!1表示磁場強度（06)，蘭德因子8=1.3。
[0037] 圖1(b)中每條曲線都可能自發(fā)或受激發(fā)射出一種園偏振光。即沿著磁場強度方 向，左邊的曲線（低頻）發(fā)射左旋圓偏振光（LCP)，右邊的曲線（高頻）發(fā)射右旋圓偏振光 (RCP)〇
[0038] 在He-Ne激光圓偏振激光器充滿增益介質(zhì)的環(huán)路上不施加磁場時，不發(fā)生頻裂， 激光器中兩相向傳播光束具有相同的腔頻率v cw，通常調(diào)節(jié)到等于增益曲線中心頻 率V。，見圖2,當加上磁場后，增益曲線分裂成兩條：低頻曲線（V D )和高頻曲線（V D+)。因 為相向光波沿著磁場Η方向具有相反的偏振態(tài)（LCP和RCP)，因此它們獲得各自的增益曲線 V D 與 V D 〇
[0039] 由于He-Ne激光圓偏振激光器增益介質(zhì)色散引起模式頻率牽引效應，實際產(chǎn)生的 模式頻率朝增益曲線中心移動，用v與v +標識，并有：
[0040]
<2)
[0041] (2)中表示相向傳播光波的頻率vccw與的可能取值，依磁場方向而定； 為初始模式頻率，通常V e= %，△ \和△ VD分別表示諧振腔與激光發(fā)射譜線的帶 寬，6。與σ表示腔的增益與損耗系數(shù)。
[0042] 相向傳播光波的頻差（vcw-vccw)為He-Ne激光圓偏振激光器拍頻ν Β，運用（1) 與⑵計算其值：
[0043]
(3):
[0044] 通過等間距調(diào)節(jié)壓電元件的電壓改變He-Ne激光圓偏振激光器的腔長，在每個給 定的壓電電壓下測量拍頻v B，求出相鄰壓電電壓下拍頻的差值△ vB，通過測定出該差值 隨腔長的變化，并做成曲線，該曲線就是He-Ne激光圓偏振激光器的增益介質(zhì)的色散曲線， 一次的測量結(jié)果如下圖3所示。
[0045] 所述的He-Ne激光圓偏振激光的增益介質(zhì)色散特性測量方法，其具體過程如下：
[0046] 步驟1 :搭建光路和信號處理線路
[0047] 在非共面諧振腔He-Ne環(huán)形激光器1腔體的四個光路上設置四個獨立的繞線槽， 在每個繞線槽上繞相同匝數(shù)的線圈，相鄰線圈的纏繞方向相反，使線圈的軸線和工作介質(zhì) 通道的軸向重合，最后將四組線圈同向串聯(lián)起來，完成偏頻磁場線圈2的裝配。
[0048] 在He-Ne激光圓偏振激光器1對角設置兩個穩(wěn)頻反射鏡，在穩(wěn)頻反射鏡上安裝壓 電元件3,使腔長調(diào)整可達到1 %調(diào)整精度。
[0049] 在He-Ne激光圓偏振激光器輸出反射鏡上設置用于信號輸出和處理的合光棱鏡 4、集成光電放大器5、信號處理線路、可逆計數(shù)器7 ;
[0050] 步驟2 :頻率差
[0051] 在增益介質(zhì)的環(huán)路上施加縱向磁場使得同一模態(tài)沿光路順時針和逆時針的運行 的光波產(chǎn)生頻率差；
[0052] 步驟3 :腔長調(diào)整，得到頻率差變化
[0053] 通過調(diào)整電壓源的控制精度和壓電元件參數(shù)及穩(wěn)頻結(jié)構對非共面諧振腔He-Ne 環(huán)形激光器的腔長進行調(diào)整，從而改變模式，使得頻率差發(fā)生變化；
[0054] 步驟4 :確定色散特性
[0055] 該帶有頻率差的光信號經(jīng)合光棱鏡將雙向運行的光波合光產(chǎn)生動態(tài)干涉條紋，然 后使用集成光電探測器將光信號轉(zhuǎn)化為正弦電信號，并通過信號處理線路處理后送可逆計 數(shù)器測量信號頻率，得到以橫軸為腔長，縱軸為頻率差變化的色散特性曲線。
