编辑: 笨蛋爱傻瓜悦 | 2019-07-06 |
关键词: 冷原子;
原子干涉;
冷原子陀螺仪;
惯性导航 中图分类号: TN
96 文献标志码: A 文章编号:
1008 9268( 2010)
04 0001
05 0 引言物质波的干涉特性在精密测量中有着潜在的 应用[ 1] , 自从
1991 年斯坦福大学朱棣文小组实现 脉冲式原子干涉仪以来[ 2] , 原子干涉仪在重力加速 度测量 [
3 4] , 牛顿引力常数测量 [
5 8] , 精细结构常数 测量[ 9] , 旋转速率测量和地球自转速率测量[
10 12] 等 方面得到了广泛的应用, 目前国际上热原子干涉仪 测量转动的灵敏度达到了 6.
0 10 -
10 rad/ s [
10 11] , 冷原子干涉仪测量转动的灵敏度达到了 1.
4 10-
7 rad/ s [
12 13] .在实际应用中, 冷原子较热原子 具有更小的速度及其速度分布, 利用冷原子实现的 冷原子陀螺仪在小型集成化及其惯性导航领域的 应用中更具有优势, 因此, 冷原子陀螺仪的实验研 究有着重要的意义. 介绍了原子干涉仪的基本物理原理、 冷原子陀 螺仪的物理装置、 小型化集成光路、 主要电路系统 及其冷原子陀螺仪的实验进展, 将分布反馈半导体 激光器( Distributed Feedback, DFB) 注入锥形放 大半导体激光芯片( T ampered Amplified, T A) , 研制出输出功率为
1 W 的分布反馈注入放大半导 体激光器, 其频率稳定性在
1 M Hz 以内, 该激光器 用于原子的激光冷却和囚禁, 研制出直接数字频率 综合器( Direct Digital System, DDS) , 其频率分辨 率在
1 Hz, 用DDS 射频电路控制声光调制器( A cousto Optic Modulator, AOM ) 的频率来精确控 制囚禁光束的频率失谐, 通过调节直接数字频率综 合器和冷却光的相关参数, 精确地控制冷原子的轨 迹, 实现了冷原子的双向对抛, 其温度小于
30 K, 利用拉曼光相干操作冷原子实现了双环路的冷原 子干涉条纹, 其干涉条纹对比度分别为 37% 和22% .通过消除共模噪声和重力加速度等初始相 位对绝对转动速率测量的影响, 我们将实现冷原子 陀螺仪.
1 原子干涉仪 拉曼型原子干涉仪通常采用 / 2- - /
2 构型[14 19] , 第一个 /
2 拉曼脉冲和原子相互作用时 原子相干分束, 拉曼脉冲和原子相互作用时, 两 个态的原子发生布居数互换的同时都获得了双光 子反冲动量, 原子相干反射, 第二个 /
2 拉曼脉冲 和原子相互作用时, 原子合束发生干涉.在原子干 涉过程中, 初始态的原子经过第一个拉曼脉冲实现 分束时, 原子有一半的几率继续呆在初态, 有一半 的几率发生跃迁而呆在激发态, 在激发态的原子同 时获得激光的相位
1 , 形成一个相干叠加态, 当原 子与第二个拉曼光脉冲作用时, 原子正好感受到一 个 的跃迁, 原子布居数发生交换的同时均获得激 光的相位