本發(fā)明屬于原子干涉測(cè)量慣性技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種雙內(nèi)態(tài)Bragg原子干涉慣性傳感器。

背景技術(shù)：

原子干涉儀因其潛在高靈敏度和量子屬性，在精密測(cè)量領(lǐng)域已被用來進(jìn)行重力、重力梯度、轉(zhuǎn)動(dòng)、精細(xì)結(jié)構(gòu)常數(shù)、磁場(chǎng)梯度、萬有引力常數(shù)等測(cè)量，同時(shí)也用來檢驗(yàn)一些物理學(xué)的基本原理。它在基礎(chǔ)科學(xué)研究、重力測(cè)量、資源勘探、重力輔助導(dǎo)航等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用前景。原子干涉儀的不斷發(fā)展，其測(cè)量的精度也在不斷提高。

在測(cè)量重力加速方面，利用基于Bragg衍射的大動(dòng)量反沖技術(shù)，澳大利亞國(guó)立大學(xué)的N P Robins小組實(shí)現(xiàn)了單一內(nèi)態(tài)的Bragg原子干涉重力儀(參考文獻(xiàn)：P A Altin et al.Precision atomic gravimeter based on Bragg diffraction，New Journal of Physics 15(2013)023009)，該干涉儀不僅較大的轉(zhuǎn)移原子動(dòng)量，而且原子在干涉過程中始終保持同一內(nèi)態(tài)。該類型原子干涉儀雖然不易受外部電磁場(chǎng)干擾，但是一次只能得到一個(gè)測(cè)量值，且不是差分測(cè)量，因此采樣率低、相關(guān)噪聲不能共模抑制。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種雙內(nèi)態(tài)Bragg原子干涉慣性傳感器，旨在解決現(xiàn)有技術(shù)中由于一次只能得到一個(gè)測(cè)量值且不是差分測(cè)量導(dǎo)致采樣率低、相關(guān)噪聲不能共模抑制的問題。

本發(fā)明提供了一種雙內(nèi)態(tài)Bragg原子干涉慣性傳感器，包括：Bragg光失諧控制模塊，雙內(nèi)態(tài)原子制備模塊，雙內(nèi)態(tài)原子探測(cè)模塊和雙內(nèi)態(tài)原子干涉模塊；Bragg光失諧控制模塊用于Bragg光頻率的調(diào)節(jié)；雙內(nèi)態(tài)原子制備模塊用于產(chǎn)生干涉測(cè)量所需要的兩種內(nèi)態(tài)原子；雙內(nèi)態(tài)原子探測(cè)模塊用于探測(cè)干涉完成后不同動(dòng)量態(tài)的雙內(nèi)態(tài)原子；雙內(nèi)態(tài)原子干涉模塊用于實(shí)現(xiàn)兩種內(nèi)態(tài)原子的同時(shí)干涉測(cè)量。

本發(fā)明針對(duì)該型原子干涉儀的缺點(diǎn)，提出在一次測(cè)量中同時(shí)實(shí)現(xiàn)多個(gè)不同內(nèi)態(tài)的Bragg原子干涉儀，既可以提高采樣率，又具有差分共模特性。

更進(jìn)一步地，Bragg光失諧控制模塊包括：依次連接的DFB種子激光光源，激光放大器，倍頻晶體，鎖頻的外腔半導(dǎo)體激光器，可調(diào)微波源和數(shù)字鑒頻鑒相器；DFB種子激光光源用于產(chǎn)生1560nm種子激光；所述激光放大器用于將種子激光放大；所述倍頻晶體用于將放大后的激光倍頻；所述鎖頻的外腔半導(dǎo)體激光器用于和倍頻的激光作拍產(chǎn)生拍頻信號(hào)；所述可調(diào)微波源用于產(chǎn)生參考信號(hào)；所述數(shù)字鑒頻鑒相器用于比較拍頻信號(hào)和參考信號(hào)的頻率差別得出誤差信號(hào)。

更進(jìn)一步地，雙內(nèi)態(tài)原子制備模塊包括：原子囚禁單元和微波源；所述原子囚禁單元用于制備磁不敏感態(tài)的原子團(tuán)；所述微波源位于探測(cè)區(qū)窗口，當(dāng)原子團(tuán)上拋到達(dá)探測(cè)區(qū)后，所述微波源產(chǎn)生設(shè)定頻率的微波π/2脈沖，用于將原子團(tuán)分為兩種磁不敏感的內(nèi)態(tài)原子。

