激光的偏振
光纤激光器的偏振态变化
光纤激光器的偏振态变化光纤激光器是一种利用光纤作为放大介质的激光器，其波长范围广、功率大、激光质量好、激光器表现优良等特点，被广泛应用于通信、医疗、材料加工等领域。
而光纤激光器的偏振态变化是光纤激光器中一个重要的研究课题。
偏振态对于光纤激光器的性能和应用有着重要的影响，因此对光纤激光器的偏振态变化进行深入的研究具有重要的意义。
一、光纤激光器的偏振态光纤激光器是一种将光纤作为激光放大介质的激光器，一般来说，光纤激光器的输出光可以是不同偏振态的。
简单来说，光的偏振是指光在空间中传播时电磁场向某一特定方向振动的性质。
偏振态是描述这个振动方向的物理量，用于描述光的偏振状态。
而光纤激光器的偏振态通常可以分为两种：线偏振和随机偏振。
其中，线偏振是指光的振动方向固定，随机偏振是指光的振动方向不固定。
在光纤激光器中，产生线偏振的原因主要是光纤的几何形状和材料的各向异性。
在光纤激光器中，如果光线偏振方向沿着长轴方向，则称为光的快轴方向；如果光的线偏振方向沿着慢轴方向，则称光的慢轴方向。
在光纤激光器中，快轴和慢轴对应的折射率一般是不同的，这样导致光的快轴和慢轴传播速度也不同。
二、光纤激光器偏振态变化的影响因素光纤激光器的偏振态受到许多因素的影响，主要包括光纤的几何形状和材料的各向异性，以及外界环境因素等。
光纤激光器的几何形状和材料的各向异性是最主要的影响因素。
在光纤激光器中，光线偏振方向沿着长轴方向的光纤称为快轴光纤，光线偏振方向沿着短轴方向的光纤称为慢轴光纤。
而快轴光纤和慢轴光纤的折射率一般是不同的，这样导致光的快轴和慢轴传播速度也不同。
因此，光纤激光器中的偏振态主要是由于光在光纤中的快轴和慢轴传播速度不同引起的。
此外，外界环境因素也会对光纤激光器的偏振态产生影响。
例如，光纤激光器的温度、压力、应力等因素都会对光纤的几何形状和材料的各向异性产生影响，从而影响光的偏振态。
三、光纤激光器偏振态变化的研究方法目前，研究光纤激光器偏振态变化的方法主要包括理论模拟和实验验证两种。
光纤激光器的偏振态变化
光纤激光器的偏振态变化
光纤激光器的偏振态变化主要涉及到两个方面：激光器本身的偏振特性和外界环境的影响。
1. 激光器本身的偏振特性：光纤激光器一般有两种主要的偏振状态，即线偏振和随机偏振。
线偏振激光器输出的光是具有确定的偏振方向的，通常为纵向或横向偏振。
而随机偏振激光器输出的光则是具有随机的偏振方向，没有明确的偏振特性。
2. 外界环境的影响：光纤激光器的偏振态也会受到外界环境的影响而发生变化。
例如，在通过光纤传输过程中，光纤的形变、拉伸、弯曲等因素会导致光纤中的偏振态发生变化。
外界的温度、压力、振动等因素也可能对光纤激光器的偏振态产生影响。
为了保持光纤激光器的偏振态稳定，可以采取以下措施：
- 使用偏振控制器或偏振稳定器来实现对光纤激光器输出光的偏振控制和稳定。
- 对光纤进行适当的保护和固定，减少其在环境中受到的外界影响。
- 优化光纤激光器的工作环境，例如控制温度、降低振动等。
光纤激光器的偏振态变化是一个复杂的问题，涉及到激光器本身的偏振特性和外界环境的影响。
合理的设计和控制可以减小偏振态变化，保持光纤激光器的稳定输出。
激光芯片偏振度
激光芯片偏振度激光芯片偏振度是指激光束中光波的偏振状况，即光波的电场在一个平面上的振动方向。
激光芯片偏振度的大小对于激光器的稳定性和性能具有重要影响。
本文将从定义、原理、应用等方面对激光芯片偏振度进行探讨。
一、定义激光芯片的偏振度是指激光束中光波的偏振特性，即光波偏振方向相对于激光传播方向的角度或者椭圆率。
