[实用新型]一种多功能超稳光学参考腔

说明书

本实用新型公开了一种多功能超稳光学参考腔，包括球形腔体、支撑杆和支撑架，所述球形腔体上开设有贯穿球形腔体的通光孔，所述通光孔的中心轴线通过球形腔体的球心，所述通光孔包括第一通光孔、第二通过光孔和第三通光孔，所述第一通光孔、第二通过光孔和第三通光孔两两相互垂直；所述第一通光孔的轴线为X轴，第二通过光孔的轴线为Y轴，第三通光孔的轴线为Z轴；本实用新型可实现有效降低空间三维方向上的低频振动，不增大体积和质量等资源条件下，增加腔长降低热噪声的目的；提高空间中超稳光学参考腔有效腔长的稳定性，即提高超窄线宽激光的频率稳定性，在不增加资源的条件下，也可以实现三台超窄线宽激光器并完成它们的性能评估和测试。

技术领域

本实用新型属于超稳光学参考腔领域，具体涉及一种多功能超稳光学参考腔。

背景技术

超窄线宽激光具有极高的光谱纯度和频率稳定度，是高精密测量的一种重要手段，其在光钟、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具有广泛的应用，且在其它工业领域有着重要的应用前景，例如，卫星导航、相干通信、激光陀螺和激光测距等。通常，超窄线宽激光器是通过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来实现的。在控制环路噪声可以忽略的条件下，超窄线宽激光的频率稳定性主要决定于超稳光学参考腔有效腔长的稳定性。

目前，影响超稳光学参考腔腔长变化的低频振动和热噪声，已成为超窄线宽激光性能进一步提高的主要限制因素。另外，随着空间探索的强烈和迫切需求，空间超稳光学参考腔的研制已经迫在眉睫，但空间超稳光学参考腔需要适应火箭发射升空的高达数百个重力加速度的振动冲击，空间的体积和承重量等资源受到严格的约束，且技术指标要求高，指标测试难度大，空间要受到三维方向上的振动扰动(含旋转振动)。在空间资源(体积和承重量等)有限的条件下，一般空间中只采用一台超窄线宽激光器，而单台超窄线宽激光器难以实现技术指标和性能的测试评估。

在现有技术中，为了解决上述影响超稳光学参考腔腔长变化的低频振动和热噪声的问题，通常使用如下方法：

(1)降低超稳光学参考腔低频振动的方法，其主要采用：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。其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。地面实验室解决的仅仅是一维主振动问题，但针对空间应用还没有很好的解决降低三维(含旋转)振动敏感度问题，目前，研制的可搬运的(含空间)超稳光学参考腔难以实现三维(含旋转)方向上振动敏感度都低的性能。

(2)降低超稳光学参考腔热噪声的方法，其一般包括：增加超稳光学参考腔的腔长、低温技术和低热噪声的材料等。增加光学参考腔的腔长在地面实验室是可行的，但在空间资源(体积和承重量等)有限的条件下，该方法无疑是不可行的；低温技术体积庞大，空间应用不成熟，其虽然可以大幅度的降低热噪声，但因空间资源(体积和承重量等)有限，要想实现基本不可能；低热噪声材料往往需要低温技术和更高精度的控温作为代价的，一般在空间中也很难适应，并且成熟的低热噪声材料不能满足某些波段的需求，例如单晶硅虽然具有较低的热噪声，但是其必须处于低温环境，且只能适应于1000nm以上波段的需求，不适应于其以下波段的应用。