基于原子干涉的可搬运重力仪的研制
发布时间：2021-07-22 12:48
本论文主要讲述我们的可搬运小型化原子重力仪的研制过程。原子重力仪包含探头系统和控制机柜系统两部分。本论文详细描述了大平台测试版重力仪探头系统和三代小型化重力仪探头系统的搭建过程。通过不断的改进重力仪探头系统中的真空腔系统,磁场线圈系统,磁屏蔽系统,激光扩束系统和荧光探测系统等子系统的结构设计,最终搭建出一款性能良好,尺寸小巧,易于搬运的重力仪探头。激光光路系统方面,通过不断优化光路结构和激光的频率设计以及激光锁频方案,最终将大平台激光系统由最初的五激光器方案优化到三激光器方案。通过开发出磁场改进型调制转移光谱技术,设计独特的激光移频方案和优化拉曼锁相环的结构,重力仪的激光系统最终被简化为两激光器方案。在此基础上,我们开发出了两代正式可用的小型化激光光路系统。本文介绍了前后两代可搬运重力仪控制机柜系统的搭建过程。通过搭建第一代可搬运重力仪控制机柜系统,重力仪控制机柜的系统构成和进一步小型化的方向得以明确。在此基础上,本文将重力仪控制机柜系统分成若干个子系统,通过优化子系统的结构设计,我们搭建了第二代可搬运重力仪控制机柜系统。第二代控制机柜的尺寸为:680mm*560mm*720mm,基本...
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：154 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．２不同因素对ｇ值的影响量级??高精度的重力加速度ｇ值测量具有重要的科学意义和广泛的应用场景［１＿３］
子重力仪研制的物理基础??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??图２．１磁光阱基本原理丨川??图ａ．三维磁光阱空间构型图ｂ．?—维空间梯度磁场下原子能移和与光场的作用??果，并会限制原子的进一步冷却。在冷原子物理里，有一个温度典型值——多??普勒极限：ｒｄ？办／２＆［３６１。——即原子运动多普勒频移与原子能级线宽相当（Ｖ?＝??ｙＪｈｒｉ２ｍ）〇对于我们实验所用的８７Ｒｂ原子，％？１４１以：。??实际实验中发现磁光阱冷原子团温度可以冷却到低于多普勒冷却极限温度??Ｔｄ［３＇而这并不能通过简单的多普勒冷却机制加以解释。理论模型一般通过基??于偏振梯度冷却机制等［３８＿３９］来加以解释。因实际中原子的能级比较复杂，故理??论模型也比较复杂。对于一维对射的相反圆偏振光＜７＋?－（７－，其电场矢量为：??Ｅ＝Ｖ２Ｅ０ｅ－ｉａ），（?Ｃ〇Ｓｋｆ；?）?＋ｃ．ｃ．?（２．１）??ｓｉｎ?ｋｚ?）??在这种空间偏振梯度场中，原子每次受激辐射的单位能量近似为／ｉ／２２／４叫，??此时极限冷却温度近似为？；ｉｉ２２／８｜引。其中１２是冷却光拉比频率，５为光??失谐。从中可以看出，冷却光光功率越小，光失谐量越大，经偏振梯
第２章原子重力仪研制的物理基础??⑷?ｌ〇?Ｕ?＜ｂ）?，???Ｉ?Ｖ?１??Ｗ?／?＼?ｌ５，ｐ）?＊?—＊?＊?ｌ＾＇Ｐ）??／?丨（＞?Ｔ－１４?＊?ｋｐ＋＾ｋｊ－ｋｊ））??／?？?Ｍ看??ｋ）——＾——?－－??图２．２受激拉曼跃迁??图ａ．三能级系统（不考虑ＡＣ?Ｓｔａｒｋ频移）图ｂ．反向传播的激光双光子拉曼跃??迁??省去。此时的三能级系统可以简化成双能级系统处理。不考虑自发辐射的三能级??系统哈米顿量（Ｈａｍｉｌｔｏｎｉａｎ）为：??－２??片＝Ａｎｏｍ?＋?片八?＋?＾ｎｔ?＝?＾?〈ｅ?客〉〈Ｓ?｜＋六Ａ．ｌ，’〉〈，＿１?＿?ｄ?？?Ｅ，?（２．８）??驱动电场为：??Ｅ?＝?Ｅ，?ｃｏｓ?（ｋ，?？?ｒ?—?〇），？?＋?？／＞，）?＋?Ｅ２ｃｏｓ?（ｋ２?？?ｒ?－?ｃｏ２ｔ?＋?（ｐ２）?？?（２．９）??通过消除中间态的演化系数［５１］，我们可以将三能级系统简化成以ｋｐ〉和｜ｅ，ｐ?＋??／ｉｋｅｆＴ〉为基矢的两能级系统。其哈密顿两为：??．?／?Ｑｆｃ?（ｉ２ｅｆｌ７２）?＼??Ｈ?＝?ｈ［?ｅ，?Ｖ?ｅｆｒ?／?）?（２．１０）??＼?（Ｑｅ｛｛／２）?ｅ＾，＋＾?Ｑｆ?）??其中／３＾，■Ｑｆ，＆２，／２＃定义如下：??＼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?
