[发明专利]一种小型化的原子干涉陀螺仪装置及测量方法

说明书

本发明公开了一种小型化的原子干涉陀螺仪装置及测量方法。本发明装置包括：震动隔离平台(01)、激光系统(02)、真空腔(03)、二维磁光阱(07)、金字塔型磁光阱(09)、检测系统(10)、预冷却激光、囚禁激光束、探测激光、再泵浦激光、补偿激光、吹走激光、拉曼激光束对以及对应的激光光束发射器等。本装置的检测方法是采用点源干涉测量(PSI)技术，通过再泵浦激光激发碱金属样品获得碱金属原子团，然后经过冷却等操作在金字塔型磁光阱(11)中捕获原子，然后原子自由落体一段时间后，形成一个拓展原子球。再利用单个拓展原子球同时测量旋转量和加速度来实现陀螺仪功能。本发明结构简单，体积小，在高性能惯性导航系统中具有很高的应用价值。

技术领域

本发明属于量子精密测量中的旋转量和加速度测量领域，特别涉及一种小型化的原子干涉陀螺仪装置及测量方法

背景技术

原子干涉仪已用于测量重力，重力梯度、旋转和加速度。高精度原子干涉仪在技术和基础物理中具有潜在的应用。虽然高性能原子干涉仪在实验室环境中变得越来越普遍，但在移动车辆上只有少数发布的演示，包括在振动噪声环境中的机载加速度计演示。虽然是便携式的，但这些仪器非常复杂，运行它们的设备占用了几立方米。原子干涉仪陀螺仪甚至更复杂，因为它们需要具有独立原子发射和探测系统的反向传播原子源。简化构建原子干涉仪陀螺仪的方法可能最终有助于它们在便携式应用中的使用。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了一种小型化的原子干涉陀螺仪装置及测量方法。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种小型化的原子干涉陀螺仪装置及测量方法，包含：

震动隔离平台01、激光系统02、真空腔03、壳体04、反亥姆霍兹线圈对05、碱金属原子收集腔06、二维磁光阱07、二维磁光阱反向磁场线圈对08、金字塔型磁光阱09、检测系统10、移动平台C11、音圈电机C12、音圈电机控制系统13、音圈电机A14、移动平台A15、移动平台B16、移动平台D17、干涉腔18、激光光束发射器A E1、激光光束发射器B E2、激光光束发射器C E3、激光光束发射器D E4、激光光束发射器E E5、激光光束发射器F E6、激光光束发射器G E7、探测激光束L1、二维磁光阱预冷却激光束L2、补偿激光束L3、金字塔型磁光阱囚禁激光束L4、再泵浦激光束L5、拉曼脉冲对激光束L6、吹走激光束L7。

所述的震动隔离平台01包括微震仪，隔振面板，音圈电机和被动隔振平台，防止整个装置震动。壳体04包含磁场补偿线圈和磁场屏蔽的装置，使测量结果更加准确。

所述的激光系统02控制激光光束发射器A E1、激光光束发射器B E2、激光光束发射器C E3、激光光束发射器D E4、激光光束发射器E E5、激光光束发射器F E6、激光光束发射器G E7发射对应的激光束。探测激光束L1提供检测系统10所需要的探测光；二维磁光阱预冷却激光束L2用来预冷却碱金属原子；补偿激光束L3在金字塔型磁光阱09捕获碱金属原子时提供所需要的囚禁光束，在碱金属原子拓展阶段提供所需要的拉曼脉冲对激光束；金字塔型磁光阱囚禁激光束L4用来捕获碱金属原子；再泵浦激光束L5使检测完成的碱金属原子重新回到碱金属原子收集腔06完成下一轮的冷却、捕获、检测的循环；拉曼脉冲对激光束L6用于碱金属原子的拓展；吹走激光束L7用来完成碱金属原子的选态，选择磁不敏感的碱金属原子。

所述的碱金属原子收集腔06内部含有碱金属样品，提供整个装置所需要的碱金属原子。

所述的二维磁光阱07，在垂直于二维磁光阱07的方向上设置两对对射且相互垂直的激光光束发射器E2，以激光光束发射器E2为轴，对称地设置有二维磁光阱反相磁场线圈对08，构成二维磁光阱07。为下落的碱金属原子提供预冷却所需要的激光和磁场。

所述的反亥姆霍兹线圈对05提供了冷原子囚禁中所需的梯度磁场，梯度磁场产生的赛曼效应对于原子运动引起的多普勒频移起到一定的补偿作用，从而提高冷却光的利用率。