[发明专利]一种三轴原子干涉陀螺仪及实现方法

说明书

本发明公开了一种三轴原子干涉陀螺仪，包括原子干涉陀螺仪物理系统、磁场控制线圈、冷却激光、探测器、探测光、冷却原子团、第一组拉曼光、第二组拉曼光和第三组拉曼光，在原子干涉陀螺仪物理系统的两端都设置有冷却原子团，两端的冷却原子团都包括三种原子，三种拉曼光分别作用于相对抛射的冷却原子团中的三种原子，本发明还公开了一种三轴原子干涉陀螺仪的实现方法，本发明利用单一原子干涉陀螺仪物理系统同时实现多轴原子干涉陀螺仪的测量装置，通过采用多种不同种类的原子作为干涉介质，同时进行原子冷却、选态、干涉，分别对多种原子进行荧光信号探测，输出三个方向的转动信号。

技术领域

本发明涉及量子传感技术领域，更具体的涉及一种三轴原子干涉陀螺仪的实现方案，同时还涉及到一种三轴原子干涉陀螺仪装置。适用于原子惯性测量技术领域。

技术背景

基于原子干涉的陀螺仪具有高精度的转动测量潜力，正逐步应用于基础科学研究和工程技术方面。在惯性导航系统的应用中，陀螺仪测量载体转动运动信息，结合加速度计测量加速度信息，可得到载体的运动姿态和位置信息，实现载体的惯性导航。陀螺仪也可应用于稳定平台中，隔离载体的转动运动，使得搭载在稳定平台上的载荷始终保持精确的指向。基础科学研究中，三轴的陀螺仪测量地球不同纬度的转速变化用于广义相对论的检验。在以上的应用中，不仅需要高精度的陀螺仪，而且需要同时进行三轴转动测量的陀螺仪，基于原子干涉的三轴陀螺仪就能很好的满足以上应用需求。

针对本发明应用背景的已有相关文章和技术方案如下：

要实现原子干涉陀螺仪的三轴测量，可简单的通过三个互相正交的原子干涉陀螺仪组合使用，同时测量三个相互垂直轴的转动信息，然而，基于目前的技术手段，三个原子干涉陀螺仪的组合将大大增加整个系统的体积、功耗和系统复杂程度；另一种通过一个原子干涉陀螺仪分时段进行不同转动轴的测量，如巴黎天文台的B.Canel等人提出的方案。但针对在多数应用场景，需要可实时输出转动信息的多轴陀螺仪。

发明内容

本发明的目的在于针对目前原子干涉陀螺仪多轴转动测量面临的问题，提供了一种利用单一物理装置同时实现多轴原子干涉陀螺仪的测量装置，通过采用多种不同种类的原子作为干涉介质，同时进行原子冷却、选态、干涉，分别对多种原子进行荧光信号探测，输出多个方向的转动信号。

本发明的上述目的通过以下技术方案实现：

一种三轴原子干涉陀螺仪，包括原子干涉陀螺仪物理系统，还包括磁场控制线圈，

磁场控制线圈包括中心轴线位于z轴方向的第一磁场控制线圈对和中心轴线位于y轴方向的第二磁场控制线圈对，原子干涉陀螺仪物理系统一端至另一端的方向位于x轴方向，

原子干涉陀螺仪物理系统的两端都设置有冷却激光和冷却原子团，两端的冷却原子团均包括三种原子，原子干涉陀螺仪物理系统两端均设置有探测器和探测光，

第一组拉曼光、第二组拉曼光、第三组拉曼光入射原子干涉陀螺仪物理系统的干涉区；

第一组拉曼光方向位于z轴方向，

第二组拉曼光方向位于y轴方向，

第三组拉曼光方向位于y轴方向。

一种三轴原子干涉陀螺仪实现方法，包括以下步骤：

步骤1、首先打开第一磁场控制线圈对，关闭第二磁场控制线圈对，形成沿z轴方向的磁场分布，在原子干涉陀螺仪物理系统的两端，冷却激光分别囚禁两个冷却原子团中各自的三种原子，然后通过调节冷却激光的频率失谐，冷却激光将两端的冷却原子团相对进行抛射；

步骤2、第一磁场控制线圈对和第二磁场控制线圈对同时打开并接入相同的电流，产生与x-y平面呈45°的磁场，

第一组拉曼光作用于相对抛射的冷却原子团中第一种原子，