Folien zu Design von Quasioptik

Design eines quasioptischen Systems
Grobkonzept ist meistens durch Randbedingungen und
Anforderungen gegeben, wie Bandbreite, Leistung,
Dimensionierung, Verluste, Einsatzort, etc.
Das Design kann in 6 Schritte aufgeteilt werden:
1. Systemarchitektur, Komponenten
2. Komponenten für welche die Lage von w 0 kritisch ist
3. Bestimmung der Lage der einzelnen waists
4. Konfiguration bestimmen, die 1. bis 3. erfüllt
5. Beugungsverluste, Dimensionierung der Komponenten
6. Kopplungskoeffizienten als Funktion der Frequenz
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Systemarchitektur und Komponenten
Grundlegende Anforderungen definieren,
Skelett des Systems zurechtlegen
Beispiel:
System für atmosphärische Linien --> Frequenzen, Bandbreite
Höhenauflösung hängt von Antennenkeule ab --> Antennengrösse
Kurze Integrationszeit --> möglichst empfindlich --> geringe Verluste
Messen von Linienspektren --> vermeiden von Reflexionen, baseline
Empfänger kühlen --> spezielles Dewar --> Fenster
L.O. quasioptisch einkoppeln
Seitenband unterdrücken
Polarisation unkritisch
Komponenten mit interner Fokusierung, wie Resonatoren, vermeiden
Spezifikation des System
Wahl der quasioptischen Komponenten
und der Systemarchitektur
Kritische w 0 Lage von w 0
Optische Konfiguration
Beugung infolge zu
kleiner Komponenten
Kopplungskoeff und
Frequenz abhängigkeit
Evaluation und Optimierung
Endgültige System
Konfiguration
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Kritische Betrachtung des beam waists
Welche Komponenten werden von w 0 beeinflusst?
unkritisch
mässig kritisch
sehr kritisch
Durch die Komponente bestimmt
Polarisationsgitter
Absorber, loads
dichroische Filter
optische Vergütungen
Zwei Kanal Interferometer
Fabry-Perot
Resonator
Hornantenne
Lage des waists
Eine der grössten Limitierungen der Bandbreite eines
quasioptischen Systems wird durch die unterschiedliche
Lage des waist als Funktion der Frequenz verursacht!
Beispiele: fokusierende Elemente beeinflussen d out
Ausnahme: Gauss beam Teleskop!
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Konfiguration auf tieferem Level
Individuelle einzelne Komponenten optimieren
--> wie anordnen, dass w transformiert wird, wie erforderlich?
Beispiel:
Spiegel oder Linsen? (Verluste, Kreuzpolarisation, Anpassungen,...)
Welchen Offset bei einem Spiegel verwenden?
Welche Kombination von Spiegeln ist optimal?
Benötigte Fenster evtl. mit Linsen kombinieren, Brewster Winkel
Grösse, Anordnung, gegenseitige Störung, Lage
Beugungsverluste
Anforderungen an die Grösse der Komponeneten
--> Dimension des Experimentes (Kosten)
Beispiel:
Randbelegung:
Spillover, Nebenkeulen, Apertureffizienz
Reflexion durch Blockierung
D min = 4 w
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Optimierung
Starte Optimierung mit Berechnung der Propagation
mit Gauss beam für erste Variante, Start w 0 bei Horn
Verwenden von Matrix-Methoden (Jones, ABCD, ....)
spezielle Gauss beam software noch zu entwickeln
Polarisation berücksichtigen
Verluste bestimmen
Frequenzverhalten
SMILES: Superconduting Submillimeter-Wave
Limb Emission Sounder
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Block-Diagramm von SMILES
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Mikrowellen Antenne bei 600 GHz von SMILES
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Mikrowellen Optik bei 600 GHz von SMILES
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