CN115598787A - 一种可搬运的超稳光学参考腔 - Google Patents

一种可搬运的超稳光学参考腔 Download PDF

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张善超
王嘉璇
林芳州
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Abstract

本发明公开了一种可搬运的超稳光学参考腔，包括支撑顶丝、支撑垫片、腔体、支撑球、支撑座、热辐射屏蔽筒、光学镜片、补偿环、第一通气孔和卡槽；热辐射屏蔽筒中设有卡槽固定支撑座，支撑座设有若干个位置对称的固定孔固定支撑球，腔体水平放置在支撑球上，热辐射屏蔽筒还设有若干个通孔，支撑顶丝穿过通孔，利用支撑垫片固定腔体；光学镜片设置于腔体一侧；补偿环与光学镜片连接。本发明实现可搬运，稳定性高，无需利用螺钉等刚性连接的方式连接腔体与支撑座，保证其极低的振动敏感度，搬运过程中腔体不易发生位移，从而使得超稳光学参考腔在搬运之后仍能迅速的投入使用，有利于满足各种应用场景的需求，且保证超稳光学参考腔极低的振动敏感度。

Description

一种可搬运的超稳光学参考腔
技术领域
本发明涉及光学测量技术领域，具体涉及一种可搬运的超稳光学参考腔。
背景技术
窄线宽激光器相比于普通激光器具有更窄线宽的激光，并在高精密测量、原子光钟、光通信、引力波探测等方面都有着广泛的应用。获取超窄线宽激光的方式有很多种，目前最常用的方法是利用基于PDH(Pound-Drever-Hall)稳频技术的光学参考腔。具有更低振动敏感度的超稳光学参考腔往往具有更高的频率稳定度。超稳光学参考腔振动敏感度的主要影响因素之一是由低频振动导致的超稳光学参考腔腔长变化。
传统的超稳光学参考腔为保证极低的振动敏感度，通常采用若干个支撑点的方式支撑腔体，利用腔体自身重力支撑，显然不能满足搬运的要求。随着超窄线宽激光器技术的发展，不可搬运的超稳光学参考腔难以满足各种应用的需要。为满足这些需要，科学家们提出了多种可搬运超稳光学参考腔的设计方案，包括圆柱型腔、立方体型腔、橄榄球型腔等。2011年，英国国家物理实验室NPL小组设计了一种边长为5cm的立方体型腔，在立方体的四个顶点利用螺栓进行刚性固定，实验上测得其振动敏感度小于2.5×10-11/g，但该腔的结构设计及安装较为复杂。2012年，法国巴黎天文台SYRTE小组设计了一种竖直放置、长度为10cm的圆柱形光学参考腔，3个固定点均匀分布于光学参考腔中间位置突出的圆盘上，实验上测得其振动敏感度小于1×10-10/g，该光学参考腔的振动敏感度较高，但安装调试较为方便。2020年，中国国家授时中心设计了一种圆柱型腔，在4个对称的固定点利用不锈钢螺钉将腔体固定在支撑架上，仿真得到振动敏感度小于1×10-10/g。为了实现可搬运的需求，设计上通常需要对腔体进行刚性固定，刚性地安装腔体会对其结构产生机械约束，这可能会增加其振动灵敏度及安装复杂度。
因此，发明一种安装便捷、低振动敏感度且可搬运的超稳光学参考腔具有非常重要的工程意义。
发明内容
有鉴于此，为了解决现有技术中的上述问题，本发明提出一种可搬运的超稳光学参考腔，该超稳光学参考腔不通过刚性连接增加振动敏感度，装置简单，安装过程便捷。
本发明通过以下技术手段解决上述问题：
一种可搬运的超稳光学参考腔，包括：
热辐射屏蔽筒，其内壁设置有卡槽，热辐射屏蔽室上设有若干个通孔，同时留有第一通气孔便于超稳光学参考腔实现真空抽气；
支撑座，其卡在所述卡槽内，支撑座上设置有若干个位置对称的固定孔；
支撑球，其固定于所述固定孔中；
腔体，其位于热辐射屏蔽筒内，放置于所述支撑球上，同时在与第一通气孔对应位置设置有第二通气孔便于超稳光学参考腔实现真空抽气；
