[其他]一種穩定大功率單頻輸出的He-Ne激光器

在審

• 申請號: 101985000001014
• 申請日: 1985-04-01
• 公開（公告）號: CN85101014B
• 公開（公告）日: 1986-07-02
• 發明（設計）人: 李尚義;肖建寧;程大光
• 申請（專利權）人: 北京科學儀器廠
• 代理公司: 首都專利代理事務所
• 代理人: 朱成蓉

本發明是一種穩定大功率單頻輸出的Ｈｅ－Ｎｅ激光器，其特點是，在激光器毛細管外徑上，設有分段磁場線圈，分段線圈間斷處設有毛細管調整架；放電毛細管內的壓力（以托為單位）與直徑（ｍｍ為單位）之間的乘積（ｐ·ｄ）在１０～１４之間，壓力在４．５～６托之間；加大鎮流電阻。因而本發明的激光器相干長度大于６～１４米以上，它可用于高分辨率激光光譜、光線散射試驗、激光全息、精密計量、高速攝影等領域。

一般He-Ne激光器獲得穩定大功率單頻輸出，早年有人用F-P標準具，史密斯腔，復合腔等辦法。近年又有人采用高氣壓加縱向均勻磁場（如蘇聯的Ａｌｌｙ　ＴＯＢ，我國的清華大學，見“”N061979年10月，“”2、110、1979、及“中國激光”1984年第8期P509頁）激光毛細管放在貯氣筒內，貯氣筒外設置了整體線圈，使之形成整體縱向均勻磁場，這樣，毛細管在工作過程中被整體磁場所封閉，其缺點：（1）不能調整毛細管的直線性，因此，毛細管內徑與兩端反射鏡之間不能達到要求的準直度，功率輸出低，目前，這類激光器1米放電管長度的最大單頻輸出功率才11.5mW;1.8米激光器最大輸出功率才20mW。（2）因磁場線圈內徑增大，激光器體積顯得龐大，線圈過長，繞制困難;（3）工作時用穩流、穩頻電源在一定條件下的試驗室里才能正常工作。

本發明針對以上缺點作了改進，在保持氣壓的前提下，把整體縱向均勻磁場改成分段磁場，由于磁場分段，形成縱向非均勻磁場，從而減短了磁場長度。

附圖1是縱向均勻磁場He-Ne激光器示意圖，圖中：1是真空系統;2是整體縱向均勻磁場;3是激光管;4是低壓直流電源;5是激光電源。

附圖2是一種高氣壓加縱向非均勻磁場獲得穩定大功率單頻輸出的He-Ne激光器示意圖。圖中：6是激光反射鏡;7是激光器陰極;8是激光器毛細管調整架;9是分段磁場線圈;10是激光器毛細管;11是一種非穩頻穩流電源;12是鎮流電阻;13是激光器陽極。

附圖3是用本發明制作的激光器，在相干長為10米時所拍的相干圖樣。

附圖4是用本發明制作的激光器，在掃描干涉儀上測得的單頻輸出圖形。

本發明的要點是：激光器放電毛細管外徑上，設有三段以上的磁場線圈，線圈間斷處的磁場逐漸減小，至間斷處中間位置，磁場為零，在每厘米長度上，線圈數為400圈以上;激光放電毛細管內的壓力（以托為單位）與直徑（以mm為單位）之間的乘積，應按下列范圍選擇，即p·d值應在10～14之間，對一米激光器來說，要保持單頻輸出，壓力應在4.5～6托之間;激光器放電毛細管在長度為1米±10厘米時，鎮流電阻應在190～220千歐之間;在分段磁場線圈間斷處，磁場為零的位置上，設置放電毛細管調整架;分段磁場線圈內徑與放電毛細管外徑之間隙，保持5～25mm之間，對一米激光器來說，以3～6段為最佳。

由于毛細管上設有分段線圈，間斷處的磁場逐漸減小至間斷處中間磁場為零，且毛細管外不裝貯氣筒，線圈內徑與毛細管外徑之間有一定的間隙，因此，可利用各磁場之間的調整架來調整毛細管的直線性。從而，使毛細管內徑與兩端反射鏡之間能達到很好的準直度，從而增大了輸出功率，同時大大減短了線圈的長度，使線圈繞制容易，簡化了加工工藝。減小了激光器體積。工作時，不須用穩流穩頻電源，在一般試驗室里都可進行工作。

由于具備了以上要點，因而大大提高了穩定大功率單頻輸出。以1米激光器為例：（1）穩定大功率單頻輸出可達20mW左右，而同類型的激光器，采用均勻磁場時，穩定大功率單頻輸出才達到11.5mW;就是1.8米激光器，其單頻輸出也才20mW，因為激光器的功率輸出與長度的平方成正比，因此，這是一個顯著的提高和突破。（2）相干長可大于6米，直到14米以上，圖3為中國科學院物理所用此激光器在10米相干長時拍得的相干圖形;（3）與碘穩定的He-Ne激光器進行拍頻時，測得的頻率漂移為：

開機一小時后，漂移小于3.2MHz sec

開機二小時后，漂移小于2.5MHz sec

開機三小時后，漂移小于1.2MHz sec

開機七小時后，漂移小于780KHz sec

該測試報告由中國計量科學院時頻室所出。

（4）用本發明所制出的激光器，其單頻輸出波形見圖4。