分叉波導(dǎo)原子陀螺儀的制作方法
【專(zhuān)利摘要】分叉波導(dǎo)原子陀螺儀。波導(dǎo)包括具有耦合到環(huán)路區(qū)段并且被基于在波導(dǎo)之上行進(jìn)的原子的量子力學(xué)波函數(shù)的部分的速度而確定的角度分開(kāi)的第一和第二分叉端的叉狀物。波導(dǎo)傳播具有排斥原子遠(yuǎn)離波導(dǎo)的第一漸逝場(chǎng)的藍(lán)失諧激光以及具有朝向波導(dǎo)吸引原子的第二漸逝場(chǎng)的紅失諧激光，其一起創(chuàng)建勢(shì)能最小值/阱。激光冷卻原子，引起位于勢(shì)能最小值/阱中的原子遵循勢(shì)能最小值/阱朝向第一叉狀物區(qū)段移動(dòng)。原子狀態(tài)初始化區(qū)段將原子的原子狀態(tài)初始化成已知基態(tài)配置。分束器區(qū)段將分叉波導(dǎo)的表面之上的每個(gè)原子的量子力學(xué)波形分裂成處于第一速度的第一部分和處于第二速度的第二部分。
【專(zhuān)利說(shuō)明】分叉波導(dǎo)原子陀螺儀
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
本申請(qǐng)要求保護(hù)在2015年I月23日提交的美國(guó)臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)序號(hào)62/107，106的權(quán)益，在此通過(guò)引用將其并入本文。
【背景技術(shù)】
[0002]原子陀螺儀是用來(lái)測(cè)量圍繞旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)率的導(dǎo)航儀器。通過(guò)利用薩尼亞克效應(yīng)來(lái)計(jì)算原子波函數(shù)的相移。陀螺儀的旋轉(zhuǎn)率與原子波函數(shù)的相移成比例。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]—種分叉波導(dǎo)(diverging waveguide)，其包括:具有第一端和與該第一端相對(duì)的第二端的第一區(qū)段;具有第一單端的第一叉狀物區(qū)段，該第一叉狀物區(qū)段還具有第一分叉端和與第一單端相對(duì)的第二分叉端，第一叉狀物區(qū)段的第一單端耦合到第一區(qū)段的第一端，第一叉狀物區(qū)段配置有在第一分叉端和第二分叉端之間的第一角度，基于配置成在波導(dǎo)之上行進(jìn)的原子的量子力學(xué)波函數(shù)的部分的速度來(lái)確定該第一角度；以及具有第一環(huán)路端和第二環(huán)路端的第一環(huán)路區(qū)段，該第一環(huán)路端耦合到第一叉狀物區(qū)段的第一分叉端并且第二環(huán)路端耦合到第一叉狀物區(qū)段的第二分叉端。
[0004]該分叉波導(dǎo)被配置成傳播藍(lán)失諧波導(dǎo)激光，該藍(lán)失諧波導(dǎo)激光處于高于在分叉波導(dǎo)表面之上的原子的諧振原子頻率的第一頻率，該藍(lán)失諧激光具有在分叉波導(dǎo)的表面之上延伸第一距離的第一漸逝場(chǎng)，該第一漸逝場(chǎng)排斥原子遠(yuǎn)離分叉波導(dǎo)的表面。該分叉波導(dǎo)被配置成傳播紅失諧波導(dǎo)激光，該紅失諧波導(dǎo)激光處于低于在分叉波導(dǎo)表面之上的原子的諧振原子頻率的第二頻率，該紅失諧激光具有在分叉波導(dǎo)的表面之上延伸比第一距離更大的第二距離的第二漸逝場(chǎng)，該第二漸逝場(chǎng)朝向分叉波導(dǎo)的表面吸引原子。該第一漸逝場(chǎng)和第二漸逝場(chǎng)在分叉波導(dǎo)的表面之上創(chuàng)建勢(shì)能最小值/阱，其中該原子被懸浮在勢(shì)能最小值/阱中。
