最新原子干涉陀螺仪

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原子干涉陀螺仪原理
• 相位移的路径积分公式有：
•
m h
rvdt
m h
rdrቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
• 设干涉仪闭合区域面积为A，则： 从相位移公式可以看出,
A r dr
相比于光学Sagnac 效 应干涉仪, 原子干涉仪
冷原子干涉陀螺仪的实现
• 原子冷却与囚禁
• 磁光阱（MOT）是目前原子陀螺中实 现原子冷却与囚禁的装置，由6束圆偏 振激光和1对亥姆霍兹线圈组成
• 除了冷却和囚禁原子外，偏振梯度冷
却（PGC）和移动光学黏团
（moving Molasses）也是在MOT
中完成的
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原子相位：
以及电场的作用下原子二能
1 h
p
exdx
Hdt
级的哈密顿量为： H hwe | ee | hwg | g g | d E
•
p ex
• 坐标变换以及旋转波近似解
•
为动量在x方向的 其时变薛定谔方程，当共振
分量, H为哈密顿量_____________光___P_作e_(___用)___时__12_ [，1跃co迁s( 概E0 率h p2为1 ：)]
• 原子陀螺仪与光学陀螺 仪的相位之比为：
atom 2mA
optics
h
2A
c2
mc2
h
• 在相同的实验条件下， 原子干涉测量转动相比
用光学方法灵敏10个数 ___________________________ _______________________
原子干涉陀螺仪原理
• 对于沿x 方向传播的 • 在辐射场E Ez cos(wt )
原子陀螺仪的概述
• 基础：基于现代物理学，随着原子 光学实验技术的进步, 尤其是激光 冷却和操控原子技术的发展而出现 的物质波陀螺仪
• 核心：基于物质波动特性而实现干 涉效应的原子干涉陀螺仪
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世界上第一台原子sagnac陀螺仪
新型陀螺仪 ——原子干涉陀螺仪
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1
原子陀螺仪的概述
2
原子陀螺仪的优势
3
原子干涉陀螺仪的原理
4 冷原子干涉陀螺仪的实现
5 原子干涉陀螺仪进展和展望
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Sagnac相位移会提高
2m 10 个数量级
A ___________________________
h _______________________
冷原子干涉陀螺仪的实现
• 原子冷却与囚禁 • 原子干涉——三拉曼脉冲陀螺、四拉曼脉冲陀螺 • 真空系统 • 原子探测
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原子陀螺仪的优势
• 测量精度高 • 分辨率最高 • 灵敏度高
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原子陀螺仪的优势
• 测量精度高 • 分辨率最高 • 灵敏度高
• 由量子力学公式：
h
p
• 通过计算可知原子的德布 罗意波波长比光波波长小， 可测量更高精度的
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原子陀螺仪的优势
• 测量精度高 • 分辨率最高 • 灵敏度高
• 原子的运动速度远比光速
要慢，这样在相同干涉环
路面积的情况下，原子干
涉有更大的路程（光程）
差：L 2A 2A
v
c
__________•___Ω____为____角___速___ 度，A为Sagnac
• 法国巴黎天文台冷原子惯 性测量装置
• 对加速度的测量精度： 5.5×10-7（m/s2)/Hz0.5
• 对角速率的测量精度： 2.4×10-7（rad/s)Hz0.5
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冷原子干涉陀螺仪的实现
• 真空系统
• 真空系统的设计要充分考虑原子干涉的需求， 因为背景气体的碰撞会引起原子束的发散，最 后导致干涉信号信噪比的下降
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原子陀螺仪的优势
• 测量精度高 • 分辨率最高 • 灵敏度高
• 原子陀螺仪是目前分 辨率最高的陀螺仪
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原子陀螺仪的优势
• 测量精度高 • 分辨率最高 • 灵敏度高
冷原子干涉陀螺仪的实现
• 原子探测
• 原子的干涉信号不能通
过传感器直接记录，而
是收集激光与原子作用
的共振荧光，间接探测
N原子1d6数2Phs目wL02： 1
s
4 2
s 2
2
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原子干涉陀螺仪进展和展望
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原子干涉陀螺仪原理
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原子干涉陀螺仪原理
• 微扰理论和路径积分
近似可以将原子干涉
仪中两路的相位差表
示为：
1 h
Ldt
L
• L为拉m格朗 (r日的v)微扰 量，在惯性坐标系中：
冷原子干涉陀螺仪的实现
• 三拉曼脉冲陀螺仪
• 原子干涉信号最终的相位 差表示： 3 L acc rot
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冷原子干涉陀螺仪的实现
• 四拉曼脉冲陀螺仪
• 原子干涉信号最终的相 位差表示： 4 L acc rot