原子干涉轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)量中的探測(cè)系統(tǒng)研究.pdf

1、原子干涉轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)量是基于Sagnac效應(yīng)來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)角速度的測(cè)量，具有高潛在靈敏度。原子干涉轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)量可以應(yīng)用于慣性導(dǎo)航、地球物理和基礎(chǔ)物理研究等領(lǐng)域，它的研制在科學(xué)和技術(shù)應(yīng)用方面具有重要意義。
　　在我們的原子干涉轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)量中，利用 Raman光π/2~π~π~π/2脈沖序列與原子相互作用，依次使原子波包分束、反射、再次匯聚，從而形成干涉。干涉相移中包含了角速度信息。干涉結(jié)束后，原子從開始的基態(tài)躍遷至另一個(gè)基態(tài)，躍遷概率就由干涉相移決定

2、。實(shí)驗(yàn)通過探測(cè)原子的躍遷概率，從而獲得干涉條紋，提取干涉相位。本課題來源于原子干涉轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)量對(duì)探測(cè)系統(tǒng)的需求，在課題組前期工作的基礎(chǔ)上，采用歸一化熒光法探測(cè)實(shí)現(xiàn)對(duì)原子兩個(gè)不同基態(tài)的探測(cè)。
　　本文詳細(xì)介紹了原子干涉轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)量中探測(cè)系統(tǒng)的基本原理?？紤]到原子干涉陀螺儀的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有一定的傾斜，為了滿足實(shí)驗(yàn)需求，改進(jìn)探測(cè)光路的設(shè)計(jì)，使探測(cè)光路小型化，增大探測(cè)光和回泵光的光強(qiáng)，且保證兩束探測(cè)光的分光比1:1。交叉耦合效應(yīng)的存在，需要對(duì)單次

3、成像的熒光收集系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)定。實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)光電管間距設(shè)定在13.4mm、矩形光闌的兩狹縫間距設(shè)定在21mm時(shí)，在信號(hào)幅度不會(huì)變得太小的前提下，較好地避免了兩光電管之間的交叉耦合效應(yīng)。實(shí)驗(yàn)中我們實(shí)現(xiàn)了單能級(jí)和雙能級(jí)TOF信號(hào)探測(cè)。給出TOF信號(hào)積分與相應(yīng)的探測(cè)原子數(shù)目對(duì)應(yīng)關(guān)系，在探測(cè)到的單能級(jí)TOF信號(hào)積分在8.1×102 V·s水平時(shí)，得到相對(duì)應(yīng)的探測(cè)原子數(shù)目約是1.1×107個(gè)。同時(shí)對(duì)探測(cè)光功率波動(dòng)、背景波動(dòng)、量子投影噪聲等探測(cè)噪聲進(jìn)行

4、理論分析，評(píng)估原子干涉轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)量的探測(cè)噪聲。實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)裝載時(shí)間為3000ms時(shí)，此時(shí)的探測(cè)噪聲σP是0.011。
　　為了降低探測(cè)光功率波動(dòng)對(duì)原子干涉轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)量的影響，本文提出了采用同時(shí)探測(cè)原子兩個(gè)態(tài)的熒光信號(hào)的方案，并給出具體設(shè)計(jì)，以提高探測(cè)信噪比，達(dá)到原子散粒噪聲極限。另一方面，波前畸變作為一項(xiàng)系統(tǒng)誤差影響測(cè)量的精度，采用相位剪切的探測(cè)方法，模擬給出波前畸變引起的概率隨位置分布的變化，通過相位剪切方案，為觀測(cè)波前畸變引起的圖樣變