[發明專利]基于固態原子自旋幾何相的光懸浮角速度測量裝置與方法

有效

• 申請號: 202210365565.4
• 申請日: 2022-04-08
• 公開（公告）號: CN114441794B
• 公開（公告）日: 2022-10-04
• 發明（設計）人: 張寧;郭強;王子軒;張夢詩;于婷婷;李梓文;胡慧珠
• 申請（專利權）人: 之江實驗室
• 主分類號: G01P3/36
• 分類號: G01P3/36
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 賈玉霞

1.一種基于固態原子自旋幾何相的光懸浮角速度測量裝置，其特征在于，該裝置用于測量二氧化硅微型顆粒（8）的光懸浮角速度，所述二氧化硅微型顆粒（8）上生長含有均勻分布取向一致的NV色心金剛石薄膜；

該裝置包括入射光路、出射光路、真空腔（6），以及位于所述真空腔（6）內的聚光透鏡組（7）、微波天線（9）；

所述微波天線（9）對準所述二氧化硅微型顆粒（8），且所述微波天線（9）通過微波線纜（10）連接位于所述真空腔（6）外的微波系統（11）；

所述入射光路上，懸浮激光器（1）、第一光纖型λ/4可調波片（3）、合束器（4）、真空腔（6）依次通過光纖連接，激發激光器（5）也通過光纖連接合束器（4）；所述聚光透鏡組（7）的中心位于所述入射光路上，測量時二氧化硅微型顆粒（8）放置在所述聚光透鏡組（7）的中心，所述聚光透鏡組（7）用于將所述合束器（4）輸出的合束激光聚焦到所述二氧化硅微型顆粒（8）上以實現所述二氧化硅微型顆粒（8）的懸浮和激發；

所述出射光路上，真空腔（6）、第一分束器（12）、第二分束器（13）、第二光纖型λ/4可調波片（14）和偏振分束器（15）依次通過光纖連接；熒光探測器（17）、質心探測器（18）、差分探測器（19）分別通過光纖與第一分束器（12）、第二分束器（13）、偏振分束器（15）一一對應連接，熒光探測器（17）、質心探測器（18）、差分探測器（19）與數據處理與分析系統（20）連接；熒光探測器（17）上還設置有濾波片（16）；

所述數據處理與分析系統（20）采集質心探測器（18）和差分探測器（19）探測結果確定顆粒懸浮狀態，再通過熒光探測器（17）得到二氧化硅微型顆粒的NV色心熒光信息從而解算出相應旋轉角速度信息；

光懸浮角速度的具體測量方法如下：

調整第一光纖型λ/4可調波片（3），使二氧化硅微型顆粒（8）實現高速旋轉，根據質心探測器（18）和差分探測器（19）探測結果確定顆粒懸浮狀態，并解算出初步旋轉信息；實時調整懸浮激光器（1）和激發激光器（5）的功率以及第一光纖型λ/4可調波片（3）的參數，待質心探測器（18）和差分探測器（19）兩者信號穩定后，改變微波系統（11）的操控脈沖形式，通過熒光探測器（17）得到二氧化硅微型顆粒的NV色心累積的幾何相Φ，根據Φ=ωt，計算得到二氧化硅微型顆粒（8）的旋轉角速度ω；其中，t為作用時間。

2.根據權利要求1所述的基于固態原子自旋幾何相的光懸浮角速度測量裝置，其特征在于，所述二氧化硅微型顆粒（8）的尺寸在100-1000 nm范圍內。

3.根據權利要求1所述的基于固態原子自旋幾何相的光懸浮角速度測量裝置，其特征在于，所述濾波片（16）為帶通濾波片，波長透射范圍為600-800 nm。

4.根據權利要求1所述的基于固態原子自旋幾何相的光懸浮角速度測量裝置，其特征在于，所述懸浮激光器（1）的工作波長為1565 nm，所述激發激光器（5）的工作波長為532nm。

5.根據權利要求1所述的基于固態原子自旋幾何相的光懸浮角速度測量裝置，其特征在于，所述入射光路和出射光路共軸，所述聚光透鏡組（7）的中心位于所述入射光路和出射光路的軸線上。

6.根據權利要求5所述的基于固態原子自旋幾何相的光懸浮角速度測量裝置，其特征在于，所述聚光透鏡組（7）包括第一透鏡和第二透鏡，所述第一透鏡和第二透鏡相對而設，焦點重合，所述二氧化硅微型顆粒（8）位于所述第一透鏡和第二透鏡的焦點處；

其中，所述第一透鏡的中心軸與所述第二透鏡的中心軸與所述入射光路、出射光路共軸，且所述第一透鏡靠近所述合束器（4）設置，所述第二透鏡靠近所述第一分束器（12）設置；

所述第一透鏡用于將所述合束器（4）經所述入射光路的光纖輸出端輸出的合束激光聚焦到所述二氧化硅微型顆粒（8）上以實現所述二氧化硅微型顆粒（8）的懸浮和激發；所述第二透鏡用于收集所述二氧化硅微型顆粒（8）透射的合束激光以及激發所述二氧化硅微型顆粒（8）所產生的熒光并傳輸給所述出射光路。