DCN远红外激光干涉仪

DCN远红外激光干涉仪研制进展远红外组DCN远红外激光干涉仪的最初研制目标1.改进HT-7的远红外激光干涉仪2.为HT-7U远红外激光干涉仪做前期准备λ1=189.95μmλ1’=190.01μmλ2=194.70μmλ2’=194.76μm连续波DCN激光能级图DCN远红外激光干涉仪研制原理DCN激光连续波几种主要波长及输出功率激光管放电长度：3m激光管直径：5.4cm放电电流：1.6A波长（μm）λ1189.95λ1’190.01λ2194.70λ2’194.76功率（mW）220150250150(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，在窗口处的最小光束直径为：d=2(λZ0/π)1/2。为了保证光束光能全部通过，在窗口处的通光最小孔径为：D=2.2d＝4.4(λZ0/π)1/2。对于HT-7装置，Z0＝934mm。对于HT-7U,Z0＝3470mm。下面给出两种不同激光的窗口处所要求的最小通光孔径：考虑到窗口封结与安装，对于HT-7装置窗口最大窗口长度为540毫米。HCN激光，最多能做5道。DCN激光，最多能做9道。对于HT-7U装置窗口最大窗口长度为667毫米。HCN激光，最多能做6道。DCN激光，最多能做8道.名称波长（μm）HT-7最小通光孔径(mm)HT-7U最小通光孔径(mm)HCN激光33750.684.9DCN激光19533.564.6•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：Δ≈8.97×10-16λ2ne0Z0若ne0=1e19m-3名称波长(μm)HT-7最大位置偏差(mm)HT-7U最大位置偏差(mm)HCN3370.93DCN1950.21•若要求机械振动（δl）产生的线密度的相对误差小于η%，则：λ4.08×108[δlηane0]1/2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DCN远红外激光干涉仪的组成光波导DCN远红外激光干涉仪的研制项目DCN激光器电源的制造。(黄山金屹电源已完成）DCN激光器的设计、制造。多普勒转动光栅的设计、制造。单、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。探测器的制造。相移量测量仪的制造。计算机控制系统的制造。DCN激光器的设计、制造•进气部分的改进•用低膨胀合金代替熔石英管•改进腔头机械结构•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（DCN激光器工作气体是N2、CD4、HeD2），该流量计有本控和远控开关•低膨胀合金采用φ25×2000的4J32，该合金的平均线膨胀系数1.0×10-6/℃(20℃~100℃)•DCN激光器每工作40~50小时就要清洗一次工作（气体是N2、CD4、He），腔头结构必须便于装卸阴极腔头示意图激光管平面反射镜阳极腔头示意图激光管金属栅网水晶片六硼化镧阴极结构LaB6是很好的热电子发射材料，可以在可拆卸的真空系统中使用，耐离子轰击、蒸发率低、抗溅射，寿命更长,基本性能：熔点~2500℃电子逸出功2.66~2.68ev平均发射电流密度~8A/cm2使用温度~1300℃抗中毒性可反复暴露大气使用伏安特性良好理论密度4.721g/cm3•衍射光产生的多普勒频移f=2(2πRnsinβ)/λ=2πR/d=N·n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:D≥2.2d•最佳束腰直径:d0=()1/2.•高斯光束的传输f=(Z1d22-Z2d12)/(d22-d12)DCN（HT-7)远红外激光干涉仪光路的计算02Z平面反射镜M1-M770*110M880*110M980*60M1070*110M1160*80M12-M2250*60金属栅网G1-G260*80(R90%)球面镜S1D100F2815S2D90F-1047S3D70F184.7S4D70F230.9S5D70F223S6D70F-1450S7D110F1222.9S8D100F-6300S9D110F1780S10-S18D40F146.5透镜Tt1-9D60F1225分光片S101,S10260*80*5.0324(R50%)S103,S11850*60*5.0324(R50%)S104,S11750*60*5.0275(R33%)S105,S11650*60*5.0258(R25%)S106,S11550*60*5.0247(R20%)S107,S11450*60*5.0241(R17%)S108,S11350*60*5.0235(R14%)S109,S11250*60*5.0232(R12.5%)S110,S11150*60*5.0228(R11%)S119-S12730*40*5.0324(R50%)窗口18D36*5.1934潮湿空气(水蒸气）对DCN激光功率的吸收P(z)=P0exp(-αz)P0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z处的激光功率α为潮湿空气对激光的吸收率α190=100db/kmα195=90db/km(温度为15℃，绝对湿度为1gm-3)J.L.BRUNEAU,P.BELLAND&D.VERONOpt.Commun.24,259(1978)HT-7远红外干涉仪的探测束光路长为22.236m，除去经过装置的2m，从激光器窗口道探测器距离为20.236mP(20.236)=0.162P0绝对湿度x=ρs=e/RsTkg/m3e----水蒸气分压力PaRs----水蒸气气体常数=462.05J/kg.Kρs----水蒸气密度kg/m3E水=E0×10(7.45t/235+t)（E0＝6.11hPa）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-3DCN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，调制频率10KHz，可以使用现在HCN远红外激光干涉仪所使用的GAT系列的TGS热释电探测器。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DCN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电源、流量计、自动调腔反射镜、分光镜等