偏振度可以用一个实数或者一个复数来表示，对应线偏振或者椭圆偏振情况。
通常情况下，激光芯片偏振度越小，相对应的激光器就越稳定。
二、原理激光芯片偏振度的大小与激光器内部材料的偏振特性和激光器的设计有关。
在激光器内部，存在着对称的激光振荡模式，即TE模式和TM模式。
TE模式对应于电场振动方向垂直于激光传播方向的偏振状况，而TM模式对应于电场振动方向平行于激光传播方向的偏振状况。
当TE模式和TM模式同时存在时，就会产生混合态的偏振激光。
为了控制激光芯片的偏振度，激光器的设计通常会采用各种技术手段来减小TE模式和TM模式同时存在的可能性，以实现单一偏振态的输出。
常见的技术手段包括使用偏振片、增加材料的吸收特性等。
三、应用激光芯片偏振度的控制对于激光器在科学研究、工业生产以及医学应用等领域具有重要意义。
在科学研究领域，激光器的偏振度对实验结果的重现性和精确度有着直接影响。
例如，在光学干涉测量中，如果激光器的偏振度不稳定，可能导致干涉图案的变化，影响测量结果的准确性。
在工业生产中，激光加工是一项常见的技术。
激光加工中，激光束的偏振度对于加工质量和产品精度有着重要影响。
稳定的偏振度可以提高激光加工的稳定性和一致性，从而提高产品质量。
在医学应用方面，激光器的偏振度对于激光治疗和激光诊断领域也有着重要意义。
例如，在激光眼科手术中，激光器的偏振度可以影响手术效果和术后恢复情况。
通过控制激光芯片的偏振度，可以提高手术的安全性和效果。
四、总结激光芯片偏振度是指激光束中光波的偏振特性。
通过控制激光芯片的材料和设计，可以实现稳定的偏振输出。
激光的偏振讲解
激光的偏振“偏振”是各种激光器的普遍性质，这是由激光形成的原理决定的。
激光束是由激光器内发光介质粒子的受激辐射形成的。
受激辐射有鲜明的特点：外来光子照射激光上能级粒子时，粒子辐射出一个光子并跃迁到下能级，受激辐射所产生的光子与外来光子具有相同的相位、相同的传播方向和相同的偏振状态。
当激光器内受激辐射形成光子流时，一个模式光子流中的全部光子都具有相同的相位、相同的传播方向和相同的偏振状态。
这意味着一个激光纵模（频率）一定是偏振的。
同时，激光相邻纵模的偏振态或为平行或为垂直。
布儒斯特窗或Q 调制电光晶体的使用是利用激光偏振的很好例证。
激光器“正交偏振”是指激光器两个相邻的频率具有互相垂直的偏振状态。
一对左右旋圆偏振的光也应看做正交偏振光。
一般说到“激光两正交偏振频率”时，其频差不是任意的，而是完全由激光腔长决定的。
本书研究的则是如何使激光器产生任意频差的两个正交偏振频率，以及这类激光器的结构、特性和应用。
第1章简洁而全面地介绍了激光器的一般原理。
第2章介绍历史上与正交偏振激光相关的成就，主要是塞曼双频激光器和环形激光器，而环形激光器又包括三镜激光陀螺、环形激光流量计和四频（四镜）环形激光器。
这些激光器并不都输出本书所专指的“正交偏振激光”，但它们和本书的“正交偏振激光”有一个共同的物理概念，即“激光频率分裂”现象——由一种物理效应把激光器的一个频率“分裂”成两个。
历史上这些激光器使用塞曼效应、旋光效应、磁光法拉第效应、Sagnac 效应形成激光频率分裂。
从第3章起到第6章，介绍由双折射效应在驻波激光器（管）中进行激光频率分裂，形成正交偏振振荡和输出。
激光频率分裂所使用的双折射效应包括自然双折射效应、应力双折射效应、电光双折射效应等。
从1988年在Optics Communications 发表第一篇文章开始，至今已发展成一个原理、器件、现象和应用系统完整的学术体系。
塞曼双频激光器的原理是在He Ne 激光放电管上加磁场。
光纤激光器的偏振态变化
光纤激光器的偏振态变化
