可移动冷原子重力仪环境适应性研究

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近年来,由于激光冷却和中性原子操控技术的进步,尤其是磁光阱技术以及激光受激拉曼跃迁技术的成熟使得利用激光操控真空稀薄气室中的中性原子变得容易。同时,精密重力测量仪器在地球物理、资源勘探、遥感导航等领域有着巨大的应用需求。基于原子内态干涉的Mach-Zendel型原子干涉仪由于其原理简单、操纵方便、可重复性高而得到了长足发展。我们实验室的小型可移动冷原子重力仪研制正是这一趋势的一个缩影。目前该冷原子重力仪在实验室条件下可对重力值进行连续几天的精密测量。不过,实际重力仪投入使用时的工作条件要比实验室更复杂。这就需要我们对重力仪进行环境适应性评估。本文的目的即是对影响冷原子重力仪性能的环境因素进行分析,并结合实验室条件对其环境适应性进行初步评估,从而得出重力仪的工作环境条件,并且为进一步改进重力仪性能与可靠性提供参考。本文首先介绍了可移动重力仪的研究背景、应用前景以及国内外研究的进展;其次介绍了可移动重力仪的理论基础,包括受激拉曼跃迁理论、重力测量原理与流程以及主要噪声分析模型;然后简要叙述了环境适应性试验的一些原则与方法。我们初步研究了重力仪的环境适应性,发现对于温度短时间(1-2小时)变化10℃时,重力测量的噪声水平从40 μ Gal量级变化到120 μ Gal量级,相应的系统误差变化2mGal,温度快速恢复至原来水平时,重力测量噪声以及系统误差自动恢复至原来水平。另外我们还发现竖直方向上几个Gauss量级的环境磁场会给重力测量引入系统误差,但通过正负扫啁啾频率可将其消除掉。最后我们评估了时序运行以及不同的10MHz参考源对重力测量噪声的影响。
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