[實用新型]一種基于光阱力的原子加速度計

有效

• 申請號: 201922205150.7
• 申請日: 2019-12-11
• 公開（公告）號: CN211697862U
• 公開（公告）日: 2020-10-16
• 發明（設計）人: 何思璇;吳德偉;苗強;羅均文;魏天麗
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍空軍工程大學
• 主分類號: G01P15/093
• 分類號: G01P15/093
• 代理公司: 北京科億知識產權代理事務所(普通合伙) 11350
• 代理人: 湯東鳳

1.一種基于光阱力的原子加速度計，包括原子冷卻單元(1)、位移檢測單元(2)、光功率探測單元(3)、數據處理單元(4)，電源(5)，外殼(6)，支撐桿(7)，其特征在于：外殼(6)是一個金屬正方體，外殼(6)與載體固定，載體為飛機、火箭或其它可移動物體；原子冷卻單元(1)位于外殼(6)內部，為正方體結構，原子冷卻單元(1)通過支撐桿(7)與外殼(6)固定；位移檢測單元(2)固定在外殼(6)內壁上，探測原子位置，輸出含有攜帶位置信息的電信號至原子冷卻單元(1)；光功率探測單元(3)固定在原子冷卻單元(1)外側，用于實時探測冷卻激光功率值，輸出光功率的電信號到數據處理單元(4)；數據處理單元(4)固定在外殼(6)內壁，數據處理單元(4)的輸入端與光功率探測單元(3)連接，用于接收光功率探測單元(3)輸出的感應信號，并對其進行差分放大、濾波及數據輸出；電源(5)安裝在外殼(6)內壁上，為原子冷卻單元(1)、位移檢測單元(2)、光功率探測單元(3)、數據處理單元(4)供電。

2.如權利要求1所述的一種基于光阱力的原子加速度計，其特征在于：支撐桿(7)分別連接原子冷卻單元(1)的八個頂點和外殼(6)內部的八個頂點上，支撐桿(7)為金屬或碳纖維材料制成；位移檢測單元(2)采用光電位置探測器探測原子位置。

3.如權利要求1或2所述的一種基于光阱力的原子加速度計，其特征在于：原子冷卻單元(1)包括真空腔(11)、激光分束模塊(12)、光衰減器(13)、一對亥姆霍茲線圈(14)和冷原子(15)，激光分束模塊(12)發出的六路冷卻激光(16)分別經過六個光衰減器(13)在真空腔(11)中兩兩對射，形成光阱；一對亥姆霍茲線圈(14)固定在真空腔(11)外部，相互反向，兩個線圈豎直中心軸線重合，中心相距6.5cm；冷原子(15)位于真空腔(11)中心位置。

4.如權利要求3所述的一種基于光阱力的原子加速度計，其特征在于：真空腔(11)包括腔體外殼(111)、玻璃窗口(112)，腔體外殼(111)是一個6.5cm*6.5cm*6.5cm的立方體無磁金屬結構，六個面的中心位置都有一個直徑3.5cm的石英玻璃圓孔，即玻璃窗口(112)，在真空腔(11)上下兩個面上安裝一對亥姆霍茲線圈(14)。

5.如權利要求4所述的一種基于光阱力的原子加速度計，其特征在于：激光分束模塊(12)包括激光源(121)、偏振分束器(122)、1/2波片(123)、1/4波片(124)、透鏡(125)和光纖(126)，其中偏振分束器(122)數量5個，1/2波片(123)數量也是5個，1/4波片(124)數量為6個，透鏡(125)數量為6個；每一個偏振分束器(122)之前都有一個1/2波片(123)，構成一組；1/2波片(123)的作用是改變入射的線偏振光的偏振方向，從而通過調整波片的光軸方向，調整出射的兩束激光的光強之比，使最后輸出的六束激光的光強基本相等；六束激光通過1/4波片以產生合適的偏振態，并由透鏡(125)耦合進入光纖(126)；再由光纖(126)將激光輸入光衰減器(13)，六個光衰減器(13)分別位于真空腔(11)上下，左右，前后六個面的外部，1號光纖和4號光纖為一對，2號光纖和5號光纖為一對，3號光纖和6號光纖為一對，6路激光各自經過光衰減器(13)，在真空腔(11)中兩兩對射。

6.如權利要求5所述的一種基于光阱力的原子加速度計，其特征在于：光功率探測單元(3)位于光衰減器(13)前端靠近玻璃窗口(112)附近，光功率探測單元(3)輸出對射方向激光光功率信號到數據處理單元(4)。

7.如權利要求1所述的一種基于光阱力的原子加速度計，其特征在于：數據處理單元(4)包括前置放大電路(41)、差分放大電路(42)、濾波電路(43)、顯示電路(44)，其中，前置放大電路(41)將對射方向激光功率信號進行前置放大并減小噪聲帶寬，而后輸出至差分放大電路(42)；差分放大電路(42)將功率信號同相相減并放大并輸出至濾波電路()43進行濾波；濾波電路(43)輸出至到單片機控制的顯示電路(44)中顯示加速度值。