[实用新型]一种双内态Bragg原子干涉惯性传感器

说明书

技术领域

本实用新型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 et al.Precision atomic gravimeter based on Bragg diffraction，New Journal of Physics 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。

实用新型内容

针对现有技术的缺陷，本实用新型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。

本实用新型提供了一种双内态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光失谐控制模块调节Bragg光频率；双内态原子制备模块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实现两种内态原子的同时干涉测量。

本实用新型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种子激光光源产生1560nm种子激光；所述激光放大器将种子激光放大；所述倍频晶体将放大后的激光倍频；所述锁频的外腔半导体激光器与倍频的激光作拍产生拍频信号；所述可调微波源产生参考信号；所述数字鉴频鉴相器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，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，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，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。

更进一步地，双内态原子干涉模块包括：原子干涉单元和Bragg光脉冲产生装置；所述原子干涉单元位于原子探测单元上方，提供一个双内态原子干涉区；所述Bragg光脉冲产生装置分别嵌入在原子干涉单元中；分别提供3个π/2-π-π/2 Bragg光脉冲。

更进一步地，原子干涉单元包括：第一干涉窗口、第二干涉窗口、第三干涉窗口、第四干涉窗口、第一反射镜组，第二反射镜组，第三反射镜组和第四反射镜组；第一干涉窗口、第二干涉窗口、第三干涉窗口、第四干涉窗口分布于干涉区，第一反射镜组，第二反射镜组，第三反射镜组和第四反射镜组分别安装在第一干涉窗口、第二干涉窗口、第三干涉窗口、第四干涉窗口的相对面，形成反向传播的Bragg光脉冲。

更进一步地，第一反射镜组，第二反射镜组，第三反射镜组和第四反射镜组结构相同，均包括1/4波片和反射镜，1/4波片安装于反射镜反射光的传播方向。