本發(fā)明處于慣性傳感器的領域，并且更具體地處于集成在原子芯片上的冷原子慣性傳感器的領域。更具體地，本發(fā)明涉及使用微波場的用于在測量慣性參數(典型地，加速度和旋轉速度)時使用的兩個狀態(tài)的空間上分離的原子芯片上冷原子傳感器。

背景技術：

0、現有技術

1、冷原子干涉儀在拉姆齊(ramsey)序列中與原子(例如銣87)的被稱為第一內部狀態(tài)|a>和第二內部狀態(tài)|b>的兩種電子態(tài)干涉。拉姆齊干涉儀序列通過對所選狀態(tài)|a>或|b>的至少一個布居數(population)的測量(為了較高的精度，優(yōu)選地對兩個布居數的測量)，來測量在實施該序列時累積的相位在干涉儀的輸出處的兩個狀態(tài)|a>和|b>a的相應的布居數pa和pb由下式給出：

2、

3、

4、相位與e'b和e'a之間的能量差相關，e'b和e'a分別等于通過實施干涉測量序列而改變的狀態(tài)a>和|b>的能量。

5、以及

6、

7、其中，ω是在干涉測量序列的開始和結束處產生兩個π/2脈沖的本地振蕩器的角頻率，并且tr是拉姆齊時間，即兩個π/2脈沖之間已經經過的時間。

8、設：

9、

10、

11、假設在拉姆齊序列開始之前，所有原子處于狀態(tài)|a>，且eb>ea，其中，ea和eb是依賴于所考慮的原子和躍遷的狀態(tài)的原子能。

12、為了使該干涉儀對加速度和旋轉敏感，有必要：

13、在加速度的情況下，將兩個狀態(tài)分離，并且然后將它們重新組合，就是說，從相同的初始位置沿直線在兩個相反方向上移動兩個狀態(tài)，并且然后使它們在相反方向上沿相同路徑行進，直到它們返回到相同位置。這使得在兩個狀態(tài)之間的能量差上加上與加速度勢能相關的項成為可能。

14、在旋轉的情況下，兩個狀態(tài)都必須沿包括非零面積的閉合路徑行進，并且對于|a>和|b>，在相反方向上進行。因此，依賴于薩格納克效應(sagnac?effect)并且因此依賴于旋轉速度的項，被加進兩個狀態(tài)之間的能量差。

15、為了實現這些軌跡，一種已知的方法是使用微波分離器(在其中應用了微波信號的波導)。所產生的微波場然后“綴飾(dress)”狀態(tài)，這具有產生使其移動的力的效果。這種綴飾將狀態(tài)|a>和|b>的能量從ea改變?yōu)閑'a以及從eb改變?yōu)閑'b。

16、陀螺儀傳感器的結構和操作原理在文獻us?15/778605、us?17/924340、us?17/832615和us?17/832616中作了描述并且將在下文回顧。例如，文獻wo2017089489描述了一種芯片上超冷原子陀螺儀慣性傳感器，其使用了描述包括面積的閉合路徑的俘獲的物質波。

17、該類型的裝置中的旋轉的測量是通過利用薩格納克效應來進行的。在以角速度ω旋轉的參考系中，反向旋轉的兩個物質波之間的薩格納克效應引起的相移θ由下式給出：

18、

19、其中，a是由原子路徑包圍的面積，m是原子的質量，并且是簡約普朗克常數。

20、超冷原子被定義為其溫度低于400納開爾文(nanokelvin)、并且優(yōu)選地低于300納開爾文的原子。例如，對于銣原子而言，熱超冷原子的溫度介于50與400納開爾文之間并且優(yōu)選地介于100與300納開爾文之間。

21、該原理是獲得磁俘獲原子的兩個反向傳播的云行進所沿的路徑。例如根據圖1中所示的拓撲結構，磁陷阱的產生以及沿路徑的移動是通過導電線和微波波導來進行的。

22、圖1示意性地示出了超冷原子芯片1、其超冷原子12以及兩個原子云cl1和cl2的路徑16。芯片1的表面的一部分形成測量平面13。垂直于測量平面13的軸線定義了測量軸線z，由陀螺儀圍繞測量軸線z來執(zhí)行對旋轉的測量ωz。

