高精度冷原子干涉仪集成化光学系统的设计

设计并实现了用于85Rb冷原子干涉仪的集成化光学系统。整个光学系统的外包络尺寸为400 mm×483 mm×133 mm,分为五个独立的模块,模块之间通过光纤连接,这种集成化、模块化的光路系统有利于原子干涉仪进一步工程化、小型化。该系统采用主动温控措施来改善光学系统的稳定性,使激光光强的长期稳定度达到4.3×10^(-3)@5000 s。将该光学系统应用于原子干涉仪,获得了自由演化时间为71 ms、对比度为20%的干涉条纹,单个条纹相位不确定度约为22 mrad,对应的重力测量不确定度为26μGal。该光学系统的设计与实现为原子干涉仪的小型化与实际应用奠定了基础。

基于冷原子重力仪的船载动态绝对重力测量实验研究

冷原子重力仪正逐渐向小型化、动态化、实用化方向发展,将其应用于深远海绝对重力测量及水下长航时、高精度导航具有十分重要的意义.而目前冷原子重力仪多数尚处于实验室静基座或准静基座测量状态,难以满足动态应用场景下的重力测量需求,因此对冷原子干涉重力测量进行“由静到动”的相关研究十分迫切和关键.本文分析了动态测量的基本原理,给出了冷原子重力仪与加速度计组合测量的基本方法,搭建了一套基于冷原子重力仪和惯性稳定平台绝对动态重力测量系统,并采用冷原子重力仪与传统加速度计组合测量方式,开展了船载动态测量实验.首先,在实验室静态环境下进行了约40 h的连续绝对重力测量,对冷原子重力仪的性能进行初步评估,灵敏度为447µGal/√Hz(1 Gal=1 cm/s^(2)),长期稳定度可达2.7µGal.在此基础上开展船载实验,测量船在湖上以约4.6 kn的速度航行,采用重复测线的方式开展了船载绝对动态重力测量.经评估,四条重复测线的内符合精度为2.272 mGal,四个航次外符合精度分别为2.331,1.837,3.988和2.589 mGal.最后,针对实验结果,对可能存在的问题进行进一步分析与总结.本实验研究为海洋绝对重力动态测量提供了前期验证与技术方案参考.