一种基于冷原子干涉的拉曼光相位噪声测试方法及系统技术方案

本发明专利技术公开一种基于冷原子干涉的拉曼光相位噪声测试方法及系统，该方法包括：原子囚禁和冷却，获得冷原子团；原子初态制备；冷原子团进入干涉区，控制实验时序通过三个拉曼光脉冲与冷原子团相互作用实现原子干涉；原子团进入探测区进行双能级探测获得原子干涉条纹；设置两束

【技术实现步骤摘要】
一种基于冷原子干涉的拉曼光相位噪声测试方法及系统
本专利技术涉及噪声测试
，具体是一种基于冷原子干涉的拉曼光相位噪声测试方法及系统。
技术介绍
在原子钟以及重力仪等基于原子干涉技术的量子精密测量领域，本地振荡器的相位噪声是影响测试灵敏度的重要噪声源。在原子钟运行过程中，本地振荡器的相位噪声会恶化原子钟的频率稳定度(Dick效应)；在冷原子干涉仪中，拉曼光的相位噪声同样会造成干涉条纹的相位抖动，从而降低系统测试灵敏度。上述本地振荡器及拉曼光的相位噪声带来的影响在本质都是由于冷原子跃迁概率对相位噪声的敏感响应造成的，从而恶化系统测试稳定度或者灵敏度。因此，业内急需一种基于冷原子干涉的拉曼光相位噪声测试方法的新型技术。
技术实现思路
本专利技术提供一种基于原子干涉的拉曼光相位噪声测试方法及系统，用于克服现有技术中自校准功能缺失等缺陷，并具有潜在的高准确度特性，通过原子对相位抖动的敏感响应，实现基于冷原子干涉技术的拉曼光相位噪声的测试，较传统的信号分析仪测试，具有自校准的功能。为实现上述目的，本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于冷原子干涉的拉曼光相位噪声测试方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤1，打开冷却光和回泵光，开启梯度磁场，实现原子囚禁和冷却，获得冷原子团；/n步骤2，利用受激拉曼跃迁或微波选态实现冷原子团初态制备至预定原子能级；/n步骤3，冷原子团自由下落或抛射至干涉区，根据选定的实验时序依次使得冷原子团与脉宽分别为

【技术特征摘要】
1.一种基于冷原子干涉的拉曼光相位噪声测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，打开冷却光和回泵光，开启梯度磁场，实现原子囚禁和冷却，获得冷原子团；
步骤2，利用受激拉曼跃迁或微波选态实现冷原子团初态制备至预定原子能级；
步骤3，冷原子团自由下落或抛射至干涉区，根据选定的实验时序依次使得冷原子团与脉宽分别为脉冲、π脉冲、脉冲拉曼光三次相互作用，实现原子干涉；
步骤4，在探测区对干涉后的原子进行双能级探测，获得干涉条纹；
步骤5，通过设置两个拉曼光脉冲之间的相位差，使得原子团的相对布居数放置在所述干涉条纹顶点处，通过单点多次测试该处相对布居数阿兰方差以获得技术噪声比例因子，根据技术噪声比例因子可获得干涉条纹任意处的技术噪声贡献；
步骤6，通过设置两个拉曼光脉冲之间的相位差，使得原子团的相对布居数放置在所述干涉条纹半高宽处，通过单点测试获得此处的相位抖动阿兰方差；
步骤7，根据测量获得的相位抖动阿兰方差以及通过测试标定的技术噪声、量子投影噪声和拉曼功率噪声带来的影响，获得拉曼光相对相位噪声对条纹抖动的贡献；
步骤8，改变原子团在干涉过程中自由演化时间，并重复步骤1～7，通过多次测试获得不同选定时序条件下干涉条纹相位抖动，根据Leeson模型及不同实验时序条件下的传递函数，求解出拉曼光相位噪声谱。


2.如权利要求1所述的基于冷原子干涉的拉曼光相位噪声测试方法，其特征在于，所述步骤1包括以下步骤：
步骤11，通过激光光源部分打开冷却光和回泵光，开启梯度磁场，在磁光阱部分对原子进行冷却和囚禁；
步骤12，关闭梯度磁场，通过调整冷却光功率及频率实现偏振梯度冷却，获得温度在5～10μK、原子数为108量级的冷原子团。


3.如权利要求1所述的基于冷原子干涉的拉曼光相位噪声测试方法，其特征在于，所述步骤2包括以下步骤：
步骤21，打开拉曼光或微波开关，通过设置脉宽宽度为π脉冲，将原子状态抽运至预定能级；
步骤22，打开吹散光，将除预定能级之外其余子能级上的原子吹掉；完成原子初态制备。


4.如权利要求1所述的基于冷原子干涉的拉曼光相位噪声测试方法，其特征在于，所述步骤3包括以下步骤：
步骤31，打开拉曼光开关，控制输入第一个拉曼光矩形脉冲后关闭；
步骤32，原子团自由演化时间T后，再次打开拉曼开关，控制输入第二个拉曼光π矩形脉冲后关闭；
步骤33，原子团自由演化时间T后，再次打开拉曼开关，控制输入第三个拉曼光矩形脉冲后关闭。


5.如权利要求1所述的基于冷原子干涉的拉曼光相位噪声测试方法，其特征在于，所述步骤4包括以下步骤：
步骤41：原子团进入探测区后，打开探测光，测试能级1上原子总数N1，然后关闭探测光；
步骤42：打开回泵光，将所有原子泵浦到能级1；然后关闭回泵光；
步骤43：打开探测光，测试原子总数N1+N2；然后关闭探测光；
最终获得的原子干涉条纹表达为：
Pi＝A+C*cos(φi+φ0)(1)
其中Pi表示原子团在能级1上的相对布居数即N1/(N1+N2)，即跃迁概率，A为干涉条纹的偏置，C为条纹对比度，φi表示在不同干涉条纹位置处的两束拉曼光之间的相对相位差，φ0表示两束拉曼光之间的初始相位差。


6.如权利要求1所述的基于冷原子干涉的拉曼光相位噪声测试方法，其特征在于，所述步骤5包括以下步骤：
步骤51，设置第一个拉曼脉冲与第三个拉曼脉冲之间的相位差φi，使得相对布居数放置在干涉条纹顶点处测试W次，获得W个测试结果Pj，计算获得干涉条纹顶部相位抖动阿兰方差σ(PTop)以获得技术噪声比例因子k：



其中σ(PTop)为干涉条纹顶点处布居数抖动的阿兰方差，根据W次测试结果Pj由公式获得；
PTop为条纹顶点处相对布居数W次测试结果Pj的平均值，W>100；
步骤52，根据下面的公式(3)获得干涉条纹任意位置Pi处...

【专利技术属性】
技术研发人员：王亚宁，杨俊，颜树华，朱凌晓，王国超，贾爱爱，李期学，张旭，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43