23、芯片1包括適合于生成第一超冷原子陷阱t1和第二超冷原子陷阱t2的單元，陷阱允許超冷原子12的云以與另一陷阱不同的內部狀態(tài)固定在距所述測量平面13的預先確定的距離h處。例如，陷阱t1包括處于電子能級或狀態(tài)|a>的原子(云cl1)，并且陷阱t2包括處于狀態(tài)|b>的原子(云cl2)。能級|a>和|b>以頻率ω0/2π分離開。例如，在銣87的情況下，它是被分離開大約6.8ghz的兩個超精細能級|f＝1,m-f＝-1>和|f＝2,m-f＝1>的情形。

24、例如，如圖1所示，這些裝置還允許云沿路徑16移動，路徑16位于與測量平面13平行的距該平面的高度h處的平面中。這些裝置由例如如下文描述的波導和導電線組成。

25、該裝置包括適合于以角頻率ωb和ωa傳播微波的第一波導cpw1和第二波導cpw2。波導相對于測量平面的y軸對稱地布置，優(yōu)選地平行地布置。兩個波導cpw1和cpw2連接到用于生成微波頻率下的電壓或電流的至少一個發(fā)生器。例如，通過平行地沉積三條導電線以形成共面波導來制造波導中的每個波導。在其他實施例中，可以使用其他類型的波導，特別是其制造與采用沉積或蝕刻的微制造技術相兼容的波導。可能的是，例如，用于制造微帶線。

26、該裝置還包括集成到芯片1中并且能夠由dc電流流過的導電線。導電線被分成沿垂直于x且包含在測量平面13中的對稱軸y的導電線wiz，以及相互平行且平行于x軸的為n個的多條導電線wldi，索引數目i從1變化到n，n至少等于2。在圖1的示例中，n＝3，即存在三條導電線wid1、wid2和wid3。導線被布置為定義位于y軸上的n個交叉點ci(wiz和wldi之間的交叉)，并且此處是3個交叉點c1、c2、c3。

27、每條導電線連接到一個或多個電流和/或電壓發(fā)生器，它們本身連接到包括至少一個微處理器的處理單元。電壓和/或電流發(fā)生器允許驅動dc電流和ac電流兩者通過導線。具體地，驅動dc電流流過導電線。

28、在傳感器中，原子芯片1放置在真空室中，該真空室的真空是例如使用離子泵來維持的，并且優(yōu)選地包括磁屏蔽。傳感器包括超冷原子發(fā)生裝置，該超冷原子發(fā)生裝置包括：

29、原子分配器，例如通過生成銣蒸氣的加熱絲實現的原子分配器；

30、初級(光和/或磁)原子陷阱，允許將超冷原子云預冷卻并放置在芯片附近，目的是將原子裝入下文描述的磁陷阱t1和t2。

31、傳感器還包括位于芯片1外部的磁場源。其允許在測量平面13上方的至少高度h的量級的厚度上生成均勻且靜態(tài)的磁場bc。有利地，均勻磁場的方向平行于測量平面。

32、在圖1中，虛線的路徑16示出了超冷原子12的云的路徑。此閉合路徑定義了表示為a的面積。將路徑16的平面與芯片的測量平面13分離開距離h。優(yōu)選地，h介于500nm與1mm之間，并且優(yōu)選地，介于5μm與500μm之間。

33、圖2示出了原子芯片的波導和導線以及陷阱t1和t2的幾何形狀。

34、導電線和波導的特定的布置連同均勻的磁場源，使得能夠容易地獲得兩個陷阱t1和t2(如圖2的部分a)所示)。每個陷阱t1和t2具有相同的非零最小值v0和相同的曲率，這是傳感器工作的必要條件。具體地，如下文所解釋的，當將dc電流施加到交叉點的至少兩條導電線時，電勢的最小值與此交叉點垂直定位。當微波功率隨后通過波導發(fā)送時，中心最小值被轉換成在波導的方向上位于初始最小值的任一側上的兩個最小值。如果初始最小值沒有嚴格地位于距兩個波導相等的距離處，則產生的兩個電勢最小值將不具有嚴格相同的最小值v0和相同的曲率。

