1。激光噴碼機(jī)在頻率分裂技術(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。
2。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)計中的值得關(guān)注的一項技術(shù)。
3。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。科學(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。
4。清華大學(xué)精密測試技術(shù)及儀器國家重點實驗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,實驗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MHz的頻率差。
5。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)實用型的光回饋干涉儀。