[发明专利]一种用于原子干涉陀螺仪的拉曼光平行度调节装置及方法

说明书

本发明涉及一种用于原子干涉陀螺仪的拉曼光平行度调节装置，其包括拉曼光准直器、二分之一波片、可变光阑、偏振分光棱镜、45°反射镜、拉曼光反射棱镜、偏振片、衰减片、聚焦透镜、CCD及显示器。本发明的用于原子干涉陀螺仪的拉曼光平行度调节装置及调节方法，通过使用一个顶角为90°的拉曼光反射棱镜对两束空间分离拉曼光进行反射，从根本上提高了两束拉曼光之间的平行度，通过观察光学干涉条纹宽度变化，进一步实现两束拉曼光之间有效波矢的平行度的精细调节，解决原子干涉陀螺仪对拉曼光平行度要求较高的问题。

技术领域

本发明涉及原子干涉技术领域，特别涉及一种用于原子干涉陀螺仪的拉曼光平行度调节装置及方法。

背景技术

随着激光冷却和操控技术的进步，基于双光子受激拉曼跃迁技术实现的原子干涉陀螺仪得到快速发展。用以操控原子波包分束与合束的双光子拉曼脉冲由一对波矢相反，且具有特定偏振态组合的光波组成，其频率差与所用碱金属原子波源的两基态能级差相等，通过精细控制拉曼脉冲的频率和持续时间可以使得原子处于叠加态或分离态。当原子受到横向拉曼光作用发生能态转换的同时，可以在横向上改变的动量，其中k₁和k₂分别为两束相向传播的光波矢。在原子团飞行过程中，在不同位置作用多束拉曼脉冲，可以使原子波包沿两条路径运动并最终会合，从而形成具有一定面积的干涉环路。在干涉过程中受到的科里奥利力作用将通过萨格奈克(Sagnac)效应产生转动相移，测量此相移即可实现转动角速度的测量。

综上所述，在原子干涉陀螺仪中，需要多束空间分离的拉曼脉冲与飞行的原子团作用，从而形成Sagnac干涉环路。拉曼光照射原子团时，原子感受到与拉曼光有效波矢方向一致的反冲动量的作用，如果多束拉曼光之间有效波矢的平行度有偏差，由于动量守恒，最后一个拉曼脉冲作用后两条干涉路径不闭合。根据德布罗意假设，当两条干涉路径交会时的距离小于波源的相干长度时，该物质波干涉仪能够发生干涉。为满足以上条件，需要调节多束拉曼光之间的平行度，使其夹角小于特定允许角，且随干涉时间的增加，该允许角越小。对于通常原子干涉陀螺仪，该允许角一般在μrad量级。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种用于原子干涉陀螺仪的拉曼光平行度调节装置，通过使用一个顶角为90°的拉曼光反射棱镜对两束空间分离拉曼光进行反射，从根本上提高了两束拉曼光之间的平行度，通过观察光学干涉条纹宽度变化，进一步实现两束拉曼光之间有效波矢的平行度的精细调节，解决原子干涉陀螺仪对拉曼光平行度要求较高的问题。

本发明的目的还在于提供一种用于原子干涉陀螺仪的拉曼光平行度调节方法。

本发明解决其技术问题是通过以下技术方案实现的：

一种用于原子干涉陀螺仪的拉曼光平行度调节装置，其特征在于：包括拉曼光准直器、二分之一波片、可变光阑、偏振分光棱镜、45°反射镜、拉曼光反射棱镜、偏振片、衰减片、聚焦透镜、CCD及显示器，

所述拉曼光准直器输出经过准直扩束的线偏振的拉曼光，所述拉曼光包含波长相近的两束光，其频率差与原子干涉陀螺仪中所用碱金属原子波源的两基态能级差相等；所述拉曼光通过所述二分之一波片及所述可变光阑后入射至偏振分光棱镜，分成功率相等、偏振正交的两束光：s光及p光；其中s光由偏振分光棱镜反射后穿过原子干涉陀螺仪的真空腔，在所述拉曼光反射棱镜的相邻直角面发生两次反射，沿反方向穿过真空腔，由45°反射镜改变传输方向，进入偏振分光棱镜后被再次反射；另一束p光透射通过所述偏振分光棱镜，经由所述45°反射镜反射后穿过真空腔，由所述拉曼光反射棱镜两次反射后反方向穿过真空腔，再次进入偏振分光棱镜并透射；