超穩(wěn)激光中亞毫開爾文量級溫度的精密控制.pdf

1、隨著社會的發(fā)展，在國防、科研等眾多領(lǐng)域?qū)r間的要求越來越高，光頻標(biāo)由于具有更高的準(zhǔn)確度和穩(wěn)定性，有望替代目前正廣泛應(yīng)用的微波頻標(biāo)成為新的秒定義。光頻標(biāo)主要分為三個部分：激光振蕩器、離子/原子囚禁系統(tǒng)和飛秒光梳。作為光頻標(biāo)系統(tǒng)本地振蕩源的超穩(wěn)激光系統(tǒng)是整個光頻標(biāo)的核心部分。
　　在超穩(wěn)激光系統(tǒng)中，我們采用Pound-Drever-Hall（PDH）穩(wěn)頻技術(shù)將激光鎖定在Fabry-Perot（FP）超穩(wěn)腔上獲得超穩(wěn)激光。FP超穩(wěn)腔作為

2、超穩(wěn)激光系統(tǒng)的核心，其噪聲對整個系統(tǒng)的噪聲貢獻(xiàn)最大，而溫度抖動又是影響超穩(wěn)腔穩(wěn)定性的最主要因素之一。在本文中將重點(diǎn)介紹超穩(wěn)激光中超穩(wěn)腔的溫度控制系統(tǒng)。
　　首先我們詳細(xì)介紹了一種用于超穩(wěn)腔溫度控制的模擬溫控電路，包括電路中各元器件的選型以及電路功能的實(shí)現(xiàn)等。由于實(shí)驗(yàn)中無法直接探測FP超穩(wěn)腔的溫度，我們以放置超穩(wěn)腔的真空室作為控制對象進(jìn)行溫度控制。當(dāng)設(shè)定溫度為25℃時，真空室溫度波動的標(biāo)準(zhǔn)差在大于46小時內(nèi)達(dá)到了80μK,約12個小

3、時內(nèi)達(dá)到了40μK。
　　為了降低超穩(wěn)腔的設(shè)定溫度點(diǎn)隨外界溫度的影響，我們采用數(shù)字溫控系統(tǒng)研究了超穩(wěn)腔的雙層溫度控制，并對溫度控制過程中一些關(guān)鍵問題進(jìn)行了研究，如溫控箱的溫度梯度，真空室的絕熱支撐方案等，該雙層溫度控制利用兩套獨(dú)立的數(shù)字溫控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)內(nèi)層溫度設(shè)定為36℃，外層溫度設(shè)定為35℃時，系統(tǒng)的長期（大于14小時）溫度波動的標(biāo)準(zhǔn)差為0.5mK，其短期（約兩小時）溫度波動的標(biāo)準(zhǔn)差為80μK；當(dāng)內(nèi)外層的溫度設(shè)定在室溫附近（內(nèi)層