[发明专利]一种基于Aharonov‑Anandan几何相的金刚石色心陀螺仪及角速度测量方法

权利要求书

1.一种基于Aharonov-Anandan几何相的金刚石色心陀螺仪，其特征在于，该陀螺仪包括：反射镜、永磁铁、衬底、金刚石样品、第一微波线圈、第二微波线圈、多个面阵CCD、多个滤波片、第三微波线圈、第一凸透镜、激光器、偏振片、二向色镜和第二凸透镜，其中：

所述反射镜安装在所述陀螺仪的底部，用于反射从金刚石样品发射出并到达底部的荧光；

所述永磁铁安装在所述反射镜上，用于产生磁场，以使电子自旋产生能级分裂；

所述衬底粘结在永磁铁上；

所述金刚石样品、第一微波线圈和第二微波线圈固定放置在所述衬底上，且所述第一微波线圈和第二微波线圈嵌套于所述金刚石样品的外侧；

所述陀螺仪下部的四壁上分别设有四个面阵CCD，每个面阵CCD朝向所述金刚石样品的一侧均设有滤波片；

所述面阵CCD远离底部的一端架设有第三微波线圈；

所述第三微波线圈的底部固定设有第一凸透镜；

所述陀螺仪的一中部器壁上固定设有激光器，用于产生激光；

所述激光器的出光处设有偏振窗口，所述偏振窗口中设有偏振片，用于产生高偏振度的激光；

所述激光器的前方斜设有二向色镜；

所述中部器壁的顶端架设有滤波片，用于过滤背景光；

所述滤波片朝向顶部的一侧粘结有第二凸透镜，用于汇聚从底部发出的荧光；

所述陀螺仪的顶部设有第五面阵CCD。

2.根据权利要求1所述的陀螺仪，其特征在于，所述衬底采用无荧光特性且无磁性材料。

3.根据权利要求1所述的陀螺仪，其特征在于，所述第一微波线圈产生具有第一频率f₁的微波，所述第二微波线圈产生具有第二频率f₂的微波。

4.根据权利要求1所述的陀螺仪，其特征在于，所述第三微波线圈能够相对于所述金刚石样品旋转，并产生具有第三频率f₃的微波。

5.根据权利要求1所述的陀螺仪，其特征在于，所述反射镜、四个面阵CCD、相应的滤波片和第三微波线圈组成一个封闭的空间，所述永磁铁、衬底、金刚石样品、第一微波线圈、第二微波线圈置于该封闭空间内。

6.根据权利要求1所述的陀螺仪，其特征在于，所述激光器为VCSEL激光器或半导体激光器。

7.根据权利要求1所述的陀螺仪，其特征在于，所述二向色镜以与水平面呈45度角的方向设置在所述激光器的前方。

8.根据权利要求1所述的陀螺仪，其特征在于，三个所述陀螺仪正交摆放形成三轴陀螺仪。

9.一种利用权利要求1所述的金刚石色心陀螺仪测量角速度的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤1，将三个陀螺仪相互正交摆放，对于每个陀螺仪分别执行步骤2-4；

步骤2，使用中心波长为532纳米的激光器照射金刚石样品数微秒以初始化电子自旋到|0>态；

步骤3，使用具有第一频率f₁的第一微波上的第一个π/2脉冲将电子自旋制备到|0>与|1>的叠加态；然后使用具有第三频率f₃的第三微波上的第一个π脉冲，操纵电子自旋到|1>与|-1>的叠加态上，之后进入时长为τ的第一阶段自由演化；在τ时刻施加解耦脉冲，具体解耦序列为，在τ时刻末施加一个具有第一频率f₁的第一微波上的π脉冲，紧随其后施加一个具有第二频率f₂的第二微波上的π脉冲，紧接着再施加一个具有第一频率f₁的第一微波上的π脉冲，然后再经过τ时间的第二阶段自由演化，针对不同的灵敏度和量程，可以对自由演化时间τ做出相应的修改；将第一阶段自由演化、解耦、第二阶段自由演化的过程重复2k轮，其中，k为正整数，4k×τ小于自旋相干时间，施加第三微波上与旋转相关的第二个π脉冲，将|-1>上的布局度转移到|1>上，此时得到|0>与|1>的叠加态；

步骤4，施加第一微波上的最后一个π/2脉冲，将相位信息反映到电子自旋的布局度上，之后照射中心波长为532纳米的激光，通过收集荧光 来获取角速率信息；

步骤5，利用得到的三个方向上的角速率还原出角速度。