 天津工程师范学院 机械工程系,天津 300222
为深入分析双纵模稳频氦氖激光器的稳频机理和精度误差,本文提出了双纵模产生的必要条件:内腔型激光器和谐振腔长在100～300mm之间。按照激光器的工作过程,稳频分为三个阶段:跳模、过渡阶段,模式稳定。结合激光原理和热力学理论,根据光电探测器的电压变化,阐述了稳频机理。拍频实验结果表明,激光器的频率稳定度高达5×10-10。通过误差分析,确定稳频精度仅取决于腔长的变化量,且增加腔长,有助于增加频率稳定度。该方法锁定时间短。
氦氖激光器 双纵模稳频 内腔型 加热丝 负占空比 谐振腔长 跳模 模式稳定 He-Ne laser stabilized frequency with double longitudinal-mode intracavity heating wire negative duty length of resonant cavity mode hopping mode-stabilization
激光光束的漂移,功率稳定性和激光光斑的强度分布对称性是影响准直精度的主要参数.通过分析液晶光阀的特性,提出了一种智能型光束准直控制方法,可同时控制激光功率的稳定性和光斑的强度分布对称性.利用热平衡技术,设计了一套温度实时反馈控制的准直装置.实验结果证实了该方法的可行性和有效性.
激光准直 氦氖激光器 光束质量控制 液晶光阀
讨论了用遗传算法优化设计普通激光器谐振腔参量的方法.以典型的50 cm长的氦氖(He-Ne)激光器为例,进行了具体计算.结果表明:对于输出相同的激光功率,模拟优化的谐振腔参量与传统局域化设计(非优化)的结果基本一致.通过适当匹配谐振腔参量,仍可提高激光(单模)的输出功率.
遗传算法 氦氖激光器 谐振腔 优化
