双频固体激光亚微米精度绝对距离干涉测量技术研究

本项目拟研究二极管泵浦1030nm可调谐双频固体激光绝对距离干涉测量技术，即采用扭转模腔结构消除Yb:YAG陶瓷介质的增益空间烧孔效应，并通过偏振分光棱镜构成两个激光谐振腔，使1030nm光波p分量和s分量分别在直线型和直角型谐振腔内同时以单纵模振荡，获得正交线偏振双频激光同时振荡输出，单频光功率大于50mW；分别调节两谐振腔长度，使1030nm双频激光的频差在10GHz～10THz范围内可调谐，相应的合成波长变化范围为30mm～30μm；采用Pound-Drever-Hall边带稳频方法，将1030nm正交线偏振双频激光频率同时稳定在同一高精细度F-P参考腔的两个谐振频率处，使双频激光频率和频差稳定性分别优于200kHz和400kHz；设计并建立1030nm双频激光合成波长标定与绝对距离测量系统，采用多级合成波长逐级精化测量法，在0～1.75m范围内绝对距离测量不确定度达到亚微米量级。

为了实现亚微米精度合成波绝对距离干涉测量，本项目开展了激光二极管（LD）泵浦大频差双频固体激光器及其超外差绝对距离干涉测量技术研究工作。分别基于电光双折射滤光片选模原理和扭转模腔选模原理，设计了两种LD泵浦1064nm双腔双频Nd:YAG激光器，并研究了相应的频差调谐技术，最大频差分别达到两种双频激光器的出光带宽和激光纵模间隔。实验研究了激光数字Pound-Drever-Hall (PDH)稳频技术和正交解调PDH稳频技术，并采用同一高精细度Fabry-Perot腔作为频率基准，设计了用于LD泵浦1064nm双腔双频Nd:YAG激光器的数字PDH和正交解调PDH两种稳频系统，频率稳定性优于几百kHz。研制成功LD泵浦1064nm/532nm双波长双腔双频Nd:YVO4激光器样机，当LD泵浦功率为13W时，同轴传输正交线偏振1064nm双频激光功率达到780mW，两束532nm单频绿光输出功率分别达到16 mW和17mW；1064nm和532nm双频激光的频差分别为221GHz和377.7GHz。采用LD泵浦1064nm/532nm双波长双腔双频Nd:YVO4激光器作光源，设计了一种超外差干涉绝对距离测量系统，在0~2m范围内的绝对距离测量不确定度优于亚微米。