[发明专利]圆形谐振器倏逝波捕集的原子陀螺仪

说明书

本发明题为“圆形谐振器倏逝波捕集的原子陀螺仪”。本发明提供了用于通过围绕圆形谐振器捕集冷碱原子并利用拉曼干涉测量法或布拉格干涉测量法来确定围绕圆形谐振器的中心轴线的旋转速率的方法和设备。

背景技术

陀螺仪用于确定围绕轴线的旋转速率。然而，常规陀螺仪(诸如谐振光纤陀螺仪)对旋转的灵敏度有限。一些应用需要较高旋转灵敏度。

基于原子干涉仪的陀螺仪具有较高旋转灵敏度。然而，基于原子干涉仪的现有陀螺仪通常不满足许多应用的尺寸、重量、功率和成本(SWAP-C)要求。此外，此类系统不能成本有效地批量制造，因为这些系统的性能需要在构造时进行显著的调整。另外，此类系统的性能易受环境因子的影响，使得这些系统的性能可变化，因此不可重复；因此，此类系统不满足应用稳定性要求。因此，基于原子干涉仪的当前陀螺仪不满足许多现代应用的要求。

因此，需要基于原子干涉仪的陀螺仪，该陀螺仪将满足顾客的SWAP-C要求和稳定性要求，并且可以成本有效地批量生产。

发明内容

本发明提供了一种方法。该方法包括：围绕圆形谐振器的圆周表面冷凝冷碱原子；围绕所述圆形谐振器的所述圆周表面捕集碱原子和所述碱原子的相应的原子波函数，以及从所述圆形谐振器的所述圆周表面移位所述碱原子和所述碱原子的相应的原子波函数；将第一组至少一个光学脉冲耦合到所述圆形谐振器；其中所述第一组至少一个光学脉冲具有振幅、相位和频率，使得围绕所述圆形谐振器的所述圆周表面产生第一倏逝场，所述第一倏逝场将所述碱原子的所述原子波函数分裂成两个部分；其中一个部分具有第一状态，并且另一部分具有第二状态；允许所述原子波函数的某些部分围绕所述圆形谐振器的所述圆周表面传播至少一次；将第二组至少一个光学脉冲耦合到所述圆形谐振器；其中所述第二组至少一个光学脉冲具有振幅、相位和频率，使得围绕圆形谐振器的所述圆周表面产生第二倏逝场，所述第二倏逝场导致所述碱原子的所述原子波函数的所述两个状态具有取决于围绕所述圆形谐振器的中心轴线的旋转速率的比率；将第三组至少一个光学脉冲耦合到所述圆形谐振器；其中所述第三组至少一个光学脉冲具有振幅、相位和频率，使得透射光的振幅或相位或散射光的振幅取决于所述碱原子的所述原子波函数的所述两个部分的总体比率；测量所述第三组至少一个光学脉冲中的光学振幅和光学相位中的至少一者，所述光学振幅和光学相位已经由以下中的至少一者操作：由所述圆形谐振器透射和散射；基于由所述至少一个光学检测器测量的所述光学振幅和所述光学相位中的至少一者来确定围绕所述中心轴线与围绕所述圆形谐振器的所述中心轴线的旋转速率对应的所述原子波函数的所述两个部分之间的相移；以及使用所确定的相移来确定旋转速率。

附图说明

应当理解，附图仅示出了示例性实施方案，因此不应认为是限制本发明的范围，将通过附图的使用以附加特征和细节来描述示例性实施方案，其中：

图1A示出了圆形谐振器倏逝波捕集的原子陀螺仪的一个实施方案的框图；

图1B示出了圆形谐振器的一个实施方案的视图；

图1C示出了包括可移动主体的系统的示例，该可移动主体包括至少一个圆形谐振器倏逝波捕集的原子陀螺仪；并且

图2示出了圆形谐振器倏逝波捕集的原子陀螺仪的示例性操作方法。

根据惯例，所描述的各种特征未必按比例绘制，而是用于强调与示例性实施方案相关的特定特征。参考字符在所有图和文本中表示类似的元件。

具体实施方式

在以下详细描述中，参考形成其一部分的附图，并且其中通过图示方式示出了特定的例示性实施方案。然而，应当理解，可利用其他实施方案，并且可进行该结构、机械和电气改变。此外，附图和说明书中呈现的方法不应被解释为限制可执行各个步骤的顺序。因此，以下详细描述不应被视为具有限制意义。