干涉型原子陀螺仪研究进展与应用

介绍了原子干涉仪的基本原理和目前国内外干涉型原子陀螺仪的 实现方案以及研究现状,包括三脉冲陀螺仪、四脉冲陀螺仪和原子芯片陀螺仪。基于高精度 测量特性,概述了原子陀螺仪在惯性导航、广义相对论检测以及地球物理学中的应用。     

冷原子干涉陀螺仪在惯性导航领域的研究现状及展望

随着激光冷却等原子光学技术的进步,利用冷原子作为波源的冷原子干涉陀螺仪正在快速发展,有望成为惯性导航领域颇具发展潜力的新型陀螺技术。介绍了国内外冷原子干涉陀螺仪的研究现状和原子干涉仪惯性测量的基本原理,并对斯坦福大学、巴黎天文台和汉诺威大学的三种不同类型冷原子干涉陀螺仪的性能特点进行了对比分析。针对当前冷原子干涉技术的局限性,展望了未来冷原子干涉陀螺仪在惯性导航领域推广应用的改进方案及发展前景。     

基于原子干涉的量子陀螺仪

介绍了一种基于原子干涉测量的量子陀螺仪,对原子干涉的Sagnac效应原理进行了简单描述,在此基础上介绍原子Mach?蛳Zehnder干涉仪构成的量子陀螺仪的工作原理。量子陀螺仪的测量精度比传统的高精度陀螺仪的精度高几个数量级,是新一代的陀螺仪。     

导航、电子对抗、制导

TN962011011728新一代惯性导航技术:冷原子陀螺仪/李润兵,王谨,詹明生(中国科学院武汉物理与数学研究所波谱与原子分子物理国家重点实验室)//全球定位系统.―2010,35(4).―1～5.该文介绍了冷原子陀螺仪的实验研究进展,通过直接数字频率综合电路精确控制冷原子的运动轨迹,形成双向对抛的冷原子束,利用拉曼激光脉冲相干操作双向对抛的冷原子,实现了双环路冷原子干涉条纹,该构     

用原子陀螺仪测量微小转动

多年前物理学家就知道，原子是最好的测量装置之一，原子钟就是一例。现在人们似乎感到，我们还是处在精密原子测量新黄金时代的开端，其中部分原因是由于激光冷却和操纵原子的技术刚开始发展。如像原子可以良好报时一样，原子可成为由于重力加速或地球旋转作用而产生的惯性力的优良传感器。最近由斯坦福大学T．Gustavson等人所做的实验已清楚证明了这种潜力。他们已建立一个原子干涉陀螺仪，可以很灵敏地测量旋转，其精度比以前以粒子为基础的陀螺仪实验高两个数量级，与目前水平的激光陀螺仪相差不多，后者是我们目前旋转测量的最精密的…     

原子物质波干涉

由于原子物质波干涉仪在基础研究和实际应用上都具有十分诱人的前景,因而近两年来吸引了科学家们很大注意,出现了一个原子物质波干涉研究的新趋势。本文叙述了原子物质波干涉的原理、用途和最新研究结果。     

用于稳定激光功率的数字控制系统

在冷原子干涉仪的研究中,常采用三个拉曼光脉冲实现对原子束的相干操控(分束、反射和合束)。拉曼激光的功率抖动会引起Rabi频率的变化,从而带来严重的干涉相移噪声。这些噪声对用于高精度转动加速度测量的冷原子干涉仪来说是不可忽略的系统噪声,因此实现拉曼激光的功率稳定对于实现高精度原子干涉是至关重要的。采用声光调制器(AOM)作为执行器,设计了一套用于稳定激光功率的数字控制系统。在对AOM进行系统辨识和控制器仿真设计的基础上,利用Labview程序实现了激光功率稳定的PID控制。测试结果表明,在测量时间为1 h情况下,激光功率的不稳定度由系统闭环前的1.67%降低到了系统闭环后的0.19%,极大地提高了干涉信号的稳定性,同时也降低了系统噪声。     

用于冷原子干涉仪的拉曼激光的注入锁定

原子干涉仪通常采取拉曼脉冲序列对原子波包进行相干操作,高功率的拉曼光可让更多的原子参与速度敏感型受激拉曼跃迁,有利于实现信噪比高的原子干涉仪条纹。研制高功率的拉曼激光器对冷原子干涉仪的实验研究具有重要意义,文章报道了基于注入锁定技术实现的高功率拉曼激光器的实验结果。主激光器经过1.5 GHz声光调制器产生1级衍射光作为拉曼光的种子光,注入到两个从激光器后锁定,并实现功率放大。两个拉曼光的频率相差3.0 GHz,频率调谐范围为200 MHz。     

用于原子干涉重力仪的小型频率合成器设计与实现

在原子干涉重力实验中,拉曼激光制备常采用光学锁相环方法,即先将主从激光器拍频信号与6.8 GHz微波信号源进行混频,再与直接数字频率合成信号发生器进行鉴频鉴相,得到的反馈信号用以控制激光器实现低噪声拉曼光输出,而拉曼光相噪将直接影响原子干涉重力仪的灵敏度。本设计采用STM32F103C8T6单片机对LMX2594数字锁相环芯片进行编程控制,通过锁相环频率合成技术,最终获得6.8 GHz的微波信号源。测试结果表明,该微波信号源相位噪声分别为-65.2 dB@1 Hz、-95.3 dB@1 kHz,频率稳定度为2.72×10^-11@1 s,输出功率大于10 dBm。在脉冲间隔时间为100 ms时,信号源对原子干涉重力仪灵敏度的影响为8×10^-8 m/s²/Hz^1/2,分辨率影响为2×10^-8 m/s²@600 s,具有频率稳定度高、相位噪声低等优点,可以满足原子干涉重力实验。     