35、圖2的部分c)示出了定義初始交叉點c1的導電線的布局和波導的布局(從上方所見的)。圖2的部分b)描述了在截面輪廓中所見的印刷在芯片上的導電線和波導的對應的布局，該截面穿過沿對稱軸y與導電線wiz相交的導電線wid1。波導cpw1和cpw2是位于第一層級n1上的共面波導。隔離層18有利地允許測量平面變平。電隔離層的材料例如可以是二氧化硅、氮化硅或苯并環(huán)丁烯。導電材料(例如金)用于制造導電線，并且沉積在襯底15上，形成第二層級n2。襯底可以例如由硅、氮化鋁或碳化硅制成。

36、部分a)示出了超冷原子的對稱分離，其特定于所述超冷原子的內部狀態(tài)，并且更精確地特定于作為芯片1的x軸上的位置的函數的電勢中的變化。

37、曲線“a”示出了對應于均勻磁場和由兩條相切導電線(電流iz通過的導線wiz，以及電流id1通過的導線wid1)產生的場的關聯的勢阱。生成了形成三維原子陷阱t的局部勢阱。超冷原子云可以被俘獲在其中，并被冷卻。

38、曲線“b”示意性地示出了通過波導cpw1以頻率ωb傳輸微波所產生的電勢。微波以頻率ωb通過時所發(fā)射的場允許改變超冷原子的能量以及移動內部狀態(tài)|b>的原子。曲線“e”示出了由于由曲線“a”和曲線“b”所示的電勢的貢獻而通過內部狀態(tài)|b>所見的電勢。曲線“e”具有局部電勢最小值，從而允許內部狀態(tài)|b>的超冷原子云被局部俘獲。

39、類似地，曲線“d”示意性地示出了通過波導cpw2以頻率ωa傳輸微波所產生的電勢。微波以頻率ωa通過時所發(fā)射的場允許改變超冷原子的能量以及移動內部狀態(tài)|a>的原子。曲線“c”示出了由于由曲線“a”和曲線“d”所示的電勢的貢獻而通過內部狀態(tài)|a>的原子所見的電勢。曲線“c”具有局部能量最小值，從而允許內部狀態(tài)|a>的超冷原子云被局部俘獲。

40、dc磁陷阱(由導線中的dc電流和均勻場bc產生的)和微波場的關聯產生了所謂的“綴飾”陷阱。術語“綴飾”被理解為是指至少部分地由微波、射頻或光振蕩場產生的陷阱。微波場(功率、頻率和它們在其中傳播的波導)中的改變使得有可能移動該綴飾陷阱，并且因此移動原子。dc磁陷阱在圖2中由曲線a表示。ωa處的微波場在圖2中由曲線d表示，并且ωb處的微波場在圖2中由曲線b表示。狀態(tài)|a>的綴飾陷阱t1(曲線a和d的關聯)由曲線c表示，并且狀態(tài)|b>的綴飾陷阱t2(曲線a和b的關聯)由曲線e表示。

41、通過同時使頻率ωa的波通過cpw2傳播以及頻率ωb的波通過cpw1傳播，內部狀態(tài)|a>和|b>的超冷原子云可以相對于對稱軸y對稱地分離和俘獲。為了獲得其最小值為相同值v0并且其曲率為相同值的兩個陷阱，重要的是將交叉點c1放置在對稱軸y上距cpw1和cpw2相等距離處。

42、圖3示出了路徑16的生成原理。圖3的部分a)示意性地示出了每個超冷原子云在特征時間t1到t9時的移動的序列。部分b)以互補的方式示出了在與部分a)的時間對應的時間處施加到導電線的各個電流的序列、施加到波導的功率的序列、以及施加到波導的頻率的序列。

43、在圖3所示的序列中，流經wiz的電流iz(未示出)是靜態(tài)的，并且為恒定值。在部分b)中，電流的值、功率的值以及頻率的值是任意值。標記為δ頻率的y軸對應于以任意單位表達的相對于平均頻率值的頻率變化。在使用銣原子的情況下，通過導電線的電流可以介于100μa與10a之間，并且注入波導的角頻率可以介于6.6ghz與7ghz之間。

