[发明专利]分离拉曼激光型原子干涉陀螺装置和调试方法

说明书

本发明公开了分离拉曼激光型原子干涉陀螺装置，包括原子干涉物理系统，碱金属原子源，激光冷却激光，三束拉曼激光以及与之匹配的三个反射镜，探测激光和光电探测器。同时，本发明也公开了分离拉曼激光型原子干涉陀螺调试方法，可以提高相位测量精度，能够简化大面积原子干涉仪的调试过程。本发明可以用于原子惯性传感技术领域，提高原子干涉陀螺仪测量灵敏度。

技术领域

本发明涉及原子惯性测量技术领域，更具体的涉及分离拉曼激光型原子干涉陀螺调试方法，还涉及分离拉曼激光型原子干涉陀螺装置。

背景技术

高精度的原子干涉陀螺仪可以用于惯性导航和地球物理测量等领域。与光学陀螺仪类似，冷原子干涉陀螺仪的测量精度与干涉面积成正比。与光学陀螺仪相比，原子的物质波波长更短，原子速度更低，相同环路面积下的原子干涉陀螺仪具有更高的转动灵敏度。为提高原子干涉陀螺仪的精度，原子干涉仪需要利用分离拉曼激光来增加环路面积。受限于原子有限的相干长度，分离拉曼激光型原子干涉仪中的拉曼激光方向需要高精度调节以保证原子在测量过程的相干性。

为实现分离拉曼激光的高精度角度调节，T.L.Gustavson等人(PrecisionRotation Sensing Using Atom Interferometry，博士论文，斯坦福大学，2000年)利用测量跃迁频率的方法调节激光角度。G.Tackmann等人(New Journal of Physics，第14卷，第015002页，2012年)采用最大化对称拉姆齐-伯德干涉仪对比度的方法调节分离拉曼激光的平行度。随后，I.Dutta等人(Physical Review Letters，第116卷，第183003页，2016年)利用测量跃迁频率和最大化拉姆齐-伯德干涉仪对比度的方法实现了四脉冲构型干涉仪的拉曼激光角度调节。相比而言，测量跃迁频率方法中角度精度与原子速度成正比例，对于速度较低的原子，该方法的角度分辨率不能够达到原子干涉所需的精度。同时，对比度最大化方法的测量精度与拉曼光斑尺寸有关，当干涉臂长相对于光斑尺寸很大时，该方法的测量精度不足以实现分离拉曼激光的角度精确调节。

发明内容

本发明的目的在于针对目前分离拉曼激光型原子干涉陀螺中的拉曼激光角度测量精度不够的问题，提供分离拉曼激光型原子干涉陀螺调试方法，还提供分离拉曼激光型原子干涉陀螺装置。本发明利用对称拉姆齐-伯德干涉仪的干涉相位对拉曼激光角度进行测量，可以提高拉曼激光角度的测量精度。相比于跃迁频率测量方法和对比度测量方法，相位测量能够实现更高精度的角度测量。本发明能够提高原子干涉陀螺仪干涉环路面积，可以应用于原子惯性传感技术等领域。

本发明的上述目的通过以下技术方案实现：

分离拉曼激光型原子干涉陀螺装置，包括原子干涉物理系统，原子干涉物理系统一端为抛射端，另一端为出光端，原子干涉物理系统一侧自抛射端至出光端依次分布有第一拉曼激光、第二拉曼激光和第三拉曼激光，原子干涉物理系统另一侧自抛射端至出光端依次分布有第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜；

冷却激光位于原子干涉物理系统的抛射端，光电探测器位于原子干涉物理系统的出光端，探测激光位于原子干涉物理系统的出光端。

分离拉曼激光型原子干涉陀螺调试方法，包括以下步骤：

步骤1、碱金属原子源在冷却激光作用下沿预定原子抛射轨迹运动；

步骤2、定义i为原子抛射的次数，j为不同的时间间隔的序号，i和j初始值均为1；