支撑垫片；
支撑顶丝，其穿过所述通孔，利用所述支撑垫片固定腔体；
光学镜片，设置于腔体一侧；
补偿环，其与光学镜片连接。
作为优选地，所述支撑顶丝和通孔上设置有螺纹，支撑顶丝穿过通孔，旋紧支撑顶丝并通过支撑垫片顶住腔体。
作为优选地，所述腔体为槽切型腔体。
作为优选地，所述支撑顶丝采用导热性不良材料制成。
作为优选地，所述支撑垫片和支撑球采用硬度较低的材料制成。
作为优选地，所述腔体、支撑座及补偿环采用超低膨胀系数材料制成。
作为优选地，所述热辐射屏蔽筒采用可屏蔽辐射材料制成。
作为优选地，所述光学镜片采用以超低膨胀系数材料作为基片制成。
作为优选地，所述腔体、支撑座及补偿环采用ULE、单晶硅、熔融石英或微晶玻璃制成；所述光学镜片采用以ULE、单晶硅、熔融石英或微晶玻璃作为基片制成。
作为优选地，所述支撑顶丝采用聚四氟乙烯制成；所述支撑垫片和支撑球采用氟橡胶或硅胶制成；所述热辐射屏蔽筒采用无氧铜制成。
与现有技术相比，本发明的有益效果至少包括：
1、安装过程简单。本发明由腔体、支撑座、支撑球、支撑顶丝和支撑垫片组成，避免使用螺钉固定等方式产生较大应力等。
2、实现可搬运，稳定性高。本发明无需利用螺钉等刚性连接的方式连接腔体与支撑座，保证其极低的振动敏感度，搬运过程中腔体不易发生位移，从而使得超稳光学参考腔在搬运之后仍能迅速的投入使用，有利于满足各种应用场景的需求。
3、本发明装置简单、安装快捷，且保证超稳光学参考腔极低的振动敏感度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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为本发明的超稳光学参考腔的剖面图；
图2为本发明的热辐射屏蔽筒的剖面图；
图3为本发明的超稳光学参考腔的立体示意图。
附图中：1-支撑顶丝、2-支撑垫、3-腔体、4-支撑球、5-支撑座、6-热辐射屏蔽筒、7-光学镜片、8-补偿环、9-第一通气孔、10-卡槽。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面将结合附图和具体的实施例对本发明的技术方案进行详细说明。需要指出的是，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，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
如图1-图3所示，本发明提供一种可搬运的超稳光学参考腔，包括支撑顶丝1、支撑垫片2、腔体3、支撑球4、支撑座5、热辐射屏蔽筒6、光学镜片7、补偿环8、第一通气孔9和卡槽10。
超稳光学参考腔呈水平放置，其中腔体3为槽切型腔体，热辐射屏蔽筒6中设有卡槽10固定支撑座5，支撑座5设有若干个位置对称的固定孔固定支撑球4，腔体3水平放置在支撑球4上，热辐射屏蔽筒6还设有若干个通孔，支撑顶丝1穿过通孔，利用支撑垫片2固定腔体3。光学镜片7设置于腔体3一侧；补偿环8与光学镜片7连接。
如图2所示，通过热辐射屏蔽筒6的卡槽10固定支撑座5，支撑顶丝1及支撑垫片2通过通孔固定腔体3，腔体3通过支撑球4水平放置在支撑座5上，可实现超稳光学参考腔在搬运过程中不易发生位移。热辐射屏蔽筒6上留有第一通气孔9便于超稳光学参考腔实现真空抽气，同时腔体3上在与第一通气孔9对应位置设置有第二通气孔便于超稳光学参考腔实现真空抽气。利用有限元仿真软件对超稳光学参考腔结构进行分析，得到超稳光学参考腔振动不敏感结构。
