一种超稳光学参考腔支撑调节装置及其调节方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种超稳光学参考腔支撑调节装置及其调节方法，包括真空腔室以及设置在真空腔室内用于支撑超稳光学参考腔的腔体支架，腔体支架的截面为U型结构，包括底部的弧面板和设置在弧面板上的两支撑面板，支撑面板的顶部两端均开设有滑槽，每个滑槽内均设置有一可滑动的滑块，且滑块上设置有用于支撑超稳光学参考腔的腔体支撑垫，四个腔体支撑垫的顶面位于同一水平面，所述腔体支架的弧面板上放置有一腔体竖直运动支撑；在保证高真空不泄露的条件下，采用5个直线推进器实现无需开封真空腔室的情况下，纯机械调节，保证超稳光学参考腔支撑位置精密对称地调节。

【技术实现步骤摘要】
一种超稳光学参考腔支撑调节装置及其调节方法
本专利技术属于超稳光学参考腔领域，尤其涉及一种超稳光学参考腔支撑调节装置及其调节方法。
技术介绍
超窄线宽激光作为高精密测量的一种重要手段，已广泛应用在光学原子钟、高精密光谱测量、引力红移测量和相对论的检验、甚长基线干涉和引力波观测等领域，并且在相干通信、激光陀螺和激光测距等工业领域有着重要的应用前景。一般，釆用Pound-Drever-Hall(PDH)稳频技术将激光频率锁定在超稳光学参考腔的谐振频率上实现超窄线宽激光的输出。超窄线宽激光的频率稳定性与超稳光学参考腔有效腔长的稳定性密切相关。目前，影响超稳光学参考腔腔长变化的低频振动难以抑制和消除，已成为超窄线宽激光性能进一步提高的主要限制因素之一。目前，降低超稳光学参考腔低频振动的方法主要采用：基于隔振器(包括主动隔振和被动隔振)隔离之上降低超稳光学参考腔振动敏感度。通常采用有限元分析的方法来优化超稳光学参考腔的支撑位置和形状来获得较低的振动敏感度度。但在实验中表明基于有限元分析优化的超稳光学参考腔的最佳支撑位置(最低振动敏感度的位置)和实验实测的位置还有较大的差距。为了解决这个问题，通常采用的方法是：将超稳光学参考腔安装在基于有限元分析优化的超稳光学参考腔的最佳支撑位置，然后封真空(10-6Pa数量级以上)，通过实测获得该位置的振动敏感度，然后开启真空封装，变更超稳光学参考腔的支撑位置，再通过实测获得振动敏感度度，如此操作多次来获得实际的最低振动敏感度位置。该方法存在以下几点缺陷：1、耗时耗力。例如，每次打开真空封装以后再次进行真空封装，将真空腔室预抽至10-6Pa数量级以上真空，少则1个月，多则数个月。2、容易污染真空环境。多次开启和封装真空腔室需要人力操作，大大增加了污染真空环境的可能性。3、操作繁琐，易损毁超稳光学参考腔。超稳光学参考腔的材料是玻璃，每次改变超稳光学参考腔支撑位置都需要人的手拿改变位置，在操作空间有限的条件下，相对机械操作容易损坏。4、支撑位置对称结构难以保证。超稳光学参考腔对于支撑位置的对称性有很高的要求，人为操作很难保证支撑位置的对称性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述超稳光学参考腔支撑调节存在的缺点，提供一种超稳光学参考腔支撑调节装置及调节方法，在保证高真空不泄露的条件下，采用5个直线推进器实现无需开封真空腔室的情况下，纯机械调节，保证超稳光学参考腔支撑位置精密对称地调节。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：一种超稳光学参考腔支撑调节装置，包括真空腔室以及设置在真空腔室内用于支撑超稳光学参考腔的腔体支架，腔体支架的截面为U型结构，包括底部的弧面板和设置在弧面板上的两支撑面板，支撑面板的顶部两端均开设有滑槽，每个滑槽内均设置有一可滑动的滑块，且滑块上设置有用于支撑超稳光学参考腔的腔体支撑垫，四个腔体支撑垫的顶面位于同一水平面，所述腔体支架的弧面板上放置有一腔体竖直运动支撑；所述支撑调节装置还包括四个水平直线推进器和一个竖直直线推进器，每个水平直线推进器活动端分别连接一滑块，用于带动腔体支撑垫在滑槽内的滑动，所述竖直直线推进器的活动端穿过真空腔室和腔体支架与竖直运动支撑连接，所述竖直直线推进器用于实现超稳光学参考腔竖直方向上的运动。