偏頻鎖定式熱穩(wěn)頻激光器水冷散熱技術(shù)研究.pdf

1、隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，超精密加工技術(shù)的也在快速發(fā)展，并且促進(jìn)了超精密測量技術(shù)向更高要求的方向延伸。在實現(xiàn)超精密測量技術(shù)的多種方法中，激光干涉測量技術(shù)是目前超精密位移測量與精確定位的重要技術(shù)手段。作為雙頻激光干涉儀的核心部件，穩(wěn)頻激光器為整個激光干涉測量系統(tǒng)提供了波長基準(zhǔn)，其波長穩(wěn)定度將直接影響激光干涉測量系統(tǒng)的精度。傳統(tǒng)的自發(fā)散熱型熱穩(wěn)頻激光器在影響激光器穩(wěn)頻精度的同時還會形成對測量環(huán)境的熱污染，進(jìn)而嚴(yán)重影響激光干涉儀系統(tǒng)的測量和定位精度

2、，目前已成為下一代激光管干涉儀中亟待解決的問題。
　　本文分析了傳統(tǒng)自發(fā)散熱型偏頻鎖定穩(wěn)頻激光器的散熱特性及其對整體干涉測量系統(tǒng)測量精度的影響，并采用基于水冷散熱主動散熱穩(wěn)頻技術(shù)，設(shè)計了幾種水冷散熱結(jié)構(gòu)并通過仿真來比較分析其水冷散熱特性，進(jìn)而優(yōu)化水冷散熱結(jié)構(gòu)并對其應(yīng)用在偏頻鎖定熱穩(wěn)頻激光器中的效果進(jìn)行實驗驗證。本文主要研究內(nèi)容如下：
　　在比較傳統(tǒng)自發(fā)散熱型偏頻鎖定激光器散熱情況的基礎(chǔ)上，結(jié)合水冷散熱技術(shù)，對基于水冷技術(shù)的偏

3、頻鎖定式熱穩(wěn)頻激光器進(jìn)行了可行性研究，并提出水冷散熱系統(tǒng)總體技術(shù)方案。水冷散熱系統(tǒng)主要包括恒溫水槽，流量控制電路，水泵，溫度傳感器和水冷散熱結(jié)構(gòu)。恒溫水槽有獨立的溫度控制系統(tǒng)，提供恒定水溫的冷卻水。水泵和流量控制電路配合，可以調(diào)節(jié)和精確保持冷卻水的流量。溫度傳感器則準(zhǔn)確測量進(jìn)出水冷散熱結(jié)構(gòu)的水溫，用于監(jiān)控散熱系統(tǒng)。最終確保水冷散熱系統(tǒng)可以給激光管提供一個穩(wěn)定的熱環(huán)境。
　　水冷散熱結(jié)構(gòu)是水冷散熱系統(tǒng)中的核心部件，該結(jié)構(gòu)的散熱性能和

4、溫度場均勻性將直接決定激光管周圍熱環(huán)境的穩(wěn)定性，進(jìn)而直接影響激光管輸出光頻率穩(wěn)定度。為此本文設(shè)計了多種水冷結(jié)構(gòu)的模型，通過仿真分析，選擇散熱效果和溫度場均勻性最好的結(jié)構(gòu)用來進(jìn)行實驗。進(jìn)一步分析不同流速對散熱效果和溫度場均勻性的影響，并選擇最優(yōu)流速。
　　研究了基于水冷散熱的偏頻鎖定熱穩(wěn)頻控制系統(tǒng)。在分析原有傳統(tǒng)偏頻鎖定熱穩(wěn)頻激光器控制方法基礎(chǔ)上，綜合考慮水冷散熱系統(tǒng)引入的影響，將在水冷環(huán)境下工作的激光管作為被控對象，纏繞在激光管表

5、面的加熱膜作為執(zhí)行器，針對以上系統(tǒng)提出新的穩(wěn)頻控制方案，以提高水冷偏頻鎖定激光器輸出光頻率穩(wěn)定度。
　　設(shè)計了水冷偏頻鎖定熱穩(wěn)頻激光器光機電一體化結(jié)構(gòu)。通過對水冷偏頻鎖定激光器各組成部分合理布局，設(shè)計了相對應(yīng)的機械結(jié)構(gòu)。實現(xiàn)了He-Ne激光管，水冷散熱結(jié)構(gòu)，拍頻信號檢測電路，偏頻鎖定控制電路的高度集成。使整體激光器結(jié)構(gòu)緊湊，便于調(diào)整，進(jìn)而確保水冷偏頻鎖定穩(wěn)頻激光器輸出光頻率穩(wěn)定度。
　　最終本課題設(shè)計的基于水冷散熱的偏頻鎖定