基于冷原子干涉仪的重力梯度精密测量研究
发布时间：2022-02-23 01:57
高精度的重力梯度测量在自主导航、资源勘探、地球物理和基础物理研究等领域都具有非常重要的意义。近年来,随着冷原子物理和相关技术的发展,冷原子干涉技术已广泛应用于精密物理测量和基础物理研究。基于冷原子干涉技术的重力梯度仪以μK温度的原子为操作对象,以激光相位为测量媒体,以原子钟跃迁为频率参考,具有很高的理论测量灵敏度并可实现低漂移和自校准,此外它基于全常温固态器件,具备工程化的优势,因而受到广泛关注。本人博士期间的主要工作是开展冷原子干涉仪小型化原理样机及其应用技术的研究,并将其应用于高精度重力梯度测量。本学位论文详细介绍了冷原子重力梯度仪的设计、实验过程和梯度测量的结果,主要工作成果如下:1.研制了部分小型光学器件和控制器件,利用有限元法分析了自制的光学模块的机械性能。所有的光学器件集成在3个50 cm×44 cm× 10 cm的小型光学模块和2个小型光纤分束模块上,初步实现了光学系统和电学系统的集成化。2.完成了小型冷原子水平重力梯度仪原理样机的研制。该梯度仪由两个水平相隔大约1 m的冷原子干涉仪组成,在脉冲间隔为T=112.4 ms且采样率为1.75 Hz的条件下,该系统的测量灵敏度...
【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】：125 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 重力加速度和重力梯度的基本概念
1.2 重力梯度测量的应用
1.3 高精度重力梯度仪发展现状
1.4 冷原子干涉仪及重力梯度仪简介
1.5 博士期间主要工作
2 冷原子干涉仪理论基础
2.1 受激拉曼跃迁
2.2 原子干涉仪的相位演化
2.3 灵敏度函数与重力仪的噪声分析
2.4 冷原子水平重力梯度仪的相位提取和主要噪声误差分析
2.5 本章小结
3 冷原子水平重力梯度测量的实验系统
3.1 物理系统
3.2 光学系统
3.3 电学系统
3.4 控制与信号采集系统
3.5 本章小结
4 水平重力梯度测量
4.1 冷原子团的制备
4.2 原子喷泉
4.3 初态制备与末态探测
4.4 双光子受激拉曼跃迁
4.5 同向拉曼干涉条纹
4.6 对射拉曼条纹
4.7 椭圆拟合与阿伦方差
4.8 噪声评估与分析
4.9 本章小结
5 基于淬灭信号的归一化探测
5.1 归一化探测原理
5.2 干涉初态的归一化探测
5.3 原子干涉条纹相位噪声的归一化探测效果
5.4 本章小结
6 总结
致谢
参考文献
附录1 攻读博士学位期间成果目录
【参考文献】：
期刊论文
[1]Continuous Dynamic Rotation Measurements Using a Compact Cold Atom Gyroscope[J]. 姚战伟,鲁思滨,李润兵,王锴,曹雷,王谨,詹明生. Chinese Physics Letters. 2016(08)
[2]弱等效原理的实验检验进展[J]. 邾琳,刘祺,赵慧慧,冯文凡,杨山清,邵成刚,涂良成,罗俊. 中国科学:物理学 力学 天文学. 2016(07)
[3]广义相对论及其实验证明[J]. 张元仲. 现代物理知识. 2015(05)
[4]爱因斯坦与广义相对论[J]. 赵峥. 物理. 2015(10)
[5]世界重力梯度仪的研究现状[J]. 吴琼,滕云田,张兵,张涛. 物探与化探. 2013(05)
[6]用于冷原子干涉仪的拉曼激光的注入锁定[J]. 王玲,姚战伟,熊宗元,李润兵,王谨,詹明生. 量子电子学报. 2012(01)
[7]万有引力常数G的精确测量[J]. 涂良成,黎卿,邵成刚,胡忠坤,罗俊. 中国科学:物理学 力学 天文学. 2011(06)
[8]光纤偏移对空间光-单模光纤耦合效率的影响[J]. 陈海涛,杨华军,李拓辉,黄凯. 激光与红外. 2011(01)
[9]超导重力梯度勘探系统[J]. 张永明,张贵宾. 勘探地球物理进展. 2009(02)
[10]旋转物体的等效原理及其空间实验[J]. 张元仲. 物理. 2008(09)
博士论文
[1]重力和重力梯度数据联合反演方法研究[D]. 秦朋波.吉林大学 2016
