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(xué)》2016年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

  更多相關(guān)文章： 原子自旋 慣性測量 自旋交換光抽運(yùn) 堿金屬 惰性氣體

【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(jī)械陀螺、光學(xué)陀螺、微機(jī)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(shí)間、相干性,以及原子密度均得到增強(qiáng),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(biāo)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(jī)理分析與模型研究、堿金屬氣室光學(xué)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(dòng)力學(xué)模型并進(jìn)行相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。理論結(jié)合實(shí)驗(yàn)分析自旋交換光抽運(yùn)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(yàn)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(shí)驗(yàn)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(xué)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(dá)到熱平衡所需的時(shí)間;基于此改進(jìn)氣室的加熱布局,重復(fù)測量,氣室內(nèi)部達(dá)到熱平衡的時(shí)間縮短了約10min;該方法為烤箱結(jié)構(gòu)的改進(jìn)和系統(tǒng)穩(wěn)定時(shí)間的判定,提供了測試依據(jù);針對堿金屬氣室自身光學(xué)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(jìn)行方波調(diào)制,并同時(shí)加入?yún)⒖夹盘栠M(jìn)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(biāo)定模型;該方法解決了氣室內(nèi)部堿金屬原子比例無法實(shí)時(shí)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(qiáng),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(yīng),提出采用時(shí)域分析方法研究系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng),包括:瞬態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)態(tài)響應(yīng)。該方法將控制理論與原子物理結(jié)合,運(yùn)用到系統(tǒng)的響應(yīng)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(jìn),對SERF慣性測量裝置進(jìn)行了性能的綜合測試,測試結(jié)果表明裝置達(dá)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(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TN96

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 董海峰;房建成;周斌權(quán);秦杰;萬雙愛;;MEMS原子自旋陀螺氣室芯片加工設(shè)備與工藝研究[J];儀器儀表學(xué)報(bào);2010年11期

相關(guān)會(huì)議論文 前2條

1 房建成;;基于原子自旋效應(yīng)的超高靈敏度慣性和磁場測量技術(shù)研究進(jìn)展[A];第十屆全國光電技術(shù)學(xué)術(shù)交流會(huì)論文集[C];2012年

2 楊希華;;基于原子自旋波實(shí)現(xiàn)多光束關(guān)聯(lián)和反關(guān)聯(lián)[A];第十五屆全國量子光學(xué)學(xué)術(shù)報(bào)告會(huì)報(bào)告摘要集[C];2012年

相關(guān)重要報(bào)紙文章 前1條

1 本報(bào)記者 陳丹;光被“拘留”了一分鐘[N];科技日報(bào);2013年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 鄒升;超高靈敏原子自旋慣性測量裝置堿金屬氣室技術(shù)研究[D];東南大學(xué);2016年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前3條

1 孫家翔;基于原子自旋相干的圖像的空間頻率路由[D];吉林大學(xué);2016年

2 羅夢希;利用存儲光脈沖中原子自旋相干的多重頻率轉(zhuǎn)換[D];吉林大學(xué);2015年

3 劉東梅;量子態(tài)轉(zhuǎn)移的研究[D];華中師范大學(xué);2012年

，

本文編號：1329336