[发明专利]具有自适应发射方向和/或位置的原子干涉仪

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2012年2月17日提交的美国临时申请号No.61/600，274的权益，通过参考将其全部并入本文。

背景技术

原子干涉仪可用作包括加速度计和陀螺仪两者的高精度惯性传感器的基础。当原子从俘获场释放且允许在自由空间演变时可获得高的稳定性，在自由空间中它们间隔地被激光操作和探测。原子的释放本文也称为原子的发射或降落。

发明内容

本文描述的实施例提供了一种在原子干涉仪中发射原子的方法。该方法包括确定在原子上的总有效加速度力的方向，基于总有效加速度力的方向控制用于在原子干涉仪中进行测量的原子的发射方向，并且从原子中获取测量值。

本文描述的其他实施例提供了其他在原子干涉仪中的发射原子的方法。该方法包括确定发射后用于在原子干涉仪中进行测量的原子的预测轨迹，基于该预测的轨迹控制喇曼激光束空间内的原子的发射位置，以及从原子中获取测量值。

附图说明

应该理解附图仅仅描绘了示例性实施例并且因此不被考虑为范围的限制，该示例性实施例将通过使用附图利用附加的特征和细节来描述，其中：

图1为示出微型原子干涉仪的操作实例的示图。

图2为在重力场中静止的原子干涉仪中的原子发射实例的示图。

图3为在加速下且在重力场中的原子干涉仪中的原子发射实例的示图。

图4为以基本上垂直于原子上的总有效加速力的方向发射原子的实例的示图。

图5为包括具有自适应控制的原子发射方向的原子干涉仪的实例系统的方框图。

图6为包括原子干涉陀螺仪的实例系统的方框图，该陀螺仪是包括非原子型陀螺仪的补充惯性测量单元的一部分。

图7为包括原子干涉仪的实例系统的方框图，该原子干涉仪是包括非原子型加速计的补充惯性测量单元的一部分，其中基于来自补充惯性测量单元的输出测量值来控制原子干涉仪中的原子的发射方向。

图8为原子发射实例的示意图，其中自适应地控制在发射时在喇曼激光束空间中原子的位置。

图9为显示另一个原子发射实例的示意图，其中自适应地控制在发射时在喇曼激光束空间中原子的位置。

根据惯例，没有按规定比例画出各个描述的特征，但是画出各个描述的特征来强调与示例性实施例相关的特定特征。

具体实施方式

图1是微型原子干涉仪的操作实例的示意图。在该原子干涉仪的操作中，通过激光冷却技术来准备原子101，该技术减少在弥漫着原子101的气体中的每个原子质心的速度。结果是小的冷却原子101云处于一组重叠激光束的中心。激光冷却技术可以包括磁光阱和光学粘胶两者。

一旦已经冷却原子101，可以从空间102内的位置发射原子101，当激活时喇曼激光束104传播通过空间102。在发射阶段，在不需要改变各个原子在云中的相对速度的情况下，使整个原子云的质心加速是可能的。在示例中，单个喇曼激光束104执行原子101的所有询问并产生三次脉冲。在发射后，喇曼激光束104第一次产生脉冲以把动量给予在原子101中的每个原子的一半。发射后，允许经过了第一时间段(tau)。该第一时间段(tau)可选择为使得原子101在两倍该第一时间段后仍然位于空间102内。在第一时间段(tau)的末端，该喇曼激光束104再次激发脉冲(第二脉冲)以颠倒每个原子101的动量。在该第二脉冲后，允许经过等于第一时间段的第二时间段(tau)。在该第二时间段的末端，喇曼激光束104第三次激发脉冲以重组该原子101。可读出重组原子101的阶段从而获取当分裂时影响原子101的任意惯性效应(例如旋转、加速)的读数。

当传感器在重力或其他加速下时，原子101将相对于原子干涉仪的壁行进，限制了可用于询问的时间。此外，该关于壁的行进将引入偏移和标度因数误差，因为将不能很好地保持原子101相对于激光的对准。尤其是，可用于询问的时间基于原子101在喇曼激光束104的空间102内的时间而受到限制。在多个例子中，喇曼激光束104的空间102在直径上只有几毫米，这将询问时间限制为数十毫秒。

在示例中，原子101的发射方向基于原子干涉仪上的总有效加速力的方向来控制。特别是，原子101的发射方向能够基于给定时刻在原子干涉仪上的总有效加速力的方向而自适应地选择。