基于LabVIEW的Xe核自旋横向弛豫时间自动测试系统

核磁共振陀螺仪是基于量子调控技术的前沿研究,具有高精度、小体积、低功耗等显著优点,是未来高精度微小型陀螺的主要发展方向之一。原子气室内Xe核自旋的横向弛豫时间是衡量原子气室性能的一个重要参数,直接影响陀螺的角随机游走,准确快速地测量横向弛豫时间有利于研制性能更优的原子气室。根据推导的核自旋横向弛豫时间测量原理,基于LabVIEW软件平台设计了一种气室核自旋横向弛豫时间的自动化测试系统,实现了温度控制、氙共振频率找寻、磁场控制及数据处理存储功能。实际应用表明,采用自动化测试系统工作稳定可靠、测量效率高、测试精度高、人机交互性好,为检验核磁共振陀螺仪原子气室的性能提供了有效测试手段。     

原子陀螺基本概念及发展趋势分析

原子陀螺是一种利用原子光谱感受外部转动的高性能传感器,在惯性导航、姿态控制、科学研究等军民领域已表现出巨大的发展潜力和应用价值,并引起了国内外研究机构的巨大兴趣。回顾了原子陀螺的发展历程,并跟踪了国际上的最新研究动态。将原子陀螺根据其工作原理分为冷原子陀螺和核磁共振陀螺2个领域,并从工作原理、性能参数、应用方向等方面分别进行了阐述。最后分析了原子陀螺面临的挑战和未来发展趋势。     

数字信号处理技术在新型惯导系统中应用的研究

数字信号处理是一种具有特殊结构的微处理器,可以用来快速实现各种数据信号处理算法,在新型惯导系统———光纤陀螺的应用中取得了很好的效果,使得陀螺系统质量轻,耗电少,成本低,寿命长,体积小,在军民品中都有广泛的应用前景。飞机、飞船和轮船一直都使用陀螺定位仪来导航,最新技术的定位仪是光纤陀螺,采用光纤技术的光纤陀螺很好地解决了汽车、建筑、工业机器人,天线系统和大型农场的农业机械定位问题,方便且灵敏的光纤陀螺在陀螺定位领域具有广泛的应用前景。基于萨格奈克效应（ＳａｇｎａｃＥｆｅｃｔ）的第一代干涉型光纤陀螺经过了２０年的研究历程,期间几乎所有内在与外在的噪声因素都得到了分析与消除,检测的方法也得到了很大的改进,使得光纤陀螺在军民两方面都有着重要的应用背景。     

里德堡原子雷达接收灵敏度极限

里德堡原子在微波场的存在下呈现出电磁诱导透明效应,因而可用于微弱电场的探测。近年来,基于里德堡原子微波探测技术的新型雷达接收机架构引起了业内广泛关注。文中分析了里德堡原子雷达接收机的外部和内部噪声源,探究了里德堡原子接收机的灵敏度,指出在雷达侦收场景下,当前可制备的里德堡原子接收机灵敏度不及传统电子技术接收机,并针对里德堡原子雷达接收机的实用化提出了技术改进方案。     

核磁共振微陀螺的现状与发展

基于核磁共振的微型陀螺仪以其小体积、低功耗、低成本等优势成为了惯性传感器领域新的研究热点。回顾了核磁共振陀螺仪的发展历程,并跟踪了国际上基于核磁共振的微型陀螺仪的最新研究动态。从核磁共振、光抽运和自旋交换碰撞三个方面介绍了核磁共振微陀螺的理论基础和主要涉及的物理效应。针对核磁共振微陀螺的不同结构对其进行分类,并从工作原理和性能参数等方面分别进行了阐述。最后,分析了核磁共振微陀螺的应用领域,对其发展趋势和实际应用所面临的挑战进行了展望,并指出磁抑制和磁屏蔽技术将会成为制约核磁共振微陀螺实际应用的难点。     

微机械陀螺仪的新进展及发展趋势

微机械陀螺仪是陀螺技术和微电子机械系统(MEMS)技术结合产生的新一代惯性器件。根据其工作原理和采用材料的不同,微机械陀螺可分为硅基微机械振动陀螺(Si-MVGs)、微机械压电振动陀螺(PVGs)和悬浮转子式微机械陀螺等。该文介绍了微机械陀螺仪的主要参数指标和应用,对硅基微机械振动陀螺(Si-MVGs)、微机械压电振动陀螺(PVGs)和悬浮转子式微机械陀螺的最新研究进展作了综合性报道,讨论了微机械陀螺未来的发展趋势。     

一种新的Morlet小波及其在雷达信号特征提取中的应用研究

为准确估计雷达信号的瞬时频率,文中提出了一种基于新Morlet小波原子提取信号小波脊线的方法。通过分析小波脊线原理,使用新Morlet小波原子提取雷达辐射源信号的小波脊线特征。同时,针对不同调制类型的雷达信号,根据小波分解时—频约束关系,分析了正确提取信号脊线特征的条件。仿真实验表明,与普通Morlet小波原子相比,基于改进的Morlet小波提取信号脊线特征具有较强的检测概率和抗噪性能,其方法的有效性为实验结果所证实。     

晶格原子光学及其应用

首先介绍了近年来发展起来的晶格原子光学,包括冷原子光学晶格、磁晶格和磁光晶格,并报道了国内一些小组研究磁晶格和磁光晶格的一些新结果.其次,简单综述了光学晶格中原子动力学、玻色-爱因斯坦凝聚(BEC)和量子态的相干传输与控制等晶格原子光学研究的最新进展.最后,介绍了冷原子光学晶格、磁晶格和磁光晶格在光子晶体制备等方面的潜在应用.