光纤激光器的偏振态可以随着外界环境和工作条件的变化而发生改变。
以下是一些可能导致光纤激光器偏振态变化的情况：
1. 温度变化：光纤激光器的工作温度对其偏振态有重要影响。
温度变化会使光纤中的材料产生热应力，进而影响光的传播路径，导致偏振态变化。
2. 机械应力：光纤激光器经过长时间使用或受到外界机械应力作用时，光纤中的应力也会发生变化，进而影响光的传播方向和偏振态。
3. 激光器组件磨损：光纤激光器的组件如输出端窗口、光纤连接件等可能会因磨损而导致光的偏振态变化。
4. 外界固有偏振：当外部光传入光纤激光器时，如果其偏振与激光器原有偏振不同，可能会导致光纤激光器的偏振态发生变化。
5. 光纤激光器内部非线性效应：一些非线性光学效应如自由载波混频和拉曼散射等可能会导致光纤激光器的偏振态变化。
为了稳定光纤激光器的偏振态，可以采取一些措施，如控制工作温度，减小机械应力，定期检查和更换组件，以及使用必要的偏振控制器等。
4.6 光的偏振 激光
例2、对于光的偏振，下列说过偏振片后成为偏振光 C．偏振光不能再通过偏振片 D．如果偏振片的透振方向与偏振光的振动方向垂直，偏振 光不能透过偏振片
4、偏振光的获取 问题： 如何从普通光源中取得偏振光呢？ 方法： （1）偏振片法 （2）反射折射法
请提出你的 设计方案
立体电影
为什么液晶屏前要加偏振片
四、激光及其产生
激光的发展史
1、1916年爱因斯坦在玻尔能级理论基础上提出辐射的量子理论，是 产生激光的基本原理。 2、1958年，贝尔实验室的汤斯和肖洛发表了关于激光器的经典论文， 奠定了激光发展的基础。 3、1960年，美国加利福尼亚州休斯航空公司实验室的研究员梅曼发 明了世界上第一台红宝石激光器。 4、1965年，第一台可产生大功率激光的器件--二氧化碳激光器诞生。 5、1967年，第一台Ｘ射线激光器研制成功。
P
光的偏振现象并不罕见。除了从光源（如太阳、电灯等） 直接发出的光以外，我们通常看到的绝大部分光，都是偏振光。
自然光射到两种介质的界面上，如果光入射的方向合适， 使反射光与折射光之间的夹角恰好是90°，这时，反射光和折 射光就都是偏振的，并且偏振方向互相垂直。
光振动垂直于纸面
光振动在纸面内
三、偏振现象的应用
的笔画处不透光，则关于该显示屏，下列说法正确的是(AC )
A．上下两个偏振片的透振方向互相垂直 B．上下两个偏振片的透振方向互相平行 C．笔画处为透明电极，因此加上电压时变为不透明的 D．笔画处没有电极，其余部分为透明电极
5、(多选)旋光仪可以用来测量糖溶液的浓度，从而测定含糖量。其原理是： 偏振光通过糖的水溶液后，若迎着射来的光线看，偏振方向会以传播方向为 轴线，旋转一个角度θ，这一角度称为“旋光角”，θ的值与糖溶液的浓度有 关。将θ的测量值与标准值相比较，就能确定被测样品的含糖量了。如图所示， S 是自然光源，A、B 是偏振片，转动 B，使到达 O 处的光最强，然后将被 测样品 P 置于 A、B 之间，则下列说法中正确的是( )
22人教版高中物理新教材选择性必修第一册--第6节 光的偏振 激光
第6节光的偏振激光课标解读课标要求素养要求1.观察光的偏振现象,知道其产生的原因,知道其在生产生活中的应用。
2.知道光是横波。
3.通过实验，了解激光的特性。
能举例说明激光技术在生产生活中的应用。
1.物理观念:通过实验,认识偏振现象,知道只有横波才有偏振现象;了解激光的特点。
2.科学态度与责任:了解偏振光和自然光的区别,能列举实例阐述激光的三个特性。
自主学习·必备知识教材研习教材原句要点一偏振现象不同的横波，即使传播方向相同，振动方向也可能是不同的，这个现象称为“偏振现象”①。