[0005]該分叉波導(dǎo)的第一區(qū)段包括:位于第一區(qū)段的第一端和第一區(qū)段的第二端之間的激光冷卻區(qū)段，該激光冷卻區(qū)段被配置成在對(duì)于分叉波導(dǎo)的第一區(qū)段的橫向方向上將至少第一組原子冷卻下來(lái)，引起位于分叉波導(dǎo)的表面之上的勢(shì)能最小值/阱中的該至少第一組原子遵循(following)分叉波導(dǎo)的表面之上的勢(shì)能最小值/講在第一縱向方向上朝向第一叉狀物區(qū)段移動(dòng);位于激光冷卻區(qū)段和第一叉狀物區(qū)段之間的第一原子狀態(tài)初始化區(qū)段，該第一原子狀態(tài)初始化區(qū)段被配置成將遵循分叉波導(dǎo)的表面之上的勢(shì)能最小值/阱在第一縱向方向上移動(dòng)的該至少第一組原子的原子狀態(tài)初始化成已知基態(tài)配置；以及位于第一原子狀態(tài)初始化區(qū)段和第一叉狀物區(qū)段之間的第一分束器區(qū)段，該第一分束器區(qū)段被配置成將遵循分叉波導(dǎo)的表面之上的勢(shì)能最小值/阱在第一縱向方向上移動(dòng)的該至少第一組原子中的每個(gè)原子的量子力學(xué)波函數(shù)分裂成具有第一速度的第一部分和具有不同于第一速度的第二速度的第二部分，其中該第一部分行進(jìn)到分叉波導(dǎo)的第一叉狀物區(qū)段的第一分叉端中并且行進(jìn)到第一環(huán)路區(qū)段的第一環(huán)路端中，并且其中該第二部分行進(jìn)到分叉波導(dǎo)的第一叉狀物區(qū)段的第二分叉端中并且行進(jìn)到第一環(huán)路區(qū)段的第二環(huán)路端中。
【附圖說(shuō)明】
[0006]應(yīng)理解附圖僅描繪示例性實(shí)施例并且因此不被看作對(duì)范圍進(jìn)行限制，將通過(guò)使用附圖用附加的特性和細(xì)節(jié)來(lái)描述示例性實(shí)施例，其中:
圖1是示出具有用于波導(dǎo)表面之上的原子的波導(dǎo)勢(shì)能最小值的波導(dǎo)的截面圖。
[0007]圖2A-2C是描繪波導(dǎo)內(nèi)具有一個(gè)或多個(gè)環(huán)路的波導(dǎo)陀螺儀的示例性實(shí)施例的框圖。圖2A是描繪波導(dǎo)內(nèi)具有兩個(gè)環(huán)路的波導(dǎo)陀螺儀的示例性實(shí)施例的框圖。圖2B是描繪波導(dǎo)內(nèi)具有單個(gè)環(huán)路的波導(dǎo)陀螺儀的示例性實(shí)施例的框圖。圖2C是描繪波導(dǎo)內(nèi)具有單個(gè)環(huán)路的波導(dǎo)陀螺儀的另一示例性實(shí)施例的框圖。
[0008]圖3是圖示出操作分叉波導(dǎo)原子陀螺儀的示例性方法的流程圖。
[0009]根據(jù)一般慣例，沒(méi)有按照比例來(lái)繪制各種描述的特征，而是將其繪制成強(qiáng)調(diào)與示例性實(shí)施例有關(guān)的特定特征。
【具體實(shí)施方式】
[0010]在下面的【具體實(shí)施方式】中，對(duì)形成其一部分并且在其中以說(shuō)明特定說(shuō)明性實(shí)施例的方式示出的附圖進(jìn)行參考。然而，要理解可以利用其它實(shí)施例并且可以進(jìn)行邏輯、機(jī)械和電氣改變。此外，在附圖和說(shuō)明書(shū)中提出的方法不應(yīng)被解釋為限制其中可以執(zhí)行各個(gè)步驟的順序。因此，不應(yīng)以限制意義來(lái)理解下面的【具體實(shí)施方式】。
