基于光纤激光器的冷原子重力仪小型化光学系统设计

论文摘要

原子干涉型绝对重力仪因具有很高的灵敏度和测量精度而日益得到重视。这种重力仪具有很多优点:测量时间短、精度高、性能稳定。这种重力仪虽然已经有较大突破,但由于体积大、装置复杂等原因,尚未实现移动测量和野外测量。目前主要还是在实验室环境下进行工作。研究原子重力仪的最终目标是做到可移动测量、能够完成野外测量任务,所以将激光系统小型化,同时进行环境适应性的检验,具有重要的价值。本文对基于光纤激光器的小型化光学系统的设计与制作进行了研究。实现的光路都集成到一个铝盒之中,体积减小为原来光路的1/3。现在一人即可实现光路的移动和组装,而以前的光路最起码需要4人才可实现移动。小型化完成后,基于野外测量需求,我们针对温度变化对光路的影响做了实验,发现温度会对光学系统中光纤耦合效率产生巨大影响。温度波动大时效率会变化10%,但是恒温下可保证其变化小于1%。我们为光学系统设计了保温盒,温度变化小于0.1℃。本文各章主要内容如下:第一章介绍了冷原子重力仪的历史背景、发展历程以及潜在的应用,描述了近几年国内外冷原子重力仪的发展趋势和应用前景,论述了进行冷原子重力仪小型化光学系统设计的重要性,并简要地描述了本文的工作重点。第二章描述了NKT Photonics窄线宽光纤激光器的优点,讨论了可以优化我们系统的各个方面。详述了光纤激光器的各种性能,讨论了所用光纤激光器的必要性。第三章详细介绍了我们所设计的激光系统,详细介绍了小型化光路的光路方案以及光强分配方案。在此基础上对我们所搭建的光路系统进行了介绍,并且详述了该激光方案和光路方案的优点。并详细介绍了以步进电机为基础的机械快门挡光系统的各个组成部分,详述了机械快门挡光系统的挡光性能。第四章主要研究了小型化激光系统的温变特性。首先研究了温度对光纤激光器的输出光功率和输出光波长的影响,实验发现两个参数并不会随着温度的变化而变化,光纤激光器内部温控系统能够应对环境温度的变化。然后研究了温度对光路系统的影响,实验表明温度改变会影响光纤耦合效率。第五章基于多种保温材料为激光系统和光路系统设计了保温盒并进行相关物理实验,并研究了保温盒的保温特性。第六章对本文主要结果进行总结和对未来的研究进行展望。。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
•   1.1 重力测量概述
•   1.2 国内外关于该课题的研究现状及趋势
•     1.2.1 国内现状
•     1.2.2 国外现状
•   1.3 重力仪系统优化方向
•   1.4 论文内容概述
• 第二章 光纤激光器
•   2.1 使用光纤激光器的目的
•   2.2 光纤激光器的性能
•     2.2.1 光纤激光器光功率稳定性测试
•     2.2.2 光纤激光器光波长稳定性测试
•     2.2.3 改变PZT电压波长变化图
•     2.2.4 激光器拍频信号测试
• 第三章 激光系统和光路方案
•   3.1 小型化光路的激光系统方案
•   3.2 小型化光路的光路方案
•   3.3 集成后的小型化光路系统
•   3.4 可控的机械快门挡光装置
•     3.4.1 机械快门挡光系统工作原理及其优点
•     3.4.2 机械快门挡光系统
•     3.4.3 机械快门挡光系统性能测试
• 第四章 小型化原子激光系统的温变特性研究
•   4.1 激光系统测试原理和光路图
•   4.2 温度对激光系统的影响及结果分析
•     4.2.1 温度改变对光纤激光器输出光功率的影响
•     4.2.2 温度改变对光纤激光器输出光谱的影响
•     4.2.3 温度改变对光纤耦合效率的影响
• 第五章 小型化原子激光系统保温盒设计
•   5.1 温控系统的必要性
•   5.2 温控系统测试实验方法
•   5.3 温控系统测试结果讨论与分析
• 第六章 总结和展望
•   6.1 本论文的相关研究的总结
•   6.2 展望
• 参考文献
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 李凯

导师: 林强,吴彬

关键词: 原子重力仪,小型化光路,温变特性,光纤激光器

来源: 浙江工业大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 物理学,自然地理学和测绘学,无线电电子学

单位: 浙江工业大学

分类号: TN248;P223

总页数: 50

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