發(fā)布時間：2017-12-24 17:36

  本文關(guān)鍵詞：超高靈敏原子自旋慣性測量裝置堿金屬氣室技術(shù)研究　出處：《東南大學》2016年博士論文　論文類型：學位論文

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【摘要】：隨著量子技術(shù)的發(fā)展,近年來新興起的原子自旋陀螺已成為繼機械陀螺、光學陀螺、微機電陀螺之后的一類新陀螺。無自旋交換弛豫態(tài)下(Spin-Exchange Relaxation-Free,SERF)原子自旋弛豫時間、相干性,以及原子密度均得到增強,可提高信號信噪比,為原子自旋陀螺儀發(fā)展成為下一代高精度陀螺儀提供了有利條件。堿金屬氣室作為SERF原子自旋陀螺儀的敏感表頭,是決定慣性測量指標的核心之一。本論文開展了超高靈敏慣性測量裝置堿金屬氣室技術(shù)研究,包括:SERF超高靈敏慣性測量機理分析與模型研究、堿金屬氣室光學特性研究、堿金屬氣室內(nèi)部原子配比控制與檢測方法研究和原子源弛豫特性測試等內(nèi)容。本論文的創(chuàng)新工作主要體現(xiàn)在:1、針對SERF超高靈敏慣性測量,結(jié)合SERF磁場測量和惰性氣體超極化建立動力學模型并進行相應的實驗驗證。理論結(jié)合實驗分析自旋交換光抽運作用下惰性氣體核自旋的超極化過程,提出一種基于SERF磁場測量裝置測量惰性氣體原子旋磁比的方法。該方法成功地辨識了惰性氣體3He、21Ne和129Xe,另一方面驗證了 SERF磁場測量裝置對超極化后的惰性氣體所形成極弱磁化場的測量能力,保障了實驗的可靠性。2、針對系統(tǒng)工作狀態(tài)下堿金屬氣室內(nèi)部熱分布難以評估的問題,提出一種基于光學深度理論的非接觸式測量方法,該方法成功地測量出了氣室內(nèi)部的熱分布,以及氣室內(nèi)部達到熱平衡所需的時間;基于此改進氣室的加熱布局,重復測量,氣室內(nèi)部達到熱平衡的時間縮短了約10min;該方法為烤箱結(jié)構(gòu)的改進和系統(tǒng)穩(wěn)定時間的判定,提供了測試依據(jù);針對堿金屬氣室自身光學參數(shù)無損檢測的問題,在等傾干涉原理的基礎(chǔ)上,提出一種多通道交叉調(diào)制的方法測定堿金屬氣室的壁厚及折射率。該方法通過對測量信號進行方波調(diào)制,并同時加入?yún)⒖夹盘栠M行解調(diào),有效地提高了信噪比,相對于普通的等傾干涉方法,壁厚和折射率的測試誤差分別由之前的6.9%和2.6%降低至0.6%和0.14%。3、針對堿金屬氣室內(nèi)部堿金屬原子配比與檢測的問題,提出一種基于光譜吸收理論的氣室內(nèi)部堿金屬原子配比的檢測方法,建立了氣室內(nèi)部堿金屬原子配比的標定模型;該方法解決了氣室內(nèi)部堿金屬原子比例無法實時定量監(jiān)測的問題,測量誤差在10%以內(nèi);針對堿金屬氣室內(nèi)部氣體原子配比與檢測的問題,提出一種基于壓差控制的氣體原子配比控制方法,并根據(jù)堿金屬原子在氣體中的吸收光譜測量氣室內(nèi)部的氣體壓強,該方法解決了氣室內(nèi)部氣體原子配比的控制與檢測問題。4、針對SERF超高靈敏慣性測量裝置在外磁場作用下的響應,提出采用時域分析方法研究系統(tǒng)的動態(tài)響應,包括:瞬態(tài)響應和穩(wěn)態(tài)響應。該方法將控制理論與原子物理結(jié)合,運用到系統(tǒng)的響應測試過程中,分析了在不同磁場條件下,系統(tǒng)的阻尼比、自由振蕩頻率等參數(shù),給出了系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)的判定依據(jù)。最后,基于上述方法的改進,對SERF慣性測量裝置進行了性能的綜合測試,測試結(jié)果表明裝置達到了慣性測量靈敏度3.77×10-5°/s/Hz1/2、零偏穩(wěn)定性0.23 °/h的性能。
【學位授予單位】：東南大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TN96

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本文編號：1329336