[分享]激光頻率分裂技術(shù)發(fā)展概論 [復(fù)制鏈接]

激光頻率分裂技術(shù)廣泛應(yīng)用于質(zhì)量、重量、壓力、長度、角度等計(jì)量領(lǐng)域。有多種產(chǎn)生激光頻率分裂的方法，如成都工具研究所雙頻激光干涉儀中使用的Zeeman效應(yīng)，Zygo公司激光干涉儀采用的Bragg效應(yīng)，激光陀螺（角度干涉儀）中采用的Sagnac效應(yīng)等，這些方法都能導(dǎo)致頻率分裂。在測量儀器中，使用頻率分裂的最大優(yōu)點(diǎn)在于能使系統(tǒng)工作在交流狀態(tài)，具有極大的增益和良好的抗干擾能力。但上述的頻率分裂方法都存在局限性：Zeeman效應(yīng)中，由于模牽引的影響頻率差難以提高；Bragg效應(yīng)中，為保證多光束干涉，頻率差難以降低，前者影響儀器系統(tǒng)的性能，后者受到電路器件速度的限制。 .c^ ggy%  
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    從1985年開始，中外科學(xué)家相繼提出了基于雙折射原理的頻率分裂技術(shù)，經(jīng)過二十年來的不斷研究，已經(jīng)逐步走向?qū)嵱没�，是量儀設(shè)計(jì)中的值得關(guān)注的一項(xiàng)技術(shù)。 e,k2vp!<&  
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    激光器的諧振腔可近似認(rèn)為是P-b干涉儀，當(dāng)頻率滿足駐波條件時獲得干涉的極大值，即諧振腔的輸出，雙折射原理的頻率分裂技術(shù)原理即基于激光器的駐波條件，激光器的物理腔長和輸出頻率有恒定關(guān)系，一定的物理腔長輸出一定的頻率，如果在激光器的幾何腔長一定的情況下，利用雙折射原理產(chǎn)生兩個物理腔長，從而輸出兩種頻率的激光�？茖W(xué)家已經(jīng)提出了多種在激光器腔內(nèi)產(chǎn)生雙折射的方法，如在諧振腔內(nèi)插入兩個1/4波片，KDP晶體等，由于快軸折射率和慢軸折射率的差別，生產(chǎn)不同的物理腔長，從而導(dǎo)致不同的頻率輸出。 yMc:n"-[  
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    清華大學(xué)精密測試技術(shù)及儀器國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室對雙折射頻率分裂技術(shù)進(jìn)行了大量的研究，提出一種在腔內(nèi)安置石英晶體或電光晶體，利用自然雙折射效應(yīng)、電光雙折射效應(yīng)或應(yīng)力雙折射效應(yīng)實(shí)現(xiàn)激光頻率分裂的方法，可以產(chǎn)生40MHz以上的頻率差的e光和o光。但是由于模式競爭的原因，在頻率差小于40MHz時，系統(tǒng)會產(chǎn)生“頻率閉鎖”，又恢復(fù)到單頻輸出狀態(tài)，為避免這種“閉鎖”現(xiàn)象，實(shí)驗(yàn)室在激光器外增加橫向磁場，將放大介質(zhì)分為兩類，從而避免了e光和o光的模式競爭，使兩個頻率都穩(wěn)定振蕩，這種方法可以產(chǎn)生從0Hz到幾百M(fèi)Hz的頻率差。 "BKeot[""p  
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    雙折射激光器的出現(xiàn)，不但為外差式雙頻激光干涉儀提供了頻率差可以調(diào)節(jié)的激光光源，同時又誘導(dǎo)出許多嶄新的測量方法，如將頻率分裂技術(shù)與模競爭效應(yīng)相結(jié)合，能夠把一個縱模間隔的頻寬按照e光和o的振蕩次序分為四個部分，可以證明，當(dāng)激光器的諧振腔變化λ/2時，輸出頻率移動一個縱模間隔，依次出現(xiàn)上述的四個振蕩規(guī)程。利用這一現(xiàn)象，如果我們把激光器的諧振腔作為一個長度傳感器，當(dāng)腔長變化λ/8時即過渡到一個新的振蕩狀態(tài)，利用各振蕩狀態(tài)的出現(xiàn)次序可以作為通常傳感器的辨向依據(jù)，這種長度傳感器是以激光波長為基準(zhǔn)的，可以說是最高精度的長度傳感器。目前這種傳感器的測量范圍已達(dá)25mm；同樣，這一原理與激光器的光回饋現(xiàn)象結(jié)合，可望出現(xiàn)實(shí)用型的光回饋干涉儀。 v8/6wy?  
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    基于雙折射原理的頻率分裂是一門嶄新的技術(shù)，隨著研究的深入，這種物理現(xiàn)象必然會不斷向計(jì)量領(lǐng)域滲透，產(chǎn)生新的測量原理和方法，推動計(jì)量技術(shù)的發(fā)展。