[2]基于地质统计学的重力梯度全张量数据三维反演方法研究[D]. 耿美霞.吉林大学 2015
[3]高精度冷原子重力仪噪声与系统误差研究[D]. 吴彬.浙江大学 2014
[4]原子干涉重力梯度测量原理性实验研究[D]. 段小春.华中科技大学 2011
[5]原子干涉重力测量原理性实验研究[D]. 周敏康.华中科技大学 2011
硕士论文
[1]用于原子重力梯度仪的小型拉曼激光系统的研制[D]. 李大伟.中国科学院研究生院(武汉物理与数学研究所) 2015
本文编号：3640636
【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】：125 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 重力加速度和重力梯度的基本概念
1.2 重力梯度测量的应用
1.3 高精度重力梯度仪发展现状
1.4 冷原子干涉仪及重力梯度仪简介
1.5 博士期间主要工作
2 冷原子干涉仪理论基础
2.1 受激拉曼跃迁
2.2 原子干涉仪的相位演化
2.3 灵敏度函数与重力仪的噪声分析
2.4 冷原子水平重力梯度仪的相位提取和主要噪声误差分析
2.5 本章小结
3 冷原子水平重力梯度测量的实验系统
3.1 物理系统
3.2 光学系统
3.3 电学系统
3.4 控制与信号采集系统
3.5 本章小结
4 水平重力梯度测量
4.1 冷原子团的制备
4.2 原子喷泉
4.3 初态制备与末态探测
4.4 双光子受激拉曼跃迁
4.5 同向拉曼干涉条纹
4.6 对射拉曼条纹
4.7 椭圆拟合与阿伦方差
4.8 噪声评估与分析
4.9 本章小结
5 基于淬灭信号的归一化探测
5.1 归一化探测原理
5.2 干涉初态的归一化探测
5.3 原子干涉条纹相位噪声的归一化探测效果
5.4 本章小结
6 总结
致谢
参考文献
附录1 攻读博士学位期间成果目录
【参考文献】：
期刊论文
[1]Continuous Dynamic Rotation Measurements Using a Compact Cold Atom Gyroscope[J]. 姚战伟,鲁思滨,李润兵,王锴,曹雷,王谨,詹明生. Chinese Physics Letters. 2016(08)
[2]弱等效原理的实验检验进展[J]. 邾琳,刘祺,赵慧慧,冯文凡,杨山清,邵成刚,涂良成,罗俊. 中国科学:物理学 力学 天文学. 2016(07)
[3]广义相对论及其实验证明[J]. 张元仲. 现代物理知识. 2015(05)
[4]爱因斯坦与广义相对论[J]. 赵峥. 物理. 2015(10)
[5]世界重力梯度仪的研究现状[J]. 吴琼,滕云田,张兵,张涛. 物探与化探. 2013(05)
[6]用于冷原子干涉仪的拉曼激光的注入锁定[J]. 王玲,姚战伟,熊宗元,李润兵,王谨,詹明生. 量子电子学报. 2012(01)
[7]万有引力常数G的精确测量[J]. 涂良成,黎卿,邵成刚,胡忠坤,罗俊. 中国科学:物理学 力学 天文学. 2011(06)
[8]光纤偏移对空间光-单模光纤耦合效率的影响[J]. 陈海涛,杨华军,李拓辉,黄凯. 激光与红外. 2011(01)
[9]超导重力梯度勘探系统[J]. 张永明,张贵宾. 勘探地球物理进展. 2009(02)
[10]旋转物体的等效原理及其空间实验[J]. 张元仲. 物理. 2008(09)
博士论文
[1]重力和重力梯度数据联合反演方法研究[D]. 秦朋波.吉林大学 2016
[2]基于地质统计学的重力梯度全张量数据三维反演方法研究[D]. 耿美霞.吉林大学 2015
[3]高精度冷原子重力仪噪声与系统误差研究[D]. 吴彬.浙江大学 2014
[4]原子干涉重力梯度测量原理性实验研究[D]. 段小春.华中科技大学 2011
[5]原子干涉重力测量原理性实验研究[D]. 周敏康.华中科技大学 2011
硕士论文
[1]用于原子重力梯度仪的小型拉曼激光系统的研制[D]. 李大伟.中国科学院研究生院(武汉物理与数学研究所) 2015
本文编号：3640636
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