[发明专利]一种波粒涡旋陀螺的陀螺效应验证装置

说明书

本发明涉及一种波粒涡旋陀螺的陀螺效应验证装置。本装置包括激光器、空间光调制器、分光棱镜、旋转台、低温恒温器、转速控制器、图像传感器，其中，旋转台1放置于低温恒温器，样品承载于旋转台1，图像传感器1固定，图像传感器2与旋转台2固联，转速控制器控制两转台的转速。首先，激光器产生的高斯光束经空间光调制器调制为环状对称分布的泵浦光；此圆环形光斑经分光棱镜1射入低温恒温器，照射样品表面激发出激子极化激元涡旋叠加态的干涉图样；干涉图样透过分光棱镜1，经分光棱镜2，进入图像传感器1和2。其中，图像传感器1检测干涉图样是否转动，可定性验证陀螺效应；图像传感器2检测干涉图样的旋转速率，可定量验证陀螺效应。

技术领域

本发明涉及一种波粒涡旋陀螺的陀螺效应验证装置。本装置结构简单、 便捷高效，可对波粒涡旋陀螺的陀螺效应进行定量与定性的验证分析。

技术背景

陀螺仪作为一种重要的惯性导航设备，在军用和民用领域都发挥着重要 的作用。波粒涡旋陀螺仪，是通过激子极化激元涡旋叠加态的Sagnac效应 来敏感载体框架相对惯性空间角运动的仪器。波粒涡旋陀螺属于全新机理的 新型陀螺，其具有超高精度、小体积、快启动的突出优势。

利用激子极化激元的Sagnac干涉，可实现载体角速率敏感，激子极化 激元BEC类似静电陀螺仪中的高速转子，由于激子极化激元BEC的超流特 性，可实现与载体框架的完全隔离，圆环形光斑能够激发出稳定的激子极化 激元涡旋叠加态，并且通过自发相干辐射输出与框架隔离的涡旋叠加态干涉 图样，从而实现基准和框架相对运动的读出。

波粒涡旋陀螺属于国际首创，虽然理论上证明了波粒涡旋陀螺效应，但 实验验证陀螺效应的装置还处于空白。因此科学、精确、高效的陀螺效应验 证装置对推动波粒涡旋陀螺的研究发展具有重大意义，也是目前波粒涡旋陀 螺应用性研究的前瞻性问题。

发明内容

本发明的技术解决问题是：针对波粒涡旋陀螺的陀螺效应实验验证的迫 切需求，提出了一种波粒涡旋陀螺的陀螺效应验证装置，不仅能对陀螺效应 进行定性的验证，而且能够对陀螺效应进行高精度的定量检测。本装置结构 简单，光路易调，操作方便，是开展波粒涡旋陀螺灵敏度及其精度研究的基 础，是量子陀螺从理论研究到实验验证实现应用的关键。

本发明的技术解决方案是：首先，激光器(1)产生的高斯光束经空间 光调制器(2)调制为环状对称分布的泵浦光，然后经过分光棱镜1(3)后 射入低温恒温器(4)的光学窗口，照射样品表面激发出稳定的激子极化激 元涡旋叠加态，转动旋转台1(5)和旋转台2(9)，旋转样品和图像传感 器2(8)；激子极化激元相干自发辐射输出涡旋叠加态花瓣状干涉图样透 过分光棱镜1(3)，经分光棱镜2(7)分束后被图像传感器1(10)和图 像传感器2(8)接收检测。其中，图像传感器1(10)检测涡旋叠加态干涉 图样是否转动，用于定性验证波粒涡旋陀螺的陀螺效应，图像传感器2(8) 随旋转台2(9)同步转动，检测干涉图样的旋转速率，解析出旋转台的角 速率信息，用于定量验证波粒涡旋陀螺的陀螺效应。

本发明的原理是：

(1)定性检测的原理

激光器(1)产生的高斯光束经空间光调制器(2)调制为环状对称分布 的泵浦光，然后经过分光棱镜1(3)后射入低温恒温器(4)的光学窗口， 照射样品表面激发出稳定的激子极化激元涡旋叠加态，如图3所示；转动实 验转台1(5)，旋转样品；激子极化激元相干自发辐射输出花瓣状干涉图 样经分光棱镜1(3)后被图像传感器1(10)接收。

在微腔转动的时候，两个沿着相反方向转动的涡旋得到的Sagnac相位 差在微腔参考系中会使得花瓣状干涉图样向着微腔转动方向的相反方向转 动；如果图像传感器1(10)相对地球不动，花瓣状干涉图样在微腔参考系 中的转动与微腔本身的转动情况下处于静止。

(2)定量检测的原理