更進(jìn)一步地，雙內(nèi)態(tài)原子探測(cè)模塊包括：原子探測(cè)單元，設(shè)置于所述原子囚禁單元的正上方，用于探測(cè)完成干涉后不同動(dòng)量態(tài)的雙內(nèi)態(tài)原子。

更進(jìn)一步地，原子探測(cè)單元包括：探測(cè)窗口、探測(cè)光和第一反射鏡；第一反射鏡設(shè)置在與所述探測(cè)區(qū)窗口正對(duì)方向上，用于使原子在探測(cè)區(qū)受到激光兩個(gè)方向平衡的散射力作用；通過在所述探測(cè)區(qū)窗口上加入所述探測(cè)光，當(dāng)原子到達(dá)探測(cè)區(qū)的中心后，打開探測(cè)光，探測(cè)光與原子共振會(huì)發(fā)射出熒光，通過光電管接收原子發(fā)出的熒光獲得原子的數(shù)目。

更進(jìn)一步地，雙內(nèi)態(tài)原子干涉模塊包括：原子干涉單元和Bragg光脈沖產(chǎn)生裝置；所述原子干涉單元位于原子探測(cè)單元上方，用于提供一個(gè)雙內(nèi)態(tài)原子干涉區(qū)；所述Bragg光脈沖產(chǎn)生裝置分別嵌入在原子干涉單元中；用于分別提供3個(gè)π/2-π-π/2Bragg光脈沖。

更進(jìn)一步地，原子干涉單元包括：第一干涉窗口、第二干涉窗口、第三干涉窗口、第四干涉窗口、第一反射鏡組，第二反射鏡組，第三反射鏡組和第四反射鏡組；第一干涉窗口、第二干涉窗口、第三干涉窗口、第四干涉窗口分布于干涉區(qū)，第一反射鏡組，第二反射鏡組，第三反射鏡組和第四反射鏡組分別安裝在第一干涉窗口、第二干涉窗口、第三干涉窗口、第四干涉窗口的相對(duì)面，用于形成反向傳播的Bragg光脈沖。

更進(jìn)一步地，第一反射鏡組，第二反射鏡組，第三反射鏡組和第四反射鏡組結(jié)構(gòu)相同，均包括1/4波片和反射鏡，1/4波片安裝于反射鏡反射光的傳播方向。

更進(jìn)一步地，當(dāng)需要進(jìn)行重力加速度測(cè)量時(shí)，將Bragg光與原子上拋方向平行配置，并利用三個(gè)π/2-π-π/2Bragg脈沖構(gòu)成一個(gè)馬赫-曾德爾干涉儀，實(shí)現(xiàn)重力加速度測(cè)量；當(dāng)需要進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)量時(shí)，將Bragg光與原子上拋方向垂直配置，并利用三個(gè)π/2-π-π/2Bragg脈沖構(gòu)成一個(gè)三脈沖干涉陀螺儀，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)量。

通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明在同一干涉裝置上，利用兩個(gè)內(nèi)態(tài)原子在相同的路徑上的同時(shí)干涉，可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)慣性量的同時(shí)測(cè)量，提高了測(cè)量的采樣率；磁不敏感的雙內(nèi)態(tài)原子在測(cè)量過程中利用Bragg衍射技術(shù)而不改變?cè)觾?nèi)態(tài)，減小了外場(chǎng)帶來的影響，而且利用雙內(nèi)態(tài)原子同時(shí)干涉，通過雙態(tài)干涉相位的共模特性又可以進(jìn)一步抑制外場(chǎng)帶來的影響；此外，雙內(nèi)態(tài)Bragg干涉儀僅是在原有Bragg干涉儀基礎(chǔ)上加入雙內(nèi)態(tài)制備、失諧控制等模塊，實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)單，而且通過Bragg光的不同配置還能夠?qū)崿F(xiàn)兩個(gè)慣性量的測(cè)量。在雙內(nèi)態(tài)的基礎(chǔ)上，本發(fā)明可以擴(kuò)展至多個(gè)內(nèi)態(tài)的Bragg原子干涉慣性傳感器，故多個(gè)內(nèi)態(tài)的情況也屬于本發(fā)明內(nèi)容。

