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横向塞曼-双折射He-Ne双频激光器特性及其“双频”稳定性研究

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第一章 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 论文的工作目标及计划

第二章 用于双频激光干涉仪的几种He-Ne双频激光器

2.1 纵向和横向塞曼He-Ne双频激光器

2.1.1 塞曼效应

2.1.2 模牵引效应

2.1.3 纵向塞曼激光器

2.1.4 横向塞曼激光器

2.2 双折射He-Ne双频激光器

2.2.1 石英双折射He-Ne双频激光器

2.2.2 应力双折射He-Ne双频激光器

第三章 横向塞曼-双折射He-Ne双频激光器设计

3.1 横向塞曼-双折射He-Ne双频激光器的原理

3.2 横向磁场的设计方法

3.3 频差调谐的几种方法

3.3.1 加力环法

3.3.2 双折射膜法

3.4 横向磁场与双折射效应同时作用下的He-Ne激光器

第四章 横向塞曼-双折射He-Ne双频激光器稳频系统

4.1 影响稳频的因素

4.2 常用的一些稳频方法

4.2.1 兰姆凹陷稳频法

4.2.2 饱和吸收稳频法(反兰姆凹陷法)

4.2.3 等光强法

4.3 纵向塞曼-双折射He-Ne双频激光器稳频

4.4 横向塞曼-双折射He-Ne双频激光器稳频系统电路设计及器件选型

4.4.1 光电接收

4.4.2 求差放大

4.4.3 预热延时

4.4.4 PID电路调节

4.4.5 PWM调制

4.4.6 稳频系统主要的机械结构设计

4.4.7 热伺服的选择

4.5 光强数据采集

4.6 横向塞曼-双折射He-Ne双频激光器稳频整体装置

第五章 稳频系统的频率稳定性实验研究

5.1 稳频系统调整

5.2 光强调谐曲线分析

5.2.1 预热阶段光强调谐曲线

5.2.2 稳频阶段光强调谐曲线

5.3 拍频实验及分析

5.4 稳频点位置分析

5.5 提高稳频精度的重要之处

第六章 横向塞曼-双折射He-Ne双频激光器稳频差研究初步

6.1 频差漂移现象

6.2 应力改变频差原理

6.3 稳频差系统电路设计及器件选型

6.3.1 光频差接收

6.3.2 分频整形

6.3.3 频率/电压转换

6.3.4 驱动电路

6.4 伺服设计

6.5 频差数据采集

6.6 稳频差整体装置及运行机理

6.7 稳频差实验结果及分析

6.8 存在的不足与需改进之处

第七章 结束语

参考文献

附录1 稳频系统机械图

附录2 稳频电路原理图

附录3 稳频差电路原理图

附录4 光强和频差数据采集程序

致谢

研究成果及发表的学术论文

导师简介

作者简介

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摘要

激光技术的发展有力的推动了光通信、非线性光学、高分辨光学等领域的发展,尤其在精密干涉测量方面占据了很大优势。精密干涉测量主要以激光波长作为“尺子”,利用干涉原理来测定各种参量,如加速度,位移、角位移等等。由于光波长为nm数量级,因此其分辨精度是电学、磁学元件无法比拟的。但是,受激光器自身和周围环境因素影响,激光频率存在不同程度的漂移,根据c=vλ的关系,频率的漂移必然会导致波长的漂移,这将直接降低干涉测量的精度。
   目前,占市场份额较大的双频外差激光干涉仪的光源正是使用了频率稳定的塞曼双频激光器,其中心波长为632.8nm,但是其双频频差不足3MHz,最大测量速度仅有300~700mm/s。
   为满足更高速度的干涉测量,本课题研究了频差较大的横向塞曼-双折射He-Ne双频激光器及其频率、频差的稳定性。从光强和频差角度,分析了横向塞曼-双折射He-Ne双频激光器的稳频特性,推进了横向塞曼-双折射He-Ne双频激光器的实用化。
   结合旧有的稳频方法,本论文对横向塞曼-双折射He-Ne双频激光器的稳频设计进行了详细的研究,确立了以等光强法配合热伺服系统的稳频方案。依此研制了一套横向塞曼-双折射He-Ne双频激光器稳频系统,初步检定,其频率稳定度优于2.1×10-8。
   理论研究工作方面,本论文对稳频横向塞曼-双折射He-Ne双频激光器的光强、频差调谐特性进行了定性的分析,解释了横向塞曼-双折射He-Ne双频激光器稳频过程中观察到的现象,对横向塞曼-双折射He-Ne双频激光器理论作了一定的补充。同时对稳频塞曼-双折射He-Ne双频激光器的频差稳定性做了初步的研究。
   本论文在理论与实践的工作中都具有一定的创新性。包括对横向塞曼-双折射He-Ne双频激光器光强、频差调谐特性的分析和稳频、稳频差电路的设计。

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