[0011]在不犧牲標(biāo)度因子或穩(wěn)定性的情況下導(dǎo)航市場(chǎng)正朝向更小陀螺儀推動(dòng)。原子干涉儀通過(guò)將標(biāo)度因子關(guān)聯(lián)到光的波長(zhǎng)來(lái)提供良好穩(wěn)定性和信號(hào)生成對(duì)象(對(duì)于高信噪比(SNR))的高通量。然而，當(dāng)被微型化時(shí)它們的標(biāo)度因子通常受損。這里描述的是用于在微型化原子干涉儀的同時(shí)保持標(biāo)度因子的設(shè)備和方法。在示例性實(shí)施例中，分叉光波導(dǎo)被轉(zhuǎn)換成用于位于波導(dǎo)表面之上的原子的捕集器(trap)和/或?qū)蚱?guide)。這允許原子穿過(guò)圓形路徑，回到自身之上以進(jìn)行干涉。針對(duì)給定的標(biāo)度因子，相比于沒(méi)有波導(dǎo)的情況下可以實(shí)現(xiàn)的，分叉波導(dǎo)允許這在更小得多的區(qū)域中發(fā)生。
[0012]圖1是示出具有用于波導(dǎo)100的表面104之上的原子的勢(shì)能最小值/阱102的波導(dǎo)100的截面圖。在示例性實(shí)施例中，波導(dǎo)100是用于芯片106之上的原子的芯片106上的光波導(dǎo)。在示例性實(shí)施例中，芯片106是襯底，諸如但不限于硅襯底。在示例性實(shí)施例中，波導(dǎo)100是氮化硅脊波導(dǎo)。在適當(dāng)選擇沿著光波導(dǎo)行進(jìn)的兩個(gè)不同光場(chǎng)的情況下，波導(dǎo)100中的光的漸逝場(chǎng)變成用于在波導(dǎo)100之上行進(jìn)的原子的捕集器，沿著波導(dǎo)100之上的路徑引導(dǎo)原子，但是不接觸波導(dǎo)100的物理表面104。在示例性實(shí)施例中，使用在位于波導(dǎo)100之上的原子的原子諧振頻率以下失諧的紅失諧波導(dǎo)激光源226(在圖2A-2C中示出)來(lái)生成紅失諧波導(dǎo)激光，并且使用在位于波導(dǎo)100之上的原子的原子諧振頻率以上失諧的藍(lán)失諧波導(dǎo)激光源228(在圖2A-2C中示出)來(lái)生成藍(lán)失諧波導(dǎo)激光。紅失諧波導(dǎo)激光對(duì)原子有吸引力，使得它創(chuàng)建將原子朝向波導(dǎo)100牽引的勢(shì)能最小值/阱。相反，藍(lán)失諧波導(dǎo)激光排斥原子，所以它推動(dòng)原子遠(yuǎn)離波導(dǎo)100。
[0013]在示例性實(shí)施例中，存在由紅失諧波導(dǎo)激光創(chuàng)建的有吸引力的漸逝場(chǎng)108和由藍(lán)失諧波導(dǎo)激光創(chuàng)建的排斥漸逝場(chǎng)110兩者，這兩者都在波導(dǎo)100的表面104之上延伸。在示例性實(shí)施例中，有吸引力的漸逝場(chǎng)108和排斥漸逝場(chǎng)110兩者在波導(dǎo)100的表面104之上延伸幾百納米。有吸引力的漸逝場(chǎng)108和排斥漸逝場(chǎng)110中的每一個(gè)的強(qiáng)度隨著波導(dǎo)100的表面104之上的距離減小。這引起波導(dǎo)100的表面104之上的原子經(jīng)歷由紅失諧波導(dǎo)激光創(chuàng)建的有吸引力的漸逝場(chǎng)108的吸引力和由藍(lán)失諧波導(dǎo)激光創(chuàng)建的排斥漸逝場(chǎng)110的排斥力兩者。在僅存在由紅失諧波導(dǎo)激光生成的有吸引力的漸逝場(chǎng)108的情況下，原子將被下拉到波導(dǎo)100的表面104上，在那里原子將停留、彈離或以其它方式丟失。藍(lán)失諧波導(dǎo)激光(排斥激光)具有排斥漸逝場(chǎng)110，其在波導(dǎo)100的表面104之上并不延伸得像由紅失諧波導(dǎo)激光(有吸引力的激光)創(chuàng)建的有吸引力的漸逝場(chǎng)108那么遠(yuǎn)。