基于冷原子干涉仪的重力梯度精密测量研究

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1、Ｄ２０１０７７６４１，分类号学号．’＇＾‘ｒ掉’■．：．－苗；二，，１〇４８７学校代码．＿＿密级■ＷＫＷＨｉＨ＃个科敕Ａｆ博±学位论文川‘１：：心基于冷原巧涉仪誠力梯度ｕｕ精密测量研究学位申请人：宋宏伟学科专业：光学工程＾指导教师：…究员■＊１答辩日期：２０１７年巧１９日ＡＤｉｓｓｅｒｔａｔｉｏｎＳｕｂｍｉｔｔｅｄｉｎＰａｒｔｉａｌＦｕｌｆｉｌｍｅｎｔｏｆ化ｅＲｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｆｏｒｔｈｅＤｅｒｅｅｏｆＤｏｃｔｏｒｏｆＰｈｉｌｏｓｏｈｉｎＥｎｉｎｅｅｒｉｎｇｐｙｇｇＰｒ

2、ｅｃｉｓｅＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｏｆＧｒａｖｉｔｙＧｒａｄｉｅｎｔＢａｓｅｄｏｎｔｈｅＣｏｌｄ乂ｔｏｍＩｎ化ｒ化ｒｏｍｅｆ：ｅｒＰｈ．Ｄ．Ｃａｎｄｉｄａｔｅｗｅｉ：ＳｏｎｇＨｏｎｇＭａｊｏｒ：ＯｐｔｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＳｕｐｅｒｖｉｓｏｒ：Ｐｒｏｆ．ＷａｎｇＪｉｎＨｕａｚｈｏｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｏｆＳｃｉｅｎｃｅ＆ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｇｙＷｕｈａｎＨｕｂｅｉ４３００７４Ｐ．化Ｃｈｉｎａ，，Ｍａ２０１７ｙ，独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研

3、究成果，，本。尽我所知除文中己经标明引用的内容外论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的研究成果，均己在文中。对本文的研究做出贡献的个人和集体Ｗ明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。乂么來学位论文作者签名；曰期丈；７＾７年女月３曰学位论文版权使用授权书目本学位论文作者完全了解学校有关保留，、使用学位论文的规定Ｐ：学校有权保，允许论文被查阅和借阅留并向国家有关部口或机构送交论文的复印件和电子版。本人授权华中科技大学可将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保

4、密□，年解密后适用本授权书在。本论文属于／不保密因＾＂＂（请在Ｗ上方框内打Ｖ）、木《本学位论文作者签名：指导教师签名：！曰期：於７年夕月＾曰曰期：ｗ）年＾月曰ッ＾华中科技大学博去学位论文摘要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术己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心叫Ｃ温度的原子为操作对象，Ｗ激光相位为测量媒体，＾原子钟跃迂为频率参考，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

5、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±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，并将其应用于离精度重力梯度测量研巧。本学位论文详细介绍了冷原子重力梯度仪，主要工作成果如下的设计、实验过程和梯度测量的结果：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ｘｘ机械性能３０ｃｍ４４ｃｍ１０ｃｍ２个。所有的光学器件集成在个５的小型光学模块和小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＝１１１２４ｍ

6、１．７５Ｈ大约ｍ的冷原子干涉仪组成，在脉冲间隔为ｒ．ｓ且采样率为ｚ的条件下，该系统的测量灵敏度为１３１．３ｍｒａｄ／ＶＳ＾，长期测量的精度达到１．５ｍｒａｄ＠％００Ｓ。３．研制了基于ＬａｂＶ圧Ｗ的冷原子重力仪和梯度仪时序控制系统。４．分析和计算了几种主要噪声源对梯度测量的噪声贡献，计算结果与实测指标相符，并在此基础上提出了原子重力梯度仪的后续改进方案。一一５．设计实现了种用于冷原子干涉仪的简单归化探测方法。该方法利用干涉完一Ｆ＝＝２成后３态或Ｆ态原子的巧光信号与泽灭过程产生的巧光信号实现归化探测。矛Ｕ一一用该方法，归化探测系统和探测过程都得到极大简化，

7、。利用该归化探测方法干涉初态原子信号的幅度噪声和幅度噪声导致的干涉条纹的短期相位噪声都可Ｗ被抑制１０倍上。一化探测差分测量关键词：冷原子干涉仪重力梯度归Ｉ华中科技大学博壬学位论文ＡｂｓｔｒａｃｔＴｈ－ｅｈｉｇｈｐｒｅｃｉｓｉｏｎｒａｖｉｔｒａｄｉｅｎｔｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｉｓｏｆｒｅａｔｓｉｎｉｆｉｃａｎｃｅｉ打ｔｈｅ打ｅｌｄｓｇｙｇｇｇｏｆｓｅ－ｌｆｎａｖｉａｔｉｏｎｒｅｓ