產(chǎn)品簡介

1.1 品牌與定位

昊量光電氦氖激光器分為通用型與穩(wěn)頻型兩大系列，滿足不同精度需求：

（1）通用型氦氖激光器（632.8nm，0.5–35mW）

核心參數(shù)：波長 632.8nm（紅光），輸出功率 0.5mW–35mW，偏振比≥500:1，光束發(fā)散角 0.66–1.8mrad，光束口徑 0.48–1.23mm，連續(xù)波（CW）輸出，壽命≥10000 小時。

• 型號覆蓋：0.5mW、0.8mW、1.5mW、2mW、5mW、7mW、10mW、15mW、21mW、35mW，適配教學(xué)實驗、光學(xué)準(zhǔn)直、基礎(chǔ)干涉、激光指示等場景。

• 結(jié)構(gòu)特點：小型化密封玻璃管設(shè)計，內(nèi)置諧振腔（全反射鏡 + 輸出耦合鏡），配套專用高壓恒流電源，安裝便捷、即插即用。

   
  

YS-307（超高頻率穩(wěn)定度）：利用頻率牽引效應(yīng)實現(xiàn) 10?¹¹ 量級頻率穩(wěn)定性，單模輸出功率 3mW，重啟頻率重復(fù)性 ±300kHz，適配多軸高速干涉測量、長度計量溯源。

• 雙頻塞曼穩(wěn)頻激光器

• 一種橫向塞曼激光器，它能穩(wěn)定由橫向磁場產(chǎn)生的兩個正交頻率分量之間的頻率差。其正交雙頻輸出可以直接應(yīng)用于外差干涉儀，無需任何額外的器件。

• 雙模穩(wěn)頻激光器QS

  QS型號能夠穩(wěn)定兩種振蕩模式之間的功率比，并可提供單?；螂p模運行模式。它適用于各種需要納米級精度的應(yīng)用。
  頻率穩(wěn)定模式




頻率牽引效應(yīng)原理

頻率牽引現(xiàn)象是指當(dāng)氖增益曲線內(nèi)的振蕩模式從腔體相位條件模式位置νm略微向增益曲線中心移動時，實際振蕩頻率ν（圖1(a)）發(fā)生改變。

牽引量ν − νm取決于氖增益曲線的形狀，并隨模式位置νm的變化而變化（圖1(b)）。當(dāng)存在多個縱模時，模式間的拍頻會隨其振蕩位置的變化而變化。我們將這種變化提取為控制信號并進行穩(wěn)定化處理。

 






利用頻率牽引效應(yīng)進行穩(wěn)定（YS-307）




頻率穩(wěn)定控制概述






• 頻率牽引產(chǎn)生的多模間拍頻變化被提取出來，并用作控制信號。
  后向光束中的P偏振光和S偏振光經(jīng)偏振器（PL1）合束后，耦合到光纖中，并由控制器內(nèi)部的雪崩光電二極管（APD）檢測。

  APD將頻率牽引引起的波動轉(zhuǎn)換為控制信號頻率fb的變化。

• 使用頻率差檢測器將fb與晶體振蕩器參考頻率fref進行比較，并控制激光管的加熱器電流，使(fb − fref = 0)，從而穩(wěn)定頻率。

為了在單模操作中獲得至大功率，將振蕩模式位置設(shè)置在Ne增益曲線的中心（可通過fref配置）。

與偏振強度穩(wěn)定相比的優(yōu)勢
無需頻率調(diào)制即可將模式位置穩(wěn)定在氖增益曲線的中心

• 由于控制量為頻率，因此對腔鏡或探測器上的污染引起的變化具有魯棒性
• 控制信號的數(shù)字處理降低了模擬元件對溫度相關(guān)漂移的敏感性

• QQD（雙頻塞曼穩(wěn)頻）：橫向塞曼效應(yīng)產(chǎn)生正交雙頻輸出，頻率差穩(wěn)定，直接用于外差干涉儀，無需額外器件。

• QS（雙模穩(wěn)頻）：穩(wěn)定兩模式功率比，支持單模 / 雙模切換，適配納米級精度檢測場景。
• 1.3 核心優(yōu)勢

 穩(wěn)定性強：通用型功率波動≤±5%，穩(wěn)頻型頻率穩(wěn)定度達 10?¹¹，長期工作模式不跳變。

激光管：密封玻璃 / 石英管，內(nèi)充氦（He）、氖（Ne）混合氣體（比例 5:1–20:1，常用 7:1），兩端設(shè)陽極（細電極）、陰極（粗套筒），管內(nèi)為低壓環(huán)境（約 10²Pa）。

• 諧振腔：由全反射鏡（反射率 > 99.95%）和輸出耦合鏡（反射率≈98%，透射 1–2%）組成，形成光學(xué)駐波腔，實現(xiàn)光的放大與選模。

• 高壓電源：提供直流高壓（點火電壓 1000–2500V，工作電壓數(shù)百伏），恒流輸出（幾 mA），適配激光器負阻特性。

2.2 能級躍遷與粒子數(shù)反轉(zhuǎn)（四能級系統(tǒng)）

1. 共振能量轉(zhuǎn)移：激發(fā)態(tài)氦原子（He*）與基態(tài)氖原子（Ne）碰撞，將能量精準(zhǔn)轉(zhuǎn)移，使氖原子躍遷至3s?激發(fā)態(tài)（與 He 亞穩(wěn)態(tài)能量匹配）。