44、在步驟a0中，存在準備原子的階段。生成超冷原子12的云，這包括：分配所述原子的階段、冷卻所述原子的階段、將所述原子初始化為至少一個內部狀態(tài)|a>的階段、以及在距測量平面的距離h處俘獲處于局部電勢最小值的所述超冷原子云的階段(陷阱t，圖2部分a)的曲線“a”))。因為均勻磁場bc是非零的，所以高度h不等于0。俘獲是通過使dc電流流過導線wiz并且流過導線widi中的一條導線來實現的，這兩條導線的交叉點定義了起點(此處為具有wid1的c1)。同時，平行于原子芯片的平面施加偏置磁場bc，該場疊加在由前兩條導線產生的磁場上。然后，原子云被相對于c1(導電線wlz和wld1的交點)垂直地俘獲。

45、在步驟b0中，通過經由第一π/2脈沖在所述狀態(tài)|a>與|b>之間相干地疊加所述超冷原子來將內部狀態(tài)初始化。該脈沖可以由激光器、微波發(fā)射器或更一般地使用以適當的躍遷頻率發(fā)射波的方法來產生。電流iz和id1分別施加到導電線wiz和wid1。兩個內部狀態(tài)|a>和|b>與交叉點c1相干地且在空間上垂直地疊加。

46、則波函數為：

47、

48、在步驟c0中，一個陷阱t1中的內部狀態(tài)|a>的原子云與另一陷阱t2中的內部狀態(tài)|b>的原子云在空間上分離，并且陷阱沿著包含在垂直于測量軸z的平面中的閉合路徑16在相反方向上移動。內部狀態(tài)|a>的原子云已經由淺色紋理的圓圈來代表，并且內部狀態(tài)|b>的原子云已經由較深紋理的圓圈來代表。該步驟從t1進行到t9。

49、在t1與t2之間，注入波導cpw1和cpw2的微波功率逐漸從0改變到其最大值。角頻率ωb發(fā)送到波導cpw1，并且角頻率ωa發(fā)送到波導cpw2，這允許不同內部狀態(tài)的兩個云在對稱軸y的任一側上與針對t2示意性所示的位置以距離d分離。因此，上述在時間t1處的超冷原子陷阱t被轉換成兩個超冷原子陷阱t1和t2，每個陷阱允許內部狀態(tài)不同于另一陷阱的超冷原子云將被固定(在此情況下，陷阱中的一個陷阱(例如t1)中的內部狀態(tài)|a>，以及另一陷阱t2中的內部狀態(tài)|b>，如圖2的部分a)中所述)。

50、交叉點ci對應于導線wiz與導線widi的交叉。

51、在t2與t3之間，電流id1逐漸切斷，并且id2逐漸達到其最大值(將t2與t3分開的時間間隔典型地為10ms的量級，并且可能介于0.1ms與100ms之間)：兩個陷阱t1和t2向右移動到針對t3示意性所示的位置。

52、在t3與t4之間，電流id2逐漸切斷，并且id3逐漸達到其最大值：兩個陷阱向右移動到針對t4示意性所示的位置。

53、在t4與t5之間，微波功率逐漸切斷：如針對t5示意性所示的，兩個陷阱被帶回到芯片上的相同位置。

54、在t5處，兩個微波波導的角頻率被改變：角頻率ωa被施加到cpw1，并且角頻率ωb被施加到cpw2。

55、在t5與t6之間，兩個波導中的功率逐漸從0改變到其最大值：如圖中針對t6示意性所示的，陷阱在豎直方向上分離。

56、在t6與t7之間，電流id3逐漸切斷，并且id2逐漸達到其最大值：兩個陷阱t1和t2向左移動到針對t7示意性所示的位置。

57、在t7與t8之間，電流id2逐漸切斷，并且id1逐漸達到其最大值：兩個陷阱向左移動到針對t8示意性所示的位置?？梢圆捎闷渌谝粚щ娋€重復此操作多次，以增加由路徑16包圍的面積。