[0056] 通過對He-Ne激光圓偏振激光器進行掃模試驗確定激光器調(diào)整一個縱模需在壓 電元件上施加調(diào)整電壓值為50V，稱該電壓值為U A，在逐步減小1個腔長調(diào)整步距電壓為 〇. 05V后，測量的頻率差不再減小，故本套色散測量系統(tǒng)的色散測量相對精度為0. 1 %，該 精度和632. 8nm的氦氖激光器的牽引參量約為10 3吻合，因此本測量系統(tǒng)及方法實現(xiàn)對增 益介質(zhì)的色散特性的方便測量，對于激光陀螺色散控制及色散相關因素影響的評估具有實 用價值。
【主權項】
1. 一種He-Ne激光圓偏振激光增益介質(zhì)色散特性測量系統(tǒng)，其特征在于：包括非共面 諧振腔He-Ne環(huán)形激光器（1)、偏頻磁場線圈（2)、壓電元件（3)、集成光電放大器（5)、信號 處理線路(6)、可逆計數(shù)器（7)，其中，所述偏頻磁場線圈（2)由四組線圈構成，環(huán)繞非共面 諧振腔He-Ne環(huán)形激光器（1)邊長的增益介質(zhì)設置，相鄰邊上的線圈組件纏繞方向相反，偏 頻磁場線圈（2)的軸線與非共面諧振腔He-Ne環(huán)形激光器（1)毛線孔軸線重合；壓電元件 (3)裝配在非共面諧振腔He-Ne環(huán)形激光器（1)的穩(wěn)頻反射鏡上；集成光電放大器（5)安 裝在非共面諧振腔He-Ne環(huán)形激光器（1)的輸出反射鏡上；信號處理線路（6)將集成光電 放大器（5)輸出的信號放大、整形并轉(zhuǎn)換成數(shù)字脈沖串，可逆計數(shù)器（7)連接在信號處理線 路（6)上，對其輸出的脈沖串進行可逆計數(shù)。2. 根據(jù)權利要求1所述的He-Ne激光圓偏振激光的增益介質(zhì)色散特性測量裝置，其特 征在于，還包括程控電壓源（8)、程控電流源（9)、工控機（10)，工控機（10)通過控制內(nèi)置 的PCI總線的標準計數(shù)卡實現(xiàn)頻率測量，同時工控機通過RS232串口協(xié)議控制電壓源（8) 和電流源（9)，并控制電壓源輸出最小腔長調(diào)整步進電壓，再通過壓電元件改變環(huán)形激光器 的腔長，實現(xiàn)環(huán)形激光器振蕩頻率的調(diào)整，另外，工控機通過控制電流源給偏頻磁場線圈供 電，實現(xiàn)磁場的通斷和大小控制。3. 根據(jù)權利要求2所述的He-Ne激光圓偏振激光的增益介質(zhì)色散特性測量裝置，其特 征在于，在非共面諧振腔He-Ne環(huán)形激光器（1)的輸出反射鏡位置處安裝合光棱鏡（4)，合 光棱鏡將非共面諧振腔He-Ne環(huán)形激光器中運行的兩相向傳播光束在輸出鏡輸出后進行 合光干涉，產(chǎn)生干涉條紋，再由集成光電放大器（5)檢測干涉條紋的光強隨時間變化的頻 率，以實現(xiàn)順、逆?zhèn)鞑ス馐念l差測量。4. 根據(jù)權利要求3所述的He-Ne激光圓偏振激光的增益介質(zhì)色散特性測量裝置，其特 征在于，環(huán)繞在非共面諧振腔He-Ne環(huán)形激光器（1)光路上的偏頻磁場線圈（2)在不產(chǎn)生 磁場時，非共面諧振腔He-Ne環(huán)形激光器中運行的兩相向傳播光束具有相同的腔頻率v w =v ;若加上磁場，非共面諧振腔He-Ne環(huán)形激光器中運行的兩相向傳播光束的腔頻率產(chǎn) 生頻差；隨后通過安裝在非共面諧振腔He-Ne環(huán)形激光器穩(wěn)頻反射鏡的壓電元件（3)實現(xiàn) 調(diào)整環(huán)形激光器的激光振蕩頻率時，通過檢測順、逆?zhèn)鞑ス獾念l差代替檢測激光振蕩頻率， 用集成光電放大器（5)實現(xiàn)光電信號轉(zhuǎn)換和放大，用信號處理電路（6)將模擬信號轉(zhuǎn)換為 數(shù)字脈沖，最后通過可逆計數(shù)器（7)檢測到He-Ne激光圓偏振激光的增益介質(zhì)色散特性。