重力儀在地球物理學(xué)、測(cè)地學(xué)和計(jì)量學(xué)及慣性導(dǎo)航等領(lǐng)域都有重要的應(yīng)用。相比于傳統(tǒng)的落體角錐式激光干涉絕對(duì)重力儀,冷原子重力儀具有靈敏度高、自校正、可長(zhǎng)期連續(xù)觀測(cè)、無(wú)機(jī)械磨損和維護(hù)成本低等優(yōu)勢(shì)。然而,冷原子重力儀的實(shí)驗(yàn)裝置和操作復(fù)雜,如何滿足小型化與準(zhǔn)確性的要求是其發(fā)展應(yīng)用的一個(gè)重難點(diǎn)�；诖�,本文主要研究以⁸⁵Rb原子作為測(cè)試質(zhì)量的可搬運(yùn)高精度冷原子絕對(duì)重力儀（命名為WAG-H5-1）。通過(guò)磁光阱囚禁原子,再經(jīng)過(guò)偏振梯度冷卻、上拋、選態(tài)和拉曼干涉、探測(cè)等過(guò)程完成干涉儀對(duì)重力加速度的測(cè)量,典型實(shí)驗(yàn)參數(shù)下其干涉儀相位對(duì)重力的靈敏度為0.16μGal/mrad（1μGal=10 nm/s²）。主要研究成果如下:（1）為了滿足儀器的可搬運(yùn)性,實(shí)現(xiàn)了該重力儀的初步集成化,主要包括:緊湊的鈦超高真空系統(tǒng)、小型化光學(xué)系統(tǒng)和自主集成化電路驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。該重力儀系統(tǒng)的總體積為1.8 m³,可分為四個(gè)集裝箱單獨(dú)運(yùn)輸。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間高振動(dòng)的公路運(yùn)輸測(cè)試,該系統(tǒng)仍可以正常穩(wěn)定地工作。為了滿足高精度需求,通過(guò)高性能的主動(dòng)隔振、磁屏蔽、歸一化探測(cè)等關(guān)鍵技術(shù),使... 

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【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

大地水準(zhǔn)面重力異常圖[6]

華中科技大學(xué)博士學(xué)位論文15如圖2-1所示，考慮一個(gè)包含三個(gè)能級(jí)的躍遷過(guò)程。其中，兩個(gè)基態(tài)超精細(xì)能級(jí)分別為|g>和|e>，兩束激光將這兩個(gè)能級(jí)耦合到中間態(tài)|i>上。這兩束光的表示可以將(2.16)改為11112222E=Ecos(krt+)+Ecos(krt+)(2.22)圖2-1三能級(jí)系統(tǒng)雙光子躍遷示意圖Figure2-1Two-photontransitioninthethree-levelsystem.此時(shí)，三能級(jí)系統(tǒng)的哈密頓量可以寫為()22eggH=ee+gg+iiV+pm(2.23)處于基態(tài)的原子|g,p>可以吸收一個(gè)光子到中間態(tài)|i,p+k1>，再通過(guò)受激輻射一個(gè)光子，最終躍遷到|e,p+k1-k2>態(tài)上。令有效波矢為keff=k1-k2，則失諧量δ可以由(2.21)修改為()21212effeff2eg=m+mpkk(2.24)注意到，在雙光子受激拉曼躍遷中，反沖動(dòng)量為keff，若兩束光波矢方向相反，則keff=k1-k2≈2k1，反沖動(dòng)量為單光子躍遷的兩倍，如圖2-2所示。對(duì)于兩個(gè)超精細(xì)結(jié)構(gòu)基態(tài)能級(jí)之間的躍遷來(lái)說(shuō)，因?yàn)閱喂庾榆S遷的頻率為109Hz量級(jí)（超精細(xì)能級(jí)分裂間距），而雙光子受激拉曼躍遷的頻率則可達(dá)到1014Hz量級(jí)，所以實(shí)際上雙光子躍遷的動(dòng)量轉(zhuǎn)移約是單光子躍遷的105倍，因而在利用原子干涉儀進(jìn)行慣性測(cè)量方面的優(yōu)勢(shì)是巨大的。在受激拉曼躍遷過(guò)程中，經(jīng)過(guò)時(shí)間τ，原子的躍遷概率分別為

華中科技大學(xué)博士學(xué)位論文1612120effi()i221200i()eff0()()cosisin22()-isin2acacegacRReeRtRgRcteectcte+++=++(2.25)12120effi()i22i()eff00120()()-isin2()cos-isin22acacegtRgeRacRRgRcteectect+++=+(2.26)其中()()224,4acaceegg==(2.27)11()gig==(2.28)21,eg=idEe=idEg(2.29)()()eff12iieff2egee==(2.30)acacaceg=(2.31)()22eff12acR=+(2.32)cg和ce分別為處于|g,p>和|e,p+keff>態(tài)的幾率幅。圖2-2雙光子躍遷的動(dòng)量轉(zhuǎn)移。Figure2-2Momentumtransferintwo-photontransitions.當(dāng)δ12-δac遠(yuǎn)小于ΩR時(shí)，分別作用π/2脈沖（τ=π/(2ΩR)）和脈沖（τ=π/ΩR），可以由(2.25)和(2.26)得到其處于兩個(gè)態(tài)的幾率幅為120eff12i(-)i()220002()()()22actggectctctee++=+(2.33)


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