原子被由紅失諧波導(dǎo)激光創(chuàng)建的有吸引力的漸逝場(chǎng)108拉向波導(dǎo)100的表面104。隨著原子越靠近波導(dǎo)100的表面104，原子開(kāi)始經(jīng)歷由藍(lán)失諧波導(dǎo)激光創(chuàng)建的排斥漸逝場(chǎng)110的排斥力，其推動(dòng)原子遠(yuǎn)離波導(dǎo)100的表面104。作為對(duì)這些吸引力和排斥力的響應(yīng)，原子發(fā)現(xiàn)在波導(dǎo)100的表面104之上的勢(shì)能最小值/阱102。在示例性實(shí)施例中，勢(shì)能最小值/講102在波導(dǎo)100的表面104之上幾百納米。
[0014]在示例性實(shí)施例中，紅失諧波導(dǎo)激光和藍(lán)失諧波導(dǎo)激光以各種方式耦合到波導(dǎo)100中，如圖2A-2C中所示。在示例性實(shí)施例中，諸如在圖2A-2C中示出的那個(gè)，紅失諧波導(dǎo)激光和藍(lán)失諧波導(dǎo)激光被分別從紅失諧波導(dǎo)激光源226和藍(lán)失諧波導(dǎo)激光源228傳輸?shù)焦鈱W(xué)纖維中，在那里來(lái)自紅失諧波導(dǎo)激光和藍(lán)失諧波導(dǎo)激光的光通過(guò)耦合和/或配裝耦合到輔助波導(dǎo)(諸如耦合到紅失諧波導(dǎo)激光源226的輔助波導(dǎo)232和/或耦合到藍(lán)失諧波導(dǎo)激光源228的輔助波導(dǎo)234)。輔助波導(dǎo)232載送紅失諧波導(dǎo)激光并且輔助波導(dǎo)234載送藍(lán)失諧波導(dǎo)激光。兩者都在用于干涉測(cè)量的波導(dǎo)100附近經(jīng)過(guò)，在那里紅失諧激光的至少一些從輔助波導(dǎo)232通過(guò)漸逝場(chǎng)耦合到被用于干涉測(cè)量的波導(dǎo)100中并且藍(lán)失諧激光的一些從輔助波導(dǎo)234通過(guò)漸逝場(chǎng)耦合到被用于干涉測(cè)量的波導(dǎo)100中。
[0015]在示例性實(shí)施例中，紅失諧波導(dǎo)激光和藍(lán)失諧波導(dǎo)激光相差許多納米并且兩者離原子諧振相對(duì)遠(yuǎn)地失諧。在銣的情況下，原子諧振是780納米。在這種情況下，藍(lán)失諧激光可能是大概632納米，這是便利的二極管波長(zhǎng)。相比之下，紅失諧激光可能是大概852納米，這是另一可得到的二極管波長(zhǎng)。在示例性實(shí)施例中，AC斯塔克效應(yīng)將原子的能量向下移位以用于紅失諧光(具有比諧振更低的頻率的光)并且它將原子能量向上移位以用于藍(lán)失諧光(具有比諧振更高的頻率的光)。在852和632納米兩個(gè)(或其它合適的)源耦合到波導(dǎo)100中的情況下，藍(lán)失諧光提高原子能量并且推動(dòng)原子遠(yuǎn)離波導(dǎo)100的表面104，而紅失諧光將原子朝向波導(dǎo)100的表面104牽引。光源可以被設(shè)置成以這種方式起作用以便創(chuàng)建波導(dǎo)勢(shì)能最小值/阱，其使波導(dǎo)100的表面104之上的原子離波導(dǎo)100的表面104足夠遠(yuǎn)地懸浮以使得原子不接觸波導(dǎo)100的表面104、針對(duì)其碰撞或針對(duì)其散射。作為替代，在光學(xué)勢(shì)能的支持下，原子在波導(dǎo)100的表面104之上縱向移動(dòng)。
