冷原子陀螺儀中高通量原子束的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).pdf

1、原子陀螺儀是基于原子的物質(zhì)波特性而實(shí)現(xiàn)的，是原子的內(nèi)態(tài)之間相干涉的原子干涉儀。相比于光學(xué)干涉儀，原子的德布羅意波長(zhǎng)遠(yuǎn)小于光波長(zhǎng),因此原子陀螺儀能夠獲得更高的測(cè)量精度和靈敏度,具有極大的應(yīng)用潛力。然而，室溫下原子的德布羅意波長(zhǎng)太短，波動(dòng)現(xiàn)象不明顯，因此需要對(duì)原子先進(jìn)行冷卻，得到速度較慢的冷原子。冷原子束源的制備方案采用目前被普遍采納的磁光阱(Magneto-Optical Trap)技術(shù)，該技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，結(jié)構(gòu)緊湊并且牢固可靠，有利于系

2、統(tǒng)小型化。
　　本文的工作針對(duì)第二代小型化原子陀螺儀系統(tǒng)的原子源部分進(jìn)行組裝、調(diào)試和優(yōu)化。新系統(tǒng)中對(duì)原子源的獲取采用了二維磁光阱外加一束推射光的結(jié)構(gòu)，也即是2D+-MOT構(gòu)型。與第一代的3D-MOT相比，縱向無(wú)磁場(chǎng)分布，減弱了對(duì)原子干涉區(qū)域的磁干擾。其光學(xué)結(jié)構(gòu)的裝配更加靈活多變，方便于在一套系統(tǒng)上嘗試多種方案。鑒于集成化的考慮，重新設(shè)計(jì)了光路，不同功能模塊之間通過(guò)單模保偏光纖連接，可實(shí)現(xiàn)移動(dòng)和運(yùn)輸，并且光路中所有的聲光調(diào)制器都實(shí)現(xiàn)

3、了計(jì)算機(jī)控制，對(duì)射頻驅(qū)動(dòng)器件也都做了統(tǒng)一封裝，使系統(tǒng)更緊湊。在獲取了高通量和相干性好的冷原子束后，又對(duì)其各特征參數(shù)的穩(wěn)定性分別進(jìn)行測(cè)試分析，根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)反復(fù)的進(jìn)行更加精細(xì)的系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化?？紤]到激光頻率和功率的穩(wěn)定性對(duì)干涉實(shí)驗(yàn)的重要性，深入研究了外腔半導(dǎo)體激光器的特性及激光器穩(wěn)頻技術(shù)。在此基礎(chǔ)上，相繼實(shí)現(xiàn)了基于兩個(gè)π/2拉曼光脈沖的同向Ramsey干涉和三脈沖π/2-π-π/2構(gòu)型的Mach-Zehnder干涉，干涉信號(hào)穩(wěn)定且干涉條紋對(duì)比

4、度提高，為后續(xù)冷原子陀螺儀用于轉(zhuǎn)動(dòng)加速度的測(cè)量打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
　　磁場(chǎng)線圈載流1.8A時(shí)可產(chǎn)生大約10G/cm的橫向磁場(chǎng)梯度，精細(xì)調(diào)節(jié)各電流可微調(diào)磁場(chǎng)分布。結(jié)合飛行時(shí)間法和激光誘導(dǎo)熒光法對(duì)原子束特征進(jìn)行檢測(cè)，在橫向冷卻光光強(qiáng)大約23.5mW/cm、紅失諧量3Γ，推射光光強(qiáng)是29mW/cm、紅失諧量5Γ的條件下，獲取的冷原子束通量達(dá)到了94.710/×atomss，平均速度是10m/s，速度分布寬度是2m/s。冷原子束源具有準(zhǔn)直