DCN远红外激光干涉仪(精品).ppt

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1、 DCN远红外激光干涉仪 研制进展 远红外组远红外组DCNDCN远红外激光干涉仪的最初研制目标远红外激光干涉仪的最初研制目标1.1.改进改进HT-7HT-7的的远红外激光干涉仪远红外激光干涉仪2.2.为为HT-7UHT-7U远红外激光干涉仪做前期准备远红外激光干涉仪做前期准备1=189.95m 1=190.01m2=194.70m 2=194.76m 连续波连续波DCNDCN激光能级图激光能级图DCNDCN远红外激光干涉仪研制原理远红外激光干涉仪研制原理DCNDCN激光连续波几种主要波长及输出功率激光连续波几种主要波长及输出功率激光管放电长度：激光管放电长度：3m激光管直径：激光管直径：5.4

2、cm放电电流：放电电流：1.6A波长（波长（m）1 189.95 1 190.01 2 194.70 2 194.76功率（功率（mW）220 150 250 150(EH11)D.Veron&P.BellandInfraredPhysicsVol.18.pp.465-468（1978）按照高斯光学，光束的束腰放在等离子体的中心处，在窗按照高斯光学，光束的束腰放在等离子体的中心处，在窗口处的最小光束直径为：口处的最小光束直径为：d=2(Zd=2(Z0 0/)/)1/21/2 。为了保证光束光能全部通过，在窗口处的通光最小孔径为：为了保证光束光能全部通过，在窗口处的通光最小孔径为：D=2.2dD

3、=2.2d4.4(Z4.4(Z0 0/)/)1/21/2 。对于对于HT-7HT-7装置，装置，Z Z0 0934mm934mm。对于对于HT-7U,ZHT-7U,Z0 03470mm3470mm。下面给出两种不同激光的窗口处所要求的下面给出两种不同激光的窗口处所要求的最小通光孔径：最小通光孔径：考虑到窗口封结与安装，对于考虑到窗口封结与安装，对于HT-7HT-7装置窗口最大窗口长度装置窗口最大窗口长度为为540540毫米。毫米。HCNHCN激光，最多能做激光，最多能做5 5道。道。DCNDCN激光，最多能做激光，最多能做9 9道。道。对于对于HT-7UHT-7U装置窗口最大窗口长度为装置窗口

4、最大窗口长度为667667毫米。毫米。HCNHCN激光，最多能激光，最多能做做6 6道。道。DCNDCN激光，最多能做激光，最多能做8 8道道.名称名称 波长（波长（mm）HT-7最小通光孔径最小通光孔径(mm)HT-7U最小通光孔径最小通光孔径(mm)HCN激光激光 337 50.6 84.9DCN激光激光 195 33.5 64.6 电磁波的截止条件电磁波的截止条件折射效应造成的出射束在窗口处的最大位置偏差为：8.9710-162ne0Z0若若ne0=1e191e19 m-3名名称称 波波长长(m)m)HT-7HT-7最最大大位位置置偏偏差差(mm)mm)HT-7UHT-7U最最大大位位置

5、置偏偏差差(mm)mm)HCN 337 0.9 3HCN 337 0.9 3DCN 195 0.2 DCN 195 0.2 1 1若要求机械振动（l）产生的线密度的相对误差小于%，则：4.08108lane01/2 光源 调制 等离子体 探测器 探测器 相移量测量仪 计算机采集 远红外激光干涉仪 光波导DCNDCN远红外激光干涉仪的组成远红外激光干涉仪的组成光波导DCNDCN远红外激光干涉仪的研制项目远红外激光干涉仪的研制项目 DCNDCN激光器电源的制造。激光器电源的制造。(黄山金屹电源已完成黄山金屹电源已完成）DCNDCN激光器的设计、制造。激光器的设计、制造。多普勒转动光栅的设计、制造。

6、多普勒转动光栅的设计、制造。单、单、多道干涉仪的光路计算、设计；分光镜、多道干涉仪的光路计算、设计；分光镜、反射镜、光波导的设计。机械设计、制造。反射镜、光波导的设计。机械设计、制造。探测器的制造。探测器的制造。相移量测量仪的制造。相移量测量仪的制造。计算机控制系统的制造。计算机控制系统的制造。DCNDCN激光器的设计、制造激光器的设计、制造 进气部分的改进进气部分的改进 用低膨胀合金代替熔石英管用低膨胀合金代替熔石英管 改进腔头机械结构改进腔头机械结构 用六硼化镧替代钽作为阴极用六硼化镧替代钽作为阴极 进气部分采用三道数字流量计（进气部分采用三道数字流量计（DCNDCN激激光器工作气体是光器

7、工作气体是N N2 2、CDCD4 4、He DHe ），），该该流量计有本控和远控开关流量计有本控和远控开关 低膨胀合金采用低膨胀合金采用252000252000的的4 4J32J32，该合该合金的平均线膨胀系数金的平均线膨胀系数 1.0101.010-6-6/(20/(20100)100)DCNDCN激光器每工作激光器每工作40405050小时就要清洗一次小时就要清洗一次工作（气体是工作（气体是N N2 2、CDCD4 4、HeHe），），腔头结构必须腔头结构必须便于装卸便于装卸阴极腔头示意图阴极腔头示意图激光管平平面面反反射射镜镜阳极腔头示意图阳极腔头示意图激光管金金属属栅栅网网水水晶晶

