CN109116888A - 光学参考腔温控系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种光学参考腔温控系统。该光学参考腔温控系统包括:真空壳层、控温屏蔽层和温控环路,其中,真空壳层设置在最外层,控温屏蔽层设置在真空壳层内,光学参考腔设置在控温屏蔽层内;温控环路包括半导体制冷片,其中,半导体制冷片,用于控制控温屏蔽层的温度。本发明光学参考腔温控系统温控范围大,温控精度高。
Description
技术领域
本发明涉及真空温控领域,特别涉及一种光学参考腔温控系统。
背景技术
伴随着光学频率计量领域的发展,对激光器的频率稳定性的要求越来越高。目前,对于高稳定激光器,普遍采用将激光器锁定于高稳定参考腔上。这对于参考腔的稳定性提出很高的要求,参考腔的稳定性受很多因素的影响,其中比较显著的是温度稳定性和振动对腔长的影响。腔长的稳定性直接决定了激光器锁稳频之后的频率稳定性。腔长与频率稳定性的关系:
其中,Δf是锁定后激光的频率抖动大小,ΔL是锁定后参考腔长度变化量,Δn是锁定后参考腔内的空气折射率变化量,n是参考腔内的空气折射率,L是参考腔长度,f为参考腔锁定后激光的频率。参考腔内空气折射率间接影响参考腔的有效腔长。
发明内容
申请人发现:温度变化对高稳定参考腔的腔长变化影响最为明显。解决上述问题的主要方式是采用膨胀系数比较低的材料作为腔体材料。目前最高稳定度的频率参考腔一般采用超低膨胀率玻璃(例如康宁公司生产的ULE玻璃)作为腔体材料,5摄氏度到35摄氏度范围内其平均线膨胀系数为±30×10-9/K;而目前实验室环境下室温的温度稳定性一般为±1℃;对应频率稳定度为3×10-8。这种情况无法满足目前超高精度测量对激光频率稳定性的要求。
为了隔绝空气温度漂移、以及空气折射率变化对超稳腔腔长变化的影响,超稳腔被放置在高真空的环境中。
但是,真空的环境中,外界温度的漂移还是会通过真空热辐射传递到超稳腔上。根据计算分析可知,外界温度变化1摄氏度,内部变化0.1摄氏度,对应腔长稳定度为3×10-9,而激光器如果以此为参考锁定于该腔长时,频率不确定为3×10-9,这无法满足对于超高稳定度激光器的需求,因此对真空腔进行进一步温度隔绝成为了必要手段。
申请人发现:相关技术多采用将F-P腔(法布里-珀罗腔)放在金属腔室内,然后将该腔室内抽气至高真空,再对该真空腔室控温。根据不同的F-P腔形状,采用各种不同的支撑结构,为了适应这些支撑结构需对温控结构单独设计。相关技术的设计大部分结构复杂,对不同形状的F-P腔适用性十分有限,通用性很差。复杂结构的设计不仅会导致设计制造难度增加,还会在实际安装调试时造成困难。部分设计的温控部件与腔体的接触面由于不是平面,温控部件与腔体的热接触并不充分导致温控能力受限,往往只能用加热丝加热的方法来控制温度。
高精细度F-P腔的腔体常采用超低膨胀率玻璃(ULE玻璃)制造,该材料在某一个温度点附近的热膨胀率为零。每一块该材料的零膨胀点并不相同,而且往往低于室温。如果采用加热丝作为控温的执行器件,则无法将真空腔室的温度控制在室温以下,这对发挥高精细度F-P腔的性能十分的不利。
鉴于以上技术问题中的至少一项,本发明提供了一种光学参考腔温控系统,温控范围大,温控精度高。
根据本发明的一个方面,提供一种光学参考腔温控系统,包括真空壳层、控温屏蔽层和温控环路,其中:
真空壳层设置在最外层,控温屏蔽层设置在真空壳层内,光学参考腔设置在控温屏蔽层内;
温控环路包括半导体制冷片,其中,半导体制冷片,用于控制控温屏蔽层的温度。
在本发明的一些实施例中,所述光学参考腔温控系统还包括被动均温层,其中:
被动均温层设置在控温屏蔽层内,光学参考腔设置在被动均温层内;
被动均温层,用于将光学参考腔所在环境的环境温度均匀分布。
在本发明的一些实施例中,半导体制冷片挤压在控温屏蔽层与真空壳层之间。
在本发明的一些实施例中,温控环路还包括热敏电阻和温度控制器,其中:
热敏电阻,用于检测控温屏蔽层的温度;
