专利名称：气体激光器和光学系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种氦-氖气体激光器及其使用的光学系统。
氦-氖(HeNe)激光器很适合用于这些用途，因为它们产生适合的频率，并且容易控制。
专利WO98/05955和美国专利4,844,593均公开了激光干涉仪。这两个文件讨论的主题之一是防止或减少激光器的输出光朝后向激光器的反射(一般称作“光反馈”或“背向反射”)。背向反射量可由所用的光学元件的已知光参数确定。但是，只有小部分背向反射光到达激光腔，即约为背向反射光的1％至5％。
背向反射是上述装置以及所有需要激光特定频率的装置都不希望有的，因为过量的背向反射与激光器相互作用会改变激光的偏振和输出频率。各种氦-氖激光器都有背向反射灵敏度问题。
目前已有不同气体比例混合的氦-氖激光器。美国专利4,475,199描述了一种环形激光器，它是具有Ne20和Ne22两个同位素混合的氦-氖激光器。这两个同比例的同位素与氦混合。现在本发明人已经认识到，这种混合气用于线性激光器中可以获得较好的偏振稳定度，从而使激光器即使遭受背向反射时激光器谐振腔内的频率稳定度也比较好。因此这种类型的激光器用于上述具有背向反射的装置是比较理想的。
这种光学装置可以是一个干涉位移测定仪，一个偏振测量仪，光谱分析仪，或外差频率测量仪。
当光学装置是一个干涉位移测定仪时，它可以时一个单光束(如，法布里-珀罗)(Fabry-Perot)，一个平面镜，一个长距离，或一个光导纤维型的。
为了确定镜9的位移，所用的光的波长必须是已知的。光的频率越稳定，所测得的位移就越精确。
在这种系统中，因为激光器与一个光导纤维连接，背向反射是个特别难对付的问题。在这种系统中，激光器输出光背向反射到激光器谐振腔的比例大于0.1％。该背向反射光来自纤维入口、纤维的旁侧、纤维出口、纤维芯，以及镜7和9的反射光6和9的一部分。
因此，这种装置需要激光器具有稳定的频率输出，并且得益于气体激光器对于背向反射具有高容限。在这种情况下，激光器的谐振腔充入含80-90％氦和10-20％氖的气体。氖包含两个大体上同比例的同位素Ne20和Ne22，比率分别在60∶40和40∶60之间。这种混合气体允许激光输出的背向反射光强级超过0.1％，而不会使输出偏振不稳定。由于偏振稳定，也就可以获得稳定的频率。这样背向反射便可能是连续出现或断续出现。当使用合适的频率控制系统时，激光器的频率稳定度可以低于1×10-7(频率噪声/绝对频率)。
尽管现在有许多种频率控制方法，但是可取的方法是模型控制，因为它可靠且费用低。因此采用了模型比率控制。
发明人通过实验结果认识到，背向反射的不稳定阈(即，激光器变得异乎寻常的不稳定背向反射光强级)，约为上述激光器的激光输出的10％，但是对于普通的“自然”氖激光器，即Ne20与Ne22同位素之比为9∶1的激光器则仅为1％。
在本发明范围内此种类型的激光器的其它应用受到重视。例如，上述的线性激光器可用于光谱分析仪、偏振测量仪、或外差频率测量仪，这些仪器中的每种仪器都可得益于上述稳定频率输出的激光器，特别是当背向反射约超过激光总输出的0.1％时。
激光输出频率的稳定度可以通过下述已知技术之一得到保证“兰姆凹陷”技术；总强度控制；塞曼频率或强度控制；或模型控制，即平衡模型，两个模型的强度是相同的，或者比例模型，两个模型的强度比是固定的。
权利要求
1.一种光学装置，它包括一个频率稳定的线性氦-氖气体激光器，该激光器含有比例基本相等的Ne20和Ne22同位素，该装置在使用中有朝向激光器的光反�。沟弥辽�0.1％的激光器的光输出返回到激光器。
2.根据权利要求1所述的光学装置，其特征在于该装置包括下述仪器之一一个干涉位移测定仪；一个偏振测量仪；光谱分析仪；或一个外差频率测量仪。
3.一个干涉位移测定仪，它包括一个频率稳定的线性氦-氖气体激光器，激光器有比例基本相等的Ne20和Ne22同位素，该装置在使用中有朝向激光器的光反�。沟弥辽�0.1％的激光器的光输出至少断续地返回到激光器，该测定仪可以是单光束，平面镜，长距离或光导纤维型的。
4.根据权利要求3所述的干涉位移测定仪，其特征在于所包含的Ne20和Ne22同位素的比例分别约为60∶40至40∶60。
5.根据权利要求3或4所述的干涉位移测定仪，其特征在于氦-氖气体比例分别约为80∶20至90∶10。
6.根据上述权利要求中任一个所述的光学装置或干涉位移测定仪，其特征在于激光器的频率稳定在1×10-7(频率噪声/绝对频率)之下，而且光反馈范围为激光器光输出的0.1％至10％。
7.根据上述权利要求中任一个所述的光学装置或干涉位移测定仪，其特征在于该装置或仪器包括一个光导纤维元件。
8.根据权利要求6所述的光学装置或干涉位移测定仪，其特征在于使用的频率稳定方法是模型控制。
9.根据权利要求6所述的光学装置或干涉位移测定仪，其特征在于模型控制是控制两个激光模型强度的比例。
全文摘要
一种光学装置,例如干涉位移测定仪;光谱分析仪;偏振测量仪;或外差频率测量仪,具有一个线性氦－氖气体激光器,激光器有比例基本相等的Ne
文档编号G01B9/02GK1383597SQ01801608
公开日2002年12月4日 申请日期2001年6月8日 优先权日2000年6月8日
发明者罗兰·亨利·普拉特 申请人:瑞尼斯豪公司
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