發(fā)布時間：2020-07-31 14:01

【摘要】：微電子、光電子裝備業(yè)的迅猛發(fā)展,對測量系統(tǒng)的測量精度,測量速度等指標(biāo)提出了更高的要求,雙頻激光干涉測量技術(shù)以其非接觸、可溯源、高精度等特點(diǎn)成為目前超精密測量技術(shù)的主流技術(shù)手段。作為雙頻激光干涉測量技術(shù)的核心部件,雙頻激光光源的波長穩(wěn)定度、復(fù)現(xiàn)性、頻差的大小直接決定了測量所能達(dá)到的最高精度與最高測量速度。本文詳細(xì)分析了雙頻激光光源研究現(xiàn)狀,總結(jié)了大頻差雙頻激光光源的優(yōu)缺點(diǎn),并以性價比最高的縱向塞曼穩(wěn)頻激光器為研究對象,針對國外大頻差高穩(wěn)定性雙頻激光光源技術(shù)的封鎖與國內(nèi)縱向塞曼雙頻激光器頻差低、頻率復(fù)現(xiàn)性差的問題,研究一種高穩(wěn)定性、大頻差分裂縱向塞曼激光器。通過塞曼頻差分裂與磁場關(guān)系的分析,磁場模型的建立,縱向塞曼激光器機(jī)械結(jié)構(gòu)、光路結(jié)構(gòu)、控制電路的設(shè)計(jì)與優(yōu)化,提高塞曼穩(wěn)頻激光器的頻差與頻率復(fù)現(xiàn)性。論文主要完成工作如下:首先,針對國內(nèi)縱向塞曼激光器雙頻頻差小、頻率穩(wěn)定性差的問題,分析塞曼頻差分裂與磁場關(guān)系,根據(jù)磁場均勻性要求確定空心圓柱永磁體結(jié)構(gòu),并利用等效電流模型來建立空心圓柱體永磁體的磁場模型,最后優(yōu)化特定激光管的磁體結(jié)構(gòu)參數(shù),確保塞曼分裂所需磁場的強(qiáng)度與均勻性,以此來提高塞曼穩(wěn)頻激光器的頻率穩(wěn)定度。其次,針對現(xiàn)有塞曼穩(wěn)頻激光器溫度測量模塊不能準(zhǔn)確反應(yīng)激光管腔長隨溫度的變化關(guān)系,而導(dǎo)致頻率復(fù)現(xiàn)性差的問題,提出基于加熱薄膜電阻熱效應(yīng)的激光管復(fù)合式加熱與測溫方法,在激光管管壁粘貼加熱薄膜作為加熱元件,通過檢測加熱薄膜的電阻變化,來表征激光管表面的真實(shí)溫度,在此基礎(chǔ)上重新設(shè)計(jì)預(yù)熱階段的程序,使得縱向塞曼激光器進(jìn)入穩(wěn)頻時間縮短,穩(wěn)頻時預(yù)設(shè)溫度點(diǎn)一致,以此來提高縱向塞曼激光器的頻率復(fù)現(xiàn)性。最后,設(shè)計(jì)縱向塞曼激光器所需的機(jī)械結(jié)構(gòu)、光路結(jié)構(gòu)和部分電路,集成大頻差縱向塞曼激光器。為驗(yàn)證所設(shè)計(jì)模塊及集成激光器的性能,搭建系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺,完成磁場模塊,光路模塊及電路模塊的測試,并對系統(tǒng)的頻差、頻率穩(wěn)定度和頻率復(fù)現(xiàn)性進(jìn)行測試。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,所研制激光器塞曼頻差為3.6MHz,2h內(nèi)頻率穩(wěn)定度達(dá)到2.1×10~(-9),10天內(nèi)頻率復(fù)現(xiàn)性為8.4×10 ~(-9)。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TN248

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本文編號：2776564