脉冲式冷原子干涉仪敏感惯性参量物理机制的新理解

黄 晨，乐旭广，程 俊，姚辉彬，毛海岑

（华中光电技术研究所武汉光电国家研究中心，武汉 430223）

0 引言

Mach⁃Zehnder构型的冷原子干涉仪自20世纪90年代起已发展了数十年，并大量应用在大地测量、 等效性原理验证以及惯性测量等领域［1⁃6］。 一般来说，干涉是指两列波在空间中产生叠加合成从而引起强度重新分布的一种物理现象。随着激光冷却技术的快速发展和普及，人们利用诸如磁光阱、亚Doppler冷却等方法将原子冷却至百微开以及更低的温度，使得原子的波动性可以被观测到，这使得利用原子波包进行干涉实验变得可能。由于冷原子的de Broglie波长比光的波长要短很多，其理论精度远高于传统干涉仪，冷原子干涉仪在精密测量领域有着巨大的潜力，尤其是在高精度惯性导航领域。根据传统干涉仪的定义，两个波包由于在空间中的路径不同，会积累不同的相位，这会导致两个波包在重合时会根据其积累的相位差形成稳定的干涉条纹。因此，利用冷原子进行干涉时，也需要根据原子在空间中经历分束、反射、合束过程中所走过的经典路径以及激光相位的不同，来计算其产生的相位差，最终对惯性参量进行解算，这种计算方式在静态条件下十分方便。然而，当冷原子干涉仪系统在测量过程中存在运动时，由于光反冲动量不再固定，因此计算原子轨迹就变得十分复杂，难以得到解析表达式，这给冷原子干涉仪在动态下的信号解算带来了极大的不便。

本……