[0016]圖2A-2C是描繪在波導(dǎo)100之內(nèi)具有一個(gè)或多個(gè)環(huán)路區(qū)段210的波導(dǎo)陀螺儀200的示例性實(shí)施例的框圖。圖2A是描繪在波導(dǎo)100之內(nèi)具有兩個(gè)環(huán)路區(qū)段210的波導(dǎo)陀螺儀200A的示例性實(shí)施例的框圖。圖2B是描繪在波導(dǎo)100之內(nèi)具有單個(gè)環(huán)路區(qū)段210的波導(dǎo)陀螺儀200B的示例性實(shí)施例的框圖。圖2C是描繪在波導(dǎo)100之內(nèi)具有單個(gè)環(huán)路區(qū)段210的波導(dǎo)陀螺儀200C的另一示例性實(shí)施例的框圖。
[0017]在示例性實(shí)施例中，波導(dǎo)陀螺儀200A-200C是原子干涉儀。原子干涉儀可以被用來(lái)進(jìn)行慣性感測(cè)。在被用于慣性感測(cè)的一類(lèi)原子干涉儀之內(nèi)，存在至少兩種不同方法:(I)其中原子被發(fā)射或保持在自由空間中并且被用激光探測(cè)的自由空間方法；以及(2)其中原子沿著波導(dǎo)(諸如波導(dǎo)100)往返穿梭的波導(dǎo)方法。波導(dǎo)100可以是磁的或光學(xué)的。在示例性實(shí)施例中，原子被加載到光波導(dǎo)100上，在那里對(duì)原子執(zhí)行干涉測(cè)量以用于旋轉(zhuǎn)感測(cè)。
[0018]在示例性實(shí)施例中，波導(dǎo)100包括單連接的區(qū)段和一個(gè)或多個(gè)環(huán)路區(qū)段210(雙連接的區(qū)段)，以使得在波導(dǎo)100的表面104之上引導(dǎo)的原子可以在區(qū)段208處被分裂并且在兩個(gè)方向上圍繞(多個(gè))環(huán)路區(qū)段210行進(jìn)。返回到它們?cè)趨^(qū)段208處被分裂的那個(gè)地方的原子被重組并且與自己干涉，從而示出與旋轉(zhuǎn)乘以環(huán)路區(qū)段210的面積成比例的相移。原子在波導(dǎo)100的區(qū)段208處被光照分裂，在那里其從單連接變成雙連接。區(qū)段208的光被配置成將原子置于狀態(tài)的疊加中，引起用于每個(gè)原子的量子力學(xué)波形被分裂成兩個(gè)部分:(1)進(jìn)入環(huán)路區(qū)段210的一個(gè)方向前進(jìn)的第一部分；以及(2)進(jìn)入環(huán)路區(qū)段210的其它方向前進(jìn)的第二部分。這是可能的，因?yàn)楣鈱?dòng)量給予疊加中的原子狀態(tài)中的一個(gè)。
[0019]首先在兩個(gè)維度上將原子冷卻并且允許原子在第三維度上在波導(dǎo)100的單連接區(qū)段之上進(jìn)入。波導(dǎo)100朝向環(huán)路區(qū)段210引導(dǎo)原子。原子在到達(dá)環(huán)路區(qū)段210之前被來(lái)自第一分束器激光源222的分裂光束分裂。原子將通過(guò)由第一分束器激光源222生成的光束，其足夠?qū)挼絼偤檬沟迷訉⒃诜至压馐羞_(dá)被變換成50/50疊加狀態(tài)的正好的時(shí)間量。(在示例性實(shí)施例中，渡越時(shí)間將光轉(zhuǎn)換成V2脈沖的等同物)。
[0020]波導(dǎo)100可以在環(huán)路區(qū)段210中經(jīng)歷一個(gè)或多個(gè)轉(zhuǎn)彎，以便拒絕最熱的原子，其將被寬松地捕獲在勢(shì)能最小值/阱中并且在拐角處脫離。在波導(dǎo)100的環(huán)路區(qū)段210周?chē)?，原子將在兩個(gè)方向上被引導(dǎo)，從而再次(從第一分束器激光源222)返回到分裂光束。這時(shí)，原子再次(從第一分束器激光源222)通過(guò)分裂光束，再次經(jīng)歷V2脈沖。一組原子在同一軌跡上被重組，在那里它們與自己干涉以給出取決于在渡越時(shí)間期間環(huán)路的旋轉(zhuǎn)的條紋(fringe)。在示例性實(shí)施例中，附加的環(huán)路區(qū)段210被用于干涉條紋的相位的排歧。在示例性實(shí)施例中，每個(gè)環(huán)路區(qū)段210具有與其它環(huán)路區(qū)段210不同的面積。較小的環(huán)路區(qū)段210將具有較小的標(biāo)度因子，這可以被用來(lái)幫助記住較大環(huán)路區(qū)段210中的相位。較大環(huán)路區(qū)段210因?yàn)樗鼈兊拇髽?biāo)度因子而是所希望的。