要点二激光1960年，美国物理学家梅曼率先在实验室中制造出了频率相同、相位差恒定、振动方向一致②的光波，这就是激光。
自主思考①（1）自然光和偏振光的主要区别是什么？（2）自然光经水面反射的光一定是偏振光吗？答案：提示（1）在垂直于传播方向的平面内，自然光沿一切方向振动，偏振光沿某一特定方向振动。
（2）自然光经水面反射和折射的光都是偏振光。
②（1）利用激光测量地球到月球的距离，应用了激光哪方面的特点？（2）什么是激光的“纯净”性？这一性质有何作用？答案：提示（1）应用了激光平行度好的特点。
（2）“纯净”性是指频率、相位、偏振以及传播方向等性质完全相同。
利用这个特点，双缝干涉实验和衍射实验用激光比用自然光更容易完成。
可以用来传递信息。
名师点睛1.光的偏振现象说明光波属于横波。
2.太阳以及日光灯、发光二极管等普通光源发出的光，包含着在垂直于传播方向上沿一切方向振动的光，而且沿着各个方向振动的光波的强度都相同。
这种光是自然光。
3.光在垂直于传播方向的平面上，只沿着某个特定的方向振动。
这种光叫作偏振光。
4.激光可以进行光纤通信是利用了激光纯净的特性。
互动探究·关键能力探究点一光的偏振情境探究1.夜晚，汽车前灯发出的强光将迎面驶来的汽车司机照得睁不开眼，严重影响行车安全。
根据你所学的物理知识，能不能提出一种解决方法？答案：提示将汽车前灯玻璃改用偏振玻璃，使射出的灯光变为偏振光；同时汽车前窗玻璃也采用偏振玻璃，其透振方向正好与灯光的振动方向垂直，这样自己车灯发出的光经对面车窗反射后仍能进入自己眼中，而对面车灯发出的光不能进入自己的眼中。
激光芯片偏振度
激光芯片偏振度激光芯片的偏振度是指激光输出的光线偏振的程度。
在激光光束中，光的振动方向不是随机的，而是具有一定的方向性。
这个方向性就称为光的偏振。
激光的偏振度越高，表明光的偏振程度越强，光束中的光线振动方向越趋于单一，对于某些特定的应用来说，高偏振度的激光是非常重要的。
激光芯片的偏振度主要可以通过两种方式来实现：一种是外界对激光光束进行固有偏振的方法，另一种是通过内部极化状态的调控来实现。
在外界固有偏振的方法中，我们可以采用一种特殊的材料或光学器件来实现。
这些材料或器件具有特定的光的传播性质，可以使光束在通过时只有特定方向的光振动通过，而其他方向的光则被滤除或吸收。
在这种情况下，激光的偏振度主要取决于所用材料或器件的性质。
通常使用的固有偏振器件包括偏振片、偏振分束器、偏振转换器等。
而在内部极化状态调控方法中，激光芯片内部集成有一些特殊结构来实现光的偏振控制。
这些结构可以通过改变材料的晶格结构、施加电场或磁场等方式来调控材料本身对光的偏振态的响应，从而实现激光的偏振控制。
这种方式的优势是不需要外部光学器件，可以更加紧凑和集成化，适用于微型激光器和集成光学芯片等应用。
然而，内部极化状态调控的方法通常需要较高的技术要求和复杂的制备过程。
无论是外界固有偏振还是内部极化状态调控，激光芯片的偏振度取决于多个因素。
首先，材料的光学特性对偏振度有很大影响。
不同材料的折射率和吸收率随光振动方向的变化程度不同，从而影响偏振度。
其次，激光芯片内部结构和电磁场分布对光的偏振态有直接影响。
例如，在腔内增益区域和出射面之间的结构会对光的偏振产生影响。
另外，在光的传播过程中受到的外界干扰，如温度变化、应力影响等也会导致偏振度的变化。
因此，激光芯片的设计和制备过程需要综合考虑这些因素，以实现所需的偏振度。
激光芯片的偏振度在不同的应用中有不同的要求。
