小型低溫真空光學(xué)實驗裝置設(shè)計

摘要：低溫光學(xué)就是要解決光學(xué)系統(tǒng)在低溫情況下的一系列問題，如材料特性、光學(xué)元件單元及系統(tǒng)整體性能變化、光學(xué)元件變形、低溫污染等等。為適應(yīng)航天某光學(xué)系統(tǒng)研究的需要，研制了一套低溫真空實驗裝置。該低溫真空光學(xué)實驗裝置包括低溫真空腔體、真空抽氣系統(tǒng)、ZYGO干涉儀和防振平臺以及監(jiān)控測溫系統(tǒng)。其中的低溫真空腔體是針對小型光學(xué)元件實驗設(shè)計的，它主要用于測量光學(xué)元件的溫度場和低溫變形，并且把電機(jī)產(chǎn)生的局部熱量盡可能的導(dǎo)出系統(tǒng)外部。本文還對真空低溫腔的關(guān)鍵部件光學(xué)窗口和梯形支撐的設(shè)計進(jìn)行了詳細(xì)分析。

關(guān)鍵詞：低溫真空 低溫光學(xué) 實驗裝置 有限元 ZYGO干涉儀 梯形支撐

1 引言
隨著空間技術(shù)和軍事技術(shù)的發(fā)展需要，探測儀器的分辨率要求越來越高。在深冷的條件下，當(dāng)需要探測的目標(biāo)信號十分虛弱時，探測儀器的背景輻射主要來自儀器本身的光學(xué)系統(tǒng)和支撐結(jié)構(gòu)，探測儀器靈敏度嚴(yán)重受到系統(tǒng)本身輻射的影響，為減少這一熱噪聲，冷卻光學(xué)系統(tǒng)是必需采用的方法。只有把光學(xué)系統(tǒng)冷卻及其相關(guān)部件冷卻到一定程度，才能有效地減少背景光子的通量，發(fā)揮背景極限探測器的作用，大大提高探測器靈敏度。在低溫狀態(tài)下工作的光學(xué)系統(tǒng)需要解決一系列問題，這些問題涉及材料特性、光學(xué)元件單元及系統(tǒng)整體性能變化、光學(xué)元件變形、低溫污染等等，這就形成了一門新興學(xué)科——低溫光學(xué)。
自上世紀(jì)七十年代開始，美國首先對低溫光學(xué)技術(shù)進(jìn)行研究，最初主要用于各種觀察、測量系統(tǒng)，例如低溫紅外望遠(yuǎn)鏡、空載干涉儀器等。從機(jī)載、球載到星載，大多數(shù)系統(tǒng)都成功有效地完成了對外空的各種探測任務(wù)。歐洲一些國家也對低溫光學(xué)系統(tǒng)的觀察儀器進(jìn)行了研究。國內(nèi)起步于上世紀(jì)八十年代末，由于國內(nèi)航天及其國防事業(yè)的發(fā)展要求有高靈敏度的探測器，而這些儀器將不可避免地用到低溫光學(xué)系統(tǒng)。
我國的未來光學(xué)遙感系統(tǒng)采用了十幾個光學(xué)元件，這些系統(tǒng)要求冷卻到150K，并且對光學(xué)元件的控溫范圍要求非常嚴(yán)格，因此就需要研制一套低溫真空實驗裝置對相關(guān)的光學(xué)元件進(jìn)行低溫實驗。

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