摘要：研制了一套铯原子喷泉钟系统作为精密重力测量国家重大科技基础设施的本地时标,并最终溯源到国际单位制“秒”定义.描述了铯原子喷泉钟的整体设计方案,包括真空物理系统、光学系统、微波综合链和电子学控制系统.实验上实现了原子的上抛和捕获,成功地扫描到Ramsey条纹.获得的Ramsey中心条纹线宽0.911(2)Hz,条纹对比度约为90.8%.通过将喷泉钟本地振荡器锁定到Ramsey中心条纹,并与氢钟比对,测得铯原子喷泉钟的频率稳定度为3.2×10^(-13)τ^(-1/2)(τ为测量时间).同时讨论了影响频率稳定度的各贡献项及后续提升方案.

摘要：万有引力常数G作为描述物体间引力相互作用强度的基本物理学常数,最早被物理学家认知。但由于引力作用非常微弱且不可屏蔽,万有引力常数G是目前精度最差的基本物理学常数。测G实验作为精密测量领域重要实验之一,对测量的精准度提出很高要求。该文基于扭秤周期法相关原理,设计了实验测量装置,精确测量扭秤、吸引质量的物理参量及其相对位置,并进行误差分析。基于所设计的测G装置,通过有、无球配置下周期数据积累,给出万有引力常数G测量结果。作为本科生创新性物理实验教学内容,在教学与实验过程中涉及到力学、运动学、光学、计量学等相关大学物理课程领域,有助于培养学生逻辑思维能力、实践动手能力、误差设计与分析能力,加深对相关知识点的理解与运用。

摘要：振动噪声是影响精密测量精度的主要因素之一。了解隔振的相应原理,从而设计高效的隔振系统,能够有效提高测量的精准度。该文基于被动隔振相关原理,设计了简易的被动隔振系统,测量了系统的传递函数。并基于所设计的隔振系统,分别使用加速度计和激光干涉仪测量了隔振后的振动加速度情况,评估了两种测量方式的灵敏度差异及系统的隔振效果。作为本科生创新性物理实验教学内容,有助于培养学生实践动手能力,同时加深对实验中涉及的力学、运动学、振动与波动、波动光学等相关大学物理课程知识点的理解。

摘要：星间激光干涉测量技术能够实现纳米级甚至皮米级的长基线微小位移测量,在卫星导航、激光通信、地球重力场测量及空间引力波探测等领域具有重要应用价值。长基线激光干涉链路的主要技术挑战包括弱光接收、光束指向捕获和多普勒频移等问题。本文基于外差激光干涉测量原理,设计了双向激光干涉链路实验,用于模拟长基线卫星平台之间的微小位移及激光指向角度测量。该装置通过测量星间接收激光与本地参考激光的干涉相位变化,实现对星间距离以及指向角度变化的实时精密测量。该实验系统适用于本科物理实验教学,涵盖光学、电学、运动学及计量学等多个学科领域,有助于培养学生的光学系统设计、实验装置调装、误差分析和数据处理能力,并加深对激光干涉测量原理及深空探测应用的理解。

摘要：法布里-珀罗腔(F-P)通常是由2面平行放置的反射镜组成的多光束干涉仪,将入射光束耦合进入F-P腔,光场会在反射镜间多次来回反射,经过干涉相长过程光场被增强,形成稳定腔内光场.为帮助学生更好地理解多光束干涉与谐振腔内模式产生的工作原理,基于F-P腔设计了可分辨激光模式的实验装置,探究不同激光模式的输出特性.通过实验观察拉盖尔-高斯光束,测量了F-P腔的自由光谱区、相邻横模频率间隔等参量,并分析了主要的实验误差来源.

摘要：交流放大电路是电子工程中重要的一类电路,它的基本结构和参数对于其工作性能有着重要的影响。然而由于交流放大电路设计中存在元器件参数耦合以及不连续问题,导致电路设计无法达到最优性能,即品质因数不能取最大值。为此提出了一种基于拉格朗日乘子的交流放大电路参数优化方法。首先介绍了采用基尔霍夫定律推导放大电路的传递函数方程。随后讨论了交流放大器的主要参数,包括中心频率和放大倍数,最终推导出品质因数。最后,使用拉格朗日函数来求解在给定中心频率和放大倍数下品质因数的最大值问题,即通过将中心频率和放大倍数视为约束,在这两个完整约束下求解函数的最大值。基于典型交流放大电路系统地阐述了基于拉格朗日乘子的参数优化方法,为交流放大电路的优化设计提供了理论基础。

摘要：微小差分电容检测电路将电容差转换为电压或电流等电信号,其在微位移检测、电容式惯性传感器等高精度测量仪器中有着广泛的应用。基于桥式检测电路的相关原理,设计了一套电桥式差分电容检测电路。首先对其交流放大电路和两级低通滤波进行了传递函数的测量,然后对系统的灵敏度系数进行了标定实验,最后基于所设计的检测电路,以差分电容单摆作为输入差分电容,研究了差分电容单摆无小球、有小球无激励、有小球有激励三种情况下的电压输出,并通过频域分析证实了小球的运动周期。作为本科生创新性物理实验教学内容,本实验有助于培养学生实践动手能力,同时加深对实验中涉及的如力学、运动学、振动与波动、电磁学、数字电路和模拟电路、信号处理分析等相关大学物理课程知识点的理解。

摘要：为解决在精密温控系统中的传统比例-积分-微分(Proportion Integration Differentiation,PID)控制参数整定复杂、超调严重等问题,设计并搭建了精密温控系统,并且系统基于随机梯度下降(Stochastic Gradient Descent,SGD)准则,采用反向传播(Back Propagation,BP)神经网络算法实时动态调整PID参数。实验结果表明,BP神经网络PID温控系统具有更小超调和更快收敛速率等优势,系统超调量与弛豫时间分别比传统PID控制系统减少13.35%和18.56%。同时,在6 h测量时间内,被控对象温度波动的标准偏差达到0.00036℃。