[發(fā)明專利]四端口原子陀螺儀

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010545806.4
• 申請(qǐng)日: 2020-06-15
• 公開（公告）號(hào): CN112304299A
• 公開（公告）日: 2021-02-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 尼爾·黑爾德里希·索爾邁耶;卡爾·D·納爾遜;馬修·韋德·帕克特;羅伯特·康普頓
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 霍尼韋爾國際公司
• 主分類號(hào): G01C19/64
• 分類號(hào): G01C19/64
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 曹凌;劉茜

本發(fā)明題為“四端口原子陀螺儀”。公開了用于四端口原子陀螺儀的裝置和方法。由于其的四個(gè)端口，四端口原子陀螺儀的輸出與輸入是分開的，以便增加原子陀螺儀的靈敏度。因此，可以檢測(cè)圍繞四端口原子陀螺儀的光波導(dǎo)回路的中心軸線的旋轉(zhuǎn)速率的較小改變。

背景技術(shù)

導(dǎo)航市場(chǎng)正在向小型陀螺儀發(fā)展，而不犧牲標(biāo)度因數(shù)或穩(wěn)定性。原子陀螺儀通過參照光波長的標(biāo)度因數(shù)，提供信號(hào)生成對(duì)象的高通量(對(duì)于高信噪比)和良好的穩(wěn)定性。原子陀螺儀是用來測(cè)量圍繞旋轉(zhuǎn)軸線的旋轉(zhuǎn)速率的導(dǎo)航儀器。利用薩格奈克效應(yīng)，計(jì)算原子波函數(shù)的相移。陀螺儀的旋轉(zhuǎn)速率與原子波函數(shù)的相移成正比。

美國專利第9,766,071號(hào)(以下簡(jiǎn)稱“′071專利”)公開了發(fā)散波導(dǎo)原子陀螺儀。‘071專利的全部?jī)?nèi)容通過引用并入本文。‘071專利公開了捕集和冷卻原子，使得原子沿著被波導(dǎo)回路終止的波導(dǎo)的表面移動(dòng)，初始化原子的狀態(tài)，并將原子的波函數(shù)分裂成兩半，該兩半圍繞波導(dǎo)回路在不同的方向上行進(jìn)。在每個(gè)波導(dǎo)中行進(jìn)的波函數(shù)的分量基于圍繞波導(dǎo)回路的中心軸線的旋轉(zhuǎn)接收相對(duì)相位差。該兩半在波導(dǎo)中結(jié)合。原子波函數(shù)的兩半的相對(duì)總體表征為確定圍繞回路的軸線的旋轉(zhuǎn)速率。

因此，波導(dǎo)回路具有單一端口，波函數(shù)進(jìn)入回路的該端口，并且波函數(shù)通過該端口離開回路。用于在波導(dǎo)的表面捕集原子的光信號(hào)會(huì)產(chǎn)生不利的相移，例如由于微分斯塔克頻移，該相移會(huì)干擾原子波函數(shù)的兩半的相對(duì)總體的表征。結(jié)果，不可取的偏置誤差會(huì)導(dǎo)致陀螺儀的測(cè)量。

附圖說明

應(yīng)當(dāng)理解，附圖僅示出了示例性實(shí)施方案，因此不應(yīng)認(rèn)為是限制本發(fā)明的范圍，將通過附圖的使用以附加特征和細(xì)節(jié)來描述示例性實(shí)施方案，其中：

圖1是示出波導(dǎo)的一個(gè)實(shí)施方案的橫截面圖，該波導(dǎo)對(duì)于波導(dǎo)表面上方的原子具有波導(dǎo)勢(shì)能最小值；

圖2A示出了四端口原子陀螺儀的一個(gè)實(shí)施方案的框圖；

圖2B示出了四端口原子陀螺儀的一部分的一個(gè)實(shí)施方案的圖；

圖3A示出了四個(gè)端口的一個(gè)實(shí)施方案；

圖3B示出了四個(gè)端口的另一實(shí)施方案；并且

圖4示出了四端口原子陀螺儀的示例性操作方法。

根據(jù)慣例，所描述的各種特征未必按比例繪制，而是用于強(qiáng)調(diào)與示例性實(shí)施方案相關(guān)的特定特征。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種方法。方法包括：將堿原子流引入輸入光波導(dǎo)的至少一個(gè)外表面；通過在輸入光波導(dǎo)中引入紅失諧光信號(hào)和藍(lán)失諧光信號(hào)，在輸入光波導(dǎo)的至少一個(gè)外表面上方產(chǎn)生紅藍(lán)光倏逝阱，其中堿原子流平行于輸入光波導(dǎo)的中心軸線移動(dòng)，并且懸浮在紅藍(lán)光倏逝阱中；通過正交于堿原子流施加泵浦光束，將堿原子流中的堿原子的電子狀態(tài)設(shè)置為已知的電子基態(tài)配置；當(dāng)原子態(tài)由泵浦光束設(shè)置時(shí)，測(cè)量從堿原子流發(fā)射的光的第一振幅；通過將至少一個(gè)包括布拉格光學(xué)脈沖的布拉格光束施加到堿原子流，將堿原子流的堿原子的量子機(jī)械波函數(shù)至少分裂成第一半波函數(shù)流和第二半波函數(shù)流，該第一半波函數(shù)流在第一方向上在光波導(dǎo)回路的至少一個(gè)外表面上方的紅藍(lán)光倏逝阱中移動(dòng)，該第二半波函數(shù)流在第二方向上在光波導(dǎo)回路的至少一個(gè)外表面上方的紅藍(lán)光倏逝阱中移動(dòng)，其中第二方向與第一方向相反；在第一波函數(shù)和第二波函數(shù)各自已經(jīng)橫穿光波導(dǎo)回路之后，將第一波函數(shù)和第二波函數(shù)重新組合成重組堿原子；向輸出光波導(dǎo)發(fā)射重組堿原子中的一些重組堿原子的流；將光泵浦信號(hào)或另一光測(cè)量信號(hào)施加到在輸出光波導(dǎo)的至少一個(gè)外表面上方并且沿著該外表面在紅藍(lán)光倏逝阱中移動(dòng)的重組堿原子中的一些重組堿原子的流；當(dāng)施加光泵浦信號(hào)或另一光測(cè)量信號(hào)時(shí)，測(cè)量從在輸出光波導(dǎo)的至少一個(gè)外表面上方并且沿著該外表面在紅藍(lán)光倏逝阱中移動(dòng)的重組堿原子中的一些重組堿原子的流發(fā)射的光的第二振幅；以及基于測(cè)量的第一振幅和測(cè)量的第二振幅來確定圍繞光波導(dǎo)回路的中心軸線的旋轉(zhuǎn)速率。

具體實(shí)施方式