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=189.95μm λ1’=190.01μmλ2=194.70μm λ2’=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） λ1 189.95 λ1’ 190.01 λ2 194.70 λ2’ 194.76功率（mW） 220 150 250 150(EH11),,D.Veron & P.Belland Infrared Physics Vol.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 337 50.6 84.9DCN激光 195 33.5 64.6,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=1e19 m-3 名称 波长(μm) HT-7最大位置偏差(mm) HT-7U最大位置偏差(mm) HCN 337 0.9 3DCN 195 0.2 1若要求机械振动（δl）产生的线密度的相对误差小于η%，则： λ> 4.08×108[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、He ），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,,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 G1-G2 60*80(R90%)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Tt1-9 D60 F1225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 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 18 D36*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.VERON Opt.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20.236m P(20.236)=0.162P0,,绝对湿度 x=ρs= e/RsT kg/m3 e----水蒸气分压力 Pa Rs----水蒸气气体常数=462.05 J/kg.K ρs ----水蒸气密度 kg/m3 E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-3,,DCN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,。
