本論文主要講述我們的可搬運(yùn)小型化原子重力儀的研制過程。原子重力儀包含探頭系統(tǒng)和控制機(jī)柜系統(tǒng)兩部分。本論文詳細(xì)描述了大平臺(tái)測(cè)試版重力儀探頭系統(tǒng)和三代小型化重力儀探頭系統(tǒng)的搭建過程。通過不斷的改進(jìn)重力儀探頭系統(tǒng)中的真空腔系統(tǒng),磁場線圈系統(tǒng),磁屏蔽系統(tǒng),激光擴(kuò)束系統(tǒng)和熒光探測(cè)系統(tǒng)等子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),最終搭建出一款性能良好,尺寸小巧,易于搬運(yùn)的重力儀探頭。激光光路系統(tǒng)方面,通過不斷優(yōu)化光路結(jié)構(gòu)和激光的頻率設(shè)計(jì)以及激光鎖頻方案,最終將大平臺(tái)激光系統(tǒng)由最初的五激光器方案優(yōu)化到三激光器方案。通過開發(fā)出磁場改進(jìn)型調(diào)制轉(zhuǎn)移光譜技術(shù),設(shè)計(jì)獨(dú)特的激光移頻方案和優(yōu)化拉曼鎖相環(huán)的結(jié)構(gòu),重力儀的激光系統(tǒng)最終被簡化為兩激光器方案。在此基礎(chǔ)上,我們開發(fā)出了兩代正式可用的小型化激光光路系統(tǒng)。本文介紹了前后兩代可搬運(yùn)重力儀控制機(jī)柜系統(tǒng)的搭建過程。通過搭建第一代可搬運(yùn)重力儀控制機(jī)柜系統(tǒng),重力儀控制機(jī)柜的系統(tǒng)構(gòu)成和進(jìn)一步小型化的方向得以明確。在此基礎(chǔ)上,本文將重力儀控制機(jī)柜系統(tǒng)分成若干個(gè)子系統(tǒng),通過優(yōu)化子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),我們搭建了第二代可搬運(yùn)重力儀控制機(jī)柜系統(tǒng)。第二代控制機(jī)柜的尺寸為:680mm*560mm*720mm,基本... 

【文章來源】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)安徽省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：154 頁

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

圖１．２不同因素對(duì)ｇ值的影響量級(jí)??高精度的重力加速度ｇ值測(cè)量具有重要的科學(xué)意義和廣泛的應(yīng)用場景［１＿３］

子重力儀研制的物理基礎(chǔ)??Ｍａｇｎｅｔｉｃ??＾■ＢＬ＾ｌ＾Ｓｒ?ＸＡｎｔｉ－??（ｂ）?Ｅｎｅｒｇｙ??Ｍａｇｎｅｔｉｃ?Ｆｉｅｌｄ??＾４—?＜＃—和？?？?？?？？－？—？?—？?—？??／?＝?ｉ＾＾＾＾：｜：ｏ＋１??Ｌａｓｅｒ?—？?＾?＾ｒｒｒｒｉ????Ｊｔ??Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ?７７１／?＝?一１??棒．．．??１?＝?０?＜????????＿＿＿丨＿＿＿???＿＿＿＿＿＿＿＿■＿＿＿＿＿＿＿■■？?ｍ，?＝?０??Ｐｏｓｉｔｉｏｎ?１??圖２．１磁光阱基本原理丨川??圖ａ．三維磁光阱空間構(gòu)型圖ｂ．?—維空間梯度磁場下原子能移和與光場的作用??果，并會(huì)限制原子的進(jìn)一步冷卻。在冷原子物理里，有一個(gè)溫度典型值——多??普勒極限：ｒｄ？辦／２＆［３６１�！丛舆\(yùn)動(dòng)多普勒頻移與原子能級(jí)線寬相當(dāng)（Ｖ?＝??ｙＪｈｒｉ２ｍ）〇對(duì)于我們實(shí)驗(yàn)所用的８７Ｒｂ原子，％？１４１以：。??實(shí)際實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)磁光阱冷原子團(tuán)溫度可以冷卻到低于多普勒冷卻極限溫度??Ｔｄ［３＇而這并不能通過簡單的多普勒冷卻機(jī)制加以解釋。理論模型一般通過基??于偏振梯度冷卻機(jī)制等［３８＿３９］來加以解釋。因?qū)嶋H中原子的能級(jí)比較復(fù)雜，故理??論模型也比較復(fù)雜。對(duì)于一維對(duì)射的相反圓偏振光＜７＋?－（７－，其電場矢量為：??Ｅ＝Ｖ２Ｅ０ｅ－ｉａ），（?Ｃ〇Ｓｋｆ；?）?＋ｃ．ｃ．?（２．１）??ｓｉｎ?ｋｚ?）??在這種空間偏振梯度場中，原子每次受激輻射的單位能量近似為／ｉ／２２／４叫，??此時(shí)極限冷卻溫度近似為？；ｉｉ２２／８｜引。其中１２是冷卻光拉比頻率，５為光??失諧。從中可以看出，冷卻光光功率越小，光失諧量越大，經(jīng)偏振梯

