可搬运高精度 85 Rb冷原子绝对重力仪研究
发布时间：2021-04-18 01:56
重力仪在地球物理学、测地学和计量学及惯性导航等领域都有重要的应用。相比于传统的落体角锥式激光干涉绝对重力仪,冷原子重力仪具有灵敏度高、自校正、可长期连续观测、无机械磨损和维护成本低等优势。然而,冷原子重力仪的实验装置和操作复杂,如何满足小型化与准确性的要求是其发展应用的一个重难点。基于此,本文主要研究以85Rb原子作为测试质量的可搬运高精度冷原子绝对重力仪（命名为WAG-H5-1）。通过磁光阱囚禁原子,再经过偏振梯度冷却、上抛、选态和拉曼干涉、探测等过程完成干涉仪对重力加速度的测量,典型实验参数下其干涉仪相位对重力的灵敏度为0.16μGal/mrad（1μGal=10 nm/s2）。主要研究成果如下:（1）为了满足仪器的可搬运性,实现了该重力仪的初步集成化,主要包括:紧凑的钛超高真空系统、小型化光学系统和自主集成化电路驱动系统。该重力仪系统的总体积为1.8 m3,可分为四个集装箱单独运输。经过长时间高振动的公路运输测试,该系统仍可以正常稳定地工作。为了满足高精度需求,通过高性能的主动隔振、磁屏蔽、归一化探测等关键技术,使...
【文章来源】：华中科技大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：122 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
大地水准面重力异常图[6]
华中科技大学博士学位论文15如图2-1所示，考虑一个包含三个能级的跃迁过程。其中，两个基态超精细能级分别为|g>和|e>，两束激光将这两个能级耦合到中间态|i>上。这两束光的表示可以将(2.16)改为11112222E=Ecos(krt+)+Ecos(krt+)(2.22)图2-1三能级系统双光子跃迁示意图Figure2-1Two-photontransitioninthethree-levelsystem.此时，三能级系统的哈密顿量可以写为()22eggH=ee+gg+iiV+pm(2.23)处于基态的原子|g,p>可以吸收一个光子到中间态|i,p+k1>，再通过受激辐射一个光子，最终跃迁到|e,p+k1-k2>态上。令有效波矢为keff=k1-k2，则失谐量δ可以由(2.21)修改为()21212effeff2eg=m+mpkk(2.24)注意到，在双光子受激拉曼跃迁中，反冲动量为keff，若两束光波矢方向相反，则keff=k1-k2≈2k1，反冲动量为单光子跃迁的两倍，如图2-2所示。对于两个超精细结构基态能级之间的跃迁来说，因为单光子跃迁的频率为109Hz量级（超精细能级分裂间距），而双光子受激拉曼跃迁的频率则可达到1014Hz量级，所以实际上双光子跃迁的动量转移约是单光子跃迁的105倍，因而在利用原子干涉仪进行惯性测量方面的优势是巨大的。在受激拉曼跃迁过程中，经过时间τ，原子的跃迁概率分别为
华中科技大学博士学位论文1612120effi()i221200i()eff0()()cosisin22()-isin2acacegacRReeRtRgRcteectcte+++=++(2.25)12120effi()i22i()eff00120()()-isin2()cos-isin22acacegtRgeRacRRgRcteectect+++=+(2.26)其中()()224,4acaceegg==(2.27)11()gig==(2.28)21,eg=idEe=idEg(2.29)()()eff12iieff2egee==(2.30)acacaceg=(2.31)()22eff12acR=+(2.32)cg和ce分别为处于|g,p>和|e,p+keff>态的几率幅。图2-2双光子跃迁的动量转移。Figure2-2Momentumtransferintwo-photontransitions.当δ12-δac远小于ΩR时，分别作用π/2脉冲（τ=π/(2ΩR)）和脉冲（τ=π/ΩR），可以由(2.25)和(2.26)得到其处于两个态的几率幅为120eff12i(-)i()220002()()()22actggectctctee++=+(2.33)
本文编号：3144566
【文章来源】：华中科技大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：122 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
大地水准面重力异常图[6]
华中科技大学博士学位论文15如图2-1所示，考虑一个包含三个能级的跃迁过程。其中，两个基态超精细能级分别为|g>和|e>，两束激光将这两个能级耦合到中间态|i>上。这两束光的表示可以将(2.16)改为11112222E=Ecos(krt+)+Ecos(krt+)(2.22)图2-1三能级系统双光子跃迁示意图Figure2-1Two-photontransitioninthethree-levelsystem.此时，三能级系统的哈密顿量可以写为()22eggH=ee+gg+iiV+pm(2.23)处于基态的原子|g,p>可以吸收一个光子到中间态|i,p+k1>，再通过受激辐射一个光子，最终跃迁到|e,p+k1-k2>态上。令有效波矢为keff=k1-k2，则失谐量δ可以由(2.21)修改为()21212effeff2eg=m+mpkk(2.24)注意到，在双光子受激拉曼跃迁中，反冲动量为keff，若两束光波矢方向相反，则keff=k1-k2≈2k1，反冲动量为单光子跃迁的两倍，如图2-2所示。对于两个超精细结构基态能级之间的跃迁来说，因为单光子跃迁的频率为109Hz量级（超精细能级分裂间距），而双光子受激拉曼跃迁的频率则可达到1014Hz量级，所以实际上双光子跃迁的动量转移约是单光子跃迁的105倍，因而在利用原子干涉仪进行惯性测量方面的优势是巨大的。在受激拉曼跃迁过程中，经过时间τ，原子的跃迁概率分别为
华中科技大学博士学位论文1612120effi()i221200i()eff0()()cosisin22()-isin2acacegacRReeRtRgRcteectcte+++=++(2.25)12120effi()i22i()eff00120()()-isin2()cos-isin22acacegtRgeRacRRgRcteectect+++=+(2.26)其中()()224,4acaceegg==(2.27)11()gig==(2.28)21,eg=idEe=idEg(2.29)()()eff12iieff2egee==(2.30)acacaceg=(2.31)()22eff12acR=+(2.32)cg和ce分别为处于|g,p>和|e,p+keff>态的几率幅。图2-2双光子跃迁的动量转移。Figure2-2Momentumtransferintwo-photontransitions.当δ12-δac远小于ΩR时，分别作用π/2脉冲（τ=π/(2ΩR)）和脉冲（τ=π/ΩR），可以由(2.25)和(2.26)得到其处于两个态的几率幅为120eff12i(-)i()220002()()()22actggectctctee++=+(2.33)
本文编号：3144566
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