612nm He-Ne兰姆凹陷稳频激光系统

　　0 引 言

　　众所周知，在几何量计量领域，量块是长度精密测量的标准器具。长期以来，量块在精密工业生产中被广泛使用。在现代技术条件下，高等级量块的精密校准是通过量块激光干涉仪完成的。其中，小数重合法原理的量块干涉仪是用得较多的一种。目前，在国内这类干涉仪所使用的标准激光光源，有的是频率稳定的633 nm 和543 nm He-Ne 激光两条谱线，有的只有633 nm He-Ne 激光一条谱线。

　　在这类干涉仪中，无论采用两条谱线还是采用单一谱线光源，其测量范围和预测精度都有一定的局限性。为了使干涉仪的性能得到改善，其标准光源至少应由三条以上的谱线组成，其中频率稳定的612 nmHe-Ne 激光谱线是一种很有实用价值的光源。

　　频率稳定的612 nm 激光既可作为波长标准光源被用于各种激光干涉仪、激光衍射仪等精密计量仪器，也可作为波长标准用于光谱仪、波长计、单色仪以及相关的精密标准仪器设备的检定和校准工作中。为此，笔者研制了满足上述需求的频率稳定的612 nm He-Ne 激光器系统并对其基本的技术性能和指标进行了考察。

　　1 激光管的研制

　　经过多年的技术发展，作为相干光源的频率稳定的633 nm He-Ne 激光器已经得到了广泛的应用。与之相应的频率稳定技术，例如，双纵模功率平衡稳频技术[1-3]、赛曼效应稳频技术[4-5]、兰姆凹陷稳频技术[6]等也日臻完善。这些技术都可以借鉴到笔者的研制工作中。但是采用哪种技术方案实现与633 nm 激光性能相当的612 nm He-Ne 激光系统，面临的首要问题是选择适当结构形式的激光器。事实上，由于612 nmHe-Ne 激光器件的生产厂商和商品化的种类有限，因此不可能从通过购买商品的方式得到所需的激光器。自制激光器是唯一的解决途径。

　　激光器的研制耗时两年多，根据实验室的工艺技术特点，选择单频外腔式兰姆凹陷激光器作为研制的重点，与此相应，采用一次谐波鉴相技术实现激光频率的稳定。

　　612 nm 激光辐射是He-Ne 激光器中Ne 原子从3S2 到2P6 能级跃迁的波长。Ne 原子的2P 态有10 个精细结构子能级，其中除了2P9 是禁戒跃迁外，都有一定的跃迁几率。612 nm 激光与633 nm 激光共上能级，其小信号增益系数只有后者的六分之一，除了633 nm 激光外，在此能级上还有其他谱线的竞争。这些因素对形成612 nm 的激光振荡，尤其是单模振荡十分不利。因此，在612 nm 兰姆凹陷He-Ne 激光器的研制过程中，相关技术参数和工艺实验成为主要的研究内容。2006 年，经过努力，首次实现了短腔612 nm He-Ne 激光的单纵模连续振荡。此后，又经过工艺改进和参数优化，最终研制成3 种结构形式的适于稳频用途的单频半外腔和全外腔结构的612 nmHe-Ne 兰姆凹陷激光管，其主要技术参数见表1。