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原子干涉仪高精度稳频锁相系统的研究

孙亨利  
【摘要】:原子干涉仪是一种利用物质波干涉进行干涉测量的精密实验手段,它利用冷原子技术获得原子波包,使用激光对其进行分束、合束操作并测量其干涉相位,以获得我们感兴趣的微弱外场信息,在精密测量领域有十分广泛的应用前景。 本文介绍了一套用于原子干涉仪的半导体激光器频率控制系统。第一章从原子干涉仪的原理出发,分析了需要构建什么样的激光系统,以及应该怎样安排各台激光器的工作时序。第二章从实验的角度出发,首先介绍了半导体激光器的原理以及控制手段,然后分析了PID控制器工作原理以及设计技术。提出了一种以滞后-超前滤波器为基础的串联型PID控制器的设计方法,并对其在激光器控制中取代传统PID的可行性进行了分析。这种PID控制器应用于半导体激光器的锁相实验中,获得了与Toptica公司DigiLock 110模块接近的精细度。对频率控制系统的主要组成——调制转移谱绝对稳频、频率-电压转换相对稳频和拉曼光锁相系统三个模块进行了介绍,阐述它们如何配合工作并展示了部分实验结果。此外还对频率控制系统中的误差探测器件——鉴频器与鉴相器——的特性,以及它们对环路性能的影响进行了较为深入的分析。最后一章着重分析了对于原子干涉仪来说最为重要的拉曼光锁相系统的噪声对干涉仪信号的影响。


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