發(fā)布時間：2020-06-26 07:59

【摘要】：超窄線寬穩(wěn)頻激光在原子光鐘、高精密激光光譜、基本物理常數(shù)測量等領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用。隨著研究應(yīng)用的進一步發(fā)展,穩(wěn)頻激光系統(tǒng)的工作環(huán)境也從實驗室逐漸擴展至室外,而對于空間引力波探測來說更是需要將窄線寬穩(wěn)頻激光作為探測光源送至太空,因此實現(xiàn)振動敏感度低且實現(xiàn)可搬運穩(wěn)頻系統(tǒng)日益迫切。針對可搬運窄線寬穩(wěn)頻激光的應(yīng)用需求,本文通過數(shù)值模擬計算,設(shè)計了10 cm正方體四點對角支撐光學參考腔,該光學參考腔具有搬運特性,本文通過數(shù)值模擬計算,分別計算了光學參考腔受力和受加速度后產(chǎn)生的形變,分析了鏡面不同光斑位置對振動敏感度的影響,從而得到該光學參考腔的振動敏感度。通過將光學腔與外圍熱屏蔽層之間的熱傳遞模型等效為多級RC積分電路,研究光學腔的溫度對外界環(huán)境溫度變化的響應(yīng)特性,并設(shè)計了溫度變化不敏感的光學參考腔的熱屏蔽層。實驗中,加工了可搬運的立方體光學參考腔,并測試精細度、對比度等光學性能。搭建了光學參考腔系統(tǒng),通過振動敏感度測試,得到各方向的振動敏感度約為2×10~(-10)/g。利用PDH技術(shù),實現(xiàn)將激光的頻率分別鎖定在同一個立方體上的兩個光學參考腔的諧振頻率上。將兩套cubic參考腔穩(wěn)頻系統(tǒng)進行拍頻,獲得頻率不穩(wěn)定度為7.4×10~(-16),單套為5.2×10~(-16)(1 s的積分時間),接近熱噪聲限制的激光頻率穩(wěn)定度。利用飛秒光梳和光頻光纖精密傳輸系統(tǒng),測量了位于不同實驗室的頻率穩(wěn)定度為3×10~(-16)的578 nm穩(wěn)頻激光與鎖定于cubic參考腔的1064 nm激光之間的拍頻信號,得到拍頻信號的頻率不穩(wěn)定度為1.6×10~(-15)(1 s的積分時間)。該激光系統(tǒng)將為高精度光鐘頻率比對和引力波探測等研究提供高性能的參考光源及探測激光。
【學位授予單位】：華東師范大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TN24
【圖文】：

目前實現(xiàn)窄線寬激光技術(shù)中，Pound-Drever-Hal（lPDH）技術(shù)以其低噪速響應(yīng)的特性而被廣泛應(yīng)用。該技術(shù)是將激光的頻率高精度的鎖定在 光學參考腔上達到散粒噪聲極限，得到赫茲或亞赫茲的激光線寬輸出本章先介紹 PDH 穩(wěn)頻技術(shù)的基本原理，然后介紹 F-P 光學參考腔腔因素以及噪聲分析。1 PDH 穩(wěn)頻技術(shù)的基本原理上世紀八十年代，Drever 等人利用微波振蕩器穩(wěn)頻方法[7]對激光相位制，通過伺服系統(tǒng)控制將激光頻率鎖定在光學參考腔的共振頻率上，得的小于 100 Hz[8]，即所謂的 PDH 穩(wěn)頻技術(shù)。

圖 3.1 10 cm 正方體光學參考腔模型與實物圖。x 軸與 y 軸分別為兩個光軸，黃色箭頭：在 z 軸施加加速度 9.8 m/s2,方向豎直向下，腔體中紅色箭頭：在支撐方個錐孔底面施加 F = 1 N 的力，方向垂直于個錐面且指向方腔中心。考慮方腔固定支撐受力對腔長變化的影響情況，通過有限元分析軟腔進行豎直模擬計算分析。在 ANSYS 軟件中建立靜態(tài)模型程序分析，圓錐孔底面（直徑 2 mm）各施加 F = 1 N 的力，各力的方向均垂直于錐并且指向方腔的中心。圖 3.2 針對頂角切割不同長度時腔長的相對變化切割邊長在 8 至 14 mm 時，兩個光軸方向的腔長變化量均小于 5 ×10-13長對外界施加壓力不敏感。當受力增大時，腔長變化量相應(yīng)增大，趨勢結(jié)合計算結(jié)果與實驗固定安裝方腔的要求，實驗系統(tǒng)中方腔的切割邊13.5 mm。

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 孫旭濤;劉繼橋;周軍;陳衛(wèi)標;;激光穩(wěn)頻的共焦法布里-珀羅干涉儀[J];中國激光;2008年07期

相關(guān)博士學位論文 前2條

1 方蘇;窄線寬激光和窄線寬光梳的研究[D];華東師范大學;2013年

2 蔣燕義;超窄線寬激光及其在光鐘中的應(yīng)用[D];華東師范大學;2012年

本文編號：2730047