超穩(wěn)激光真空系統(tǒng)熱時間常數(shù)的研究.pdf

1、與微波頻標相比，光頻標具有更高的頻率準確度和穩(wěn)定性，可以更好地服務(wù)于國防、科研等領(lǐng)域。光頻標系統(tǒng)共包括以下三個部分：超穩(wěn)激光系統(tǒng)、離子/原子囚禁系統(tǒng)和飛秒光梳系統(tǒng)。其中，超穩(wěn)激光系統(tǒng)作為本地振蕩器是整個光頻標的核心，而作為鑒頻器的法布里-珀羅（Fabry-Pe′rot，F(xiàn)P）腔則又是超穩(wěn)激光系統(tǒng)的關(guān)鍵部分。為了減小來自外界環(huán)境的影響，通常將 FP腔放置在較高真空度的真空腔室中。為了獲得更高的頻率穩(wěn)定性，從減小來自外界溫度波動影響的方面考

2、慮，超穩(wěn)腔真空系統(tǒng)需要有足夠大的熱時間常數(shù)。目前，真空系統(tǒng)的熱時間常數(shù)的測量主要是基于理論計算或者實驗測量。第一種方法只適用于簡單的系統(tǒng)，而第二種方法則需要花費較長的時間。為了克服這些限制，本論文提出了利用基于超穩(wěn)腔真空系統(tǒng)完整模型的有限元分析方法仿真系統(tǒng)的熱時間常數(shù)?；诖耍菊n題主要是研究如何仿真分析和增大超穩(wěn)腔真空系統(tǒng)的熱時間常數(shù)。
　　作者利用有限元分析方法模擬仿真了實驗室已有的兩套超穩(wěn)腔真空系統(tǒng)的熱時間常數(shù)分別為6.8×

3、104 s和8.7×104 s，并與將系統(tǒng)內(nèi)的參考腔當做一個測溫計，通過利用超穩(wěn)激光系統(tǒng)和頻率梳拍頻測量環(huán)境溫度發(fā)生改變后的頻率隨時間變化的響應(yīng)曲線，然后對其進行擬合獲得的時間常數(shù)進行了比對，兩者結(jié)果吻合良好，誤差小于6％，驗證了方法的可靠性。利用這種方法可以將熱時間常數(shù)的測量時間由幾個月縮短到幾天。
　　基于利用有限元模擬仿真熱時間常數(shù)的方法，作者研究了在保證一定的強度、剛度和穩(wěn)定性等前提條件下提高超穩(wěn)腔真空系統(tǒng)熱時間常數(shù)的設(shè)計

4、規(guī)律，主要包括真空腔內(nèi)的真空度的選擇，隔熱罩材料、厚度、層數(shù)以及各層間距的影響，以及各層之間的支撐結(jié)構(gòu)形狀、材料的設(shè)計等。作者在隔熱罩的優(yōu)化設(shè)計中采用了田口方法安排實驗，評估結(jié)果，得出了隔熱罩的材料和層數(shù)是改善系統(tǒng)熱時間常數(shù)的主要貢獻項的結(jié)論。在支撐結(jié)構(gòu)的設(shè)計上，作者使用了三個氟化橡膠球的支撐方式。同時，在真空度的選擇上，作者發(fā)現(xiàn)在系統(tǒng)真空度達到10-5 Pa之后，真空度的改善對系統(tǒng)熱時間常數(shù)的影響已經(jīng)不明顯。
　　此外，本論文還