[发明专利]一种冷原子束干涉陀螺装置

摘要

一种冷原子束干涉陀螺装置由冷原子束、原子束相干操纵和陀螺转动信号提取三系统组成；冷原子束系统连续出射|1＞态冷原子束作为物质波源；原子束相干操纵系统由依次置于|1＞态冷原子束出射路径上的三个光栅；以及分别对三个光栅相位进行调制的三个相位调制器组成；|1＞态冷原子束依次进入三个光栅，进行分束、反射和再分束，得|2＞能态和|1＞能态原子束干涉信号；陀螺转动信号提取系统的探测激光束诱导|2＞能态原子束干涉信号发出荧光信号，光电探测装置对荧光信号进行探测并送入计算机进行处理，得陀螺转动角速度信号；可获环境要求低的相对惯性空间的高精度陀螺绝对转动信号。

主权项

一种冷原子束干涉陀螺装置，其由冷原子束系统、原子束相干操纵系统和陀螺转动信号提取系统三部分组成；所述冷原子束系统连续出射|1＞态的冷原子束(1)作为该冷原子束干涉陀螺装置的物质波源，该|1＞态的冷原子束(1)的纵向最可几速度为3～27m/s，纵向速度分布为0.5～5m/s，横向速度不大于10cm/s，原子束通量不小于108atoms/s量级；所述原子束相干操纵系统由依次放置在|1＞态的冷原子束(1)出射路径上的第一光栅(2)、第二光栅(3)和第三光栅(4)；以及依次对所述第一光栅(2)、第二光栅(3)和第三光栅(4)相位进行调制的第一相位调制器(8)、第二相位调制器(7)和第三相位调制器(6)组成；处于|1＞态的冷原子束(1)进入第一光栅(2)分束成|1＞态原子束和|2＞态原子束；再通过第二光栅(3)进行反射，二束原子能态翻转，汇聚一处；之后通过第三光栅(4)对原子束再次分束，分束后的每个原子能态的原子束分别合束；最后输出处于|2＞能态的原子束的干涉信号(5)和处于|1＞能态的原子束的干涉信号(5’)；第一光栅(2)、第二光栅(3)和第三光栅(4)均为满足基于双光子受激拉曼跃迁原理的、偏振方向正交的、横截面为窄线状的、两拉曼光成份对射的拉曼光学光栅；第一光栅(2)、第二光栅(3)和第三光栅(4)分别满足原子受激拉曼跃迁的π/2、π和π/2相位，并分别实现对原子束的分束、反射和合束的相干操纵；所述陀螺转动信号提取系统由光电探测装置(10)、探测激光束(9)和计算机测控系统(69)组成；所述探测激光束(9)诱导所述的处于|2＞能态的原子束的干涉信号(5)发出荧光信号，所述光电探测装置(10)对所发出的荧光信号进行探测并送入计算机进行进一步处理，所述的处理为对时域空间内的|2＞能态原子束的干涉信号(5)进行傅里叶变换，获得动量谱空间内的转动的动量谱函数和无转动的动量谱函数；转动的情况下，转动作用对无转动的动量谱函数具有周期为Tθ的调制作用，进而得到转动的动量谱函数，该调制周期Tθ与惯性空间转动角速度信号Ω之间满足如下关系： Ω = π v 0 k eff L 2 · 1 T θ 其中，v0为|1＞态的冷原子束(1)的最可几速度；keff为两对射拉曼光成份对|1＞态的冷原子束(1)操纵的有效波矢；L为该冷原子束干涉陀螺装置的干涉长度；Tθ：有转动信号时的动量谱相对无转动信号时的动量谱函数的调制周期；通过测量该调制周期Tθ，获得精确的陀螺转动角速度信号Ω；所述的冷原子束系统和原子束相干操纵系统处于真空系统中。