一种优化超稳光学腔的数值方法

叶森; 龙云; 王如泉; 曹强; 肖三强; 赵宏鸣; 杜渐

doi:10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2016.06.020

一种优化超稳光学腔的数值方法

1.
北京理工大学机械与车辆学院, 北京 100081;
2.
中国科学院物理研究所, 北京 100190;
3.
北京仿真中心航天系统仿真国家重点实验室, 北京 100854

作者简介: 叶森(1993-),男,硕士研究生,现主要从事激光技术应用方面的研究。.

通讯作者: 曹强, caoqiang@bit.edu.cn ;

基金项目:
国家自然科学基金资助项目（51375051）;国家九七三重点基础研究计划资助项目（2013CB922002）
中图分类号: TN243

A numerical optimization method for ultra-stable optical cavities

1.
School of Mechanical Engineering, Beijing Institute of Technology, Beijing 100081, China;
2.
Institute of Physics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100190, China;
3.
Science and Technology on Special Simulation Laboratory, Beijing Simulation Center, Beijing 100854, China

Corresponding author: CAO Qiang, caoqiang@bit.edu.cn ;

CLC number: TN243

摘要: 为了降低超稳光学腔的振动敏感度，在综合考虑振动所导致的腔镜位移及转动后，定义了一个新的表征腔体振动敏感度的参量。采用有限元数值分析方法，用所定义的单一参量优化了一个典型的立式超稳光学腔。优化过程考虑了腔体端面直径、支撑孔位置和深度等关键几何参量。结果表明，优化后的腔体结构和支撑方式可以明显降低超稳腔对振动的敏感度，腔体稳定性比优化前提高1.5倍。该优化方法操作性强，能够有效提升超稳腔仿真和设计的效率。
- 激光光学 /
- 超稳光学腔 /
- 有限元分析 /
- 超精密测量
Abstract: In order to reduce the vibration sensitivity of ultra-stable optical cavity, a new parameter was defined to characterize the vibration sensitivity of optical cavity by considering the displacement and rotation of mirrors. Based on the finite element analysis method, a typical vertical ultra-stable optical cavity was optimized by using the defined single parameter. In the optimization process, the key geometric parameters, including the cavity diameter, position and depth of supporting hole were took into account. The results show that the optimized cavity structure and support method could obviously reduce the vibration sensitivity of ultra-stable cavity. The stability of cavity was 1.5 times higher than that before optimization. The optimization method with good feasibility could improve the efficiency of simulation and design of ultra-stable cavities.
- laser optics /
- ultra-stable optical cavity /
- finite element analysis /
- ultra-precision measurement

