论文摘要：原子外态干涉信号的光外差探测技术研究

近年来，原子干涉陀螺仪因其具有巨大的精度提高潜力受到世界各国的广泛重视，它是新一代陀螺仪，也是目前理论精度最高的陀螺仪。原子干涉陀螺仪分为原子外态干涉陀螺仪和原子内态干涉陀螺仪。原子外态干涉陀螺仪的原理是利用原子物质波受激光驻波脉冲的作用，在磁导引的作用下在空间形成闭合的干涉回路，利用干涉条纹的空间分布敏感外界角速度变化。相对原子内态干涉陀螺仪而言，外态干涉陀螺仪的空间闭合回路更为稳定。原子外态干涉信号的检测技术是原子外态干涉陀螺仪研制的关键技术，本文采用的光外差探测技术是一种相干探测技术，具有转换增益高、可检测光的全部信息、空间和光谱滤波性好、噪声水平低等诸多优点，在激光干涉测长、光外差通信以及激光多普勒测速等领域都有广泛而深入的应用。为探究原子外态干涉信号的检测特点，为原子外态干涉信号检测提供技术支持，本文做了以下工作： （1）研究了原子外态干涉的原子光栅及其Bragg反射信号形成过程及特点。原子外态干涉的结果是形成原子光栅，原子光栅的Bragg反射信号形成了原子外态干涉陀螺仪的待测信号光。对Bragg反射信号光光学特性与原子光栅的对比度关系进行了建模分析，指出了Bragg反射信号光的光学特性。 （2）基于光外差探测技术的基本原理，分析了光外差探测技术的特点和影响光外差探测灵敏度的因素，并设计和搭建了光外差探测所需的本振光和信号光产生系统，包括：Littrow型半导体激光器的搭建、基横模单纵模光的获得、本振光和信号光频差的获得以及微弱信号光的获得。 （3）设计并搭建了光外差探测系统，对光电探测器雪崩光电二极管（APD）进行了标定，分析了光外差探测光路可能存在的误差因素，主要有外腔半导体激光器（ECDL）反馈调节、衰减片标定误差、本振光和信号光的合束调节和混频调节、最优本振光功率的选择以及光学器件损耗。在排除上述误差因素的前提下进行了实验，实验达到了较满意的效果，实现了pW量级的微弱光信号探测。但是实验还是存在一定的误差，最后对导致误差的原因进行了分析和讨论。