原子干涉转动测量中的激光频率控制研究

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时间:2019-03-13

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1、分类号学号M201270174学校代码10487密级硕士学位论文原子干涉转动测量中的激光频率控制研究学位申请人:姚辉彬:学科专业:精密测量物理:指导教师:胡忠坤:教授周敏康副教授答辩日期:2015.0:5.27AThesisSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofScienceResearchonLaserFrequencyControlforInterferometryGyroscopeCandidate:Hui-binYaoMa

2、jor:PrecisionMeasurementPhysicsSupervisor:Prof.Zhong-kunHuAss.Prof.Min-kangZhouHuazhongUniversityofScienceandTechnologyWuhan430074,P.R.ChinaMay,2015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究成果。尽我所知,除文中已经标明引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式

3、标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名:日期:年月日学位论文版权使用授权书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,即:学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以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,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□,在年解密后适用本授权书。不保密□。(请在以上方框内打“√”)学位论文作者签名:指导教师签名:日期:年月日日期:年月日华中科技大学硕士学位论文摘要原子干

4、涉仪作为高灵敏度的惯性传感器可以精确测量重力加速度、引力常数、转动角速度等重要物理量,在惯性导航、大地勘探、环境监察等方面有重要的应用。因此,研制原子干涉仪具有重要科学意义和实用价值。原子干涉陀螺仪是一种精确测量转速的仪器,因其具有潜在的高灵敏度而受到广泛关注。原子干涉陀螺仪利用一对相位相干的Raman光操控原子实现干涉,该过程要高精度控制激光频率和相位。原子干涉过程中Raman光相位噪声会直接进入到干涉仪相移中,从而影响转动测量的精度。在课题组前期工作的基础上,我们利用光学锁相环技术实现了四脉冲原子干涉陀螺仪所需要的Rama

5、n光,在原子干涉仪对Raman光相位噪声比较敏感的频段(1kHz~100kHz),Raman光相位噪声被压制到-95dBc/Hz,满足课题组目前原子干涉陀螺仪研制需求。制备高质量的冷原子源是原子干涉陀螺仪需要解决的关键问题之一,我们课题组利用偏振梯度冷却的方法获得超冷原子喷泉,在偏振梯度冷却过程中需要改变冷却光的频率,之前方案是利用AOM的一级衍射光作为冷却光,在偏振梯度冷却过程中通过改变AOM驱动频率实现冷却光频率的变化,该方法受到AOM移频量变化范围的限制,移频的最大变化量为60MHz,而且衍射光频率变化伴随着光强的变化,

6、不利于独立地调节影响原子喷泉质量的参数。为克服AOM的缺点,我们利用FVC(FrequencyVoltageConverter)作为鉴频器实现冷却光的稳频和大范围移频,冷却光频率短期稳定性在1MHz以内,满足原子冷却囚禁阶段对冷却光频率稳定度的要求。FVC输出与输入信号频率成正比的电压信号,该电压信号通过与参考电压比较得到鉴频误差信号,在偏振梯度冷却阶段,改变参考电压的大小,比较器输出的误差电压信号调节冷却光激光器的输出频率,实现激光频率快速变化。实验结果表明,冷却光频率在0.8ms内最大移频为120MHz,满足偏振梯度冷却对

7、光失谐量的需求。关键词:拉曼光光学锁相环激光稳频激光移频I华中科技大学硕士学位论文AbstractColdatominterferometersarewidelyusedinfundamentalphysicalresearchandprecisionexperiments.Therefore,ithasexcitedworld-wideinterestsindevelopinghighprecisionatominterferometer.Inatominterferometrygyroscope,severalpulses

8、ofcouter-propagatinglaserbeamsareappliedtotheatomstoinducethestimulatedRamantransitionsbetweenthetwohyperfinegroundstatesofatoms.Sincephas

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