温度控制器,用于根据热敏电阻检测的温度值,控制半导体制冷片进行制冷或制热。
在本发明的一些实施例中,热敏电阻内嵌与半导体制冷片中。
在本发明的一些实施例中,所述光学参考腔温控系统还包括支撑柱体和支撑钉体,其中:
控温屏蔽层与被动均温层之间通过支撑柱体支撑;
控温屏蔽层与真空壳层之间通过支撑钉体支撑,并通过支撑钉体固定半导体制冷片。
在本发明的一些实施例中,真空壳层、控温屏蔽层和被动均温层由金属材料制成。
在本发明的一些实施例中,支撑柱体和支撑钉体由塑料材料制成。
在本发明的一些实施例中,真空壳层由铝合金制成。
在本发明的一些实施例中,控温屏蔽层和被动均温层由无氧铜制成。
在本发明的一些实施例中,支撑柱体和支撑钉体由聚醚醚酮制成。
在本发明的一些实施例中,所述光学参考腔温控系统还包括参考腔支撑结构,其中:
参考腔支撑结构,用于支撑光学参考腔。
在本发明的一些实施例中,参考腔支撑结构包括弹性材料圈、V型槽和弹性材料垫,其中:
光学参考腔由弹性材料圈箍住后,放置在V型槽内;弹性材料垫设置在V型槽下方。
在本发明的一些实施例中,所述弹性材料为橡胶材料。
在本发明的一些实施例中,所述橡胶材料为丁腈橡胶。
在本发明的一些实施例中,真空壳层与控温屏蔽层之间间隔在1mm至10mm之间。
在本发明的一些实施例中,控温屏蔽层被动均温层间距在2mm至5mm之间。
在本发明的一些实施例中,被动均温层与光学参考腔之间的间隔小于等于20mm。
本发明光学参考腔温控系统温控范围大,温控精度高。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明光学参考腔温控系统一些实施例的示意图。
图2为本发明一些实施例中温控回路的示意图。
图3为本发明光学参考腔温控系统另一些实施例的示意图。
图4为本发明图3实施例的光学参考腔温控系统各层结构的温度变化规律的示意图。
图5为本发明图3实施例的光学参考腔温控系统中光学参考腔锁定后689nm激光与光学频率梳的拍频结果示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的,决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
除非另外具体说明,否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。
同时,应当明白,为了便于描述,附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。
对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论,但在适当情况下,所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。
在这里示出和讨论的所有示例中,任何具体值应被解释为仅仅是示例性的,而不是作为限制。因此,示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。
应注意到:相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项,因此,一旦某一项在一个附图中被定义,则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
申请人发现:相关技术对F-P腔采用真空腔体内部控温的方式,由于目前的控温器件和温度控制器的测温精度约为±10mK,直接对腔体控温达不到超稳定F-P腔对环境温度稳定性的要求。因此,需设计独立控温层在真空腔室内部为超稳定F-P腔设置一个精度为±10mK的温度环境,在腔体和控温层之间用真空环境间隔,利用真空中热辐射对控温反馈循环的积分效应,实现对腔体的更高精度的温度控制。
