微波光谱仪的真空微波法布腔的研制

摘要

傅里叶变换微波光谱仪是研究分子转动光谱的最重要仪器之一，主要针对分子、自由基，以及离子的转动光谱进行准确测量。基于转动光谱拟合出的分子几何结构与电子结构不仅能给计算化学提供绝对标准，更能为其提供新的挑战与机遇。在微波波段的分子转动光谱数据对远程遥感测量一直都有着重要的应用。因为在解码射电望远镜捕获的外太空分子信号时，大多依赖于实验室微波光谱仪所提供的波谱解析。所以利用微波光谱仪获取星际介质中的分子、自由基与离子的特征转动光谱信息为深空射电观测、探索生命起源提供关键性的光谱数据与搜索导向，其意义重大。
　　本文所研制的真空微波法布腔是窄带傅里叶变换微波光谱仪设计搭建所需的核心部件之一。本文分别设计了真空微波法布腔及其辅助装置——真空腔及精密传动装置。微波法布腔由两个小球面半径的内反射铝镜构成，成近共焦排列的结构设计方式，以期使喷出的分子束最大限度地被激发微波覆盖从而极大地提高灵敏度。由于法布腔的工作频率由法布腔铝镜的间距决定，通过自动化控制软件精确调控铝镜的电动线性传杆来控制腔体的共振频率，可在工作频段形成带宽不大于1 MHz的共振驻波，以达到临时储存微波能量，从而有效激发样品分子使之从低转动能级跃迁到更高转动能级的作用。
　　我们把研制好的真空微波法布腔与其他模块共同搭建起微波光谱仪，并进行了应用调试。通过对微波光谱仪所采集光谱数据进行拟合分析，光谱仪的分辨率与灵敏度高，真空微波法布腔的工作性能得到验证。