例如，在激光惯性约束聚变和激光制导等需要高精度定向能力的应用中，要求激光具有高偏振度，以确保光束的稳定性和单一方向性。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
激光的偏振“偏振”是各种激光器的普遍性质，这是由激光形成的原理决定的。
激光束是由激光器内发光介质粒子的受激辐射形成的。
受激辐射有鲜明的特点：外来光子照射激光上能级粒子时，粒子辐射出一个光子并跃迁到下能级，受激辐射所产生的光子与外来光子具有相同的相位、相同的传播方向和相同的偏振状态。
当激光器内受激辐射形成光子流时，一个模式光子流中的全部光子都具有相同的相位、相同的传播方向和相同的偏振状态。
这意味着一个激光纵模（频率）一定是偏振的。
同时，激光相邻纵模的偏振态或为平行或为垂直。
布儒斯特窗或Q调制电光晶体的使用是利用激光偏振的很好例证。
激光器“正交偏振”是指激光器两个相邻的频率具有互相垂直的偏振状态。
一对左右旋圆偏振的光也应看做正交偏振光。
一般说到“激光两正交偏振频率”时，其频差不是任意的，而是完全由激光腔长决定的。
本书研究的则是如何使激光器产生任意频差的两个正交偏振频率，以及这类激光器的结构、特性和应用。
第1章简洁而全面地介绍了激光器的一般原理。
第2章介绍历史上与正交偏振激光相关的成就，主要是塞曼双频激光器和环形激光器，而环形激光器又包括三镜激光陀螺、环形激光流量计和四频（四镜）环形激光器。
这些激光器并不都输出本书所专指的“正交偏振激光”，但它们和本书的“正交偏振激光”有一个共同的物理概念，即“激光频率分裂”现象——由一种物理效应把激光器的一个频率“分裂”成两个。
历史上这些激光器使用塞曼效应、旋光效应、磁光法拉第效应、Sagnac效应形成激光频率分裂。
从第3章起到第6章，介绍由双折射效应在驻波激光器（管）中进行激光频率分裂，形成正交偏振振荡和输出。
激光频率分裂所使用的双折射效应包括自然双折射效应、应力双折射效应、电光双折射效应等。
从1988年在Optics Communications发表第一篇文章开始，至今已发展成一个原理、器件、现象和应用系统完整的学术体系。
塞曼双频激光器的原理是在He Ne激光放电管上加磁场。
激光器加纵向磁场（磁场与光束平行），可以得到两正交圆偏振光（一个左旋，一个右旋）。
如果加横向磁场（即磁场与光束垂直），则得到两正交线偏振光。
值得指出的是：塞曼双频激光器左旋光和右旋光的频差不能大于3MHz，这就限制了它的应用范围。
频差不能大于3MHz的原因是：只有当磁场增大时频差才能增加；但磁场大到一定时，左旋光和右旋光的中心频率的间隔太大，以至于两光的增益线完全分离，两中心频率不能同时对一个腔模进行模牵引，也就无法将一个频率“牵引”成两个频率。
横向塞曼激光器输出频差比纵向塞曼激光器更小，一般在1MHz 以下。
然而在计量等领域，特别是双频激光干涉仪需要几兆赫兹、几十兆赫兹、甚至上千兆赫兹的频差。
激光器的输出频差小限制了双频激光干涉仪的测量速度。
由多普勒原理可知，频差Δν=3MHz时，测量速度的极限为900mm/s。
因而，双频激光干涉仪的理论测量速度最大只能达到900mm/s。
实际上，国内只能达到300mm/s，国外只能达到700mm/s。
为了获得大的频差，研究者和干涉仪、测振仪的制造商常将激光器的出射光分成两束，在其中一束光的光路中加入声光调制器或布拉格元件改变其频率，然后再进行合光，从而产生几十兆赫兹的频差。
也有直接使用两个纵模的。
还有用两个频率不同的稳频激光器对拍的。
这些方案都使系统变得复杂，装调增加了难度，稳定性受到影响。
为了解决这一问题，我们开始研究新的双频激光器，以期突破塞曼双频激光器的3MHz频差的限制。