58、在t8與t9之間，波導中的微波功率逐漸切斷。兩個陷阱t1和t2移動，直到它們合并成位于針對t1示意性所示的起點處的單一陷阱。

59、因此，dc電流被施加到對應于初始交叉點c1的兩條導線，并且隨著時間的推移，這些電流被相繼施加到位于對稱軸上的各個交叉點ci，而同時將微波功率施加到波導。

60、在步驟c0期間，施加到各條導線widi的dc電流在0與最大值idimax(圖3中歸一化為1)之間連續(xù)變化(增加和減小)，而磁場bc和電流iz在序列期間保持恒定。在整個序列a0、b0和c0中，兩個陷阱t1和t2保持在高度h處。

61、兩個陷阱t1和t2在交叉點的“導通”的方向上移動：從交叉點c1到交叉點cn?；爻淌峭ㄟ^反轉微波頻率、并在對應于各個交叉點的導線中相繼地接通dc電流、從cn到c1穿過導線來實現的。

62、因此，使陷阱沿閉合路徑16行進。

63、原子的閉合路徑16然后含有面積a，并且因此原子波函數為：

64、

65、其中：

66、

67、在步驟d0中，通過向超冷原子施加第二π/2脈沖，內部狀態(tài)|a>和|b>被重新組合，這將相位差轉移到兩個原子能級的布居數：

68、

69、

70、其中，ω是π/2脈沖的角頻率。

71、π/2脈沖可以經由微波波導或經由單獨的微波發(fā)射器發(fā)送到原子。

72、所含的從第一π/2脈沖到第二π/2脈沖的序列是拉姆齊序列(見上文)。

73、接著，在步驟e0中，測量在從至少|a>和|b>中選擇的至少一個內部狀態(tài)的原子密度。該測量可以例如通過使用激光吸收來探測特定于內部狀態(tài)的角頻率與激光的角頻率之間的共振來進行。然后確定超冷原子的薩格納克相移，并且計算傳感器繞z軸的旋轉速度。

74、處于狀態(tài)|a>或|b>中的一個狀態(tài)的至少一個布居數的原子的測量允許例如使用等式(1)針對內部狀態(tài)|a>確定薩格納克相移，并且然后使用等式(6)確定旋轉速度ωz。

75、在測量薩格納克相移之前，可以使陷阱沿此路徑行進n次，并且因此可以測量將可能高n倍的相移。

76、為了實現上述方法，允許測量旋轉速度ωz的超冷原子傳感器包括：

77、如上所述的原子芯片1，其具有波導和導電線，

78、用于在原子芯片的測量平面13附近生成超冷原子云的原子發(fā)生裝置，

79、用于生成均勻磁場bc的發(fā)生器，

80、適合于控制導電線中的電流的至少一個dc電流或電壓發(fā)生器以及連接到波導的至少一個微波電流或電壓發(fā)生器，

81、檢測系統(tǒng)，該檢測系統(tǒng)典型地用于檢測光強度，適合于測量處于內部狀態(tài)的至少一個布居數的超冷原子，該測量允許確定薩格納克相移和旋轉速度ωz。

82、陀螺儀傳感器還包括至少一個處理器，該處理器控制傳感器的操作和實施方式，例如以預定序列(例如圖3中部分b)的序列)驅動施加到導線和微波波導的信號。

83、如圖4所示，因為兩個云沿著筆直的向外和返回路徑，其使用了與圖3相同的邏輯和形式，所以與陀螺儀相比，加速計傳感器展示出“簡化”的操作。此處需要單一導線wid來定義交叉點c。

84、圖4的部分a)示意性地示出了超冷原子云中的每個超冷原子云在特征時間t1到t3處的移動序列。部分b)示出了在與部分a)的時間對應的時間處施加到導電線的各個電流的序列、施加到波導的功率的序列、以及施加到波導的頻率的序列。在圖4所呈現的序列中，流經wiz的電流iz(未示出)是靜態(tài)的且為恒定值。施加到wid的電流在整個序列中也是恒定的。

85、最初在t1處，沒有功率施加到波導，并且云被俘獲在點c上方。

86、在t1與t'1之間，注入波導cpw1和cpw2的微波功率從0逐漸增加到其最大值，并且然后該值在穿過t2的t'1和t'2之間保持最大值并且保持恒定。角頻率ωa發(fā)送到波導cpw2，并且角頻率ωb發(fā)送到波導cpw1，這允許不同內部狀態(tài)的兩個云在對稱軸y的任一側上與針對t2示意性所示的位置分離，這些位置在可以很小的整個持續(xù)時間t'2-t'1內保持不變。