所述支撑顶丝1采用导热性不良材料制成，如聚四氟乙烯等；所述支撑垫片2和支撑球4采用硬度较低的材料制成，如氟橡胶、硅胶等；所述腔体3、支撑座5及补偿环8采用超低膨胀系数材料制成，如ULE、单晶硅、熔融石英、微晶玻璃等；所述热辐射屏蔽筒6由可屏蔽辐射材料制成，如无氧铜等；所述光学镜片7采用以超低膨胀系数材料作为基片制成，如ULE、单晶硅、熔融石英、微晶玻璃等。
所述支撑顶丝1、支撑垫片2、支撑球4和支撑座5所构成的腔体支撑结构，保证支撑座5卡在卡槽10的同时，腔体3位于热辐射屏蔽筒6的中心。主要通过以下方法实现：第一，热辐射屏蔽筒6中设有的卡槽10，卡槽10大小与支撑座5大小相同，将支撑座5水平放置进卡槽10，使得支撑座5被卡槽10卡紧，以保证支撑座5在搬运过程中不易发生位移；第二，支撑顶丝1通过热辐射屏蔽筒6上具有对称结构的6个带有螺纹的通孔，旋紧顶丝1并通过支撑垫片2顶住腔体3，以保证腔体3在搬运过程中不易发生位移。
本实施例中，所述有限元仿真分析中，所仿真腔体3材料为ULE，支撑球4材料为氟橡胶，支撑座5材料为微晶玻璃，热辐射屏蔽筒6材料为无氧铜，光学镜片7材料为熔融石英，补偿环8材料为ULE。
本发明安装过程简单。本发明由腔体、支撑座、支撑球、支撑顶丝和支撑垫片组成，避免使用螺钉固定等方式产生较大应力等。
本发明实现可搬运，稳定性高。本发明无需利用螺钉等刚性连接的方式连接腔体与支撑座，保证其极低的振动敏感度，搬运过程中腔体不易发生位移，从而使得超稳光学参考腔在搬运之后仍能迅速的投入使用，有利于满足各种应用场景的需求。
本发明装置简单、安装快捷，且保证超稳光学参考腔极低的振动敏感度。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种可搬运的超稳光学参考腔，其特征在于，包括：
热辐射屏蔽筒，其内壁设置有卡槽，热辐射屏蔽室上设有若干个通孔，同时留有第一通气孔便于超稳光学参考腔实现真空抽气；
支撑座，其卡在所述卡槽内，支撑座上设置有若干个位置对称的固定孔；
支撑球，其固定于所述固定孔中；
腔体，其位于热辐射屏蔽筒内，放置于所述支撑球上，同时在与第一通气孔对应位置设置有第二通气孔便于超稳光学参考腔实现真空抽气；
支撑垫片；
支撑顶丝，其穿过所述通孔，利用所述支撑垫片固定腔体；
光学镜片，设置于腔体一侧；
补偿环，其与光学镜片连接。
2.根据权利要求1所述的可搬运的超稳光学参考腔，其特征在于，所述支撑顶丝和通孔上设置有螺纹，支撑顶丝穿过通孔，旋紧支撑顶丝并通过支撑垫片顶住腔体。
3.根据权利要求1所述的可搬运的超稳光学参考腔，其特征在于，所述腔体为槽切型腔体。
4.根据权利要求1所述的可搬运的超稳光学参考腔，其特征在于，所述支撑顶丝采用导热性不良材料制成。
5.根据权利要求1所述的可搬运的超稳光学参考腔，其特征在于，所述支撑垫片和支撑球采用硬度较低的材料制成。
6.根据权利要求1所述的可搬运的超稳光学参考腔，其特征在于，所述腔体、支撑座及补偿环采用超低膨胀系数材料制成。
7.根据权利要求1所述的可搬运的超稳光学参考腔，其特征在于，所述热辐射屏蔽筒采用可屏蔽辐射材料制成。
8.根据权利要求1所述的可搬运的超稳光学参考腔，其特征在于，所述光学镜片采用以超低膨胀系数材料作为基片制成。
9.根据权利要求1所述的可搬运的超稳光学参考腔，其特征在于，所述腔体、支撑座及补偿环采用ULE、单晶硅、熔融石英或微晶玻璃制成；所述光学镜片采用以ULE、单晶硅、熔融石英或微晶玻璃作为基片制成。
10.根据权利要求1所述的可搬运的超稳光学参考腔，其特征在于，所述支撑顶丝采用聚四氟乙烯制成；所述支撑垫片和支撑球采用氟橡胶或硅胶制成；所述热辐射屏蔽筒采用无氧铜制成。
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