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冷原子干涉仪中分离激光束的精确轨迹对准

DOI：10.1103/PhysRevA.101.033606 期刊：Physical Review A 出版年份：2020 更新时间：2025-09-23 15:19:57
摘要： 冷原子干涉仪常面临由原子波包轨迹与驱动干涉仪的激光束波前耦合所引发的系统效应。这类系统效应对惯性传感器的精度和稳定性尤为不利，在采用空间分离激光束的架构中影响更为显著。本研究分析了四脉冲冷原子陀螺仪（采用喷泉构型）中两束分离激光束相对对准与原子波包轨迹的耦合效应。我们提出一种将两束激光对准至0.2微弧度精度、并确定原子波包最佳平均速度（精度达0.2毫米/秒）的方法。这种精细调节将相关陀螺仪偏置约束在1×10?1?弧度/秒量级。此外，通过分析单次飞行时间荧光轨迹，我们利用点源干涉测量技术揭示了该耦合效应，从而能测量询问光束间的大角度失准。本文提出的对准方法可应用于其他传感器构型，尤其适用于基于冷原子干涉测量的新兴引力波探测器方案。
作者： M. Altorio，L. A. Sidorenkov，R. Gautier，D. Savoie，A. Landragin，R. Geiger
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

分析四光脉冲冷原子陀螺仪在喷泉构型下运行时，两束分离激光束的相对对准与原子波包轨迹之间的耦合效应，并提出一种对准两束激光束及确定原子波包最佳平均速度的方法。

研究成果

该方法可最大程度减小四脉冲原子干涉仪（采用喷泉构型运行）中与逆向拉曼反射镜和原子轨迹间失准相关的系统效应。两反射镜间的相对失准度可校准至0.2微弧精度，最优速度可设定至0.2毫米/秒精度，从而将相关陀螺仪偏置控制在1×10?1?弧度/秒量级。

研究不足

拟合程序的稳健性高度依赖于原子速度分布的精确模型。此外，技术缺陷（如每次实验中原子数量的波动以及飞行时间轮廓的微小缺陷）可能导致拟合不稳定。

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