發(fā)布時(shí)間：2017-06-05 10:17

  本文關(guān)鍵詞：冷原子束干涉儀信號檢測技術(shù)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著原子光學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，原子干涉儀逐漸成為精密測量領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，因其具有靈敏度高、絕對測量、長期穩(wěn)定性好等內(nèi)在優(yōu)勢，在慣性導(dǎo)航和基礎(chǔ)物理學(xué)研究等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。原子光源是構(gòu)成原子干涉儀的基本要素之一，其性能的優(yōu)劣直接決定原子干涉條紋的對比度和信噪比，從而直接影響測量精度。對原子光源性能進(jìn)行測試表征，優(yōu)化實(shí)現(xiàn)高性能原子光源用于干涉，同時(shí)降低原子能態(tài)測量的噪聲，是實(shí)現(xiàn)高精度原子干涉測量的基礎(chǔ)。 本文研究冷原子束干涉儀的信號探測技術(shù)，實(shí)現(xiàn)冷原子束速度分布和通量等性能的測試表征與低噪聲能態(tài)信號檢測。整個(gè)檢測系統(tǒng)主要包括三大部分：光學(xué)系統(tǒng)、檢測裝置和軟件系統(tǒng)。在光學(xué)系統(tǒng)部分，為了得到高穩(wěn)定度的激光光源，我們設(shè)計(jì)了專門的激光器控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)由電流驅(qū)動(dòng)和溫度控制兩部分組成，電流在200mA范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)，電流控制精度可以達(dá)到1uA，在3-100KHz帶寬內(nèi)交流電流噪聲有效值小于300nA。溫度控制部分采用高度集成的MAX1978作為主控芯片，驅(qū)動(dòng)半導(dǎo)體制冷器(TEC)進(jìn)行溫度補(bǔ)償，長期溫度漂移小于2mK，通過飽和吸收法對系統(tǒng)激光器進(jìn)行主動(dòng)穩(wěn)頻，激光頻率穩(wěn)定性基本滿足探測光和阻斷光的使用要求。檢測系統(tǒng)采用熒光法檢測原子束與探測光相互作用產(chǎn)生的熒光信號，采用飛行時(shí)間法檢測原子束的縱向速度和速度譜分布。為了收集熒光信號以提高信噪比，設(shè)計(jì)了專門的熒光收集裝置，采用PMT作為光電轉(zhuǎn)換器件檢測熒光信號。軟件部分采用LABVIEW編寫了虛擬儀器操作界面，并在程序中嵌入了MATLAB算法程序，對檢測到的信號進(jìn)行數(shù)據(jù)平滑等處理。 對冷原子干涉陀螺儀中原子束特性進(jìn)行了檢測，并對系統(tǒng)檢測性能進(jìn)行了分析。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，原子束的縱向最可幾速度是14.2m/s，速度分布半高寬是3.9m/s，連續(xù)原子束通量約為2.7×108atoms/s。計(jì)算得到系統(tǒng)的速度譜分布檢測分辨率為0.16m/s，原子束通量最小可檢測值約為4.7×104atoms/s。
【關(guān)鍵詞】：冷原子干涉儀 激光器 速度分布 原子束通量
【學(xué)位授予單位】：中北大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TH744.3
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 緒論10-20
• 1.1 冷原子干涉儀的研究背景及意義10-11
• 1.2 冷原子干涉儀的應(yīng)用領(lǐng)域和研究現(xiàn)狀11-14
• 1.2.1 高精度慣性測量11-12
• 1.2.2 引力常數(shù) g 測量12-13
• 1.2.3 冷原子鐘時(shí)間頻率測量13-14
• 1.3 原子束特性檢測系統(tǒng)研究問題的提出14-18
• 1.4 本文主要內(nèi)容18-20
• 2 基本理論介紹20-36
• 2.1 本章引論20
• 2.2 銣原子20-21
• 2.3 光與原子相互作用21-24
• 2.3.1 二能級系統(tǒng)21-23
• 2.3.2 光抽運(yùn)23-24
• 2.4 原子冷卻24-32
• 2.4.1 多普勒冷卻24-27
• 2.4.2 偏振梯度效應(yīng)27
• 2.4.3 磁光阱27-30
• 2.4.4 原子態(tài)制備及選擇30-32
• 2.5 原子信號檢測32-35
• 2.5.1 原子束通量的檢測32-33
• 2.5.2 原子束速度以及速度分布檢測33-35
• 2.6 本章小結(jié)35-36
• 3 原子束檢測系統(tǒng)36-58
• 3.1 本章引論36
• 3.2 光學(xué)系統(tǒng)36-51
• 3.2.1 激光器36-42
• 3.2.2 穩(wěn)頻方法42-44
• 3.2.3 聲光調(diào)制器移頻44-46
• 3.2.4 飽和吸收光路46-48
• 3.2.5 光纖準(zhǔn)直器48-50
• 3.2.6 探測光與冷原子作用50-51
• 3.3 檢測裝置51-55
• 3.3.1 熒光收集裝置51-52
• 3.3.2 PMT 原理及參數(shù)52-55
• 3.4 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)55-57
• 3.4.1 硬件系統(tǒng)55-56
• 3.4.2 軟件系統(tǒng)56-57
• 3.5 本章小結(jié)57-58
• 4 冷原子束檢測結(jié)果58-67
• 4.1 本章引論58
• 4.2 數(shù)據(jù)處理方法58-62
• 4.2.1 數(shù)據(jù)平滑濾波原理58-60
• 4.2.2 TOF 數(shù)據(jù)處理程序60-62
• 4.3 測試結(jié)果62-65
• 4.3.1 冷原子束縱向速度測試62-64
• 4.3.2 F=1 原子態(tài)制備效果測試64-65
• 4.4 本章小結(jié)65-67
• 5 總結(jié)67-69
• 5.1 本文主要工作總結(jié)67
• 5.2 本文主要貢獻(xiàn)和創(chuàng)新點(diǎn)67-68
• 5.3 展望和建議68-69
• 附錄69-71
• 附錄 1 銣原子光譜69-70
• 附錄 2 鎖頻電路圖70-71
• 參考文獻(xiàn)71-75
• 攻讀碩士期間發(fā)表的論文及所取得的研究成果75-76
• 致謝76-77

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前7條

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4 孫旭濤;陳衛(wèi)標(biāo);;基于法珀標(biāo)準(zhǔn)具的激光穩(wěn)頻方法理論研究[J];光子學(xué)報(bào);2007年12期

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本文編號：423501