發(fā)布時(shí)間：2019-09-25 04:44

【摘要】：隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,超精密加工技術(shù)的也在快速發(fā)展,并且促進(jìn)了超精密測(cè)量技術(shù)向更高要求的方向延伸。在實(shí)現(xiàn)超精密測(cè)量技術(shù)的多種方法中,激光干涉測(cè)量技術(shù)是目前超精密位移測(cè)量與精確定位的重要技術(shù)手段。作為雙頻激光干涉儀的核心部件,穩(wěn)頻激光器為整個(gè)激光干涉測(cè)量系統(tǒng)提供了波長(zhǎng)基準(zhǔn),其波長(zhǎng)穩(wěn)定度將直接影響激光干涉測(cè)量系統(tǒng)的精度。傳統(tǒng)的自發(fā)散熱型熱穩(wěn)頻激光器在影響激光器穩(wěn)頻精度的同時(shí)還會(huì)形成對(duì)測(cè)量環(huán)境的熱污染,進(jìn)而嚴(yán)重影響激光干涉儀系統(tǒng)的測(cè)量和定位精度,目前已成為下一代激光管干涉儀中亟待解決的問(wèn)題。本文分析了傳統(tǒng)自發(fā)散熱型偏頻鎖定穩(wěn)頻激光器的散熱特性及其對(duì)整體干涉測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量精度的影響,并采用基于水冷散熱主動(dòng)散熱穩(wěn)頻技術(shù),設(shè)計(jì)了幾種水冷散熱結(jié)構(gòu)并通過(guò)仿真來(lái)比較分析其水冷散熱特性,進(jìn)而優(yōu)化水冷散熱結(jié)構(gòu)并對(duì)其應(yīng)用在偏頻鎖定熱穩(wěn)頻激光器中的效果進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。本文主要研究?jī)?nèi)容如下:在比較傳統(tǒng)自發(fā)散熱型偏頻鎖定激光器散熱情況的基礎(chǔ)上,結(jié)合水冷散熱技術(shù),對(duì)基于水冷技術(shù)的偏頻鎖定式熱穩(wěn)頻激光器進(jìn)行了可行性研究,并提出水冷散熱系統(tǒng)總體技術(shù)方案。水冷散熱系統(tǒng)主要包括恒溫水槽,流量控制電路,水泵,溫度傳感器和水冷散熱結(jié)構(gòu)。恒溫水槽有獨(dú)立的溫度控制系統(tǒng),提供恒定水溫的冷卻水。水泵和流量控制電路配合,可以調(diào)節(jié)和精確保持冷卻水的流量。溫度傳感器則準(zhǔn)確測(cè)量進(jìn)出水冷散熱結(jié)構(gòu)的水溫,用于監(jiān)控散熱系統(tǒng)。最終確保水冷散熱系統(tǒng)可以給激光管提供一個(gè)穩(wěn)定的熱環(huán)境。水冷散熱結(jié)構(gòu)是水冷散熱系統(tǒng)中的核心部件,該結(jié)構(gòu)的散熱性能和溫度場(chǎng)均勻性將直接決定激光管周圍熱環(huán)境的穩(wěn)定性,進(jìn)而直接影響激光管輸出光頻率穩(wěn)定度。為此本文設(shè)計(jì)了多種水冷結(jié)構(gòu)的模型,通過(guò)仿真分析,選擇散熱效果和溫度場(chǎng)均勻性最好的結(jié)構(gòu)用來(lái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。進(jìn)一步分析不同流速對(duì)散熱效果和溫度場(chǎng)均勻性的影響,并選擇最優(yōu)流速。研究了基于水冷散熱的偏頻鎖定熱穩(wěn)頻控制系統(tǒng)。在分析原有傳統(tǒng)偏頻鎖定熱穩(wěn)頻激光器控制方法基礎(chǔ)上,綜合考慮水冷散熱系統(tǒng)引入的影響,將在水冷環(huán)境下工作的激光管作為被控對(duì)象,纏繞在激光管表面的加熱膜作為執(zhí)行器,針對(duì)以上系統(tǒng)提出新的穩(wěn)頻控制方案,以提高水冷偏頻鎖定激光器輸出光頻率穩(wěn)定度。設(shè)計(jì)了水冷偏頻鎖定熱穩(wěn)頻激光器光機(jī)電一體化結(jié)構(gòu)。通過(guò)對(duì)水冷偏頻鎖定激光器各組成部分合理布局,設(shè)計(jì)了相對(duì)應(yīng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)。實(shí)現(xiàn)了He-Ne激光管,水冷散熱結(jié)構(gòu),拍頻信號(hào)檢測(cè)電路,偏頻鎖定控制電路的高度集成。使整體激光器結(jié)構(gòu)緊湊,便于調(diào)整,進(jìn)而確保水冷偏頻鎖定穩(wěn)頻激光器輸出光頻率穩(wěn)定度。最終本課題設(shè)計(jì)的基于水冷散熱的偏頻鎖定熱穩(wěn)頻激光器輸出光的頻率穩(wěn)定度優(yōu)于104.2 10???/12h
【圖文】：

0.3MHz-0.6MHz/℃的溫度漂移，如圖 1-1 a)所示。Niebauer 等研究發(fā)現(xiàn)，，激光管長(zhǎng)期使用中，由于陰極放電管的濺射使管內(nèi)氣壓下降，引起中心頻率 v0的漂移，頻率漂移系數(shù)約為 0.14MHz/Pa[24], 如圖 1-1 b)所示。由于上述激光器內(nèi)部條件的影響，原子躍遷的中心頻率 v0的再現(xiàn)性一般在 10-7-10-8量級(jí)之間。為了獲得更高的頻率穩(wěn)定度，需要尋求具有更高頻率穩(wěn)定性的穩(wěn)頻參考基準(zhǔn)。Equation Chapter 2 Section 1

圖 1-2 增益曲線與吸收譜超精細(xì)結(jié)構(gòu)頻激光器作為國(guó)家的波長(zhǎng)基準(zhǔn)在計(jì)量部門得到了光強(qiáng)較弱、存在頻率調(diào)制并且抗干擾能力較差，激光器已經(jīng)是國(guó)家的最高基準(zhǔn)，因此沒(méi)有更高一
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TN248

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2541245