开始时不可能想得到，这竟是一条不归之路。
越研究内容越广，越探索学术越深，内容越展越宽，今后还有很多事要做。
回头想想倒也明白，毕竟偏振是激光器的共性问题，而过去对它的研究太少了。
开始，在普通的驻波He Ne激光器腔内放入一片石英晶体，因为石英晶体具有双折射效应，寻常光（ordinary light，简称o光）和非寻常光（extraordinary light，简称e光）在腔内有不同的光程，这样就会使一个激光纵模分裂成两个，产生几十、几百甚至上千兆赫兹的频差输出。
之后，又对腔内加入KD*P电光晶体造成的频率分裂现象、应力双折射引起的频率分裂现象进行了专门研究，都得到正交偏振激光输出。
还将激光频率分裂技术用于Nd:YAG 激光器，获得了几吉赫兹的频差输出。
由于使用的石英晶体(包括波片)、KD*P、施加了应力的光学玻璃片等，都是利用了双折射效应。
我们称这样的双频激光器为双折射双频激光器。
这类激光器的理论基础和原理见第3章，器件结构见第4章。
研究的激光器类型包括He Ne激光器（0.6328μm和1.15μm）、LD泵浦的Nd:YAG微片激光器、半导体激光器。
在研究中发现，与塞曼双频激光器有频差上限相反，驻波He Ne双折射双频激光器的输出频差有一个下限，其频差不能小于40MHz。
这是由于模竞争引起的。
频差大约小于40MHz 时，在两个正交偏振模之间存在强烈的模竞争（耦合），从而导致其中一个模式熄灭而得不到频差。
从学术上看，在塞曼双频激光器的3MHz频差上限和双折射双频激光器的40MHz频差下限之间有一个空白，等待去填充。
从应用上讲，双折射双频激光器40MHz的频差对一些应用很合适（如激光测振仪），但对另一些应用来说又有点大。
因为这使得它的后序处理电路比较复杂。
一般认为，频差在4MHz～20MHz之间比较合适。
这样的频差既可满足双频激光干涉仪快速测量的要求，又能使后序处理电路简单易行。
但无论是塞曼双频激光器还是双折射双频激光器，都不能提供这样的频差。
经过多年的困扰，又研究成一种新原理的HeNe双频激光器——双折射 塞曼双频激光器，输出频差能在1兆赫到几百兆赫之间连续可调，覆盖了4MHz～20MHz范围内的任一频差值。
除了我们外，瑞士的S.Pajarola、法国的M.Brunel和M.Vallet等人也对半外腔结构双偏振半导体激光器进行了研究。
新的器件有新的激光物理现象，有与其他激光器不同的输出特性。
研究这些现象和输出特性，获得对正交偏振激光器全面而有深度的了解是科学的任务。
研究包括：两个正交频率的强模竞争现象、功率调谐现象、频差调谐现象、旋光性影响、光回馈现象、单频振荡正交偏振激光器腔调谐中的偏振跳变和光徊滞（法国Floch的研究）、双折射外腔回馈中的偏振跳变、非准直外腔强回馈激光强度高阶倍频与偏振跳变等。
这些现象的发生涉及He Ne激光器、半导体激光器、LD泵浦微片Nd:YAG激光器。
第5章将介绍“正交偏振激光”的这些特有的现象。
第6章将介绍应用“正交偏振激光”特有现象进行的10项应用研究。
包括：基于正交偏振光竞争的位移测量（又称为激光器纳米测尺）、基于正交偏振光回馈效应的位移测量、波片相位延迟量测量、力和质量测量（德国Holzapfel）、角度测量、重力测量、弱磁场测量等。
读者将会在阅读中感受到这些原理的精彩和应用潜力。
实际上其中一些已经在应用之中，有一些则是考虑产业化的时候了。
本书是按原理→器件→现象→应用的顺序写成的。
四块内容中，每块都包含大量的内容。