第２章原子重力儀研制的物理基礎(chǔ)??⑷?ｌ〇?Ｕ?＜ｂ）?，???Ｉ?Ｖ?１??Ｗ?／?＼?ｌ５，ｐ）?＊?—＊?＊?ｌ＾＇Ｐ）??／?丨（＞?Ｔ－１４?＊?ｋｐ＋＾ｋｊ－ｋｊ））??／?？?Ｍ看??ｋ）——＾——?－－??圖２．２受激拉曼躍遷??圖ａ．三能級(jí)系統(tǒng)（不考慮ＡＣ?Ｓｔａｒｋ頻移）圖ｂ．反向傳播的激光雙光子拉曼躍??遷??省去。此時(shí)的三能級(jí)系統(tǒng)可以簡化成雙能級(jí)系統(tǒng)處理。不考慮自發(fā)輻射的三能級(jí)??系統(tǒng)哈米頓量（Ｈａｍｉｌｔｏｎｉａｎ）為：??－２??片＝Ａｎｏｍ?＋?片八?＋?＾ｎｔ?＝?＾?〈ｅ?客〉〈Ｓ?｜＋六Ａ．ｌ，’〉〈，＿１?＿?ｄ?？?Ｅ，?（２．８）??驅(qū)動(dòng)電場為：??Ｅ?＝?Ｅ，?ｃｏｓ?（ｋ，?？?ｒ?—?〇），？?＋?？／＞，）?＋?Ｅ２ｃｏｓ?（ｋ２?？?ｒ?－?ｃｏ２ｔ?＋?（ｐ２）?？?（２．９）??通過消除中間態(tài)的演化系數(shù)［５１］，我們可以將三能級(jí)系統(tǒng)簡化成以ｋｐ〉和｜ｅ，ｐ?＋??／ｉｋｅｆＴ〉為基矢的兩能級(jí)系統(tǒng)。其哈密頓兩為：??．?／?Ｑｆｃ?（ｉ２ｅｆｌ７２）?＼??Ｈ?＝?ｈ［?ｅ，?Ｖ?ｅｆｒ?／?）?（２．１０）??＼?（Ｑｅ｛｛／２）?ｅ＾，＋＾?Ｑｆ?）??其中／３＾，■Ｑｆ，＆２，／２＃定義如下：??＼〇ｇｌ＼２?＼Ｑｇ２＼２??ｎｆ?＝?、?（２．１１）??４４?Ａ?［Ａ?—?ａ＞ｅｇ）??＼Ｑｅｌ＼２?＼ｎｅ２＼２??ｎｆ＝?＇?—＋＇—＾￣?（２．１２）??ｅ?４（Ａ?＋?ｃｏＪ?４Ａ??．?〈屮．Ｅ？ｋ〉?ｒｎ、??Ｑｇ，ｎ?＝?￣ｈ??（２－１３）??〈ｉ｜ｄ．Ｅ？｜ｅ〉??Ａ，－．（２－１４）??ｃ?


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