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超穩(wěn)激光因其良好的相干特性，在科學(xué)與工程領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用，如光學(xué)頻率標(biāo)準(zhǔn)、引力波探測(cè)、基礎(chǔ)物理定律的檢驗(yàn)等。目前獲得超穩(wěn)激光器最有效的方法之一是Pound-Drever-Hall (PDH)穩(wěn)頻方法，該方法以光學(xué)諧振腔的諧振頻率作為參考，而其諧振頻率是由諧振腔的有效腔長決定的，因此穩(wěn)頻效果受到光學(xué)諧振腔的長度穩(wěn)定性限制。
在激光穩(wěn)頻中，為了保持腔長的穩(wěn)定，一方面需要為腔提供真空、恒溫和低振動(dòng)的穩(wěn)定環(huán)境，另一方面也需要從腔材料、腔的支撐方式等方面減小其對(duì)環(huán)境變化的敏感度。就降低振動(dòng)影響這方面而言，通常需要利用有限元分析軟件對(duì)腔和物理場(chǎng)進(jìn)行建模仿真，考察并優(yōu)化腔長對(duì)加速度的敏感程度，這是光學(xué)諧振腔的設(shè)計(jì)中不可缺少的步驟。在之前的工作中，建立了腔長變化與腔體形變間的定量關(guān)系，并且在相對(duì)簡單的硬支撐方式下對(duì)加速度導(dǎo)致的腔體形變進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算。
模型的建立是仿真的關(guān)鍵步驟之一。目前用于腔體形變分析常見模型中，所采用的支撐方式主要是在腔體上進(jìn)行約束，即在腔體被支撐面上選取幾點(diǎn)或者幾塊小區(qū)域進(jìn)行固定，或采用剛性支撐并將其直接與腔體“結(jié)合”為一體。而實(shí)驗(yàn)中為了更加有效地降低振動(dòng)的影響，一般是以軟性材料墊在腔體下面作為支撐，這種情況下在腔體上約束或采用剛性和融合式支撐的建模方式就有可能在計(jì)算腔體的形變時(shí)產(chǎn)生不同程度的誤差，進(jìn)而影響到光腔加速度敏感度的分析與優(yōu)化。
為了進(jìn)一步驗(yàn)證光學(xué)諧振腔加速度敏感度分析的可靠性，在有限元分析的建模環(huán)節(jié)中以軟性材料作為腔體的支撐，并將腔體與軟性材料之間的接觸方式設(shè)置為更接近實(shí)際的“無穿透”方式。在此基礎(chǔ)上，分析了這種支撐方式下腔長在3個(gè)正交方向的加速度敏感度，并將之與直接在腔體上約束的方式的分析結(jié)果進(jìn)行了比較，以幫助判斷是否有必要采用軟性材料支撐的建模方式。而在模型中采用軟性材料作為腔體的支撐時(shí)，腔體會(huì)發(fā)生相對(duì)較大的整體轉(zhuǎn)動(dòng)，這對(duì)分析腔長變化帶來不便。為此，采用一種旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的方法，將腔體的整體轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)致的那部分腔鏡的傾斜和相對(duì)位移從有限元分析結(jié)果中先扣除掉，然后再分析腔長的變化。為了選擇最優(yōu)支撐結(jié)構(gòu)的建模方式，對(duì)兩種支撐結(jié)構(gòu)下腔的加速度敏感度進(jìn)行了比較，此外還考察了腔體與軟性支撐之間摩擦系數(shù)的大小對(duì)有限元分析結(jié)果的影響。
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