【摘 要】
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空间引力波探测主要是为了探测低频段的引力波,从而开启探测宇宙的新窗口。空间惯性传感器是空间引力波探测器的核心部件,它主要由检验质量、电容极板、电容传感电路与反馈控制电路构成。由于太空中的宇宙射线和高能带电粒子会使检验质量带有电荷,从而给惯性传感器引入与电荷相关的噪声,最终影响引力波探测的科学目标实现,所以必须对检验质量上的电荷进行管理。目前电荷管理主要基于紫外放电技术,该技术中光源可采用射频汞灯,
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空间引力波探测主要是为了探测低频段的引力波,从而开启探测宇宙的新窗口。空间惯性传感器是空间引力波探测器的核心部件,它主要由检验质量、电容极板、电容传感电路与反馈控制电路构成。由于太空中的宇宙射线和高能带电粒子会使检验质量带有电荷,从而给惯性传感器引入与电荷相关的噪声,最终影响引力波探测的科学目标实现,所以必须对检验质量上的电荷进行管理。目前电荷管理主要基于紫外放电技术,该技术中光源可采用射频汞灯,但由于汞灯体积大效率低,所以目前主流上采用Ultra Violet Light Emitting Diode（UV LED）作为紫外光发生器,并利用紫外光纤进行传输以避免UV LED的热噪声对检验质量的影响。本文以电荷管理技术为背景,具体针对UV LED与光纤传输过程中的耦合效率进行理论分析和实验研究,最终研制了紫外光源系统原理样机,并进行了长时间的性能监测。本文的主要工作如下:本文介绍了电荷管理的基本原理,详细调研了紫外放电技术的研究现状,在此基础上重点分析了UV LED的发光特性和光纤的传输原理,设计了紫外光源系统方案,并基于光线传播原理建立了UV LED-透镜-光纤的耦合模型,数值计算分析了耦合效率与影响因素之间的关系。分析结果表明,在选用合适参数的条件下,UV LED与单根光纤的耦合效率最高可达到30%以上,满足电荷管理的要求。本文针对提出的方案设计和理论分析,对该耦合系统进行ZEMAX（光学设计软件）仿真,并采用高精度XYZ-R（四轴运动）位移台搭建了一套UV LED-透镜-光纤的耦合实验系统,其中仿真结果与实验结果均表明其与理论计算相匹配。最后研制了一套具有四路通道的一体化紫外光源系统,并开展长达1200个小时的性能检测实验,进一步验证了光源系统的可靠性。本研究工作为电荷管理技术中紫外光源的应用打下了一定基础。
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