原子重力仪中拉曼光频率和倾角相关系统误差研究

论文摘要

高精度绝对重力测量在惯性导航、资源勘探、基础物理研究等方面有着重要应用,而原子干涉重力仪是实现高精度绝对重力测量的重要手段之一。为更好地满足绝对重力实地测量和比对研究需求,目前原子干涉重力仪正在从实验室研究阶段逐步向移动式、小型化发展。引力中心前期在实验室环境下的原子干涉重力仪已经取得突破,本人博士课题是在此基础上开展可移动原子干涉重力仪（TAG）的研制,主要进行了以下三个方面工作:1、可移动原子干涉重力仪电路系统的优化设计和研制。针对原子干涉重力仪可移动需求,自主研制和测试了所需的电压源、电流源、光功率反馈等电路单元,并结合定制的射频、微波器件实现了整个电路系统的小型化、模块化。在此过程中,提出并实现了一种微波回泵辅助原子末态探测方法。2、Raman光频率相关系统误差评估。在实现稳频锁相的基础上,对Raman光频率链中10MHz频率基准、信号源扫频非线性和锁相环非线性效应等引起的系统误差进行了评估。提出并实现了一种利用原子干涉重力仪本身对10MHz频率基准实地校准的方案,从而将对应系统误差评估到0.1μGal水平。3、Raman光倾角相关系统误差评估。地球自转会引入Coriolis效应,采用转动Raman光方向方案补偿并评估了该Coriolis效应对原子干涉重力仪测量的影响;另一方面,Raman光方向偏离垂直方向是一项重要的系统误差源,提出并研制了一套快速测量Raman光倾角的光学系统,最终将Raman光倾角相关的这两项系统误差评估到了μGal水平。在以上工作基础上,本人博士期间参与研制的可移动原子干涉重力仪灵敏度达到了43μGal/Hz1/2,测量不确定度达到了3μGal水平,并顺利参加了第十届绝对重力仪国际比对,仪器的稳定性和准确度都经受住了考验。本人博士期间的工作为原子干涉重力仪走出实验室开展重力测量奠定了基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 引言
•   1.1 高精度重力仪简介
•   1.2 原子干涉重力仪简介
•   1.3 可移动原子干涉测量现状
•   1.4 博士期间主要工作
• 2 原子干涉理论建模
•   2.1 原子结构简介
•   2.2 二能级系统与光相互作用
•   2.3 三能级系统与Raman跃迁
•   2.4 Mach-Zehnder式原子干涉仪测量重力加速度
•   2.5 基于Raman光的Ramsey干涉
•   2.6 Raman光倾角对重力测量的影响
•   2.7 本章小节
• 3 TAG系统搭建及重力测量
•   3.1 系统总体简介
•   3.2 电路系统
•   3.3 Raman光稳频锁相
•   3.4 原子干涉仪重力测量
•   3.5 本章小节
• 4 Raman光频率相关系统误差评估
•   4.1 Raman光频率相关系统误差简述
•   4.2 频率基准误差评估
•   4.3 信号源扫频非线性效应评估
•   4.4 光学锁相环扫频非线性效应评估
•   4.5 本章小结
• 5 Raman光倾角相关系统误差评估及重力比对
•   5.1 Coriolis力效应系统误差评估
•   5.2 Raman光静态倾角测量
•   5.3 重力比对
•   5.4 本章小结
• 6 总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录 攻读博士学位期间发表的论文及专利目录

文章来源

类型: 博士论文

作者: 崔嘉丰

导师: 胡忠坤,段小春

关键词: 原子干涉,绝对重力测量,频率基准校准,效应

来源: 华中科技大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 自然地理学和测绘学

单位: 华中科技大学

分类号: P223.1

DOI: 10.27157/d.cnki.ghzku.2019.005157

总页数: 128

文件大小: 2808k