附圖說明

圖1為本發(fā)明提出的雙內(nèi)態(tài)Bragg原子干涉慣性傳感器裝置示意圖；

圖2為本發(fā)明提出的雙內(nèi)態(tài)Bragg干涉流程示意圖；

圖3為本發(fā)明提出的雙內(nèi)態(tài)Bragg干涉測(cè)量重力加速度示意圖；

圖4為本發(fā)明提出的雙內(nèi)態(tài)Bragg干涉測(cè)量轉(zhuǎn)動(dòng)示意圖；

圖5為⁸⁷Rb原子D2線精細(xì)結(jié)構(gòu)示意圖。

其中，100為雙內(nèi)態(tài)原子制備模塊；101為第一囚禁激光光束；102為第二囚禁激光光束；103為第三囚禁激光光束；104為第四囚禁激光光束；105為第五囚禁激光光束；106為第六囚禁激光光束；107為微波源；200為原子探測(cè)單元；201為探測(cè)窗口；202為探測(cè)光；203為第一反射鏡；300為原子干涉單元；301為第一干涉窗口，302為第一Bragg光脈沖；303為包含1/4波片的第一反射鏡組；304為第二干涉窗口；305為第二Bragg光脈沖；306為包含1/4波片的第二反射鏡組；307為第三干涉窗口；308為第三Bragg光脈沖；309為包含1/4波片的第三反射鏡組；310為第四干涉窗口，311為第四Bragg光脈沖，312為包含1/4波片的第四反射鏡組。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

本發(fā)明涉及原子干涉測(cè)量慣性技術(shù)領(lǐng)域，提供了一種雙內(nèi)態(tài)Bragg原子干涉慣性傳感器。本發(fā)明以⁸⁷Rb原子為例并不僅限于⁸⁷Rb原子，提供了一種雙內(nèi)態(tài)Bragg原子干涉慣性傳感器，其目的在于利用該型Bragg干涉儀既能實(shí)現(xiàn)重力加速的測(cè)量，又能實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)的測(cè)量，其原理在于在實(shí)現(xiàn)⁸⁷Rb原子F＝1和F＝2兩內(nèi)態(tài)原子各自的同時(shí)干涉。在Bragg光方向同原子上拋方向上平行配置時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)重力加速度的同時(shí)測(cè)量；在Bragg光方向與原子上拋方向垂直配置時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)測(cè)量。旨在解決現(xiàn)有技術(shù)中采樣率低和易受外部電磁場(chǎng)干擾的問題。

本發(fā)明提供了一種雙內(nèi)態(tài)Bragg原子干涉慣性傳感器，包括：Bragg光失諧控制模塊，雙內(nèi)態(tài)原子制備模塊，雙內(nèi)原子探測(cè)模塊和雙內(nèi)態(tài)原子干涉模塊；其中，Bragg光失諧控制模塊用于Bragg光頻率的調(diào)節(jié)；雙內(nèi)態(tài)原子制備模塊用于產(chǎn)生干涉測(cè)量所需要的兩種內(nèi)態(tài)原子；雙內(nèi)態(tài)原子探測(cè)模塊用于探測(cè)干涉完成后不同動(dòng)量態(tài)的雙內(nèi)態(tài)原子；雙內(nèi)態(tài)原子干涉模塊用于實(shí)現(xiàn)兩種內(nèi)態(tài)原子的同時(shí)干涉測(cè)量。

當(dāng)需要進(jìn)行重力加速度測(cè)量時(shí)，將Bragg光與原子上拋方向平行配置，然后利用三個(gè)π/2-π-π/2Bragg脈沖構(gòu)成一個(gè)馬赫-曾德爾干涉儀，實(shí)現(xiàn)重力加速度測(cè)量。

當(dāng)需要進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)量時(shí)，將Bragg光與原子上拋方向垂直配置，然后利用三個(gè)π/2-π-π/2Bragg脈沖構(gòu)成一個(gè)三脈沖干涉陀螺儀，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)量。此外，還可以分別利用四個(gè)π/2-π-π-π/2Bragg脈沖構(gòu)成一個(gè)四脈沖干涉陀螺儀，同樣實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)量。

