论文摘要
狭义相对论是现代物理学的基本理论之一,洛伦兹不变性是狭义相对论的本质核心。为实现基本粒子的标准模型和广义相对论的统一而建立起来的理论,预言在一定程度上可能存在洛伦兹不变性破缺。许多地面和空间检验洛伦兹不变性的方法已经开展,比如光腔检验、脉冲星计时法和真空色散等。旋转光腔法是检验洛伦兹不变性的重要方法之一,它具有很高的探测灵敏度、测量时间相对较短并且在实验室就能完成,这些优点是其他方法不能比拟的。提高实验检验精度可能探测到的洛伦兹不变性破缺,进而否定现有的统一理论,对物理学的发展具有重要意义。激光的剩余幅度调制（RAM）是降低激光频率稳定度的重要因素,会直接影响洛伦兹不变性的检验精度。采用输入和输出有楔角的电光晶体对RAM进行抑制,并研究了楔角晶体中RAM的特性和优化方法,将RAM的波动压制到2 ×10-7,当使用鉴频斜率1×104 V/Hz时,对应的频率不稳定度为8×1018。腔稳频激光是洛伦兹不变性检验的关键技术,为此搭建了578 nm窄线宽激光系统。通过与商用Hz量级拍频,拍频线宽为3.6 Hz,频率稳定度在4 s平均时间达到最小值5 ×10-15。这一工作为洛伦兹不变性检验所需的超稳激光打下了实验基础。基于以上研究基础,搭建了10cm复合光腔的洛伦兹不变性检验装置。实现了三个月的连续运转,采用SME检验模型对积累数据分析,统计误差在10-15的量级。进一步对系统进行了改进和优化,采用两路空间光分别传输上转台。对改进后三天的数据的分析结果表明,SME中部分参数的统计误差已经进入10-16量级。
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摘要Abstract第1章 引言 1.1 研究背景 1.1.1 精密测量研究背景 1.1.2 洛伦兹不变性检验的理论模型 1.1.3 洛伦兹不变性的实验检验 1.2 光腔检验洛伦兹不变性 1.2.1 光腔检验洛伦兹不变性的基本原理 1.2.2 光腔检验洛伦兹不变性的数据处理 1.2.3 光腔检验洛伦兹不变性的国内外研究进展 1.2.4 PDH稳频的国内外研究进展 1.2.5 剩余幅度调制的介绍 1.2.6 实验室已有的研究基础 1.3 论文的主要内容介绍第2章 腔稳频激光的原理及技术实现 2.1 激光稳频的主要方式 2.2 主动激光稳频的要素 2.2.1 频率参考 2.2.2 环路滤波 2.2.3 频率执行机构 2.3 PDH激光稳频的工作原理 2.3.1 发展历史 2.3.2 技术概述 2.3.3 光场的相位调制 2.4 影响频率稳定度的噪声源 2.4.1 参考腔的噪声 2.4.2 探测噪声 2.4.3 控制系统的噪声 2.5 窄线宽激光关键技术 2.5.1 高稳定光腔 2.5.2 剩余幅度调制 2.5.3 光纤噪声压制 2.6 窄线宽激光发展趋势 2.7 高频率稳定度、超窄线宽激光的应用第3章 剩余幅度调制的控制 3.1 介绍 3.2 RAM的两种控制方法 3.2.1 RAM的被动控制 3.2.2 RAM的主动控制 3.3 RAM的特性测量与分析 3.3.1 RAM特性测量的实验装置 3.3.2 RAM的温度和偏振特性 3.3.3 RAM空间分布 3.4 两种RAM控制方法的测量结果 3.5 小结第4章 窄线宽激光稳频系统 4.1 介绍 4.2 578nm窄线宽激光系统的实验装置 4.2.1 578nm激光的产生 4.2.2 578nm稳频的实验系统 4.3 激光稳频系统性能测试 4.3.1 隔振平台的振动测量 4.3.2 腔的线宽测量 4.3.3 频率噪声谱测量 4.3.4 拍频线宽及频率稳定性 4.4 小结第5章 检验洛伦兹不变性的实验系统 5.1 介绍 5.2 光腔检验洛伦兹不变性的实验装置 5.2.1 激光系统及光纤噪声压制 5.2.2 激光的双光束传输 5.2.3 参考腔及真空系统 5.2.4 PDH稳频光路 5.2.5 光功率稳定系统 5.2.6 环境控制系统 5.2.7 拍频测量系统 5.2.8 单轴转台 5.3 激光频率的PDH锁定 5.3.1 激光入腔的模式匹配 5.3.2 参考腔的光学特性 5.3.3 调制频率的选取 5.3.4 光纤噪声压制系统中的频率干扰 5.3.5 频率锁定 5.4 系统的自动化 5.4.1 转台控制与数据采集 5.4.2 数据处理与分析 5.5 小结第6章 洛伦兹不变性检验系统的噪声源与优化 6.1 影响拍频频率稳定度的因素 6.1.1 光传输上转台时,光路指向变化 6.1.2 腔内的光功率波动 6.1.3 转台台面的倾斜度变化 6.1.4 系统的频率噪声和稳定度 6.2 洛伦兹不变性检验系统的优化 6.2.1 两路光分别传输上转台的实验装置 6.2.2 RAM的优化 6.2.3 优化后的系统的频率噪声和稳定度 6.3 小结第7章 洛伦兹不变性检验的数据处理 7.1 拟合步骤 7.2 Robertson-Mansouri-Sexl检验模型分析 7.3 Standard Model Extension检验模型分析 7.4 洛伦兹不变性检验系统改进后的结果 7.5 小结第8章 总结与展望 8.1 研究总结 8.2 展望参考文献附录致谢作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果
文章来源
类型: 博士论文
作者: 毕进
导师: 陈李生
关键词: 狭义相对论,洛伦兹不变性,光腔,激光稳频,剩余幅度调制
来源: 中国科学院大学(中国科学院武汉物理与数学研究所)
年度: 2019
分类: 基础科学,信息科技
专业: 物理学,物理学,无线电电子学
单位: 中国科学院大学(中国科学院武汉物理与数学研究所)
分类号: O412.1;TN241
总页数: 138
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标签：狭义相对论论文; 洛伦兹不变性论文; 光腔论文; 激光稳频论文; 剩余幅度调制论文;