进一步的，所述真空腔室为筒状结构设计，且在筒状结构的两端设置有第一真空法兰盘，每个水平直线推进器均通过一第二真空法兰盘连接在第一真空法兰盘上，竖直直线推进器通过一第二真空法兰盘密封连接在真空腔室上。进一步的，所述真空腔室的内壁设置有热屏蔽层，所述热屏蔽层位于真空腔室与腔体支架之间。进一步的，所述真空腔室内的真空度在10-5Pa数量级以上。进一步的，所述真空腔室上还开设有用于连接真空抽气设备的第三真空法兰盘。进一步的，四个腔体支撑垫中，两支撑板面板之间的腔体支撑垫对称设置，每个支撑面板上的两个腔体支撑垫之间对称设置。进一步的，所述腔体支架底部的弧面板与真空腔室的内壁贴合。本专利技术还提供了一种超稳光学参考腔支撑调节装置的调节方法，包括以下步骤：第一步：以超稳光学参考腔的轴线作为X轴，以竖直直线推进器的轴线作为Z轴，确定三维坐标系；根据有限元数值模拟仿真计算，确定四个腔体支撑垫的初始支撑位置，四个腔体支撑垫在X轴和Y轴方向上是对称放置，即第一水平直线推进器和第三水平直线推进器与第二水平直线推进器和第四水平直线推进器推进的滑块携带的腔体支撑垫关于Y轴对称；第一水平直线推进器和第二水平直线推进器与第三水平直线推进器和第四水平直线推进器推进的滑块携带的腔体支撑垫在关于X轴对称；这四个腔体支撑垫在Z方向上是处于同一平面内，即四个水平直线推进器推进的滑块在Z轴方向上是处于同一平面内；第二步：将超稳光学参考腔放置在上述第一步所述的初始支撑位置，并封装真空，抽气达到真空度要求；第三步：实验测试当前支撑位置是否为最佳位置，如果是最佳位置，则调节结束，如果不是最佳位置，根据当前支撑位置的实验测试结果，预估下一支撑位置；第四步：旋转竖直直线推进器让其内部杆件推动腔体竖直运动支撑沿着Z轴正方向运动，此时，腔体竖直运动支撑将超稳光学参考腔托起，当超稳光学参考腔被托起运动到合适位置后，停止旋转竖直直线推进器，并记下旋转总圈数N；第五步：按照所述第三步中预估的下一支撑位置，计算水平直线推进器需要旋转的圈数M；按照旋转圈数M旋转第一水平直线推进器，使其滑块携带腔体支撑垫到达下一支撑位置，随后按照旋转圈数M旋转第二水平直线推进器、第三水平直线推进器和第四水平直线推进器，使其滑块携带腔体支撑垫到达下一支撑位置；第六步：旋转竖直直线推进器让其内部杆件推动腔体竖直运动支撑沿着Z负方向运动，旋转圈数为N，腔体竖直运动支撑将支撑超稳光学参考腔到达和腔体支撑垫相接触的位置，腔体竖直运动支撑脱离超稳光学参考腔，到达第一步中腔体竖直运动支撑所在的位置；第七步：重复第三步到第六步直至当前支撑位置为最佳位置。与现有技术相比，本专利技术至少具有以下有益效果：本专利技术能够保证高真空不泄露的条件下，采用5个直线推进器(4个水平直线推进器和1个竖直直线推进器)实现无需开封真空腔室的情况下，纯机械调节，保证超稳光学参考腔支撑位置精密对称地调节。其中，1个直线推进器完成超稳光学参考被顶起的操作，其它4个直线推进器完成超稳光学参考腔的位置对称地水平精密调节改变。本专利技术设计的运动支撑机构可以应用于超稳光学参考腔、光学干涉仪、超窄线宽激光器、光学原子钟、引力波探测等高科技领域。进一步的，通过在腔体支架与真空腔室之间设置热屏蔽层，减小外界热辐射对于超稳光学参考腔的影响。进一步的，将腔体支架设置为U型结构的作用，方便支撑超稳光学参考腔，腔体竖直运动支撑与超稳光学参考腔的下端面相互匹配，保证平稳升高和放置超稳光学参考腔，升高超稳光学参考腔，使其与支撑垫脱离，方便支撑垫位置的改变。附图说明图1为本专利技术的整体结构示意图。图2为本专利技术中真空腔室内部结构示意图。