本發(fā)明涉及一種基于極化子Sagnac相位的角速率高精度檢測方法。受到疊加態(tài)渦旋光的激發(fā)影響，極化子輻射出的大量光子繼承了疊加態(tài)渦旋光的相位信息并在檢測裝置上形成干涉圖樣，將干涉圖樣進行分區(qū)：奇數(shù)空間和偶數(shù)空間；利用光波函數(shù)可得出奇數(shù)空間和偶數(shù)空間總光強大小；建立空間相減得到的相對光強差和極化子Sagnac相位的關(guān)系式，利用極化子的Sagnac相位公式得出相對光強差和系統(tǒng)轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系，考慮各種噪聲的影響，得出信噪比達到1所需的時間，當(dāng)信噪比大于1時，可以檢測出極化子的Sagnac相位，得出系統(tǒng)角速率信息。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于極化子Sagnac相位的角速率高精度檢測方法，適用于常溫波色-愛因斯坦凝聚態(tài)量子陀螺新技術(shù)的設(shè)計研究。

技術(shù)背景

自1850年法國物理學(xué)家萊昂·傅科發(fā)現(xiàn)并命名陀螺儀以來，陀螺儀作為主要的慣性導(dǎo)航檢測設(shè)備，在航海、航空、航天、導(dǎo)彈、汽車等領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。傳統(tǒng)的機電陀螺儀和基于Sagnac效應(yīng)的激光陀螺儀、光纖陀螺儀的精度、靈敏度的提高和體積、重量、功耗的小型化之間存在矛盾，已進入精度和靈敏度的發(fā)展瓶頸。近年來量子物理學(xué)和低溫物理學(xué)領(lǐng)域的快速發(fā)展，帶來了革命性的影響，出現(xiàn)了一系列超高精度超高靈敏度的量子陀螺儀，引起了歐美等發(fā)達國家的重視。美國國防部先進計劃研究署制定了“精確慣性導(dǎo)航系統(tǒng)”(PINS)，將以量子效應(yīng)為核心的量子慣性傳感技術(shù)視為下一代主導(dǎo)慣性技術(shù)。

飛行器角速率是確定飛行器姿態(tài)所必需的重要參數(shù)，其測量技術(shù)在國防技術(shù)中占有非常重要的地位。現(xiàn)有的飛行器角速率的高精度測量方法主要采用激光陀螺和光纖陀螺這兩類光學(xué)陀螺。激光陀螺的方法精度較高，但加工復(fù)雜且存在零點漂移和閉鎖問題，同時噪聲來源較多；光纖陀螺雖然加工簡單，精度高，但系統(tǒng)穩(wěn)定性差，體積大，成本較高,且抗沖擊性能較差，存在零點漂移問題，同時由于精度和體積的矛盾使得精度受到很大的限制。從技術(shù)水平上來說，我國光學(xué)陀螺技術(shù)起步較晚，雖然取得很多可喜的成就，但總體水平仍落后于西方國家，且由于工藝水平原因，使得實際應(yīng)用方面的差距更大；基于常溫BEC的量子陀螺是目前提出的新概念陀螺，精度高，穩(wěn)定性好，體積小，解決了精度和體積之間的矛盾，具有誘人的發(fā)展前景。

利用渦旋光測量旋轉(zhuǎn)物體角速率的方法在國際上出現(xiàn)不久，由于這種方法的優(yōu)越性且其精度巨大的提升空間受到國內(nèi)外廣泛關(guān)注。1997年圣安德魯斯大學(xué)J.Courtial等人觀測到旋轉(zhuǎn)渦旋光束會產(chǎn)生頻移現(xiàn)象。2013年英國物理學(xué)家馬丁·拉弗瑞(MartinLavery)和他的同事提出利用渦旋光測量旋轉(zhuǎn)金屬圓盤角速率的方法，并進行了實驗驗證。光在干涉環(huán)中相向傳播，兩束光之間的相位差會隨著干涉環(huán)的旋轉(zhuǎn)速度發(fā)生變化，相位差只與干涉環(huán)面積和轉(zhuǎn)速有關(guān)，這就是光的Sgnac效應(yīng)。極化子可在微腔中實現(xiàn)，是激子、光子發(fā)生強耦合的準粒子，由于受到渦旋光的激發(fā)，極化子會繼承渦旋光的相位信息，大量的極化子之間發(fā)生干涉，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生旋轉(zhuǎn)時，形成極化子的Sagnac相位，實驗發(fā)現(xiàn)極化子Sagnac相位與系統(tǒng)的角速率有著緊密的聯(lián)系，將極化子Sagnac相位的高精度檢測方法應(yīng)用到飛行器角速率測量中在國內(nèi)尚屬首次公開提出，具有極大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

激光陀螺、光纖陀螺可以通過光的Sagnac效應(yīng)來檢測飛行器角速率，傳統(tǒng)的測量Sagnac相位的方法是：用光電二極管測出光強隨時間變化曲線，通過傅里葉變換到頻域觀察頻移變換，這種方法易受干擾，且噪聲明顯，精度差，這就為它的推廣和應(yīng)用帶來困難，需要新的Sagnac相位檢測方法來解決這個困難。極化子Sagnac相位隨角動量數(shù)的增加而增加，相位隨角速率變化明顯，通過將極化子的光子部分干涉圖樣進行奇偶分區(qū)，對奇偶部分的光強進行空間相加、空間相減，得出相對相對光強差與系統(tǒng)轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系，可應(yīng)用到檢測飛行器角速率，這種方法噪聲小，信噪比到達1所用時間少，靈敏度和精度高，是一種新的角速率高精度檢測方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明技術(shù)針對精準檢測飛行器角速率的問題，提出一種基于極化子Sagnac相位的角速率高精度檢測方法。