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1、论文选读与写作训练物理与电子工程系物理学所属系别:专业:班级:姓名:学号:口期:0601~L20060701412009-11-27冷原子干涉仪及空间应用别：物理与电子工程系学科专业:物理学名:王睿运城学院2009年11月目录1引言12原子干涉仪的原理23原子干涉仪在精密测量中的应用24原子干涉仪空间应用35小结3致谢3参考文献3作者简介4冷原子干涉仪及空间应用王睿运城学院物理系0601班山西省运城市044000摘要原子干涉仪是利用原子物质波的特性而实现的干涉仪，冷原子具有很小的速度和速度分布以及良好的相干性，因而冷原子干涉仪具有很高的灵敏度.文章介绍了原子
2、干涉仪的基本物理原理、国内外研究进展、原子干涉仪实现方案及其在精密测量和空间科学领域中的应用.关键词冷原子，原子干涉仪，惯性测量ColdatomicinterferometerandspaceapplicationWangRuiAbstract：Atominterferometersarebasedonthematterwavefeatureofatoms.Coldatomshavelowvelocity,smallvelocitydistributionandgoodcoherence,thuscoldatominterferometersdisplaye
3、xcellentsensitivity.Inthispaper,wedescribethebasicprinciple,recentprogress,realizationschemesandspaceapplicationsofcoldatominterferometers.Keywords：coldatom,atominterferometers,gravitymeasurement1引言波的干涉是自然界的本质特性.光是一种电磁波,光的干涉现象早已被人认识•根据量子理论，任何微观粒子（如电了、中子、原子、分子）都具有波粒二象性，微观粒子的波动性（称为物质
4、波或徳布罗意波）由波函数描述，服从篩定谴方程.物质波同样满足线性叠加原理，具有相干性.自从1991年实现了脉冲式原子干涉仪以来⑴，原子干涉仪在精密测量领域得到了广泛的应用，典型的应用有重力加速度测量和重力梯度测量S'旋转速率测量和地球自转速率的测量牛顿引力常数的测量［7—10］以及精细结构常数的测量⑴］等刑用原子干涉仪验证等效性原理ZU】以及原子干涉仪在空间应用已经引起关注“①原子干涉仪基于物质的波动特性，实质是对原子波包的相干操作.将原子波包相干地分束和合束后形成两个或者多个路径，观察这些不可区分路径即产生干涉条纹.操作原子波包的方式有激光驻波形成的衍射光
5、栅结构［⑹和受激拉曼光相干分束原子等.由于原子物质波具有与光波不同的内禀特性，基于原子干涉的原子陀螺仪和原子加速度计，可达到的灵敏度远高于激光陀螺仪或激光加速度计.理论上分别求解光波波动方程和物质波的薛定谭方程，可得到同等环路面积条件下,原子陀螺仪与光学陀螺仪灵敏度的比值为Rgyro=mc2hv=XXdeBev,（1）其中c为真空中光速，入是光波波长,v是光频率,u为原子的运动速度,m是原子的质量，入deB=h/mv是原子的徳布罗意波波长.因为XdeBX,且uc,故在典型条件下,Rgyro〜1010,即原子陀螺仪的内禀灵敏度可比同面积的激光陀螺仪高10个量级
6、.这是由于物质波波长远小于可见光的波长，所以与激光干涉仪相比,原子干涉仪对更小的变化更灵敏;又由于原子的运动速度远慢于光速，因此在原子陀螺仪中,原子飞越相同的干涉路程时将经历更长时间的转动，从而产生更大的条纹移动.类似的分析发现，原子加速度计的内禀灵敏度与光学的比值为Raccel=2mc2hvcv=2UdeB(cv)2.(2)在典型条件下，该比值达1017.原子干涉的历史耍追溯到20世纪初期,1924年,Hanle在原子蒸汽中研究了持续几十个纳秒的原子相干叠加态〔⑺,随着原子束技术的发Stern-Gerlach磁场被用來选择和保存原子在特定的量子态中,193
7、8年,Rabi采用射频共振技术实现了原子内部量子态的改变〔同.1949年,Ramsey实现了较长时间原子内部量子态的相干叠加,用分离振荡场技术实现原子内部量子态的相干操作，为实际应用带来重大变化［切，典型应用有原子频率标准，核磁共振波谱和量子信息等•随着冷原子技术的发展,采用冷原子的原子干涉仪得到了迅速发展,1991年,朱棣文用受激拉曼脉冲序列对冷原子内部量子态操作,使原子波包相干分束、反射和合束，原子外部量子态在波包口由演化后通过原子内部量子态进行测量，实现了受激拉曼跃迁式原子干涉仪;1997年，朱棣文又用原子陀螺仪实现了转动的精密测量，精度达到10-8(
8、rad/s)/Hz.法国巴黎大学实现了冷原子口旋■极
