[发明专利]一种双内态Bragg原子干涉惯性传感器

说明书

本发明提供了一种双内态Bragg原子干涉惯性传感器，包括：Bragg光失谐控制模块，双内态原子制备模块，双内态原子探测模块和双内态原子干涉模块；Bragg光失谐控制模块用于Bragg光频率的调节；双内态原子制备模块用于产生干涉测量所需要的两种内态原子；双内态原子探测模块用于探测干涉完成后不同动量态的双内态原子；双内态原子干涉模块用于实现两种内态原子的同时干涉测量。本发明针对该型原子干涉仪的缺点，提出在一次测量中同时实现多个不同内态的Bragg原子干涉仪，既可以提高采样率，又具有差分共模特性。

技术领域

本发明属于原子干涉测量惯性技术领域，更具体地，涉及一种双内态Bragg原子干涉惯性传感器。

背景技术

原子干涉仪因其潜在高灵敏度和量子属性，在精密测量领域已被用来进行重力、重力梯度、转动、精细结构常数、磁场梯度、万有引力常数等测量，同时也用来检验一些物理学的基本原理。它在基础科学研究、重力测量、资源勘探、重力辅助导航等领域具有重要的应用前景。原子干涉仪的不断发展，其测量的精度也在不断提高。

在测量重力加速方面，利用基于Bragg衍射的大动量反冲技术，澳大利亚国立大学的N P Robins小组实现了单一内态的Bragg原子干涉重力仪(参考文献：P A Altin etal.Precision atomic gravimeter based on Bragg diffraction，New Journal ofPhysics 15(2013)023009)，该干涉仪不仅较大的转移原子动量，而且原子在干涉过程中始终保持同一内态。该类型原子干涉仪虽然不易受外部电磁场干扰，但是一次只能得到一个测量值，且不是差分测量，因此采样率低、相关噪声不能共模抑制。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种双内态Bragg原子干涉惯性传感器，旨在解决现有技术中由于一次只能得到一个测量值且不是差分测量导致采样率低、相关噪声不能共模抑制的问题。

本发明提供了一种双内态Bragg原子干涉惯性传感器，包括：Bragg光失谐控制模块，双内态原子制备模块，双内态原子探测模块和双内态原子干涉模块；Bragg光失谐控制模块用于Bragg光频率的调节；双内态原子制备模块用于产生干涉测量所需要的两种内态原子；双内态原子探测模块用于探测干涉完成后不同动量态的双内态原子；双内态原子干涉模块用于实现两种内态原子的同时干涉测量。

本发明针对该型原子干涉仪的缺点，提出在一次测量中同时实现多个不同内态的Bragg原子干涉仪，既可以提高采样率，又具有差分共模特性。

更进一步地，Bragg光失谐控制模块包括：依次连接的DFB种子激光光源，激光放大器，倍频晶体，锁频的外腔半导体激光器，可调微波源和数字鉴频鉴相器；DFB种子激光光源用于产生1560nm种子激光；所述激光放大器用于将种子激光放大；所述倍频晶体用于将放大后的激光倍频；所述锁频的外腔半导体激光器用于和倍频的激光作拍产生拍频信号；所述可调微波源用于产生参考信号；所述数字鉴频鉴相器用于比较拍频信号和参考信号的频率差别得出误差信号。

更进一步地，双内态原子制备模块包括：原子囚禁单元和微波源；所述原子囚禁单元用于制备磁不敏感态的原子团；所述微波源位于探测区窗口，当原子团上抛到达探测区后，所述微波源产生设定频率的微波π/2脉冲，用于将原子团分为两种磁不敏感的内态原子。

更进一步地，双内态原子探测模块包括：原子探测单元，设置于所述原子囚禁单元的正上方，用于探测完成干涉后不同动量态的双内态原子。

更进一步地，原子探测单元包括：探测窗口、探测光和第一反射镜；第一反射镜设置在与所述探测区窗口正对方向上，用于使原子在探测区受到激光两个方向平衡的散射力作用；通过在所述探测区窗口上加入所述探测光，当原子到达探测区的中心后，打开探测光，探测光与原子共振会发射出荧光，通过光电管接收原子发出的荧光获得原子的数目。