【摘 要】
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远红外氰化氢(HCN)激光干涉仪是用于测量磁约束聚变装置中等离子体电子密度的重要诊断之一,干涉仪的光源为HCN气体激光器,频率为0.89THz。HCN激光干涉仪通常采用外差式测量,在应用
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远红外氰化氢(HCN)激光干涉仪是用于测量磁约束聚变装置中等离子体电子密度的重要诊断之一,干涉仪的光源为HCN气体激光器,频率为0.89THz。HCN激光干涉仪通常采用外差式测量,在应用时必须产生外差探测所需要的拍频信号,传统的HCN激光干涉仪通常使用传统的HCN单色激光器作为光源,利用转动光栅来调制出拍频信号,这种方法固然容易实现,但是由于转动光栅转速受限,且光栅转动产生机械振动,会导致激光干涉仪系统时间分辨率较低(小于100KHz),信噪比较差,高时间分辨率和高精度的电子密度测量要求急需研制具有稳定高频差的HCN双色激光器。此外,太赫兹(THz)成像等技术应用的发展,也急需紧凑的小型化的太赫兹激光器作为光源。 本文为了获得更高的时间分辨率和更好的信噪比,成功研制出了谐振腔长度为1米的紧凑高中频(兆赫兹量级)太赫兹(0.89THz)连续波HCN双色激光器系统,并对其输出功率和中频进行了控制研究。论文工作期间,完成了激光器整体结构的设计,研制了具有双极驱动特性的谐振腔调节机构并成功应用;设计了基于输出功率和中频控制的谐振腔自动反馈调节系统,并完成了硬件的设计加工与软件编写;进行了双色激光器系统的台面实验,对双色激光器的输出特性和稳定性控制系统的控制效果进行了研究分析。 实验结果表明,最新搭建的谐振腔长度1米的HCN双色激光器体积小、结构紧凑、放电平稳,可以进行长时间连续放电,其输出功率为1mW。调节HCN双色激光器的谐振腔长度,得到了不同兆赫兹量级的中频信号(0.2~1.25MHz),通过压电陶瓷可以实现对激光器中频信号的连续调节,调节精度为10nm。最新设计的HCN双色激光器稳定性反馈控制系统,能够长时间保持HCN双色激光器的输出功率稳定,并可以初步控制激光器的中频。 本论文对紧凑型HCN双色激光器系统进行了较为全面的研究,并初步建立了稳定性反馈控制系统,为今后HCN双色激光器的实际应用奠定了基础。
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