冷原子陀螺儀中高通量原子束的設計與實現(xiàn).pdf

1、原子陀螺儀是基于原子的物質(zhì)波特性而實現(xiàn)的，是原子的內(nèi)態(tài)之間相干涉的原子干涉儀。相比于光學干涉儀，原子的德布羅意波長遠小于光波長,因此原子陀螺儀能夠獲得更高的測量精度和靈敏度,具有極大的應用潛力。然而，室溫下原子的德布羅意波長太短，波動現(xiàn)象不明顯，因此需要對原子先進行冷卻，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，該技術已經(jīng)相當成熟，結構緊湊并且牢固可靠，有利于系

2、統(tǒng)小型化。
　　本文的工作針對第二代小型化原子陀螺儀系統(tǒng)的原子源部分進行組裝、調(diào)試和優(yōu)化。新系統(tǒng)中對原子源的獲取采用了二維磁光阱外加一束推射光的結構，也即是2D+-MOT構型。與第一代的3D-MOT相比，縱向無磁場分布，減弱了對原子干涉區(qū)域的磁干擾。其光學結構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，重新設計了光路，不同功能模塊之間通過單模保偏光纖連接，可實現(xiàn)移動和運輸，并且光路中所有的聲光調(diào)制器都實現(xiàn)

3、了計算機控制，對射頻驅(qū)動器件也都做了統(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，又對其各特征參數(shù)的穩(wěn)定性分別進行測試分析，根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)反復的進行更加精細的系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化?？紤]到激光頻率和功率的穩(wěn)定性對干涉實驗的重要性，深入研究了外腔半導體激光器的特性及激光器穩(wěn)頻技術。在此基礎上，相繼實現(xiàn)了基于兩個π/2拉曼光脈沖的同向Ramsey干涉和三脈沖π/2-π-π/2構型的Mach-Zehnder干涉，干涉信號穩(wěn)定且干涉條紋對比

4、度提高，為后續(xù)冷原子陀螺儀用于轉(zhuǎn)動加速度的測量打下了堅實的基礎。
　　磁場線圈載流1.8A時可產(chǎn)生大約10G/cm的橫向磁場梯度，精細調(diào)節(jié)各電流可微調(diào)磁場分布。結合飛行時間法和激光誘導熒光法對原子束特征進行檢測，在橫向冷卻光光強大約23.5mW/cm、紅失諧量3Γ，推射光光強是29mW/cm、紅失諧量5Γ的條件下，獲取的冷原子束通量達到了94.710/×atomss，平均速度是10m/s，速度分布寬度是2m/s。冷原子束源具有準直