[发明专利]一种基于冷原子干涉的拉曼光相位噪声测试方法及系统

说明书

本发明公开一种基于冷原子干涉的拉曼光相位噪声测试方法及系统，该方法包括：原子囚禁和冷却，获得冷原子团；原子初态制备；冷原子团进入干涉区，控制实验时序通过三个拉曼光脉冲与冷原子团相互作用实现原子干涉；原子团进入探测区进行双能级探测获得原子干涉条纹；设置两束拉曼脉冲相位差，使相对布居数置于条纹半高宽处获得条纹相位抖动；扣除拉曼光功率噪声、量子投影噪声以及技术噪声的贡献获得拉曼光相对相位噪声带来的影响；改变干涉过程中原子自由演化时间重复上述步骤，根据Leeson模型以及不同实验时序下的传递函数求解方程组获得拉曼光相位噪声谱。解决现有相位噪声测量技术中需定期校准等问题，提高测试准确性并提供自校准功能。

技术领域

本发明涉及噪声测试技术领域，具体是一种基于冷原子干涉的拉曼光相位噪声测试方法及系统。

背景技术

在原子钟以及重力仪等基于原子干涉技术的量子精密测量领域，本地振荡器的相位噪声是影响测试灵敏度的重要噪声源。在原子钟运行过程中，本地振荡器的相位噪声会恶化原子钟的频率稳定度(Dick效应)；在冷原子干涉仪中，拉曼光的相位噪声同样会造成干涉条纹的相位抖动，从而降低系统测试灵敏度。

上述本地振荡器及拉曼光的相位噪声带来的影响在本质都是由于冷原子跃迁概率对相位噪声的敏感响应造成的，从而恶化系统测试稳定度或者灵敏度。

因此，业内急需一种基于冷原子干涉的拉曼光相位噪声测试方法的新型技术。

发明内容

本发明提供一种基于原子干涉的拉曼光相位噪声测试方法及系统，用于克服现有技术中自校准功能缺失等缺陷，并具有潜在的高准确度特性，通过原子对相位抖动的敏感响应，实现基于冷原子干涉技术的拉曼光相位噪声的测试，较传统的信号分析仪测试，具有自校准的功能。

为实现上述目的，本发明提供一种基于冷原子干涉的拉曼光相位噪声测试方法，包括以下步骤：

步骤1，打开冷却光和回泵光，开启梯度磁场，实现原子囚禁和冷却，获得冷原子团；

步骤2，利用受激拉曼跃迁或微波选态实现原子团初态制备至预定原子能级；

步骤3，冷原子团自由下落或抛射进入干涉区，在此过程中根据选定的实验时序依次使得冷原子团与脉宽分别为脉冲、π脉冲、脉冲拉曼光三次相互作用，实现原子干涉；

步骤4，在探测区对干涉后的原子进行双能级探测，获得干涉条纹；

步骤5，通过设置两个拉曼光脉冲之间的相位差，使得原子团的相对布居数放置在干涉条纹顶点处，通过单点测试该处相对布居数阿兰方差以获得技术噪声比例因子，根据技术噪声比例因子可获得干涉条纹任意处的技术噪声；

步骤6，通过设置两个拉曼光脉冲之间的相位差，使得原子团的相对布居数放置在干涉条纹半高宽处，通过单点测试获得此处的相位抖动阿兰方差；

步骤7，根据测量获得的相位抖动阿兰方差以及通过测试标定的技术噪声、量子投影噪声和拉曼功率噪声带来的影响，获得拉曼光相对相位噪声对条纹抖动的贡献；

步骤8，改变原子团在干涉过程中自由演化时间，并重复步骤1～8，通过多次测试获得不同选定时序条件下干涉条纹相位抖动，根据Leeson模型及不同实验时序下的传递函数，推导出拉曼光相位噪声谱。

为实现上述目的，本发明还提供一种基于冷原子干涉的拉曼光相位噪声测试系统，在竖直方向包括：

原子冷却区，包括梯度磁场线圈、冷却光和回泵光输入装置、真空环境下的冷却腔，以对原子团进行囚禁和冷却；

干涉区，包括位于原子冷却区正下方或正上方的竖直通道，竖直通道内部与冷却腔相连，用于为原子团与拉曼光发生相互作用实现原子干涉提供场所；