如果真空间隔过小,导致积分效果不足以抵消控温反馈的温度不确定度,同时,由于主动控温层会收到外界环境温度影响,间隔过小也会导致超稳定F-P腔受外界环境温度波动影响,影响温度隔绝效果。而真空间隔过大,会导致超稳定F-P腔达到温度平衡时间较长(超过2个月),影响正常使用,同时间隔过大,导致系统体积较大,成本较高。
申请人发现:相关技术的控温范围有限;相关技术对于不同类型F-P腔体的适用性不强;相关技术系统结构较为复杂、安装不便、成本较高。
为解决以上技术问题中的至少一项,本发明提出了一种光学参考腔温控系统,下面结合实施例进行具体描述。
图1为本发明光学参考腔温控系统一些实施例的示意图。如图1所示,所述光学参考腔温控系统包括真空壳层1、控温屏蔽层2和温控环路,其中:
真空壳层1设置在最外层,控温屏蔽层设置在真空壳层1内,光学参考腔3设置在控温屏蔽层2内。
在本发明的一些实施例中,光学参考腔3可以为F-P腔。
在本发明的一些实施例中,光学参考腔3可以为超稳定F-P腔。
光学参考腔温控系统的最外层为诸如铝合金的金属制造的真空壳层1,所述真空壳层1由上盖、中间壳层、底板三部分组成。
真空壳层1向内一层是控温屏蔽层2,控温屏蔽层2是由诸如无氧铜的金属制造的立方体壳层结构。
本发明上述实施例的控温屏蔽层2由无氧铜来制造,因为铜的导热率是常用金属中最高的,有助于控温屏蔽层的温度均匀。
在本发明的一些实施例中,控温屏蔽层2的表面进行了抛光。表面抛光之后控温屏蔽层2的热辐射发射率比抛光前要低约一个量级,从而可以尽量减少热辐射的发射功率,减缓外界温度变化对参考腔的影响。
图2为本发明一些实施例中温控回路的示意图。如图2所示,温控环路包括半导体制冷片31、热敏电阻32和温度控制器33,其中:
热敏电阻32,用于检测控温屏蔽层2的温度。
半导体制冷片31,用于控制控温屏蔽层2的温度。
温度控制器33,用于根据热敏电阻32检测的温度值,控制半导体制冷片31进行制冷或制热。
控温屏蔽层2由热敏电阻32、半导体制冷片31、温度控制器33组成的温控环路控制温度,可以有效抑制外界辐射对控温屏蔽层2的温度影响,使光学参考腔的腔体与外界进行有效温度隔绝。
在本发明的一些实施例中,所述光学参考腔温控系统还可以包括支撑钉体,其中:
控温屏蔽层2与真空壳层1之间紧紧挤压一块半导体致冷片31,并用至少三个支撑钉体固定。
在本发明的一些实施例中,所述支撑钉体可以为聚醚醚酮材料塑料钉。
本发明上述实施例采用的聚醚醚酮材料有热膨胀率小、导热率低、抗蠕变性能好、真空性能高、易加工的特点,很适合用在真空环境中。此外,聚醚醚酮材料较低的导热率也能够尽量减少环境通过热传导对参考腔造成的影响,而且支撑钉体在保证支撑稳定的同时要尽可能做小以减少导热面积。
在本发明的一些实施例中,所述光学参考腔温控系统还可以包括参考腔支撑结构,其中:
参考腔支撑结构,用于支撑光学参考腔3。
在本发明的一些实施例中,参考腔支撑结构可以包括弹性材料圈、V型槽和弹性材料垫,其中:
光学参考腔3由至少两个弹性材料圈箍住后,放置在V型槽内;弹性材料垫设置在V型槽下方。
在本发明的一些实施例中,所述弹性材料可以为橡胶材料。
在本发明的一些实施例中,所述橡胶材料可以为丁腈橡胶。
在本发明的一些实施例中,在控温屏蔽层2内,光学参考腔3用两个丁腈O圈箍住放在由殷钢材料制成的V型槽内。V型槽下设置一个丁腈橡胶的弹性材料垫,利用V型槽的重量挤压弹性材料垫、光学参考腔3的重量挤压丁腈O圈,来防止位置移动。
本发明上述实施例中,光学参考腔和支撑结构之间没有硬连接,从而进一步减少了环境振动对参考腔的影响。
在本发明的一些实施例中,真空壳层1与控温屏蔽层2之间间隔在1mm至10mm之间。
本发明上述实施例中,真空壳层与控温屏蔽层之间的间距不同会影响该设计的控温效果。本发明上述实施例根据仿真计算的结果,将真空壳层与控温屏蔽层之间间隔设置在1mm至10mm之间,由此可以保证控温屏蔽层能有效隔绝外界温度变化,同时尽量减小装置整体尺寸。