在本發(fā)明實(shí)施例中，Bragg光失諧控制模塊包括：依次連接的DFB種子激光光源，激光放大器，倍頻晶體，鎖頻的外腔半導(dǎo)體激光器，可調(diào)微波源和數(shù)字鑒頻鑒相器。其中，DFB種子激光光源用于產(chǎn)生1560nm種子激光；激光放大器用于將種子激光放大，倍頻晶體用于將放大后的激光倍頻，鎖頻的外腔半導(dǎo)體激光器用于和倍頻的激光作拍產(chǎn)生拍頻信號(hào)，可調(diào)微波源用于產(chǎn)生參考信號(hào)，數(shù)字鑒頻鑒相器用于比較拍頻信號(hào)和參考信號(hào)的差別得出誤差信號(hào)。

具體地，先將DFB種子光經(jīng)過放大倍頻后的一束激光和鎖頻的外腔半導(dǎo)體激光器輸出的一束激光進(jìn)行拍頻，然后將拍頻信號(hào)和一個(gè)可調(diào)微波源輸出的參考信號(hào)經(jīng)過數(shù)字鑒頻鑒相器得出誤差信號(hào)，再將誤差信號(hào)反饋到DFB種子激光光源上，這樣就可以通過設(shè)定微波參考信號(hào)的頻率完成Bragg光失諧的精確控制。

在本發(fā)明實(shí)施例中，雙內(nèi)態(tài)原子制備模塊包括：原子囚禁單元和微波源。其中微波源位于探測(cè)區(qū)窗口，即在原子囚禁單元的正上方。原子囚禁單元用于制備磁不敏感態(tài)的原子團(tuán)；當(dāng)原子團(tuán)上拋到達(dá)探測(cè)區(qū)后，微波源產(chǎn)生設(shè)定頻率的微波π/2脈沖，用于將原子團(tuán)分為兩種磁不敏感的內(nèi)態(tài)原子。

作為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，在囚禁單元制備并上拋選態(tài)后得到⁸⁷Rb F＝1,m_F＝0磁不敏感態(tài)的原子團(tuán)，當(dāng)磁不敏感的原子團(tuán)到達(dá)探測(cè)區(qū)后，通過微波源產(chǎn)生的一個(gè)6.83GHz的微波π/2脈沖，將原子分成了F＝1,m_F＝0和F＝2,m_F＝0兩種磁不敏感的內(nèi)態(tài)原子，完成雙內(nèi)態(tài)原子的制備。

在本發(fā)明實(shí)施例中，雙內(nèi)態(tài)原子探測(cè)模塊主要原子探測(cè)單元組成，原子的探測(cè)單元位于原子囚禁單元的正上方，原子探測(cè)單元主要用于探測(cè)完成干涉后不同動(dòng)量態(tài)的雙內(nèi)態(tài)原子。

具體地，當(dāng)干涉完成后，雙內(nèi)態(tài)原子到達(dá)探測(cè)區(qū)，打開探測(cè)光先探測(cè)基態(tài)處于F＝2態(tài)不同動(dòng)量態(tài)原子，由于同一內(nèi)態(tài)的原子動(dòng)量態(tài)的不同，在下落過程中就可以探測(cè)到同一內(nèi)態(tài)不同動(dòng)量態(tài)的原子。探測(cè)完F＝2態(tài)的原子后再將F＝2態(tài)原子清除并開始探測(cè)F＝1態(tài)的原子，將F＝1態(tài)原子利用回泵光泵到F＝2態(tài)探測(cè)，利用上述相同方式探測(cè)到F＝1態(tài)不同動(dòng)量態(tài)的原子，這樣完成雙內(nèi)態(tài)原子的探測(cè)。

在本發(fā)明實(shí)施例中，雙內(nèi)態(tài)原子干涉模塊包括：原子干涉單元和Bragg光脈沖產(chǎn)生裝置。原子干涉單元位于原子探測(cè)單元上方，Bragg光脈沖產(chǎn)生裝置分別嵌入在原子干涉單元中。其中，原子干涉單元主要用于提供一個(gè)雙內(nèi)態(tài)原子干涉區(qū)；Bragg光脈沖裝置用于分別提供3個(gè)π/2-π-π/2Bragg光脈沖。