[0021]在示例性實(shí)施例中，波導(dǎo)陀螺儀200A在波導(dǎo)100的直區(qū)段上包括多個(gè)不同的區(qū)段。在示例性實(shí)施例中，這些區(qū)段包括區(qū)段202、區(qū)段204、區(qū)段206和區(qū)段208。在示例性實(shí)施例中，這些區(qū)段中的每個(gè)被間隔開(kāi)數(shù)毫米。
[0022]第一區(qū)段202是使用激光冷卻技術(shù)將原子冷卻的地方。在示例性實(shí)施例中，使用被稱(chēng)為2D磁光阱(MOT)的激光冷卻配置。在示例性實(shí)施例中，2D MOT減小原子的橫向速度以使得它們將被拉進(jìn)由波導(dǎo)100創(chuàng)建的勢(shì)能最小值/阱102中。在示例性實(shí)施例中，2D MOT允許原子保持將它們發(fā)射到波導(dǎo)100的表面104之上的引導(dǎo)區(qū)段中的某一縱向速度。在示例性實(shí)施例中，區(qū)段202包括來(lái)自冷卻激光源212的兩個(gè)冷卻激光場(chǎng)，一個(gè)來(lái)自于波導(dǎo)100的每一側(cè)。冷卻激光源212發(fā)射沿著橫向方向降低原子速度的冷卻激光場(chǎng)。在原子被冷卻時(shí)它們開(kāi)始遠(yuǎn)離波導(dǎo)100的表面104之上的引導(dǎo)區(qū)域中的中心行進(jìn)，并且然后通過(guò)區(qū)段204和區(qū)段206中的附加激光場(chǎng)。在示例性實(shí)施例中，區(qū)段202實(shí)質(zhì)上在橫向方向上聚集原子以使得它們更集中并且引起原子在縱向方向上移動(dòng)。原子密度在橫向方向上增加。
[0023]在示例性實(shí)施例中，2DMOT包括來(lái)自冷卻激光源212的冷卻激光場(chǎng)和由(在圖2A-2C中由稍微傾斜的平行線示出的)磁場(chǎng)線圈214生成的磁場(chǎng)的組合。磁場(chǎng)線圈214被定向成使得它們以下面這種方式來(lái)使原子能級(jí)移位:從冷卻激光源212逆著冷卻激光場(chǎng)移動(dòng)的原子將優(yōu)先吸收來(lái)自冷卻激光場(chǎng)的光的光子以使得將朝向磁場(chǎng)線圈214的線圈組的中心把它們推回。在示例性實(shí)施例中，冷卻動(dòng)作變成捕獲動(dòng)作，因?yàn)槊慨?dāng)原子試圖逆著冷卻激光源212的冷卻激光場(chǎng)移動(dòng)時(shí)，它們還被指向空間中的具體位置。這導(dǎo)致位于波導(dǎo)附近的冷卻原子的群體。在示例性實(shí)施例中，沿著那個(gè)橫向方向?qū)⒃永鋮s到數(shù)十微開(kāi)爾文的溫度。原子保留沿著縱向方向的速度并且它們開(kāi)始沿著波導(dǎo)100遠(yuǎn)離那個(gè)激光冷卻區(qū)段(區(qū)段202)向外移動(dòng)。在其它實(shí)施例中，以其它方式實(shí)現(xiàn)區(qū)段202中的冷卻結(jié)果，諸如通過(guò)傳遞原子通過(guò)一系列針孔以使得熱的原子被去掉(skim off)。在這些實(shí)施例中，從針孔出來(lái)的原子正好與它們?cè)谄渌鼘?shí)施例中的一樣冷，但是它們中的較少數(shù)出來(lái)。不是冷卻原子，而是僅僅將熱的原子去掉。