8、片片六硼化镧阴极结构六硼化镧阴极结构LaB6是是很很好好的的热热电电子子发发射射材材料料，可可以以在在可可拆拆卸卸的的真真空空系系统统中中使使用用，耐耐离离子子轰轰击击、蒸蒸发发率率低低、抗抗溅溅射射，寿寿命命更更长长,基基本本性性能：能：熔点熔点 2500电子逸出功电子逸出功 2.662.68ev平均发射电流密度平均发射电流密度 8A/cm2使用温度使用温度 1300抗中毒性抗中毒性 可反复暴露大气可反复暴露大气使用使用伏安特性伏安特性 良好良好理论密度理论密度 4.721 4.721g/cmg/cm3 3衍射光产生的多普勒频移衍射光产生的多普勒频移 f=2(2Rnsin)/=2R/d=Nn

9、多普勒转动光栅设计、加工多普勒转动光栅设计、加工A局部放大 DCN(HCN)光栅直径 223.6mm刻槽数 3600调制频率 10KHz当转速n=2.778转/秒的时，调制频率为10KHz光学元件尺寸的选择:D2.2d最佳束腰直径:d0=()1/2.高斯光束的传输 f=(Z1d22-Z2d12)/(d22-d12)DCNDCN（HT-7)HT-7)远红外激光干涉仪光路的计算远红外激光干涉仪光路的计算平面反射镜平面反射镜M1-M7 70*110 M8 80*110 M9 80*60 M10 70*110 M11 60*80 M12-M22 50*60金属栅网金属栅网 G1-G2 60*80(R9

10、0%)球面镜球面镜S1 D100 F2815 S2 D90 F-1047 S3 D70 F184.7 S4 D70 F230.9 S5 D70 F223 S6 D70 F-1450S7 D110 F1222.9 S8 D100 F-6300 S9 D110 F1780 S10-S18 D40 F146.5透镜透镜Tt1-9 D60 F1225分光片分光片S101,S102 60*80*5.0324(R50%)S103,S118 50*60*5.0324(R50%)S104,S117 50*60*5.0275(R33%)S105,S116 50*60*5.0258(R25%)S106,S115

11、50*60*5.0247(R20%)S107,S114 50*60*5.0241(R17%)S108,S113 50*60*5.0235(R14%)S109,S112 50*60*5.0232(R12.5%)S110,S111 50*60*5.0228(R11%)S119-S127 30*40*5.0324(R50%)窗口窗口 18 D36*5.1934 潮湿空气潮湿空气(水蒸气）对水蒸气）对DCN激光功率的吸收激光功率的吸收P(z)=P0exp(-z)P0为激光器出光窗口处的输出功率为激光器出光窗口处的输出功率 P(z)为距激光器出光窗口距离为为距激光器出光窗口距离为z处的激光功率处的激光功

12、率 为潮湿空气对激光的吸收率为潮湿空气对激光的吸收率 190=100db/km195=90db/km (温度为温度为15，绝对湿度为，绝对湿度为1gm-3)J.L.BRUNEAU,P.BELLAND&D.VERON Opt.Commun.24,259(1978)HT-7远红外干涉仪的探测束光路长为远红外干涉仪的探测束光路长为22.236m，除除去经过装置的去经过装置的2m，从激光器窗口道探测器距离为从激光器窗口道探测器距离为20.236m P(20.236)=0.162P0 绝对湿度绝对湿度x=s=e/RsTkg/m3e-水蒸气分压力PaRs-水蒸气气体常数=462.05J/kg.Ks-水蒸气

13、密度kg/m3E水=E010(7.45t/235+t)（E06.11hPa）相对湿度相对湿度f=(e/E)100%15绝对湿度为1gm-3相对湿度8%15相对湿度50%绝对湿度为6.4gm-35相对湿度20%绝对湿度为1.36gm-3DCNDCN远红外激光干涉仪的信号检测与处理远红外激光干涉仪的信号检测与处理 DCN激光器作光源采用多普勒转动光栅的方法调制激光，调激光器作光源采用多普勒转动光栅的方法调制激光，调制频率制频率10KHz，可以使用现在可以使用现在HCN远红外激光干涉仪所使用的远红外激光干涉仪所使用的GAT系列的系列的TGS热释电探测器。热释电探测器。相移量测量仪应包含：相移量测量仪应包含：参考道探测器 探测道探测器 选频放大器 选频放大器 移相器 移相器 相 位 比较器 计数器 计数输出 模拟输出下一步的工作和要解决的主要问题 DCNDCN激光器台面实验激光器台面实验气体配比实验、放电压力和电流、放电管温度及输出耦合等六硼化镧阴极材料的使用摸索 单单道干涉仪台面实验道干涉仪台面实验潮湿空气（水蒸气）对DCN激光功率吸收的实测分光镜、反射镜、光波导设计 计算机控制系统计算机控制系统电源、流量计、自动调腔反射镜、分光镜等