2. 粒子數(shù)反轉(zhuǎn)：氖原子 3s?能級壽命（≈100ns）遠長于 2p?能級（≈10ns），導(dǎo)致 3s?能級粒子數(shù)遠多于 2p?能級，形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。

3. 受激輻射：處于 3s?能級的氖原子受光子激發(fā)，躍遷至 2p?能級，釋放632.8nm 光子；光子在諧振腔內(nèi)往返放大，形成激光輸出。

4. 能級弛豫：氖原子從 2p?能級無輻射躍遷至 1s 能級，再通過與管壁碰撞返回基態(tài)，完成循環(huán)。

2.3 諧振腔與模式形成

諧振腔是激光形成的核心，滿足駐波條件：

3.1 光學(xué)特征

波長與單色性：632.8nm 紅光，譜線寬度 < 10?³nm（單縱模），單色性遠超普通光源，適配精密干涉與光譜測量。

•  光束質(zhì)量：基模 TEM??輸出，光斑圓形、能量集中，發(fā)散角?。?.66–1.8mrad），遠距離傳輸準(zhǔn)直性好。

• 偏振特性：通用型偏振比≥500:1（線偏振），穩(wěn)頻型可定制正交雙偏振，適配偏振干涉與調(diào)制場景。

• 相干性：單縱模相干長度可達數(shù)十米，雙縱模相干長度約數(shù)厘米，滿足全息、干涉測量需求。

電源適配：專用恒流高壓電源，啟動電壓 1000–2500V，工作電流 3–10mA（隨功率遞增），電流穩(wěn)定度≤±0.1%。

• 功率穩(wěn)定性：通用型長期功率波動≤±5%，預(yù)熱 30 分鐘后穩(wěn)定；穩(wěn)頻型功率波動≤±1%，頻率穩(wěn)定度 10?¹¹（YS-307）。

• 環(huán)境適應(yīng)性：工作溫度 15–30℃，濕度 < 60%，無強振動、無粉塵，抗電磁干擾，適合實驗室與工業(yè)現(xiàn)場。

• 壽命與可靠性：連續(xù)工作壽命≥10000 小時，密封式結(jié)構(gòu)無氣體泄漏，電極濺射小，長期使用性能衰減小。

3.3 結(jié)構(gòu)與安裝特征

• 安裝便捷：標(biāo)準(zhǔn)光學(xué)支架接口，可直接固定于光學(xué)平臺，諧振腔預(yù)校準(zhǔn)，用戶無需自行調(diào)節(jié)腔鏡。

• 安全設(shè)計：電源內(nèi)置過流、過壓保護，激光輸出帶安全鎖，符合 Class 3B 激光安全標(biāo)準(zhǔn)。

  
  



 

4.1 安裝前準(zhǔn)備

環(huán)境檢查：確保工作環(huán)境清潔、干燥（濕度 < 60%）、溫度 15–30℃，無強振動、無強電磁干擾，工作臺穩(wěn)固。

1. 設(shè)備檢查：開箱核對激光管、專用電源、電源線、光學(xué)支架、安全鑰匙等配件；檢查激光管無裂紋、無污漬，電源接口完好，無松動或氧化。

2. 安全準(zhǔn)備：佩戴 632.8nm 激光防護眼鏡，準(zhǔn)備光學(xué)擦鏡紙、無水乙醇、洗耳球等清潔工具，清理工作臺灰塵。

4.2 機械安裝

1.  光路對準(zhǔn)：初步對準(zhǔn)激光輸出方向，確保無遮擋；若需外接光學(xué)元件（如透鏡、分光鏡），先預(yù)留位置，待激光器啟動后再精細調(diào)節(jié)。

2. 電源連接：將激光管陽極（細電極）、陰極（粗套筒）與專用電源對應(yīng)接口連接，嚴禁接反（接反會損壞激光管）；電源線連接至接地良好的插座，確保電源接地可靠。

3.  安全鎖安裝：插入電源安全鑰匙，確保安全回路閉合（無鑰匙無法啟動）。

4.3 電氣調(diào)試與預(yù)熱

1. 點火與起振：電源啟動后，激光管內(nèi)出現(xiàn)輝光放電（粉紅色），約 10–30 秒后激光輸出，觀察光斑是否均勻、無閃爍。

2.  預(yù)熱穩(wěn)定：保持激光器連續(xù)工作 30 分鐘以上，待輸出功率、模式穩(wěn)定后，再進行精密測量或?qū)嶒灒A(yù)熱不足會導(dǎo)致功率波動、模式跳變）。