比如现象部分（第4章）就包含如下内容：强模竞争现象，中等模竞争与强模竞争之间的转换（即竞争中两个频率之一从振荡到熄灭或从熄灭到振荡的过程）；确定强模竞争的频差范围为0MHz~40MHz左右；双折射双频激光器腔调谐中出现的四种偏振态组合（o光振荡、e光不振荡，o光、e光同时振荡，o光不振荡、e光振荡，o光、e光都不振荡）；双折射双频激光器频差调谐现象；双折射 塞曼双频激光器的功率调谐、频差调谐特性；正交偏振激光回馈自混合干涉中两个频率的相互抑制，强度的转移；双折射外腔回馈引入的条纹倍频现象；石英晶体旋光性造成的频率分裂畸变等。
这样一种写作方法较符合常规思维方式。
但它是有缺陷的。
很难有机会按照科学对某一器件（如双折射 塞曼双频激光器等）的发明过程展开介绍，使读者对这一发明进程有更具体的了解。
在此，将以几个重要的发现、发明过程作为线索作以下说明。
当进行以获得双折射双频激光为目的研究时，通过频率分裂技术，使一支激光器输出了两正交线偏振光。
而实验得到的频差对石英晶体调谐角关系曲线的形状出乎预料：它不是一条单调上升的，而是具有一定“周期”特性的曲线。
特别是前两个周期，竟然没有达到1个纵模间隔就出现了回缩。
按晶体折射率椭球计算，在调谐角90°的范围内，o光和e光的折射率差是单调增加的，即只按石英晶体双折射不能解释这种畸变现象。
经过半年的反复实验，证明所得的实验曲线经得住考验之后才送往Optical Communications发表。
实验中还发现，激光的频差可以大到几百兆赫兹，但不能小于40MHz。
这又提出两个问题：第一个是为什么频差不能小于40MHz，第二个问题是怎样才能使频差小于40MHz。
研究得到的关于第一个问题的解答是：因为激光器存在强模竞争，当频差小于40MHz时，两个正交频率之一因为竞争失败而熄灭，频差自然也就消失。
40MHz 的这一强模竞争的区间远比以往人们在研究环形激光中得到的强模竞争的区间大得多。
环形激光强模竞争的区间仅是兆赫量级。
关于第二个问题，为了克服模的强竞争，获得小于40MHz的小频差，提出源于一种思想的两种方案。
该思想就是设法让o光和e光各拥有属于自己的那一部分增益原子，不再相互竞争。
两种方案的一个是空间分离o光和e光，让它们各走自己的光路，各自在自己的光路上和属于自己的那部分增益原子相互作用获得增益。
这就是本书4.6节中介绍的双双折射元件双频激光器。
在双双折射元件双频激光器中，激光腔内同时放入方解石片和石英晶体片，它们的双折射效应相差18.68倍。
方解石将腔内激光束分成偏振相互垂直，路径不重合但平行传播的两光束。
由于它们在空间分开，传播光路不重合，所以竞争消失。
同时，以兆赫兹度量的精度旋转石英晶体片精密调节o光和e光的频差。
第二种方案是把增益原子分离为两群，简单的可认为其一半属于o光，另一半属于e光，这就是4.5节中介绍的双折射 塞曼双频激光器。
在双折射 塞曼双频激光器中，既在腔内放置双折射元件产生频率分裂，获得o光和e光,又对激光器加横向磁场，把增益原子分为两群，一群放大o光，一群放大e光。
o光和e光都只从属于自己的原子群获得增益，相互之间的竞争大大减弱，都能稳定振荡。
双频激光器内的模竞争并非只有害，没有利。
正交偏振竞争位移传感激光器十分成功地利用了模竞争这一本不讨人喜欢的现象，巧妙地将模竞争之弊转化为利。
正交偏振竞争位移传感激光器也曾被称为偏振组合位移传感激光器，后来又叫纳米激光器测尺。
这里的“纳米”采用了逐步被更多人认可的定义（0.1nm~100nm属纳米的范围）。
下面介绍纳米激光器测尺的提出和研究过程。
1993年，本书作者想到一个问题：既然双折射双频激光器的频差可以从40MHz变成1个纵模间隔，就可以通过改变两个频率的差来给定两个频率进入激光器出光带宽的延迟量。