87、在t'2與t3之間，波導中的微波功率逐漸切斷。兩個陷阱t1和t2移動，直到它們合并成位于針對t1示意性所示的起點處的單一陷阱。

88、對于兩種類型的傳感器，并且一般地對于任何慣性傳感器，考慮公式3、4和5，可以看出相位對兩個“綴飾”能級e'b-e'a之間的能量差是敏感的，其表示為兩個原子能級ea-eb之間能量差的函數：

89、對于狀態(tài)|a>，能量從ea改變?yōu)閑'a，其中：

90、

91、對于狀態(tài)|b>，能量從eb改變?yōu)閑'b，其中：

92、

93、其中，ωa(分別地，ωb)是與狀態(tài)|a>(分別地，|b>)的綴飾相關聯的拉比頻率(rabifrequency)。為了簡化符號，所有耦合因子都按拉比頻率歸類，拉比頻率是施加到波導的微波功率(微波場的幅度)的平方根的函數。

94、δa(分別地，δb)是綴飾狀態(tài)|a>(分別地，狀態(tài)|b>)的微波場的頻率ωa(分別地，ωb)與所考慮的綴飾狀態(tài)|a>(分別地，|b>)的躍遷頻率ω0a(分別地，ωb0)之間的失配。頻率ω0a和ω0b是用于實施干涉儀的原子躍遷的頻率。

95、獲得以下結果：

96、δa＝ωa-ω0a????(9)

97、δb＝ωb-ω0b????(10)

98、ωhfs表示所使用的躍遷的超精細頻率。

99、所使用的躍遷的一個示例是銣87在兩個超精細能級f＝1和f＝2之間的σ躍遷，如圖5所示，每個能級具有以相同的幅度αb分離開的塞曼(zeeman)子能級，其中，對于銣87，α＝700khz/g，b是原子所受到的dc磁場。獲得以下結果：

100、ω0a＝ωhfs-αb???(11)

101、ω0b＝ωhfs+αb???(12)

102、|a>和|b>之間的能量差(拉姆齊干涉儀對其敏感)則表達為：

103、

104、其中：

105、

106、項δe涉及上文給出的布居振蕩(population?oscillation)(公式5和6)，因此涉及相位，并且是干涉儀噪聲的來源。

107、在實踐中，為了確保干涉儀的工作(以保證對稱性)，有必要選擇和δa＝-δb(例如，參見出版物“symmetric?microwave?potentials?for?interferometry?withthermal?atoms?on?a?chip”ammar等人，phys.rev.a?91,053623；2015)。該選擇具有抵消先前項并且因此消除其影響的優(yōu)點。然而，在實踐中，該項δe的抵消并不完美，并且其中存在困難。從實驗上來看，這更是成問題的：

108、與和成比例的兩個微波場的功率表現出噪聲，并且兩個拉比頻率的均衡從來不是完美的；

109、兩個失配項δa和δb涉及俘獲原子的dc磁場的值，其也含有噪聲(參見公式9至12)：

110、δa＝ωa-ωhfs-αb???(15)

111、δb＝ωb-ωhfs+αb???(16)

112、從上式中可以看出，干涉儀噪聲一方面源自dc磁場b，包括施加到原子的均勻磁場bc以及來自導電線的dc磁場(項δ)，并且另一方面源自微波場(項ω)。

113、降低dc磁場上的噪聲的當前解決方案在于使用盡可能穩(wěn)定的電流源。用于降低微波場振幅上的噪聲的當前解決方案在于產生微波場的振幅的反饋回路，以便盡可能地使其穩(wěn)定。

114、這兩種解決方案并不令人滿意，這是因為盡管它們可以降低噪聲水平，但這些噪聲在傳感器的誤差預算中仍然存在。

115、本發(fā)明的一個目的是通過提出一種具有衰減的噪聲水平的超冷原子慣性傳感器來彌補上述缺陷。

技術實現思路

1、本發(fā)明的一個主題是一種超冷原子傳感器，包括：

2、原子芯片，該原子芯片放置在真空室中，包括垂直于z軸的被稱為測量平面的xy平面，并且包括：

3、第一波導和第二波導，該第一波導和第二波導適合于傳播微波和dc電流，至少第一導電線和第二導電線，該第一導電線和第二導電線的相應的投影在定義第一交叉點的點處相切，

