【摘 要】
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原子干涉重力仪具有高测量精度、高分辨率及连续测量的优势,在惯性导航、地球物理、空间科学、海洋探测、基础物理研究等方面具有广泛的应用价值,是目前高精度绝对重力测量的最佳手段之一。目前原子干涉重力仪的主要应用仍在于实验室中的理论研究,其可移动性大多受限于激光系统在车载环境下容易失锁、无法长期运输以及体积较大难以搬运等不足。本文从可移动原子干涉重力仪的需求出发,研究了激光光源系统的关键技术——激光稳频技
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原子干涉重力仪具有高测量精度、高分辨率及连续测量的优势,在惯性导航、地球物理、空间科学、海洋探测、基础物理研究等方面具有广泛的应用价值,是目前高精度绝对重力测量的最佳手段之一。目前原子干涉重力仪的主要应用仍在于实验室中的理论研究,其可移动性大多受限于激光系统在车载环境下容易失锁、无法长期运输以及体积较大难以搬运等不足。本文从可移动原子干涉重力仪的需求出发,研究了激光光源系统的关键技术——激光稳频技术,旨在解决可移动原子干涉重力仪激光系统频率易失锁、难以搬运等问题。围绕上述问题,分析比较了多种激光稳频原理,确立了系统稳频方案,设计了基于调制转移稳频及光学锁相环稳频技术的主、从激光稳频系统,最后对主激光单元进行集成化设计,最终实现了激光系统的稳频并初步完成了主激光单元的集成化。论文的主要工作总结如下:1、研究了典型激光稳频原理及方案,确立了稳频方案及稳频指标。对多种典型稳频原理进行研究并比较分析其优劣和适用环境,分析了重力仪系统对激光频率及可移动需求,选取调制解调稳频及光学锁相环稳频作为系统的稳频方法,并提出了系统稳频指标。2、设计了调制转移光谱稳频系统,实现了主激光器的频率稳定。设计了由光学模块、调制解调模块及稳频伺服电路模块组成的调制转移光谱稳频系统,稳频后的激光线宽约为40.5k Hz,秒相对频率稳定度达到了2×10-11,8h中心频率波动小于0.5MHz,在长时间内保持了高度的一致和重复性。3、提出了利用光学锁相环进行频率稳定的激光稳频方法,实现了从激光器频率的锁定及跳频。基于光外差法光学锁相环的锁相原理,设计了光学锁相环锁频系统,实现了从激光器的频率稳定及跳频。锁频后的从激光器拍频相对线宽为1.6Hz,相对频率稳定度在13s时达到了2.27×10-12,频率锁定范围为0.5GHz~1.2GHz,跳频时间为4ms,充分满足原子干涉重力仪系统对从激光器频率稳定要求。4、设计了初步集成化的主激光路单元。基于集成系统受力及受热情况的仿真分析,设计了主激光路单元及主从锁定模块集成化方案;通过小型化设计实现了主激光路单元的初步集成,体积为320mm×400mm×100mm。
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