[1]	NICHOLSON T L, MARTIN M J, WILLIAMS J R, et al. Comparison of two independent Sr optical clocks with 110-17 stability at 103s[J]. Physical Review Letters, 2012, 109(23):230801.
[2]	HARTMAN M T, QUETSCHKE V, TANNER D B, et al. Parallel phase modulation scheme for interferometric gravitational-wave detectors[J]. Optics Express, 2014, 22(23):28327-28337.
[3]	LI Q L, FAN F Y, XIONG W J, et al.Laser frequency scale system in carbon isotopic abundance measurement[J]. Acta Physica Sinica, 2013,62(24):242801(in Chinese).
[4]	DU Zh J, ZHANG Y Ch, WANG X Y, et al.Locking multiple wavelength lasers to the transition of Cesium atoms by using a Fabry-Perot transfer cavity[J].Acta Optica Sinica, 2006,26(3):452-457(in Chinese).
[5]	TAN Zh Q, LONG X W. Influence of cavity length change on measurement of CW cavity ring-down[J]. Laser Technology, 2007, 31(4):438-441(in Chinese).
[6]	HU Ch X, WU Zh M, DENG T,et al. Influence of air gap on the lasing wavelength of the fiber grating external cavity semiconductor laser[J]. Laser Technology, 2008, 32(2):177-179(in Chinese).
[7]	NOTCUTT M, MA L S, YE J, et al. Simple and compact 1Hz laser system via an improved mounting configuration of a reference cavity[J]. Optics Letters, 2005, 30(14):1815-1817.
[8]	CHEN L Sh, HALL J, YE J, et al. Vibration-induced elastic deformation of Fabry-Perot cavities[J]. Physical Review, 2006, A74(5):053801.
[9]	MILLO J, MAGALHAES D V, MANDACHE C, et al.Ultrastable lasers based on vibration insensitive cavities[J]. Physical Review, 2009, A79(5):053829.
[10]	MIAO J, JIANG Y Y, FANG S, et al.Vibration insensitive optical ring cavity[J]. Chinese Physics, 2009, B18(6):2334-2339.
[11]	YANG T, LI W B, ZANG E J, et al. Decreased vibrational susceptibility of Fabry-Perot cavities via designs of geometry and structural support[J]. Chinese Physics, 2007, 16(5):1374-1384.
[12]	WEBSTER S A, OXBORROW M, GILL P. Vibration insensitive optical cavity[J]. Physical Review, 2007, A75(1):011801.
[13]	CAO Y J, LIU Y, CHEN G L, et al.Study on vibrational stabilization of cylindrical cavities[J]. Laser Technology, 2012, 36(2):262-264(in Chinese).
[14]	LEIBRANDT D R, THORPE M J, NOTCUTT M, et al. Spherical reference cavities for frequency stabilization of lasers in non-laboratory environments[J]. Optics Express, 2011, 19(4):3471-3482.
[15]	REN L Q,ZHU S,XU G J,et al.Study of a spherical vibration-insensitive optical reference cavity[J]. Acta Physica Sinica, 2014, 63(9):090601(in Chinese).
[16]	LIAO H Q,CHEN H,LIU G W,et al.Design of the ultra stabile spherical optical cavity[J]. Physics and Engineering, 2015, 25(1):55-58(in Chinese).
[17]	GUO H F, L Sh Sh, LIU F,et al.Analysis of the vibration sensitivity of Fabry-Perot cavities[J]. Chinese Journal of Lasers, 2012, 39(12):15-22(in Chinese).