图3为水平直线推进器与腔体支架之间组装关系示意图。图4为图3的局部结构放大图。图5为本专利技术的水平直线推进器与腔体支架之间组装关系示意图。图6为超稳光学参考腔的结构示意图。附图中：1-真空腔室、11-第一水平直线推进器、12-第二水平直线推进器、13-第三水平直线推进器、14本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超稳光学参考腔支撑调节装置，其特征在于，包括真空腔室(1)以及设置在真空腔室(1)内用于支撑超稳光学参考腔(3)的腔体支架(16)，腔体支架(16)的截面为U型结构，包括底部的弧面板和设置在弧面板上的两支撑面板，支撑面板的顶部两端均开设有滑槽(161)，每个滑槽内均设置有一可滑动的滑块(21)，且滑块(21)上设置有用于支撑超稳光学参考腔(3)的腔体支撑垫(23)，四个腔体支撑垫(23)的顶面位于同一水平面，所述腔体支架(16)的弧面板上放置有一腔体竖直运动支撑(162)；所述支撑调节装置还包括四个水平直线推进器和一个竖直直线推进器(15)，每个水平直线推进器活动端分别连接一滑块(21)，用于带动腔体支撑垫(23)在滑槽(161)内的滑动，所述竖直直线推进器(15)的活动端穿过真空腔室(1)和腔体支架(16)与竖直运动支撑(162)连接，所述竖直直线推进器(15)用于实现超稳光学参考腔(3)竖直方向上的运动。

【技术特征摘要】
1.一种超稳光学参考腔支撑调节装置，其特征在于，包括真空腔室(1)以及设置在真空腔室(1)内用于支撑超稳光学参考腔(3)的腔体支架(16)，腔体支架(16)的截面为U型结构，包括底部的弧面板和设置在弧面板上的两支撑面板，支撑面板的顶部两端均开设有滑槽(161)，每个滑槽内均设置有一可滑动的滑块(21)，且滑块(21)上设置有用于支撑超稳光学参考腔(3)的腔体支撑垫(23)，四个腔体支撑垫(23)的顶面位于同一水平面，所述腔体支架(16)的弧面板上放置有一腔体竖直运动支撑(162)；所述支撑调节装置还包括四个水平直线推进器和一个竖直直线推进器(15)，每个水平直线推进器活动端分别连接一滑块(21)，用于带动腔体支撑垫(23)在滑槽(161)内的滑动，所述竖直直线推进器(15)的活动端穿过真空腔室(1)和腔体支架(16)与竖直运动支撑(162)连接，所述竖直直线推进器(15)用于实现超稳光学参考腔(3)竖直方向上的运动。2.根据权利要求1所述的一种超稳光学参考腔支撑调节装置，其特征在于，所述真空腔室(1)为筒状结构设计，且在筒状结构的两端设置有第一真空法兰盘(18)，每个水平直线推进器均通过一第二真空法兰盘(19)连接在第一真空法兰盘(18)上，竖直直线推进器(15)通过一第二真空法兰盘(19)密封连接在真空腔室(1)上。3.根据权利要求1所述的一种超稳光学参考腔支撑调节装置，其特征在于，所述真空腔室(1)的内壁设置有热屏蔽层(17)，所述热屏蔽层(17)位于真空腔室(1)与腔体支架(16)之间。4.根据权利要求1所述的一种超稳光学参考腔支撑调节装置，其特征在于，所述真空腔室(1)内的真空度在10-5Pa数量级以上。5.根据权利要求1所述的一种超稳光学参考腔支撑调节装置，其特征在于，所述真空腔室(1)上还开设有用于连接真空抽气设备的第三真空法兰盘(20)。6.根据权利要求1所述的一种超稳光学参考腔支撑调节装置，其特征在于，四个腔体支撑垫(23)中，两支撑板面板之间的腔体支撑垫(23)对称设置，每个支撑面板上的两个腔体支撑垫(23)之间对称设置。7.根据权利要求1所述的一种超稳光学参考腔支撑调节装置，其特征在于，所述腔体支架(16)底部的弧面板与真空腔室(1)的内壁贴合。8....

【专利技术属性】
技术研发人员：许冠军，焦东东，陈龙，张林波，刘军，刘涛，董瑞芳，张首刚，
申请(专利权)人：中国科学院国家授时中心，
类型：发明
国别省市：陕西,61