[0024]波導(dǎo)陀螺儀200A包括在左和右兩側(cè)上的環(huán)路區(qū)段210。在其它實(shí)施例中，僅存在一個(gè)環(huán)路區(qū)段210，諸如在波導(dǎo)陀螺儀200B-200C的情況下。當(dāng)原子在表面104之上沿著波導(dǎo)100朝向波導(dǎo)陀螺儀200A的右側(cè)縱向移動(dòng)時(shí)，原子首先通過(guò)光學(xué)隔板216，其將處于冷卻區(qū)段(區(qū)段202)的激光/場(chǎng)與下一區(qū)段204中的光分開(kāi)。
[0025]下一區(qū)段204是“初始化原子狀態(tài)”區(qū)段。存在由與某些能級(jí)/狀態(tài)中的原子諧振的初始化激光源218生成的一對(duì)初始化激光場(chǎng)。這些是原子周?chē)耐獠侩娮拥臓顟B(tài)。這些原子具有基態(tài)和激發(fā)態(tài)。在示例性實(shí)施例中，基態(tài)被超精細(xì)相互作用分裂成雙基態(tài)。在銣原子的情況下，這些雙基態(tài)被標(biāo)記F=I和F=2，這表示那些狀態(tài)的角動(dòng)量。在銫原子的情況下，這些雙基態(tài)被標(biāo)記F=3和F=4。在示例性實(shí)施例中，通過(guò)將來(lái)自初始化激光源218的初始化激光場(chǎng)的光照在與F=2狀態(tài)諧振的原子上(其驅(qū)使F=2基態(tài)和激發(fā)態(tài)之間的電子的轉(zhuǎn)換)來(lái)對(duì)原子狀態(tài)初始化。在示例性實(shí)施例中，原子開(kāi)始隨機(jī)地掉進(jìn)兩個(gè)基態(tài)中最低的F=I狀態(tài)。在示例性實(shí)施例中，這對(duì)原子初始化以便所有原子最終處于F=I基態(tài)。在示例性實(shí)施例中，這可以利用來(lái)自單初始化激光源218的單初始化激光場(chǎng)從波導(dǎo)100的僅一側(cè)來(lái)完成，但是這可能導(dǎo)致把不平衡的動(dòng)量給予原子。在示例性實(shí)施例中，通常是來(lái)自具有相同強(qiáng)度的兩個(gè)初始化激光源218的兩個(gè)初始化激光場(chǎng)，這將平衡光學(xué)力以使得沒(méi)有凈力將作用在原子上。
[0026]接下來(lái)原子通過(guò)另一光學(xué)隔板220到達(dá)下一區(qū)段206。在區(qū)段206中，將存在來(lái)自?xún)蓚€(gè)激光源(第一分束器激光源222和第二分束器激光源224)的兩個(gè)相反傳播的分束器激光場(chǎng)。從第一分束器激光源222發(fā)出的分裂光束將接近于與F=2狀態(tài)諧振并且從第二分束器激光源224發(fā)出的第二分裂光束將接近于與F=I狀態(tài)諧振。它們兩者都將接近于與那些狀態(tài)諧振，但不是與那些狀態(tài)諧振。如果光的諧振頻率是Λ，則該光將被調(diào)諧到Λ-A GHz(例如幾個(gè)GHz)。如果它們?cè)谥C振頻率以上或以下失諧也沒(méi)有關(guān)系，但是兩者將具有相同的失諧(以上或以下相同的量)。這導(dǎo)致F=I和F=2之間的頻率差等于基態(tài)的超精細(xì)分裂。
[0027]盡管冷卻激光源212、初始化激光源218、第一分束器激光源222和第二分束器激光源224被示出為不同的源，但是它們中的一些共享公用源是可能的。在示例性實(shí)施例中，存在用于每個(gè)頻率的不同激光源。在示例性實(shí)施例中，專(zhuān)用激光源被用于冷卻激光源212。在示例性實(shí)施例中，冷卻激光源212是二極管激光器。在示例性實(shí)施例中，專(zhuān)用激光源被用于初始化激光源218。在其它實(shí)施例中，初始化激光源218對(duì)冷卻激光源212來(lái)說(shuō)是常用的。在示例性實(shí)施例中，第一分束器激光源222和第二分束器激光源224是專(zhuān)用激光源。在示例性實(shí)施例中，使用至少三個(gè)激光源。在示例性實(shí)施例中，附加的主激光源被鎖定到原子參考并且其它激光源從屬于主激光源，作為跨激光源控制頻率的一種方式。
