一体化Y型腔正交偏振氦氖激光器的温度场仿真与实验

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。

Y型腔正交偏振双频激光器闭锁阈值频差影响因素研究

针对自主研制的Y型腔正交偏振He-Ne双频激光器,利用Lamb半经典理论分析抽运电流、工作点和谐振腔损耗等因素对闭锁阈值频差的影响规律。搭建了Y型腔正交偏振双频激光器闭锁阈值频差测量系统,从实验上开展对双频激光器闭锁阈值频差影响因素研究。通过改变抽运电流值和公共腔镜上压电陶瓷电压研究抽运电流和工作点对激光器闭锁阈值频差影响。实验结果表明,激光器闭锁阈值频差随抽运电流值增加而减小,工作点越靠近增益曲线中心,激光器闭锁阈值频差越小。当激光器抽运电流值大于2.2 m A时,调节公共腔压电陶瓷电压至最佳工作点处,激光器闭锁阈值频差可降至几兆赫兹甚至更低。

抑制Y型腔正交偏振双频激光器频差闭锁及失谐磁场结构设计

利用磁场抑制双频激光器频差闭锁,对激光器增益介质区施加横向交互磁场抑制激光器频差失谐的方法对磁场源提出要求。以方体线圈产生磁场,理论分析其磁场分布及均匀磁场产生的条件。利用Ansoft Maxwell软件仿真分析方体线圈磁场分布,仿真结果与理论相吻合。方体线圈可在较大范围内产生高均匀度的磁场,满足抑制频差闭锁及失谐中对磁场的要求。较之Helmholtz线圈,方体线圈产生磁场在均匀度和均匀场区体积两方面具有明显优势。

一体化Y型腔正交偏振氦氖激光器的基本特性研究

为了提高Y型腔正交偏振氦氖激光器的输出光特性,对激光器的腔体结构、增益区光路以及偏振分光片的加工工艺进行改进,研制出了新型一体化Y型腔正交偏振氦氖激光器。介绍了该激光器的基本结构和工作原理,实验测试了激光器的输出光模式、输出光功率、频差闭锁特性和频差稳定性。与先前分立式结构的Y型腔正交偏振激光器相比较,详细分析了改进后的激光器的优势,特别指出了其在频差稳定性方面的提升。实验结果表明,利用一体化Y型腔结构可以实现激光器的频率分裂;通过调节P子腔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;相比于分立式Y型腔激光器,一体化Y型腔正交偏振氦氖激光器的输出光功率提高至647μW,频差闭锁阈值降低至12 MHz,频差范围提高至12~1038 MHz,频差稳定性提高至1.2×105Hz。

Frequency difference lock-in phenomenon's weakening by transverse magnetic field in Y-shaped cavity dual-frequency laser

We report experimental progress in weakening the frequency difference lock-in phenomenon in a Y-shaped cavity dual-frequency laser. A cube coil pair is chosen to provide a uniform magnetic field for tunability and uniformity of magnetic field strength. When the transverse magnetic field intensity is 9 m T, the frequency difference lock-in phenomenon is evidently weakened and the frequency difference can be continuously tuned in the range of0.12 MHz to 1.15 GHz. Moreover, the relationship between the minimal frequency difference and magnetic field intensity are investigated and discussed. Then a Y-shaped cavity dual-frequency laser is expected to be utilized as an optimum light source for heterodyne interferometric sensing and precise laser measurement.