具體地，當(dāng)制備好的雙內(nèi)態(tài)原子上拋到干涉區(qū)后，開始打開嵌入在干涉單元中的Bragg光脈沖產(chǎn)生裝置，首先經(jīng)過一個(gè)π/2Bragg光脈沖，將雙內(nèi)態(tài)的原子同時(shí)分束，即分成不同動(dòng)量態(tài)的原子團(tuán)，在此過程中原子各自內(nèi)態(tài)保持不變，然后再經(jīng)過一個(gè)πBragg光脈沖將雙內(nèi)態(tài)原子反射，最后經(jīng)過一個(gè)π/2Bragg光脈沖將雙內(nèi)態(tài)原子匯聚，其中脈沖之間間隔時(shí)間相等，經(jīng)過三脈沖作用后完成了雙內(nèi)態(tài)原子的同時(shí)干涉，雙內(nèi)態(tài)原子在干涉過程中經(jīng)過的路徑完全相同。

通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明在同一干涉裝置上，利用兩個(gè)內(nèi)態(tài)原子在相同的路徑上的同時(shí)干涉，可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)慣性量的同時(shí)測(cè)量，提高了測(cè)量的采樣率；磁不敏感的雙內(nèi)態(tài)原子在測(cè)量過程中利用Bragg衍射技術(shù)而不改變?cè)觾?nèi)態(tài)，減小了外場(chǎng)帶來的影響，而且利用雙內(nèi)態(tài)原子同時(shí)干涉，通過雙態(tài)干涉相位的共模特性又可以進(jìn)一步抑制外場(chǎng)帶來的影響；此外，雙內(nèi)態(tài)Bragg干涉儀僅是在原有Bragg干涉儀基礎(chǔ)上加入雙內(nèi)態(tài)制備、失諧控制等模塊，實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)單，而且通過Bragg光的不同配置還能夠?qū)崿F(xiàn)兩個(gè)慣性量的測(cè)量。在雙內(nèi)態(tài)的基礎(chǔ)上，本發(fā)明可以擴(kuò)展至多個(gè)內(nèi)態(tài)的Bragg原子干涉慣性傳感器，故多個(gè)內(nèi)態(tài)的情況也屬于本發(fā)明內(nèi)容。

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)傳感器詳細(xì)說明：

圖1顯示了本發(fā)明提出的雙內(nèi)態(tài)Bragg原子干涉慣性傳感器示意圖，包括：Bragg光失諧控制模塊，雙內(nèi)態(tài)原子制備模塊100，原子內(nèi)態(tài)探測(cè)模塊200和雙內(nèi)態(tài)原子干涉模塊300。

Bragg光失諧控制模塊主要用于控制Bragg光的失諧，精確控制失諧后的Bragg光通過原子干涉模塊中的Bragg光脈沖產(chǎn)生裝置產(chǎn)生Bragg光脈沖作用原子，Bragg光失諧控制模塊主要體現(xiàn)在Bragg光脈沖實(shí)現(xiàn)的光路組成部分。

雙內(nèi)態(tài)原子制備模塊100包括：原子囚禁單元和微波源。其中，囚禁單元是六個(gè)囚禁窗口和相應(yīng)的六束囚禁激光光束組成，囚禁光的窗口在三維空間上對(duì)稱分布，六個(gè)囚禁窗口分別用于接收外部的六束囚禁激光光束101、102、103、104、105、106。在六束囚禁激光光束作用下對(duì)原子產(chǎn)生Doppler冷卻作用，最終在磁光阱中原子團(tuán)囚禁到磁光阱的中心，囚禁后的原子團(tuán)在上拋過程中通過改變囚禁光參數(shù)進(jìn)一步進(jìn)行冷卻。微波源為107，微波源位于探測(cè)區(qū)窗口，當(dāng)原子到達(dá)探測(cè)區(qū)開啟微波源，產(chǎn)生一個(gè)微波π/2脈沖將原子團(tuán)分為兩種磁不敏感的內(nèi)態(tài)原子。

原子探測(cè)單元200包括：探測(cè)窗口201探測(cè)光202和第一反射鏡203。在探測(cè)區(qū)窗口201上加入的探測(cè)光202并在其正對(duì)方向安裝第一反射鏡203。當(dāng)原子到達(dá)探測(cè)區(qū)的中心后，打開探測(cè)光202，探測(cè)光與原子共振會(huì)發(fā)射出熒光，通過光電管接收原子發(fā)出的熒光就可以得到原子的數(shù)目，在探測(cè)光的傳播的反方向加入反射鏡203是為了使原子在探測(cè)區(qū)受到激光兩個(gè)方向平衡的散射力作用。

