《微伽級原子干涉絕對重力儀原理樣機的研製》是依託華中科技大學，由胡忠坤擔任項目負責人的專項基金項目。
基本介紹
- 中文名：微伽級原子干涉絕對重力儀原理樣機的研製
- 項目類別：專項基金項目
- 項目負責人：胡忠坤
- 依託單位：華中科技大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
作為測量絕對重力、校準相對重力儀和進行國際重力比對的核心設備，高精度絕對重力儀在地球物理研究中具有重要套用價值，同時也可以套用於瓦特天平質量標準、等效原理檢驗等基礎科學研究。本項目擬在課題組前期原子干涉重力測量實驗研究的基礎上，開展微伽級原子干涉絕對重力儀原理樣機的研製工作。本項目的主要研究內容有：高精度原子干涉重力測量技術研究，以降低量子投影噪聲的基本限制和提高重力測量靈敏度；地面背景振動隔離技術研究，以降低地面背景振動的外部噪聲限制；原子干涉絕對重力測量隨機誤差和系統偏差分析研究，以給出絕對重力測量的不確定度評估；重力儀原理樣機性能測試研究，以給出絕對重力儀操作和數據處理規範。通過低量子噪聲的原子干涉技術、低相噪的雷射穩頻鎖相技術、超低頻隔振技術和背景物理場效應測量和抑制等關鍵技術的攻關，研製100s積分時間內噪聲水平為1微伽，測量標準不確定度為5微伽的原子干涉絕對重力儀原理樣機。
結題摘要
高精度原子干涉重力儀在絕對重力測量、地球物理以及其他基礎科學研究方面有重要套用。本項目在課題組前期研究基礎之上，為滿足國家對高精度重力測量儀器的需求，開展了微伽級原子干涉重力儀的研製。項目實施期間，課題組完成了原子干涉重力測量的原理性實驗，並在此基礎上通過二維磁光阱技術、光學鎖相環技術以及主動隔振技術分別抑制了重力測量中的探測噪聲、Raman光相位噪聲以及振動噪聲。在進行了這些改進之後，原子干涉重力儀的解析度提高到了4.2×10-9g/Hz1/2的水平，100s積分時間的噪聲水平優於1微伽，達到了世界先進水平。在解析度滿足要求之後，課題組進行了原子干涉重力測量的系統誤差評估研究。理論上分析了Raman光頻移引入系統誤差的物理機制，採用調製積分時間的方法實驗上驗證了理論預研。在此基礎上通過改變光頻移的大小，利用原子重力儀直接測量了光頻移引入的系統誤差，實驗表明光頻移引入的不確定度小於0.1微伽。在精確測量磁場分布的基礎上，利用原子干涉儀對磁場梯度回響的特性，評估磁場引入的不確定度在0.2微伽水平。採用精確改變Raman光波矢方向的方法，測量了原子重力儀輸出與波矢方向的關係，由此評估出該項系統誤差在0.4微伽水平。實驗上觀測到隔振裝置的力學回響也會引入系統偏差，本項目採用增加外部激勵的方式直接測量了該項系統偏差，不確定度為1微伽。除此之外，本項目還對重力梯度、頻率鏈等多項誤差進行了評估，並對波前畸變等重要系統誤差提出了解決方案。系統誤差的評估工作進一步提升了原子干涉重力儀的穩定性。本項目的實施和相關技術積累將為原子干涉儀的實際套用提供基礎。