本发明上述实施例通过计算仿真设计,尽可能减少了异形机构的出现以利于加工和组装调试。本发明上述实施例采用的温控执行器件是半导体制冷器件,该器件既能制热又可以制冷,能方便的将腔体温度控制在F-P腔体材料的零膨胀点附近。从而极大地增加了本发明的适用灵活性。
图3为本发明光学参考腔温控系统另一些实施例的示意图。如图1所示,所述光学参考腔温控系统包括真空壳层1、控温屏蔽层2、被动均温层4和温控环路,其中:
真空壳层1设置在最外层,控温屏蔽层设置在真空壳层1内,被动均温层4设置在控温屏蔽层2内,光学参考腔3设置在被动均温层4内。
在本发明的一些实施例中,光学参考腔3可以为光学频率参考腔,例如F-P腔。
在本发明的一些实施例中,光学参考腔3可以为超稳定F-P腔。
光学参考腔温控系统的最外层为诸如铝合金的金属制造的真空壳层1,所述真空壳层1由上盖、中间壳层、底板三部分组成。
真空壳层1向内一层是控温屏蔽层2,控温屏蔽层2是由诸如无氧铜的金属制造的立方体壳层结构。
控温屏蔽层2由温控环路控制温度,温控环路由图2实施例的热敏电阻32、半导体制冷片31、温度控制器33组成,可以有效抑制外界辐射对控温屏蔽层2的温度影响,使光学参考腔的腔体与外界进行有效温度隔绝。
控温屏蔽层2再向内一层是被动均温层4,被动均温层4也由无氧铜制造。
本发明上述实施例的控温屏蔽层2和被动均温层4均由无氧铜来制造,因为铜的导热率是常用金属中最高的,有助于控温屏蔽层的温度均匀。
在本发明的一些实施例中,控温屏蔽层2和被动均温层4的表面均进行了抛光。表面抛光之后控温屏蔽层2和被动均温层4的热辐射发射率比抛光前要低约一个量级,从而可以尽量减少热辐射的发射功率,减缓外界温度变化对参考腔的影响。
在本发明的一些实施例中,所述光学参考腔温控系统还可以包括支撑钉体和支撑柱体,其中:
控温屏蔽层2与真空壳层1之间紧紧挤压一块半导体致冷片31,并用至少三个支撑钉体固定。
控温屏蔽层2与被动均温层4之间通过三个支撑柱体支撑。
在本发明的一些实施例中,支撑柱体和支撑钉体可以由塑料材料制成。
在本发明的一些实施例中,支撑柱体和支撑钉体可以由聚醚醚酮制成。
在本发明的一些实施例中,所述支撑钉体可以为聚醚醚酮材料塑料钉;所述支撑柱体为可以聚醚醚酮材料的小柱。
本发明上述实施例采用的聚醚醚酮材料有热膨胀率小、导热率低、抗蠕变性能好、真空性能高、易加工的特点,很适合用在真空环境中。此外,聚醚醚酮材料较低的导热率也能够尽量减少环境通过热传导对参考腔造成的影响,而且支撑钉体在保证支撑稳定的同时要尽可能做小以减少导热面积。
在本发明的一些实施例中,所述光学参考腔温控系统还可以包括参考腔支撑结构,其中:
参考腔支撑结构,用于支撑光学参考腔3。
在本发明的一些实施例中,参考腔支撑结构可以包括弹性材料圈、V型槽和弹性材料垫,其中:
光学参考腔3由至少两个弹性材料圈箍住后,放置在V型槽内;弹性材料垫设置在V型槽下方。
在本发明的一些实施例中,所述弹性材料可以为橡胶材料。
在本发明的一些实施例中,所述橡胶材料可以为丁腈橡胶。
在本发明的一些实施例中,在被动均温层4内,光学参考腔3用两个丁腈O圈箍住放在由殷钢材料制成的V型槽内。V型槽下设置一个丁腈橡胶的弹性材料垫,利用V型槽的重量挤压弹性材料垫、光学参考腔3的重量挤压丁腈O圈,来防止位置移动。
本发明上述实施例中,光学参考腔和支撑结构之间没有硬连接,从而进一步减少了环境振动对参考腔的影响。
在本发明的一些实施例中,真空壳层1与控温屏蔽层2之间间隔在1mm至10mm之间。
本发明上述实施例中,真空壳层与控温屏蔽层之间的间距不同会影响该设计的控温效果。本发明上述实施例根据仿真计算的结果,将真空壳层与控温屏蔽层之间间隔设置在1mm至10mm之间,由此可以保证控温屏蔽层能有效隔绝外界温度变化,同时尽量减小装置整体尺寸。
在本发明的一些实施例中,控温屏蔽层2被动均温层4间距在2mm至5mm之间。
本发明上述实施例中,控温屏蔽层与被动均温层之间的间距不同会影响该设计的控温效果。本发明上述实施例根据仿真计算的结果,将控温屏蔽层与被动均温层的间距设置在2mm至5mm之间,由此可以保证控温屏蔽层对被控腔体进行有效控温,同时可以降低控温功耗,尽量减小控温周期,降低运行成本。
