原子干涉轉(zhuǎn)動測量中的探測系統(tǒng)研究.pdf

1、原子干涉轉(zhuǎn)動測量是基于Sagnac效應來實現(xiàn)轉(zhuǎn)動角速度的測量，具有高潛在靈敏度。原子干涉轉(zhuǎn)動測量可以應用于慣性導航、地球物理和基礎物理研究等領域，它的研制在科學和技術應用方面具有重要意義。
　　在我們的原子干涉轉(zhuǎn)動測量中，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)躍遷至另一個基態(tài)，躍遷概率就由干涉相移決定

2、。實驗通過探測原子的躍遷概率，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)動測量對探測系統(tǒng)的需求，在課題組前期工作的基礎上，采用歸一化熒光法探測實現(xiàn)對原子兩個不同基態(tài)的探測。
　　本文詳細介紹了原子干涉轉(zhuǎn)動測量中探測系統(tǒng)的基本原理?？紤]到原子干涉陀螺儀的機械結(jié)構(gòu)設計有一定的傾斜，為了滿足實驗需求，改進探測光路的設計，使探測光路小型化，增大探測光和回泵光的光強，且保證兩束探測光的分光比1:1。交叉耦合效應的存在，需要對單次

3、成像的熒光收集系統(tǒng)進行標定。實驗表明，當光電管間距設定在13.4mm、矩形光闌的兩狹縫間距設定在21mm時，在信號幅度不會變得太小的前提下，較好地避免了兩光電管之間的交叉耦合效應。實驗中我們實現(xiàn)了單能級和雙能級TOF信號探測。給出TOF信號積分與相應的探測原子數(shù)目對應關系，在探測到的單能級TOF信號積分在8.1×102 V·s水平時，得到相對應的探測原子數(shù)目約是1.1×107個。同時對探測光功率波動、背景波動、量子投影噪聲等探測噪聲進行

4、理論分析，評估原子干涉轉(zhuǎn)動測量的探測噪聲。實驗表明，當裝載時間為3000ms時，此時的探測噪聲σP是0.011。
　　為了降低探測光功率波動對原子干涉轉(zhuǎn)動測量的影響，本文提出了采用同時探測原子兩個態(tài)的熒光信號的方案，并給出具體設計，以提高探測信噪比，達到原子散粒噪聲極限。另一方面，波前畸變作為一項系統(tǒng)誤差影響測量的精度，采用相位剪切的探測方法，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，為觀測波前畸變引起的圖樣變