星载汞离子微波钟射频无极灯折射透镜仿真设计

汞离子微波钟以其预期可见的优良性能和高可靠性，成为下一代星载时钟的研究热点。星载汞离子微波钟利用射频离子无极灯发出的194nm深紫外光进行量子态制备和态检测，但受汞离子微波钟四极阱的结构限制，需在光束入射四极阱前，将入射光面由圆形整变为矩形。针对此问题，文章利用ZEMAX软件设计折射透镜组，将波长194nm、直径4mm的圆光斑整形为2mm×20mm的矩形光斑。与其他原子钟和离子钟光束整形系统不同的是，在完成光斑尺寸变形的基础上，考虑到汞离子微波钟的泵浦效率，要求整形光斑光强尽量呈均匀分布。因此，额外利用光场分布法设计透镜组，将光强重新分布，得到均匀分布的矩形光斑。仿真结果显示，矩形光斑分布均匀，光强均匀度达73.52%，外形尺寸满足设计要求。分析表明，波长偏移对光强均匀度有一定影响，光学系统的装配精度对光学系统的波前差有较大影响。