【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及原子光学测量，更为具体来说，本专利技术涉及一种基于原子干涉的三轴加速度测量装置及方法。
技术介绍
1、近年来发展的基于原子干涉原理的加速度测量技术，具有测量灵敏度高、长期稳定性好、不存在漂移等显著优势，已成为基础科学研究、国防建设以及资源勘探等领域的重要测量技术。自1991年美国斯坦福大学的朱棣文研究小组利用原子干涉测量重力加速度之后，基于原子干涉的加速度测量技术得到了快速的发展。
2、物体加速度的大小处在不断变化的状态，实时测量三个正交方向上的加速度大小具有实际意义。利用原子干涉技术测量三个轴向的加速度，通常有以下两种方式来实现。第一种方式是在每个轴向上配置三个独立的真空腔体，在每个腔体上利用三对正交的囚禁光实现原子囚禁，再配置一对沿该轴向的拉曼光测量该轴向的加速度，实现三个方向的加速度测量总共需要至少十二束激光。第二种方式是在同一个真空腔体中，利用三对正交的囚禁光实现原子囚禁，再在每一个轴向上配置一对拉曼光来测量加速度，实现三个轴向的加速度测量总共需要6束激光。
3、第一种方式中利用三个独立的真空腔体实现三轴加速度的测量，对三个腔体安装的正交性要求非常高，装置结构也比较复杂。第二种方式虽然仅利用同一个真空腔体，但是仍然需要六束激光。以上两种方式中利用的激光数目较多，装置结构较为复杂，且用于提供激光的激光光路系统也比较庞大，不利于装置小型化以及长期测量的稳定性。
技术实现思路
1、本申请实施例提供了一种基于原子干涉的三轴加速度测量装置及方法。
2、第一方面，本申请实施例提供了一种基于原子干涉的三轴加速度测量装置，该装置包括：真空腔体、真空维持部件、磁场屏蔽装置、空间激光光路模块、多个偏置磁场线圈、第一磁光阱线圈、第二磁光阱线圈，第一偏振变换器、第二偏振变换器、第三偏振变换器、第一λ/4波片、第二λ/4波片、第三λ/4波片、第一激光反射镜、第二激光反射镜、第三激光反射镜、第一激光束、第二激光束、第三激光束，其中：
3、所述真空腔体的前、后两个面与x轴垂直，左、右两个面与y轴垂直，上、下两个面与z轴垂直；
4、所述真空维持部件与所述真空腔体固定连接，用来维持所述真空腔体的真空度；
5、所述真空腔体设置在所述磁场屏蔽装置中，沿x轴方向上所述真空腔体的两侧分别设置有第一偏置磁场线圈、第二偏置磁场线圈，沿y轴方向上所述真空腔体的两侧分别设置有第三偏置磁场线圈、第四偏置磁场线圈，沿z轴方向上所述真空腔体的两侧分别设置有第五偏置磁场线圈、第六偏置磁场线圈和所述第一磁光阱线圈、所述第二磁光阱线圈；
6、所述第一激光束、所述第二激光束、所述第三激光束均由所述空间激光光路模块产生，且三束激光束互相正交，可以分时复用作为囚禁光或单个轴向拉曼光；
7、所述第一激光束沿x轴方向射入，穿过所述真空腔体和所述第一λ/4波片后经所述第一激光反射镜沿原路反射；所述第二激光束沿y轴方向射入，穿过所述真空腔体和所述第二λ/4波片后经所述第二激光反射镜沿原路反射；所述第三激光束沿z轴方向射入，穿过所述真空腔体和所述第三λ/4波片后经所述第三激光反射镜沿原路反射；
8、所述第一偏振变换器、所述第二偏振变换器、所述第三偏振变换器分别设置在所述第一激光束、所述第二激光束、所述第三激光束的入口处，用来调节激光的偏振状态。
9、根据一种优选实施方式，所述空间激光光路模块中包括冷却光，所述冷却光中包含囚禁光和回泵光对应的两个不同频率的激光。
10、根据一种优选实施方式，所述空间激光光路模块中还包括拉曼光，所述拉曼光中包含满足原子干涉的两个远失谐频率的激光。
11、根据一种优选实施方式，所述空间激光光路模块还包括多个偏振分光棱镜、多个λ/2波片、多个快速光开关、多个光束耦合器和多根保偏光纤。
12、根据一种优选实施方式，所述真空腔体为玻璃材料的全封闭超高真空容器，外形呈不规则八棱柱。
13、根据一种优选实施方式，还包括原子源，所述原子源用于提供实验所需的碱金属原子。
14、根据一种优选实施方式，还包括原子态探测模块，所述原子态探测模块内部的光敏感元件正对所述真空腔体中心，用于收集原子发出的荧光，并将光信号转换为可用于采集的电压信号。
15、根据一种优选实施方式的另一方面，本申请实施例提供了一种基于原子干涉的三轴加速度测量方法，包括第一磁光阱线圈、第二磁光阱线圈、第一偏置磁场线圈、第二偏置磁场线圈、第三偏置磁场线圈、第四偏置磁场线圈、第五偏置磁场线圈、第六偏置磁场线圈、第一快速光开关、第二快速光开关、第三快速光开关、第四快速光开关、第五快速光开关、第一激光束、第二激光束、第三激光束、第一偏振变换器、第二偏振变换器、第三偏振变换器、原子态探测模块、空间激光光路模块，该方法包括：
16、步骤1，开启所述第一磁光阱线圈、所述第二磁光阱线圈，关闭所有偏置磁场线圈，将所述空间激光光路模块中的所述第五快速光开关设置为阻光状态，其余快速光开关均设置为通光状态，所有偏振变换器的相位均调节为90°，所述第一激光束、所述第二激光束、所述第三激光束分别通过所述第一偏振变换器、所述第二偏振变换器、所述第三偏振变换器后偏振均为圆偏振；
