冷原子束干涉仪信号检测技术研究

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1、图书分类号O433.1密级非密UDC535硕士学位论文冷原子束干涉仪信号检测技术研究指导教师（姓名、职称）熊继军教授申请学位级别硕士学位专业名称精密仪器及机械论文提交日期2015年05月20日论文答辩日期2015年05月23日学位授予日期年月日论文评阅人王月明苏淑靖答辩委员会主席蓝鲲2015年05月25日中北大学学位论文冷原子束干涉仪信号检测技术研究摘要随着原子光学技术的迅速发展，原子干涉仪逐渐成为精密测量领域的研究热点，因其具有灵敏度高、绝对测量、长期稳定性好等内在优势，在惯性导航和基础物理学研究等领域具有广泛的应用前景。原子光源是构

2、成原子干涉仪的基本要素之一，其性能的优劣直接决定原子干涉条纹的对比度和信噪比，从而直接影响测量精度。对原子光源性能进行测试表征，优化实现高性能原子光源用于干涉，同时降低原子能态测量的噪声，是实现高精度原子干涉测量的基础。本文研究冷原子束干涉仪的信号探测技术，实现冷原子束速度分布和通量等性能的测试表征与低噪声能态信号检测。整个检测系统主要包括三大部分：光学系统、检测装置和软件系统。在光学系统部分，为了得到高稳定度的激光光源，我们设计了专门的激光器控制系统，该控制系统由电流驱动和温度控制两部分组成，电流在200mA范围内连续可调，电流控制精

3、度可以达到1uA，在3-100KHz带宽内交流电流噪声有效值小于300nA。温度控制部分采用高度集成的MAX1978作为主控芯片，驱动半导体制冷器(TEC)进行温度补偿，长期温度漂移小于2mK，通过饱和吸收法对系统激光器进行主动稳频，激光频率稳定性基本满足探测光和阻断光的使用要求。检测系统采用荧光法检测原子束与探测光相互作用产生的荧光信号，采用飞行时间法检测原子束的纵向速度和速度谱分布。为了收集荧光信号以提高信噪比，设计了专门的荧光收集装置，采用PMT作为光电转换器件检测荧光信号。软件部分采用LABVIEW编写了虚拟仪器操作界面，并在程

4、序中嵌入了MATLAB算法程序，对检测到的信号进行数据平滑等处理。对冷原子干涉陀螺仪中原子束特性进行了检测，并对系统检测性能进行了分析。实验结果表明，原子束的纵向最可几速度是14.2m/s，速度分布半高宽是3.9m/s，连续原子束通量约为2.7×108atoms/s。计算得到系统的速度谱分布检测分辨率为0.16m/s，原子束通量最小可检测值约为4.7×104atoms/s。关键词：冷原子干涉仪，激光器，速度分布，原子束通量中北大学学位论文ResearchofColdAtomicBeamInterferometerSignalDetect

5、ionTechnologyAbstractWiththerapiddevelopmentofatomopticstechnology,atomicinterferometersgraduallybecomeahottopicinthefieldofprecisionmeasurement.Atomicinterferometershaveawiderangeofapplicationprospects,becauseofitshighsensitivity,absolutemeasurement,long-termstabilityin

6、herentadvantagesininertialnavigationandbasicphysicsresearchandotherfields.Atomiclightsourceisoneofthebasicelementsofatomicinterferometer,itsperformancedirectlydeterminesthecontrastofatomicinterferencefringesandsignal-to-noiseratio,whichdirectlyaffectstheaccuracyofmeasure

7、ment.Theperformanceofatomiclightsourceistestedandcharacterized,andthehighperformanceatomiclightsourceisoptimizedforinterference.Atthesametime,thenoiseofatomicenergystatemeasurementisthebasisofhighprecisionatomicinterferencemeasurement.Basedontheatomicbeamcharacteristicsd

8、etectiontheory,usingcoldatominterferometrygyroscopeastheresearchobject,wedesignedthecorrespondingdetect