雙內(nèi)態(tài)原子干涉模塊300包括：原子干涉單元和Bragg光脈沖產(chǎn)生裝。其中，原子干涉單元包括：四個(gè)干涉窗口(301、304、307、310)，第一反射鏡組303，第二反射鏡組306，第三反射鏡組309和第四反射鏡組312。四個(gè)干涉窗口分布于干涉區(qū)，反射鏡組分別安裝在四個(gè)干涉窗口的對(duì)面。反射鏡組是由一個(gè)1/4波片和一個(gè)反射鏡組成，1/4波片安裝于反射鏡反射光的傳播方向。反射鏡組是為了形成反向傳播的Bragg光脈沖，1/4波片是為了使反射回來的Bragg光脈沖偏振改變90°。Bragg光脈沖產(chǎn)生裝置主要位于四個(gè)干涉窗口，分別是第一Bragg光脈沖302、第二Bragg光脈沖305、第三Bragg光脈沖308、第四Bragg光脈沖311。當(dāng)原子到達(dá)干涉區(qū)后，開始利用Bragg光脈沖產(chǎn)生裝置發(fā)射Bragg光脈沖完成干涉。

當(dāng)需要進(jìn)行重力加速度測(cè)量時(shí)，利用第四干涉窗口310、第四Bragg光脈沖311以及第四反射鏡組312完成干涉，此時(shí)Bragg光傳播方向和原子上拋方向平行配置。首先利用第四Bragg光脈沖311發(fā)射一個(gè)π/2Bragg光脈沖，將雙內(nèi)態(tài)原子進(jìn)行分束，分束后的原子由于動(dòng)量態(tài)的不同在空間上分離，經(jīng)過一段時(shí)間后再利用第四Bragg光脈沖311發(fā)射出一個(gè)πBragg光脈沖，將雙內(nèi)態(tài)的原子進(jìn)行反射，再經(jīng)過脈沖間隔相同的時(shí)間后，雙內(nèi)態(tài)不同動(dòng)量態(tài)的原子重合，此時(shí)再利用第四Bragg光脈沖311發(fā)射出一個(gè)π/2Bragg光脈沖將雙內(nèi)態(tài)原子匯聚，完成雙內(nèi)態(tài)原子的同時(shí)干涉測(cè)量重力加速度。

當(dāng)需要進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)量時(shí)，分別利用第一干涉窗口301、第二干涉窗口304、第三干涉窗口307及相對(duì)于的第一反射鏡組303、第二反射鏡組306、第三反射鏡組309和第一Bragg光脈沖302、第二Bragg光脈沖305、第三Bragg光脈沖308完成干涉，此時(shí)Bragg光傳播方向和原子上拋方向垂直配置。首先利用第一Bragg光脈沖302發(fā)射一個(gè)π/2Bragg光脈沖，將雙內(nèi)態(tài)原子進(jìn)行分束，分束后的原子由于動(dòng)量態(tài)的不同在空間上分離，經(jīng)過一段時(shí)間后再利用第二Bragg光脈沖305發(fā)射出一個(gè)πBragg光脈沖，將雙內(nèi)態(tài)的原子進(jìn)行反射，再經(jīng)過脈沖間隔相同的時(shí)間后，雙內(nèi)態(tài)不同動(dòng)量態(tài)的原子重合，此時(shí)再利用第三Bragg光脈沖308發(fā)射出一個(gè)π/2Bragg光脈沖將雙內(nèi)態(tài)原子匯聚，完成雙內(nèi)態(tài)原子的同時(shí)干涉測(cè)量轉(zhuǎn)動(dòng)角速度。