4、原子發(fā)生裝置，該原子發(fā)生裝置被配置為在所述原子芯片的所述xy平面附近生成超冷原子云，

5、發(fā)生器，該發(fā)生器用于生成均勻磁場，

6、電源裝置，該電源裝置包括至少一個微波發(fā)生器和至少一個dc電流發(fā)生器，該電源裝置被配置為：

7、向所述第一波導和第二波導施加微波信號和被稱為cmw電流的dc電流，

8、向所述導電線施加被稱為cwi電流的dc電流，

9、所述波導、所述導電線和所述電源裝置被配置為：當實施傳感器時，通過改變所述超冷原子的能量將處于第一內部狀態(tài)的第一超冷原子云與處于第二內部狀態(tài)的第二超冷原子云在空間上分離，從而分別形成第一超冷原子陷阱和第二超冷原子陷阱，并且沿著包含在垂直于z的平面中的線性或閉合路徑移動所述陷阱，

10、所述電源裝置被配置為向所述第一波導和所述第二波導施加所述微波信號并且在空間上分離兩個陷阱，從而啟動所述空間上分離，并且然后施加所述cmw電流而不是所述微波信號，從而維持所述空間上分離，

11、傳感器還包括適合于測量處于所述內部狀態(tài)的至少一個布居數的所述超冷原子的檢測系統(tǒng)。

12、根據一個實施例，傳感器是加速度計，兩個陷阱所沿的路徑是線性的。

13、根據另一實施例，傳感器是包括定義多個交叉點的多個第二導電線的陀螺儀，兩個陷阱所沿的路徑是閉合的，并且第一陷阱和第二陷阱在相反方向上沿該路徑行進。

14、根據一個實施例，每個波導包括三條線：兩條外部地線和一條內部信號線，cmw電流注入信號線中。

15、根據一個實施例，電源裝置還包括至少一個三端口偏置器(bias?tee)，該三端口偏置器連接到所述至少一個微波發(fā)生器和所述至少一個dc電流發(fā)生器，并且被配置為向所述波導施加所述微波信號和所述cmw電流。

16、根據另一方面，本發(fā)明涉及一種使用超冷原子傳感器測量慣性參數的方法，該超冷原子傳感器包括放置在真空室中的原子芯片，該原子芯片包括垂直于z軸的被稱為測量平面的xy平面，所述原子芯片包括：

17、第一波導和第二波導，該第一波導和第二波導適合于傳播微波和dc電流，

18、至少第一導電線(w1)和第二導電線，該第一導電線(w1)和第二導電線的相應的投影在定義第一交叉點的點處相切，

19、該方法包括以下步驟：

20、a在所述原子芯片的所述xy平面附近生成超冷原子云，包括：分配所述原子的階段、冷卻所述原子的階段、將所述原子初始化為至少第一內部狀態(tài)的階段、以及在距所述xy平面的受控高度處俘獲處于局部電勢最小值的所述超冷原子云的階段，所述俘獲是通過使dc電流流過第一導電線和第二導電線來進行的，

21、b通過在所述第一內部狀態(tài)與第二內部狀態(tài)之間以π/2脈沖的方式相干地疊加所述超冷原子，來初始化所述超冷原子的第一內部狀態(tài)和第二內部狀態(tài)，

22、c通過改變所述超冷原子的能量將處于第一內部狀態(tài)的第一超冷原子云與處于第二內部狀態(tài)的第二超冷原子云在空間上分離，從而分別形成第一超冷原子陷阱和第二超冷原子陷阱，并且沿著包含在垂直于z的平面中并且在第一交叉點處初始化的線性或閉合路徑移動所述陷阱，

23、分離和移動超冷原子的所述步驟是通過以預定序列向所述超冷原子施加均勻磁場、向所述導電線施加被稱為cwi電流的dc電流、以及向所述波導施加微波信號(imw)和被稱為cmw電流的dc電流進行的，