本文编号：3297184
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：154 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．２不同因素对ｇ值的影响量级??高精度的重力加速度ｇ值测量具有重要的科学意义和广泛的应用场景［１＿３］
子重力仪研制的物理基础??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??图２．１磁光阱基本原理丨川??图ａ．三维磁光阱空间构型图ｂ．?—维空间梯度磁场下原子能移和与光场的作用??果，并会限制原子的进一步冷却。在冷原子物理里，有一个温度典型值——多??普勒极限：ｒｄ？办／２＆［３６１。——即原子运动多普勒频移与原子能级线宽相当（Ｖ?＝??ｙＪｈｒｉ２ｍ）〇对于我们实验所用的８７Ｒｂ原子，％？１４１以：。??实际实验中发现磁光阱冷原子团温度可以冷却到低于多普勒冷却极限温度??Ｔｄ［３＇而这并不能通过简单的多普勒冷却机制加以解释。理论模型一般通过基??于偏振梯度冷却机制等［３８＿３９］来加以解释。因实际中原子的能级比较复杂，故理??论模型也比较复杂。对于一维对射的相反圆偏振光＜７＋?－（７－，其电场矢量为：??Ｅ＝Ｖ２Ｅ０ｅ－ｉａ），（?Ｃ〇Ｓｋｆ；?）?＋ｃ．ｃ．?（２．１）??ｓｉｎ?ｋｚ?）??在这种空间偏振梯度场中，原子每次受激辐射的单位能量近似为／ｉ／２２／４叫，??此时极限冷却温度近似为？；ｉｉ２２／８｜引。其中１２是冷却光拉比频率，５为光??失谐。从中可以看出，冷却光光功率越小，光失谐量越大，经偏振梯
第２章原子重力仪研制的物理基础??⑷?ｌ〇?Ｕ?＜ｂ）?，???Ｉ?Ｖ?１??Ｗ?／?＼?ｌ５，ｐ）?＊?—＊?＊?ｌ＾＇Ｐ）??／?丨（＞?Ｔ－１４?＊?ｋｐ＋＾ｋｊ－ｋｊ））??／?？?Ｍ看??ｋ）——＾——?－－??图２．２受激拉曼跃迁??图ａ．三能级系统（不考虑ＡＣ?Ｓｔａｒｋ频移）图ｂ．反向传播的激光双光子拉曼跃??迁??省去。此时的三能级系统可以简化成双能级系统处理。不考虑自发辐射的三能级??系统哈米顿量（Ｈａｍｉｌｔｏｎｉａｎ）为：??－２??片＝Ａｎｏｍ?＋?片八?＋?＾ｎｔ?＝?＾?〈ｅ?客〉〈Ｓ?｜＋六Ａ．ｌ，’〉〈，＿１?＿?ｄ?？?Ｅ，?（２．８）??驱动电场为：??Ｅ?＝?Ｅ，?ｃｏｓ?（ｋ，?？?ｒ?—?〇），？?＋?？／＞，）?＋?Ｅ２ｃｏｓ?（ｋ２?？?ｒ?－?ｃｏ２ｔ?＋?（ｐ２）?？?（２．９）??通过消除中间态的演化系数［５１］，我们可以将三能级系统简化成以ｋｐ〉和｜ｅ，ｐ?＋??／ｉｋｅｆＴ〉为基矢的两能级系统。其哈密顿两为：??．?／?Ｑｆｃ?（ｉ２ｅｆｌ７２）?＼??Ｈ?＝?ｈ［?ｅ，?Ｖ?ｅｆｒ?／?）?（２．１０）??＼?（Ｑｅ｛｛／２）?ｅ＾，＋＾?Ｑｆ?）??其中／３＾，■Ｑｆ，＆２，／２＃定义如下：??＼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?
本文编号：3297184
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