[1]	陈子伦 , 马厉克 , 姜宗福 , 曹涧秋 . LD端面抽运激光介质热效应的有限元分析. 激光技术, 2005, 29(5): 543-545.
[2]	王强 , 焦俊科 , 王飞亚 , 张文武 , 盛立远 . CFRP与不锈钢激光焊接的有限元分析. 激光技术, 2016, 40(6): 853-859. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2016.06.017
[3]	朱广志 , 陈培锋 , 邹雪芬 , 朱长虹 . 侧面泵浦激光器热透镜效应的有限元分析. 激光技术, 2004, 28(2): 208-210,217.
[4]	申来娣 , 陈菊芳 , 李兴成 , 李仁兴 . 激光冲击AM50镁合金残余应力场的有限元分析. 激光技术, 2012, 36(1): 45-49. doi: 10.3969/j.issn.1001-3806.2012.01.013
[5]	沈显峰 , 王洋 , 姚进 , 汪法根 , 杨家林 . 直接金属选区激光烧结热应力场有限元模拟. 激光技术, 2005, 29(4): 343-346.
[6]	钟欢欢 , SINGARE Sekou , 陈盛贵 . 基于有限元法的聚碳酸酯激光焊接性能研究. 激光技术, 2015, 39(2): 209-214. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2015.02.014
[7]	张建 , 花银群 , 曹将栋 . 激光冲击铜薄膜的应力波传播特性模拟分析. 激光技术, 2016, 40(4): 601-605. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2016.04.030
[8]	李兴成 , 张永康 , 周金宇 , 陈菊芳 , 卢雅琳 . 激光冲击强化AZ31镁合金表面残余应力分析. 激光技术, 2016, 40(1): 5-10. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2016.01.002
[9]	杨建坤 , 曹丁象 , 郑万国 , 贺少勃 , 袁晓东 , 於海武 , 韩伟 . 热容模式下片状激光介质瞬态温度及热应力分析. 激光技术, 2007, 31(2): 196-199.
[10]	徐成伟 , 姚梅 , 许振领 , 张文攀 , 胡欣 , 王军 , 刘艳芳 . 光学暗室内杂散激光能量分布模型仿真与测量. 激光技术, 2012, 36(1): 141-144. doi: 10.3969/j.issn.1001-3806.2012.01.037
[11]	华文深 , 张悦 , 王元铂 , 李刚 , 马左红 , 杨佳 . 猫眼光学窗口反侦测能力影响因素分析. 激光技术, 2013, 37(3): 380-384. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2013.03.025
[12]	钟尚殷 , 邓勇 , 张书练 . 压电陶瓷调制激光回馈外腔的实验和分析. 激光技术, 2024, 48(4): 572-577. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2024.04.016
[13]	李蕾 , 臧景峰 . 双狭缝扫描法测量激光光束质量. 激光技术, 2015, 39(6): 845-849. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2015.06.024
[14]	王玉庆 , 王云霞 , 马世榜 . 基于衍射横波的裂纹激光超声检测方法. 激光技术, 2019, 43(4): 546-550. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2019.04.019
[15]	马健 , 赵扬 , 郭锐 , 宋江峰 , 贾中青 , 刘帅 , 孙继华 . 激光辐照材料表层温升规律的数值模拟. 激光技术, 2013, 37(4): 455-459. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2013.04.009
[16]	王文斌 , 郭子如 , 张阳 , 陈世雄 . 激光辐照下金属/炸药结构温度场的数值模拟. 激光技术, 2014, 38(5): 684-687. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2014.05.023
[17]	刘锴 , 范卫星 , 王平秋 , 富星桥 , 杨超 , 韩敬华 . 激光等离子体法清洗微纳颗粒的物态变化研究. 激光技术, 2021, 45(4): 405-410. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2021.04.001
[18]	裴旭 , 任爱国 , 顾永玉 , 许仁军 , 于水生 , 张永康 . AZ91镁合金激光冲击强化力学性能研究. 激光技术, 2010, 34(4): 552-556. doi: 10.3969/j.issn.1001-3806.2010.04.032
[19]	骆永全 , 张大勇 , 张翠娟 , 罗飞 , 沈志学 , 刘海涛 . 液晶光学器件激光损伤研究. 激光技术, 2010, 34(3): 392-394. doi: 10.3969/j.issn.1001-3806.2010.03.030
[20]	刘伟 , 孟冬冬 , 范彩连 , 李品 , 蔡野 , 伍彦伟 , 刘会霞 . 激光透射焊接尼龙66光学属性研究. 激光技术, 2016, 40(5): 716-721. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2016.05.020

点击查看大图

计量

文章访问数: 6578
HTML全文浏览量: 3307
PDF下载量: 272
被引次数: 0

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

留言板

一种优化超稳光学腔的数值方法

作者简介: 叶森(1993-),男,硕士研究生,现主要从事激光技术应用方面的研究。.

通讯作者: 曹强, caoqiang@bit.edu.cn ;

A numerical optimization method for ultra-stable optical cavities

Corresponding author: CAO Qiang, caoqiang@bit.edu.cn ;

计量

一种优化超稳光学腔的数值方法

通讯作者: 曹强, caoqiang@bit.edu.cn;

作者简介: 叶森(1993-),男,硕士研究生,现主要从事激光技术应用方面的研究。

English Abstract

A numerical optimization method for ultra-stable optical cavities

Corresponding author: CAO Qiang, caoqiang@bit.edu.cn

全文HTML

目录

留言板

一种优化超稳光学腔的数值方法

作者简介: 叶森(1993-),男,硕士研究生,现主要从事激光技术应用方面的研究。.

通讯作者: 曹强, caoqiang@bit.edu.cn ;

A numerical optimization method for ultra-stable optical cavities

Corresponding author: CAO Qiang, caoqiang@bit.edu.cn ;

计量

出版历程

一种优化超稳光学腔的数值方法

通讯作者: 曹强, caoqiang@bit.edu.cn;

作者简介: 叶森(1993-),男,硕士研究生,现主要从事激光技术应用方面的研究。

English Abstract

A numerical optimization method for ultra-stable optical cavities

Corresponding author: CAO Qiang, caoqiang@bit.edu.cn

全文HTML

目录