用于原子重力梯度仪的小型拉曼激光系统的研制
本文选题:原子干涉仪 + 重力梯度仪 ; 参考:《中国科学院研究生院(武汉物理与数学研究所)》2015年硕士论文
【摘要】:原子重力梯度仪是一种新型的高精度重力梯度测量仪器,在基础物理研究、资源勘察、环境监测等领域均具有极其重要的意义和广阔的应用前景。在原子重力梯度仪中,需用拉曼(Raman)激光脉冲对冷原子团进行分束、反射、合束操作使其发生干涉,并通过提取干涉条纹的相位计算得到重力加速度及重力梯度的数值。因此,拉曼激光的光强噪声、相位噪声和频率噪声均为原子重力仪及重力梯度仪中非常重要的噪声来源,拉曼激光的技术指标直接决定了重力及重力梯度仪的测量精度。本学位论文根据原子重力梯度仪对拉曼激光的需求,设计并实现了一套用于水平分量原子重力梯度测量的大功率、低相噪、窄线宽、集成化特征拉曼激光系统,取得的主要成果如下:1、理论分析了各实验物理参数对重力梯度测量灵敏度的影响和原子重力梯度仪测量指标对拉曼激光的参数的需求。2、设计了小型拉曼激光系统的实施方案,并开展了相关的半导体激光器、激光功率放大器、光纤电光调制器等关键部件的研制和调试工作。3、研制成功可用于原子重力梯度仪的拉曼激光系统,对拉曼激光系统的光强稳定性、相位噪声、频率噪声等一系列指标参数进行了测量与评估。4、分析了拉曼激光系统对重力梯度测量的噪声和系统误差的影响,其中由拉曼激光相位噪声、光强起伏噪声以及频率噪声对单次重力梯度测量噪声的贡献分别为3E、12E、和5E,可满足亚E精度重力梯度测量对拉曼激光的需求。
[Abstract]:Atomic gravimeter is a new type of high precision gradient-measuring instrument, which has great significance and broad application prospect in the fields of basic physics research, resource investigation and environmental monitoring and so on.In the atomic gradiometer, Raman Raman laser pulse is used to beam the cold atomic cluster, reflect and combine the beam operation to make it interfere. The gravity acceleration and gravity gradient are calculated by extracting the phase of the interference fringes.Therefore, the intensity noise, phase noise and frequency noise of Raman laser are very important sources of noise in the atomic gravimeter and gradiometer. The technical specifications of Raman laser directly determine the measuring accuracy of gravity and gravity gradiometer.According to the demand of atomic gradiometer for Raman laser, a set of high power, low phase noise, narrow linewidth and integrated characteristic Raman laser system for horizontal component atomic gravity gradient measurement is designed and implemented in this dissertation.The main achievements are as follows: 1. The influence of experimental physical parameters on the sensitivity of gravity gradient measurement and the requirement of the parameters of atomic gradiometer for Raman laser are analyzed theoretically. The implementation scheme of a small Raman laser system is designed.The related key components, such as semiconductor laser, laser power amplifier, optical fiber electro-optic modulator and so on, have been developed and debugged. The Raman laser system can be used in atomic gradiometer successfully.A series of parameters such as intensity stability, phase noise and frequency noise of Raman laser system are measured and evaluated. The influence of Raman laser system on the noise and systematic error of gravity gradient measurement is analyzed.The contributions of Raman laser phase noise, intensity fluctuation noise and frequency noise to the single gravity gradient measurement noise are 3E1e and 5e, respectively, which can meet the need of sub-E precision gravity gradient measurement for Raman laser.
【学位授予单位】:中国科学院研究生院(武汉物理与数学研究所)
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TN249
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,本文编号:1757719
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