在本发明的一些实施例中,被动均温层4与光学参考腔3之间的间隔小于等于20mm。
本发明上述实施例根据仿真计算结果,被动均温层尺寸越小越好,但是考虑到实际安装、调试,被动均温层与被控腔体之间需要一定的间隔。本发明上述实施例在一定范围进行仿真计算,将被动均温层与被控腔体之间的间距设置在≤20mm时被控腔体均可被有效控温。
图4为本发明图3实施例的光学参考腔温控系统各层结构的温度变化规律的示意图。如图4所示,真空壳体层的颜色为红色,而控温屏蔽层、被动均温层和光学参考腔的颜色为蓝色,即,外界温度变化对真空壳体层的温度变化影响较大,而对控温屏蔽层、被动均温层和光学参考腔的影响很小。
本发明上述实施例光学参考腔温控系统的由真空壳层、控温屏蔽层、被动均温层组成。本发明上述实施例的控温屏蔽层由热敏电阻、半导体制冷片、温度控制器组成的温控环路控制温度,可以有效抑制外界辐射对控温屏蔽层的温度影响,使腔体与外界进行有效温度隔绝。本发明上述实施例的被动均温层进一步将光学参考腔腔体所在的环境温度均匀分布,可以抑制控温屏蔽层温场不均匀性对腔体的影响。采用本发明上述实施例光学参考腔温控系统的结构,通过仿真计算以及实验验证,在室温变化1K的情况下,腔体温度变化小于3mK,温度变化的范围减小了约三个量级。
图5为本发明图3实施例的光学参考腔温控系统中光学参考腔锁定后689nm激光与光学频率梳的拍频结果示意图。如图5所示,采用图3实施例的光学参考腔温控系统进行温度控制后,激光器锁稳频之后的频率稳定性很高,由此可知,图3实施例的光学参考腔温控系统的温度效果很好,可以对超稳腔体实现环境温度隔绝和精确控温。
本发明上述实施例通过计算仿真设计,尽可能减少异形机构的出现以利于加工和组装调试。本发明上述实施例采用的温控执行器件是半导体制冷器件,该器件既能制热又可以制冷,能方便的将腔体温度控制在F-P腔体材料的零膨胀点附近,从而极大地增加了本发明上述实施例的适用灵活性。本发明上述实施例通过计算仿真方法,设计真空壳层、主动控温层、被动控温层和超稳腔体(光学参考腔腔体)结构,可以对超稳腔体实现环境温度隔绝和精确控温。
本发明上述实施例的光学参考腔温控系统的设计结构简单、安装方便、调试方便、适用性极好,本发明上述实施例的方案是目前经济效益最高的超稳腔控温方案。
本发明上述实施例光学参考腔温控系统的结构简单且紧凑,成本较低。
本发明上述实施例的光学参考腔温控系统,可以实现控温精度提高3个数量级。
采用本发明上述实施例的光学参考腔温控系统,超稳腔实现温度平衡时间较短,控温效果具有实用价值;
本发明上述实施例的光学参考腔温控系统,在满足目前超稳腔稳定性要求的前提下,控温效率较高,整个系统功耗极低。
本发明上述实施例的光学参考腔温控系统可以适用于不同波长的超稳定激光系统中,在原理上具有普遍适用性。
本发明上述实施例的光学参考腔温控系统是一种用于精密控制真空中法布里-珀罗腔(F-P腔)温度的系统。本发明上述实施例的光学参考腔温控系统是一种结构简单、紧凑、温控范围大、温控精度高、加工方便、制作成本低、使用灵活、安装调试方便的光学频率参考腔支撑、温控系统。本发明上述实施例的光学参考腔温控系统可以广泛地应用于激光器锁稳频、光学频率测量、原子钟等精密测量物理系统中。
在上面所描述的温度控制器可以实现为用于执行本申请所描述功能的通用处理器、可编程逻辑控制器(PLC)、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件或者其任意适当组合。
至此,已经详细描述了本发明。为了避免遮蔽本发明的构思,没有描述本领域所公知的一些细节。本领域技术人员根据上面的描述,完全可以明白如何实施这里公开的技术方案。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成,也可以通过程序来指令相关的硬件完成,所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中,上述提到的存储介质可以是只读存储器,磁盘或光盘等。