4.4 安裝驗收

1.  模式檢測：觀察光斑為圓形、均勻 TEM??基模，無多模雜斑、無偏心。

2. 穩(wěn)定性檢測：連續(xù)監(jiān)測功率 1 小時，波動≤±5%（通用型），無模式跳變、無閃爍。

安全檢查：確認激光輸出方向無人員、無易燃物，佩戴防護眼鏡，關(guān)閉實驗室門窗，避免無關(guān)人員進入。

1. 電源啟動：插入安全鑰匙，打開電源總開關(guān)，調(diào)節(jié)電流至推薦值，等待激光起振（約 30 秒）。

2. 預(yù)熱與穩(wěn)定：開機后預(yù)熱 30 分鐘，期間觀察光斑與功率，待穩(wěn)定后再開始實驗；禁止頻繁開關(guān)電源（每小時開關(guān)≤1 次）。

3.  光路調(diào)節(jié)：精細調(diào)節(jié)光學(xué)元件，確保光路對準(zhǔn)；調(diào)節(jié)時緩慢操作，避免觸碰激光管與腔鏡。

5.2 運行中操作

參數(shù)監(jiān)測：實時觀察電源電流、激光管溫度（手感微溫正常，過熱則降低電流），記錄功率波動情況。

1.  模式檢查：若出現(xiàn)多模、光斑畸變，先檢查環(huán)境振動、溫度變化，再清潔光學(xué)窗口，必要時聯(lián)系廠家調(diào)節(jié)腔鏡。

2.  安全操作：嚴禁直視激光束（包括反射光），禁止用手或普通物品遮擋激光；實驗中若需暫停，可降低電流至待機狀態(tài)（無需關(guān)機）。

5.3 關(guān)機流程

電流調(diào)節(jié)：緩慢將電流旋鈕調(diào)至最小，等待激光輸出停止（輝光消失）。

1. 電源關(guān)閉：關(guān)閉電源開關(guān)，拔出安全鑰匙，斷開電源線。

2. 冷卻與整理：等待激光管冷卻至室溫（約 30 分鐘），再清理工作臺，覆蓋防塵罩；長期不用時，每隔 1–2 個月通電 10 分鐘，保持氣體活性。

縱模是諧振腔內(nèi)滿足駐波條件的軸向頻率模式，相鄰縱模頻率差（自由光譜范圍 FSR）為：

（1）法布里 - 珀羅（F-P）干涉儀觀測（常用）

•  步驟：將激光束入射至 F-P 干涉儀，調(diào)節(jié)干涉儀腔長，在接收屏上觀察干涉環(huán)：單縱模對應(yīng) 1 組同心圓環(huán)，雙縱模對應(yīng) 2 組嵌套圓環(huán)，多縱模對應(yīng)多組圓環(huán)。

•  優(yōu)勢：直觀、精準(zhǔn)，可測量縱模頻率差與模式數(shù)量，適配科研與教學(xué)實驗。

（2）掃描干涉儀觀測（動態(tài)監(jiān)測）

• 步驟：連接掃描干涉儀與示波器，調(diào)節(jié)掃描頻率與幅度，觀察示波器上的縱模峰：單縱模為 1 個峰，雙縱模為 2 個等間距峰，峰間距對應(yīng) FSR。

• 優(yōu)勢：動態(tài)監(jiān)測縱模穩(wěn)定性，可觀測模式跳變、頻率漂移，適配穩(wěn)頻激光器調(diào)試。

（3）拍頻法觀測（間接測量）

• 步驟：用光電探測器接收激光，輸出信號接入頻譜儀，觀察拍頻峰：雙縱模對應(yīng) 1 個拍頻峰，多縱模對應(yīng)多個拍頻峰，峰頻率對應(yīng)縱模差。

•  優(yōu)勢：無需精密光學(xué)元件，適合工業(yè)現(xiàn)場快速檢測。

6.3 縱模牽引（頻率牽引效應(yīng)）

（1）縱模牽引定義

縱模牽引是指激光振蕩模式頻率因增益介質(zhì)的異常色散，偏離諧振腔本征頻率（ν?），向增益曲線中心（ν?）移動的現(xiàn)象，實際振蕩頻率 ν 滿足：

氦氖增益介質(zhì)在增益曲線中心附近呈現(xiàn)異常色散（折射率隨頻率升高而減?。瑢?dǎo)致諧振腔有效光程變化，縱模頻率被 “牽引” 至增益中心；多縱模時，模式間相互作用會加劇牽引，導(dǎo)致拍頻頻率變化。

昊量 YS-307 利用縱模牽引效應(yīng)實現(xiàn)超高穩(wěn)頻：

提取多縱模間拍頻變化作為控制信號（牽引導(dǎo)致拍頻波動）。

1. 通過雪崩光電二極管（APD）檢測拍頻，與參考頻率比較，反饋控制激光管加熱器，調(diào)節(jié)腔長，使拍頻穩(wěn)定，最終將振蕩模式鎖定在氖增益曲線中心。

2. 該方法無需頻率調(diào)制，對光學(xué)污染魯棒性強，實現(xiàn) 10?¹¹ 量級頻率穩(wěn)定性。

（4）縱模牽引的觀測

• 穩(wěn)頻狀態(tài)下，縱模被鎖定在增益中心，無明顯漂移，拍頻穩(wěn)定，示波器上縱模峰固定不動。