圖2顯示了本發(fā)明提出的雙內(nèi)態(tài)Bragg干涉流程示意圖，如圖2所示，首先制備磁不敏感態(tài)的初態(tài)原子1，利用一個(gè)微波π/2脈沖2產(chǎn)生1:1的F＝1和F＝2兩種內(nèi)態(tài)原子，然后雙內(nèi)態(tài)的原子在豎直方向上拋，利用鎖定失諧的Bragg光3作用原子，這里Bragg光的頻率失諧需要精確的控制來實(shí)現(xiàn)⁸⁷Rb原子兩內(nèi)態(tài)F＝1態(tài)和F＝2態(tài)的原子在作用同一個(gè)Bragg光脈沖后感受到相同的Rabi頻率。當(dāng)原子到達(dá)干涉區(qū)后開始實(shí)現(xiàn)雙內(nèi)態(tài)的Bragg干涉4，在這里干涉實(shí)驗(yàn)裝置能夠?qū)崿F(xiàn)兩個(gè)慣性量的測(cè)量，在真空容器干涉區(qū)頂端加入Bragg光分別作用三個(gè)π/2-π-π/2Bragg光脈沖完成干涉可以實(shí)現(xiàn)重力加速的同時(shí)測(cè)量，在真空容器側(cè)壁三個(gè)窗口分別作用三個(gè)π/2-π-π/2Bragg光脈沖完成干涉可以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)角速度的同時(shí)測(cè)量。

圖3顯示了本發(fā)明的雙內(nèi)態(tài)原子干涉測(cè)量重力加速度原理示意圖，可以得到在重力場(chǎng)中，處于內(nèi)態(tài)F＝1態(tài)原子干涉儀(虛線)所產(chǎn)生的干涉相位為：ΔΦ₁＝nk_eff(g-α)T²+nΔφ₁，其中Δφ₁是外場(chǎng)對(duì)原子干涉相位的影響，主要是磁場(chǎng)的影響。

可以得到在重力場(chǎng)中，處于內(nèi)態(tài)F＝2態(tài)原子干涉儀(實(shí)線)所產(chǎn)生的干涉相位為：ΔΦ₂＝nk_eff(g-α)T²+nΔφ₂，其中Δφ₂是外場(chǎng)對(duì)原子干涉相位的影響，同樣主要是磁場(chǎng)的影響。

通過測(cè)量?jī)蓛?nèi)態(tài)原子的干涉相位可以分別得出重力加速度值。通過將兩內(nèi)態(tài)原子的干涉相位差分，可以得出外場(chǎng)對(duì)原子干涉相位的影響，即：Δφ₁-Δφ₂＝(ΔΦ₁-ΔΦ₂)/n。將干涉相位共模，可以很大程度共模掉外場(chǎng)的影響，這樣就可以更精確地得出重力加速的值。此外通過評(píng)估雙內(nèi)態(tài)原子測(cè)量加速度的差值，還可以用來檢驗(yàn)等效原理等。

圖4顯示了本發(fā)明的雙內(nèi)態(tài)原子干涉測(cè)量轉(zhuǎn)動(dòng)原理示意圖，可以得到在重力場(chǎng)中，處于內(nèi)態(tài)F＝1態(tài)原子干涉儀(虛線)所產(chǎn)生的干涉相位為：其中Δφ₁是外場(chǎng)對(duì)原子干涉相位的影響，主要是磁場(chǎng)的影響。

可以得到在重力場(chǎng)中，處于內(nèi)態(tài)F＝2態(tài)原子干涉儀(實(shí)線)所產(chǎn)生的干涉相位為：其中Δφ₂是外場(chǎng)對(duì)原子干涉相位的影響，同樣主要是磁場(chǎng)的影響。

通過測(cè)量?jī)蓛?nèi)態(tài)原子的干涉相位可以分別得出轉(zhuǎn)動(dòng)角速度值。通過將兩內(nèi)態(tài)原子的干涉相位差分，可以得出外場(chǎng)對(duì)原子干涉相位的影響，即：將兩內(nèi)態(tài)原子干涉相位共模，可以很大程度共模掉外場(chǎng)的影響，這樣就可以更精確地得出轉(zhuǎn)動(dòng)角速度的值。

圖5顯示了⁸⁷Rb原子D2線超精細(xì)結(jié)構(gòu)，根據(jù)理論計(jì)算得到Bragg光的失諧相對(duì)于⁸⁷Rb F＝2→F'＝3藍(lán)失諧為3.18GHz。

本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，本發(fā)明還可以將雙內(nèi)態(tài)擴(kuò)展至多個(gè)內(nèi)態(tài)的Bragg原子干涉慣性傳感器。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。