5. -種He-Ne激光圓偏振激光的增益介質(zhì)色散特性測量方法，其特征在于，He-Ne激光 圓偏振激光器能提供穩(wěn)定的左、右旋圓偏振光并對正交偏振光產(chǎn)生頻率的互易分裂；當在 增益介質(zhì)上施加縱向磁場時，施加在增益介質(zhì)上的磁場引起兩相向傳播光波頻率的非互易 分裂，從而原增益曲線中心的振蕩頻率可用此時相向傳播光波頻率差表征，然后通過測試 該頻差隨腔長的變化，實現(xiàn)對He-Ne激光圓偏振激光的增益介質(zhì)色散特性的測量。6. 根據(jù)權利要求5所述的He-Ne激光圓偏振激光的增益介質(zhì)色散特性測量方法，其特 征在于，具體過程如下： 步驟1 :搭建光路和信號處理線路 在非共面諧振腔He-Ne環(huán)形激光器腔體的四個光路上設置四個獨立的繞線槽，在每個 繞線槽上繞漆包線，在四個光路上分別同向串聯(lián)纏繞偏頻磁場線圈，該線圈的軸線與非共 面諧振腔He-Ne環(huán)形激光器光路軸線重合，且相鄰毛細孔上的線圈組件纏繞方向相反，同 時在He-Ne激光圓偏振激光器對角設置兩個穩(wěn)頻反射鏡，在穩(wěn)頻反射鏡上安裝壓電元件， 在輸出鏡上設置用于信號輸出和處理的合光棱鏡（4)、集成光電放大器（5)、信號處理線 路、可逆計數(shù)器（7); 步驟2 :頻率差 在增益介質(zhì)的環(huán)路上施加縱向磁場使得同一模態(tài)沿光路順時針和逆時針的運行的光 波產(chǎn)生頻率差； 步驟3 :腔長調(diào)整，得到頻率差變化 通過調(diào)整電壓源的控制精度和壓電元件參數(shù)及穩(wěn)頻結(jié)構對非共面諧振腔He-Ne環(huán)形 激光器的腔長進行調(diào)整，從而改變模式，使得頻率差發(fā)生變化； 步驟4 :確定色散特性 該帶有頻率差的光信號經(jīng)合光棱鏡將雙向運行的光波合光產(chǎn)生動態(tài)干涉條紋，然后使 用集成光電探測器將光信號轉(zhuǎn)化為正弦電信號，并通過信號處理線路處理后送可逆計數(shù)器 測量信號頻率，得到以橫軸為腔長，縱軸為相鄰頻率差變化的色散特性曲線。
【專利摘要】本發(fā)明屬于氣體激光領域，涉及一種He-Ne激光圓偏振激光的增益介質(zhì)色散特性的測量系統(tǒng)及方法。本發(fā)明采用非共面諧振腔He-Ne環(huán)形激光器，通過改變在增益介質(zhì)上的線圈的電流，實現(xiàn)增益介質(zhì)的分裂，利用順、逆時鐘的陀螺諧振頻率差，即拍頻，然后采用壓電元件改變諧振腔腔長，實現(xiàn)順、逆激光振蕩頻率的改變，該帶有頻率差的光信號經(jīng)合光產(chǎn)生動態(tài)干涉條紋，并轉(zhuǎn)化成電信號處理后得到以橫軸為腔長，縱軸為頻率差變化的色散特性曲線，從而實現(xiàn)對增益介質(zhì)的色散特性的方便測量，對于激光陀螺色散控制及色散相關因素影響的評估具有實用價值。
【IPC分類】G01J11/00, G01J9/00
【公開號】CN105675152
【申請?zhí)枴?br>【發(fā)明人】韓宗虎, 薛向前
【申請人】中國航空工業(yè)第六一八研究所
【公開日】2016年6月15日
【申請日】2014年11月17日