17、步骤2，保持步骤1的其它状态不变，关闭所述第一磁光阱线圈、所述第二磁光阱线圈和所述第一快速光开关、所述第二快速光开关、所述第三快速光开关、所述第四快速光开关后原子处于自由状态，开启所述第一偏置磁场线圈、所述第二偏置磁场线圈和所述第五快速光开关，调节所述第一偏振变换器的相位为0°，在原子自由运动过程中，三次开启/关闭所述第一快速光开关完成原子干涉，干涉完成后，由所述原子态探测模块完成探测并计算得到x轴加速度ax；
18、步骤3，重复步骤1；
19、步骤4，保持步骤3的其它状态不变，关闭所述第一磁光阱线圈、所述第二磁光阱线圈和所述第一快速光开关、所述第二快速光开关、所述第三快速光开关、所述第四快速光开关后原子处于自由状态，开启所述第三偏置磁场线圈、所述第四偏执磁场线圈和所述第五快速光开关，调节所述第二偏振变换器的相位为0°，在原子自由运动过程中，三次开启/关闭所述第二快速光开关完成原子干涉，干涉完成后，由所述原子态探测模块完成探测并计算得到y轴加速度ay；
20、步骤5，重复步骤1；
21、步骤6，保持步骤5的其它状态不变，关闭所述第一磁光阱线圈、所述第二磁光阱线圈和所述第一快速光开关、所述第二快速光开关、所述第三快速光开关、所述第四快速光开关后原子处于自由状态，开启所述第五偏置磁场线圈、所述第六偏置磁场线圈和所述第五快速光开关，调节第三偏振变换器的相位为0°，在原子自由运动本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于原子干涉的三轴加速度测量装置，其特征在于，包括：真空腔体、真空维持部件、磁场屏蔽装置、空间激光光路模块、多个偏置磁场线圈、第一磁光阱线圈、第二磁光阱线圈，第一偏振变换器、第二偏振变换器、第三偏振变换器、第一λ/4波片、第二λ/4波片、第三λ/4波片、第一激光反射镜、第二激光反射镜、第三激光反射镜、第一激光束、第二激光束、第三激光束，其中：
2.根据权利要求1所述的基于原子干涉的三轴加速度测量装置，其特征在于，所述空间激光光路模块中包括冷却光，所述冷却光中包含囚禁光和回泵光对应的两个不同频率的激光。
3.根据权利要求2所述的基于原子干涉的三轴加速度测量装置，其特征在于，所述空间激光光路模块中还包括拉曼光，所述拉曼光中包含满足原子干涉的两个远失谐频率的激光。
4.根据权利要求3所述的基于原子干涉的三轴加速度测量装置，其特征在于，所述空间激光光路模块还包括多个偏振分光棱镜、多个λ/2波片、多个快速光开关、多个光束耦合器和多根保偏光纤。
5.根据权利要求1所述的基于原子干涉的三轴加速度测量装置，其特征在于，所述真空腔体为玻璃材料
6.根据权利要求1所述的基于原子干涉的三轴加速度测量装置，其特征在于，所述真空腔体为玻璃材料的全封闭超高真空容器，外形呈不规则八棱柱。
7.根据权利要求6所述的基于原子干涉的三轴加速度测量装置，其特征在于，还包括原子态探测模块，所述原子态探测模块内部的光敏感元件正对所述真空腔体中心，用于收集原子发出的荧光，并将光信号转换为可用于采集的电压信号。
8.一种基于原子干涉的三轴加速度测量方法，其特征在于，包括第一磁光阱线圈、第二磁光阱线圈、第一偏置磁场线圈、第二偏置磁场线圈、第三偏置磁场线圈、第四偏置磁场线圈、第五偏置磁场线圈、第六偏置磁场线圈、第一快速光开关、第二快速光开关、第三快速光开关、第四快速光开关、第五快速光开关、第一激光束、第二激光束、第三激光束、第一偏振变换器、第二偏振变换器、第三偏振变换器、原子态探测模块、空间激光光路模块，包括：
...【技术特征摘要】
1.一种基于原子干涉的三轴加速度测量装置，其特征在于，包括：真空腔体、真空维持部件、磁场屏蔽装置、空间激光光路模块、多个偏置磁场线圈、第一磁光阱线圈、第二磁光阱线圈，第一偏振变换器、第二偏振变换器、第三偏振变换器、第一λ/4波片、第二λ/4波片、第三λ/4波片、第一激光反射镜、第二激光反射镜、第三激光反射镜、第一激光束、第二激光束、第三激光束，其中：
2.根据权利要求1所述的基于原子干涉的三轴加速度测量装置，其特征在于，所述空间激光光路模块中包括冷却光，所述冷却光中包含囚禁光和回泵光对应的两个不同频率的激光。
3.根据权利要求2所述的基于原子干涉的三轴加速度测量装置，其特征在于，所述空间激光光路模块中还包括拉曼光，所述拉曼光中包含满足原子干涉的两个远失谐频率的激光。
4.根据权利要求3所述的基于原子干涉的三轴加速度测量装置，其特征在于，所述空间激光光路模块还包括多个偏振分光棱镜、多个λ/2波片、多个快速光开关、多个光束耦合器和多根保偏光纤。
5.根据权...
【专利技术属性】
技术研发人员：张炯阳，肖玉华，陈江，刘志栋，涂建辉，杨世宇，王骥，
申请(专利权)人：兰州空间技术物理研究所，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。