[发明专利]基于冷原子干涉原理的惯性测量设备

摘要

本发明公开了一种基于冷原子干涉原理的惯性测量设备，所述惯性测量设备包括3个惯性测量单元、拉曼激光器、可调节分光比的分光设备，每个所述惯性测量单元包括单模窄线宽激光器、干涉腔、光纤分束器、四个声光调制器AOM和一个电光调制器EOM，所述干涉腔中填充有铷原子蒸汽，所述拉曼激光器发出的拉曼激光通过可调节分光比的分光设备分成3束拉曼激光，输出给三个惯性测量单元，三束拉曼激光的入射方向彼此正交。本发明设计了一种合理的结构方案，将三个原子干涉仪组成金字塔形式安装,使三个原子干涉仪敏感的加速度方向正交，敏感的角速度方向也是正交的。三个原子干涉仪共用一套激光系统，从而实现原子干涉过程的同步，如此基于原子干涉仪的惯性测量单元能够同时敏感六自由度的惯性参量。

主权项

一种基于冷原子干涉原理的惯性测量设备，其特征在于：所述惯性测量设备包括3个惯性测量单元、拉曼激光器、可调节分光比的分光设备，每个所述惯性测量单元包括：单模窄线宽激光器、干涉腔、光纤分束器、四个声光调制器AOM和一个电光调制器EOM，所述干涉腔中填充有铷原子蒸汽，所述拉曼激光器发出的拉曼激光通过可调节分光比的分光设备分成3束拉曼激光，输出给三个惯性测量单元，三束拉曼激光的入射方向彼此正交，单模窄线宽激光器产生780nm的激光，通过光纤分束器分成5束光：第一光束、第二光束、第三光束、第四光束、第五光束，其中，第一光束、第二光束、第三光束、第四光束分别经过AOM1、AOM2、AOM3、AOM4，第五束光经过EOM，其中第一光束、第二光束、第三光束经过AOM1、AOM2、AOM3的调节后作为冷却光，频率在87Rb原子52S1/2F＝2→52P3/2F’＝2共振跃迁负失谐12MHz处，第四光束经AOM4调节后作为探测光I和态制备光，频率在87Rb原子52S1/2F＝2→52P3/2F’＝3的共振跃迁谱线上，第五束光作为回泵光和探测光II频率在87Rb原子52S1/2F＝1→52P3/2F’＝2的共振跃迁谱线上；分别对第一光束、第二光束、第三光束的冷却光进一步分光，每束光分成四束，形成12束冷却光，6束作为一组，每组中的6束光两两对射进入干涉腔，并且两两正交；将作为回泵光的第五光束等分成四束，每两束加入到一组冷却光中，与冷却光中的相应光束合束，射入干涉腔中，对87Rb原子进行冷却和囚禁，在干涉腔中形成两个冷却原子团，增加AOM1所调整出的光束的频率2.2M，同时减小AOM2所调整出的光束的频率2.2M，实现两个冷却原子团的对抛，对AOM4出射的激光进行分光，作为两束探测光I和态制备光，将两束态制备光分别与两个冷却原子团相互作用，将两个冷却原子团中的铷原子统一制备到F＝2,mF＝0的态上；利用拉曼激光器产生拉曼光，分三次照射对抛原子团，第一次照射使冷原子团分束，第二次照射使冷原子团偏转，第三次照射使冷原子团合束，在冷原子团合束的过程中，冷原子团将产生干涉，利用探测光I照射并与干涉后的原子团相互作用，使冷原子团产生荧光，然后，利用探测光II进一步照射冷原子团，使荧光加强，对于每个冷原子团，分别测量两次探测光照射后所产生的荧光光强，计算两次荧光的光强比，基于光强比计算干涉后的原子跃迁概率，基于原子跃迁概率计算冷原子团干涉的相位，基于对两个原子团测量所得到的干涉相位计算该原子干涉单元的角速率和线加速度；通过三个原子干涉单元同步测量三个正交的角速率和线加速度。