24、分離步驟包括：初始化子步驟，該初始化子步驟包括：將所述微波信號施加到所述波導；以及維持子步驟，該維持子步驟包括：施加所述cmw電流而不是所述微波信號，

25、d通過向所述超冷原子施加第二π/2脈沖來重新組合所述第一內部狀態(tài)和所述第二內部狀態(tài)，e測量處于至少一種所述內部狀態(tài)的至少一個布居數的所述超冷原子。

26、根據一個實施例，分離步驟包括初始化子步驟與維持子步驟之間的瞬時子步驟，該瞬時子步驟包括：關斷微波信號以及接通cmw電流。

27、根據第一實施例，在瞬時子步驟期間，微波信號的關斷與cmw電流的接通同時發(fā)生。根據一個實施例，瞬時子步驟具有小于100μs的持續(xù)時間。

28、根據第二實施例，在瞬時子步驟期間，微波信號的所述關斷發(fā)生在cmw電流的所述接通之前或之后。

29、根據一個實施例，在移動步驟期間，通過逐漸關斷cmw電流來在空間上重新組合兩個云。

30、根據一個實施例，在移動步驟期間，通過關斷cmw電流并且通過同時重新接通微波信號，并且然后通過逐漸關斷微波信號，在空間上重新組合兩個云。

31、下面的描述呈現了本發(fā)明的裝置的多個示例性實施例：這些示例并不限制本發(fā)明的范圍。這些示例性實施例不僅含有本發(fā)明所必要的特征，而且還含有與所討論的實施例相關聯的額外特征。

32、從以下參考附圖給出的具體實施方式，將更好地理解本發(fā)明，并且其其他特征、目標和優(yōu)點將變得顯而易見，附圖以非限制性示例的方式給出，并且其中：

33、已經引用的圖1示出了原子芯片的拓撲結構的一個示例，該原子芯片包括用于沿閉合路徑移動磁陷阱的導電線和微波波導。

34、已經引用的圖2示出了原子芯片的波導和導線以及陷阱t1和t2的幾何形狀。

35、已經引用的圖3在其下部中示出了一個示例，其中，在陀螺儀傳感器的情況下根據現有技術將各種信號施加到導線和波導以造成兩個陷阱t1和t2(以及因此，被俘獲原子的兩個云)沿閉合路徑行進，并且在其上部中示出了對應于選定的時間的兩個云的位置。

36、已經引用的圖4在其下部中示出了一個示例，其中，在加速度計傳感器的情況下根據現有技術將各種信號施加到導線和波導以造成兩個陷阱t1和t2(以及因此，被俘獲原子的兩個云)沿線性路徑行進，并且在其上部中示出了對應于選定的時間的兩個云的位置。

37、已經引用的圖5示出了用于冷原子慣性傳感器的銣87在兩個超精細能級f＝1和f＝2之間的σ躍遷以及關注的各個頻率。

38、圖6示出了通過向波導施加dc電流產生的dc磁勢vdc-mw。

39、圖7示出了根據本發(fā)明的超冷原子傳感器10。

40、圖8示出了根據本發(fā)明的傳感器的一個實施例的框圖，其中采用三端口偏置器進行波導的信號線中的微波電流與dc電流的疊加。

41、圖9示出了一個實施例，其中額外的三端口偏置器tpoladd已經被集成在波導的輸出處并且處于終端tmw之前。

42、圖10在其左手側部分中示出了當實施根據第一空間重新組合變型的加速度計傳感器時的各種信號的施加的時序圖，并且在其右手側部分中示出了兩個云在選定時間處的移動。

43、圖11在其左手側部分中示出了當實施根據第二空間重新組合變型的加速度計傳感器時的各種信號的施加的時序圖，并且在其右手側部分中示出了兩個云在選定時間處的移動。

44、圖12示出了根據第一空間重新組合變型的用于實現陀螺儀傳感器的各種信號的施加的時序圖。

45、圖13示出了兩個云的在與圖12中的信號相關聯的選定時間處的移動。

46、圖14示出了根據第二空間重新組合變型的用于實現陀螺儀傳感器的各種信號的施加的時序圖。

47、圖15示出了兩個云的在與圖14中的信號相關聯的選定時間處的移動。