本发明的描述是为了示例和描述起见而给出的,而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显然的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用,并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。
Claims (13)
1.一种光学参考腔温控系统,其特征在于,包括真空壳层、控温屏蔽层和温控环路,其中:
真空壳层设置在最外层,控温屏蔽层设置在真空壳层内,光学参考腔设置在控温屏蔽层内;
温控环路包括半导体制冷片,其中,半导体制冷片,用于控制控温屏蔽层的温度。
2.根据权利要求1所述的光学参考腔温控系统,其特征在于,还包括被动均温层,其中:
被动均温层设置在控温屏蔽层内,光学参考腔设置在被动均温层内;
被动均温层,用于将光学参考腔所在环境的环境温度均匀分布。
3.根据权利要求1或2所述的光学参考腔温控系统,其特征在于,半导体制冷片挤压在控温屏蔽层与真空壳层之间。
4.根据权利要求3所述的光学参考腔温控系统,其特征在于,温控环路还包括热敏电阻和温度控制器,其中:
热敏电阻,用于检测控温屏蔽层的温度;
温度控制器,用于根据热敏电阻检测的温度值,控制半导体制冷片进行制冷或制热。
5.根据权利要求4所述的光学参考腔温控系统,其特征在于,热敏电阻内嵌与半导体制冷片中。
6.根据权利要求3所述的光学参考腔温控系统,其特征在于,还包括支撑柱体和支撑钉体,其中:
控温屏蔽层与被动均温层之间通过支撑柱体支撑;
控温屏蔽层与真空壳层之间通过支撑钉体支撑,并通过支撑钉体固定半导体制冷片。
7.根据权利要求6所述的光学参考腔温控系统,其特征在于,
真空壳层、控温屏蔽层和被动均温层由金属材料制成;
和/或,
支撑柱体和支撑钉体由塑料材料制成。
8.根据权利要求7所述的光学参考腔温控系统,其特征在于,
真空壳层由铝合金制成;
和/或,
控温屏蔽层和被动均温层由无氧铜制成;
和/或,
支撑柱体和支撑钉体由聚醚醚酮制成。
9.根据权利要求1或2所述的光学参考腔温控系统,其特征在于,还包括参考腔支撑结构,其中:
参考腔支撑结构,用于支撑光学参考腔。
10.根据权利要求9所述的光学参考腔温控系统,其特征在于,
参考腔支撑结构包括弹性材料圈、V型槽和弹性材料垫,其中:
光学参考腔由弹性材料圈箍住后,放置在V型槽内;弹性材料垫设置在V型槽下方。
11.根据权利要求10所述的光学参考腔温控系统,其特征在于,
所述弹性材料为橡胶材料。
12.根据权利要求11所述的光学参考腔温控系统,其特征在于,
所述橡胶材料为丁腈橡胶。
13.根据权利要求1或2所述的光学参考腔温控系统,其特征在于,
真空壳层与控温屏蔽层之间间隔在1mm至10mm之间;
和/或,
控温屏蔽层被动均温层间距在2mm至5mm之间;
和/或,
被动均温层与光学参考腔之间的间隔小于等于20mm。
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CN113157016A (zh) * | 2021-03-23 | 2021-07-23 | 北京无线电计量测试研究所 | 一种原子钟用恒温箱和使用方法 |
CN113157016B (zh) * | 2021-03-23 | 2022-08-23 | 北京无线电计量测试研究所 | 一种原子钟用恒温箱和使用方法 |
CN114625187A (zh) * | 2022-01-28 | 2022-06-14 | 华南师范大学 | 一种高精度温度控制的超稳光学腔 |
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