1绪论
1.1冷原子物理及其干涉实验研究概述
激光冷却和陷俘原子技术及其应用是近几十年来发展最迅速、学界关注最热门的研究领域之一。自从1997年朱棣文、Cohen-Tannoudji和Phillips因对发展激光冷却与陷俘原子技术的突出贡献而荣获诺贝尔奖以来，这项技术和与此相关的研究的发展更为迅速。2001年，Cornell, Ketterle和Wieman因在激光冷却与俘获原子的技术基础之上实现稀薄气体中的BEC，而得到了诺贝尔奖。2005年，Glauber, Hall和HSnsch获得诺贝尔奖，因其在量子光学的理论和发明包括光梳在内的精密光谱测量方面的贡献，也是与激光冷却原子技术有着密切关系。激光冷却和陷俘原子技术将成为物理学理论研究和其他新技术发展的重要基础。
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1.2实验测控系统和激光频率控制技术研究概述
现代基础科学实验对实现技术的要求越来越高，控制和测量手段日益精密，系统复杂程度日益增强，对实验测控系统有了更高的要求，对实验测控系统的开发研究日益重要。早期的实验测控系统都是基于通用计算机和通用软件，在微处理器和微控制器诞生后，实验测控系统有了新的实现平台。但是工程师和科学家仍感不便，对于一个简单的测控系统往往需要花费大量时间和精力去实现，降低了实验效率。美国NI公司从诞生之初就致力于开发和研制用于仪器控制的新型软件工具，专门用于工业和实验室的测试、测量与控制系统，希望用新的设计理念将工程师和科学家从繁重的测控系统研制过程中解脱出来，将更多精力专注于实验。Labview平台就是NI公司开发的一种业界领先的图形化编程工具，它将软件和各种不同的测试测量硬件与通用计算机集成在一起，建立虚拟仪器系统，用户在此平台上能高效率的设计实现紧密姑合自身需求的系统解决方案。经过20多年的发展，Labview平台已经成为了实验测控领域事实上的工业标准之一，在国内外不论是基础科学实验中，还是工业生产测试领域，Labview的应用巳经相当普及和广泛。
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2基于虚拟仪器的实验控制系统
2.1冷原子干涉实验装置
我们的冷原子干涉实验平台的装置主要由几大部分和构件组成。各部分完成.相对独立的功能，但需要在一套控制系统的统一指挥和控制下运行，共同完成冷原子干涉的实验过程。首先对各部分及其功能做一简要概述。
2.1.1真空系统
冷原子的捕获、冷却等一系列操作只能在高度真空的环境下才能进行。空气分子和目标原子的相互碰撞对将要形成的冷原子团会产生不利影响，气室的真空程度直接决定了激光冷却原子的实验效果。根据分子动理论和热力学分析，本课题冷原子干涉实验所要求的气压为10_7Pa量级较为合适，故我们基于该目标设计了出一套真空系统。一般说来，真空系统被分为粗真空、低真空、高真空、和超高真空（<1.3xl(r6Pa)。据上面分析，我们的实验系统的真空度需要优于l(r7Pa，即迗到超高真空系统的标准。
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2.2实验对控制系统的需求
如上节所述，在冷原子实验中，需要一套统一而完整的实验操控平台，完成实验过程的操作控制和探测数据的采集处理。控制实验运行的同时，同步从光电管等各个传感器上将探测信号精确采集下来，记录实验的各个数据并进行初步的处理，一边给计算机在界面实时显示用于实验员的操作，一边做记录完整数据用于后期的各种数据处理，其中初步的数据处理就在计算机上进行，故该系统还需要具备一定数据处理能力和实时显示功能。数据的实时采集和显示功能要求能在0.1 ms的精度下连续采集光电管等数据，并截取其中部分数据做积分等初步处理，.并在控制信号的循环变量下记录相应数据给出平均值等。
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3基于DDS的激光精确移频.........23
3.1实验需求.........23
3.2声光移频的原理和常用技术.........24
3.3DDS频率发生器设计.........26
3.4DDS测试结果与应用.........32
4基于计算机的激光长期稳频.........37
4.1半导体激光器及其频率稳定性.........37
4.2稳频系统的基本原理和常用技术.........41
4.3长期稳频系统的研制.........48
4.4测试结果与讨论.........56
5基于FPGA的激光电子锁相
5.1全光学锁相与电子锁相
全光学锁相法不含复杂的电路，操作简单，在某些场合可以应用。全光学锁相法的技术基础之一是激光器的注入锁定技术。注入锁定的原理是：将一束激光作为种子光入射到一台自由运转的激光器中，该激光器的输出频率和模式将与入射种子光完全相同，种子光的来源激光器称为主激光，被注入的激光器称为从激光。注入锁定的实现是一个模竞争过程。注入锁定实现之后，两束激光之间具备了很高的相位相干性。如果对注入的种子光进行频率调制，则会产生多级边带，调节从激光器的电流，从激光器的输出频率可以被锁在任意一级边带上。因此，注入锁定后主从激光频率之间的相位保持锁定，而频率存在一个差值，此差值可以通过调节主激光的调制频率而改变。由此获得了相干激光。全光学锁相法中，主从激光的相位相干度取决于对主激光器的调制质量，主要是调制信号的相噪，同时从激光器的锁定系统稳还会受到其电流源和光路的影响。全光学锁相法有声光调制法、电光调制法等等。
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6总结与展望
博士期间主要工作是完成冷原子干涉实验过程控制和数据采集、激光精确移频、激光器长期稳频、拉曼脉冲电子锁相等技术和系统的设计、研制和应用。本.篇论文详细阐述了上述几大技术在冷原子干涉实验中的作用、各技术的研制过程，包括方案选择、技术原理、具体设计和测试应用等，并重点阐述了几大创新性研究，包括长期稳频的创新性设计和电子锁相系统的基于F PGA的全数字电子光学锁相环的创新性研究。同时，高速高精数字化反馈控制系统的研究作为基础实验中的共性技术也具有重要意义。这些工作都是冷原子干涉实验研究的重要基础性工作和关键技术，对于冷原子干涉实验的最终效果的改善和提高以及装置小型化、实用化有着重要意义和价值，为冷原子实验的进一步顺利推进铺平了道路。
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参考文献（略）