《基於Y型腔正交偏振雷射器的微納力值傳遞標準技術》是依託中國人民解放軍國防科技大學，由肖光宗擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：基於Y型腔正交偏振雷射器的微納力值傳遞標準技術
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：肖光宗
- 依託單位：中國人民解放軍國防科技大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
本項目提出一種基於Y型腔正交偏振雷射器的微納力值傳遞標準技術，對其原理進行較為全面的研究。主要內容包括：（1）採用蘭姆半經典理論、氣體雷射動力學理論，結合實驗，研究影響頻差閉鎖閾值的因素及其影響機理，提出實現雷射器零閉鎖的方案；採用ANSYS建立雷射器熱力學模型，仿真分析與實驗研究結合，對其幾何參數進行最佳化設計,以減小溫度變化對雷射器頻差穩定性的影響。（2）採用大撓度情況下平膜片彈性曲面方程和蘭姆半經典理論，結合實驗研究，對理想情況下傳遞標準儀的原理公式進行非線性修正。（3）建立力作用點和力作用方向與傳遞標準儀測量誤差之間的理論關係；採用蘭姆半經典理論，結合實驗分析雷射器工作點對測量誤差的影響機理；通過實驗分析測量環境中各干擾因素對傳遞標準儀的影響規律。通過上述研究，建立微納力值傳遞標準技術的理論體系，包括修正的原理模型和測量誤差模型，為我國微納力值傳遞標準技術的發展提供理論基礎。
結題摘要
微納力值測量技術是納米科技發展的重要基礎研究之一，微納力值傳遞標準技術又是微納力值測量準確性和一致性的前提，但國際上微納力值溯源體系仍未完全建立起來。本項目原創性地提出並研究了基於Y型腔正交偏振雷射器的微納力值傳遞標準技術，完成了項目總體目標。項目的主要研究進展如下：（1）採用氣體雷射動力學理論和蘭姆（Lamb）半經典理論，建立了雷射器模式耦合參量與起工作參數之間關係的理論模型，結合實驗研究，總結了這些參數對頻差閉鎖閾值的影響規律和影響機理，通過最佳化參數，無磁場情況下頻差閉鎖閾值達到10MHz以下，這是迄今為止國際上公開報導的雙頻雷射器的最小頻差閉鎖閾值。（2）首次推導出模式耦合參量與橫向磁感應強度之間的解析表達式，在理論指導下最佳化設計並自製了具有均勻磁場分布的方體磁場線圈，實驗表明當磁感應強度值大於0.01特斯拉時，雷射器閉鎖閾值頻差降至KHz量級，有效抑制了頻差閉鎖。以上關於Y型腔正交偏振雷射器的兩項研究進展豐富了雙頻雷射器的門類，進一步完善了雙頻雷射器的學術體系。（3）利用ANSYS有限元軟體建立了雷射器的溫度場模型，仿真分析與實驗結合研究了雷射器的穩態溫度場分布特點、瞬態溫度變化趨勢，還通過實驗研究了環境熱對流對雷射器溫度分布的影響規律。綜合最佳化雷射器測試條件和測試環境，短時頻差穩定性達到7.3KHz。（4）採用蘭姆半經典理論，推導了雷射器的頻差修正公式，採用大撓度下集中力問題的完整解析解，推導出微納力值傳遞儀原理公式的非線性修正項。開展了大撓度情況下微力測試實驗，結果與非線性修正後的原理公式符合地較好。（5）開展了力作用點引起的力測量誤差實驗研究，表明力作用點是限制微納力值傳遞標準儀精度提高的另一個主要因素。設計製作了雷射器的拍頻頻率檢測和微納力值傳遞標準儀工作點控制電路，提出了待測力類型鑑別方法。分析了目前微納力值傳遞標準儀的性能指標，力值測量範圍為6.1μN-7.99mN，動態範圍1.3×10^3。