[0028]當(dāng)原子通過(guò)區(qū)段206時(shí)，原子束被來(lái)自第一分束器激光源222和第二分束器激光源224的光束分裂，以使得原子處于F=I和F=2狀態(tài)的量子疊加中。在示例性實(shí)施例中，來(lái)自第一分束器激光源222和/或第二分束器激光源224的用于外出原子的(多個(gè))分束器脈沖用來(lái)將每個(gè)原子分離成兩個(gè)半份以使得那兩個(gè)半份可以以相反傳播的方式前進(jìn)通過(guò)環(huán)路區(qū)段210。每個(gè)原子不是處于明確定義的狀態(tài)(對(duì)于Rb來(lái)說(shuō)F=I或F=2)，而是作為代替處于那兩個(gè)狀態(tài)的疊加中。
[0029]疊加的由內(nèi)部狀態(tài)F=2標(biāo)記的部分還具有附加的兩個(gè)光子，其值由來(lái)自第一分束器激光源222和/或第二分束器激光源224的(多個(gè))分束器脈沖傳送給所述部分的動(dòng)量。在吸收那兩個(gè)光子(一個(gè)來(lái)自于F=I脈沖并且另一個(gè)來(lái)自于F=2光束)中，它吸收兩個(gè)光子并且它得到兩個(gè)反沖(kick)(光子載送動(dòng)量)并且由量子波函數(shù)的僅一半所獲得的那兩個(gè)反沖引起用于每個(gè)原子的量子波函數(shù)的兩個(gè)半份開(kāi)始在空間中分叉并且進(jìn)入其中波導(dǎo)被分叉的區(qū)段208中。在該點(diǎn)之后，用于每個(gè)原子的量子力學(xué)波函數(shù)被分裂成具有第一速度的第一部分和具有不同于第一速度的第二速度的第二部分。第一部分在波導(dǎo)100的環(huán)路區(qū)段210中在一個(gè)方向上前進(jìn)并且第二部分在波導(dǎo)100的環(huán)路區(qū)段210中在相反方向上前進(jìn)。在第一部分和第二部分都通過(guò)環(huán)路區(qū)段210之后，它們將通過(guò)相同的區(qū)段208、206、204和202回來(lái)，但是來(lái)自不同源206、204和202的光束將具有用于從環(huán)路區(qū)段210入射的原子的函數(shù)，其與用于外出進(jìn)入環(huán)路區(qū)段210的原子的函數(shù)不同。
[0030]使用精確計(jì)時(shí)來(lái)操作來(lái)自第一分束器激光源224和第二分束器激光源226的脈沖。基于對(duì)在波導(dǎo)100之上縱向行進(jìn)的原子束的平均速度的理解，(I)來(lái)自第一分束器激光源224和/或第二分束器激光源226的脈沖的寬度被收窄；和/或(2)來(lái)自第一分束器激光源和/或第二分束器激光源的脈沖的強(qiáng)度被調(diào)諧以使得原子在由第一分束器激光源224和/或第二分束器激光源226生成激光場(chǎng)中耗費(fèi)正確的時(shí)間量。在示例性實(shí)施例中，由第一分束器激光源224和/或第二分束器激光源226生成的激光場(chǎng)將引起原子進(jìn)行拉比振蕩(Rabi flop),意味著只要特定激光場(chǎng)被入射到原子上，它們就在F=I和F=2狀態(tài)之間來(lái)回轉(zhuǎn)換。
[0031]在示例性實(shí)施例中，期望激光場(chǎng)僅被入射到原子上達(dá)非常短的時(shí)間，甚至不會(huì)足夠長(zhǎng)到引起原子在F=I和F=2之間完全轉(zhuǎn)換。在示例性實(shí)施例中，激光場(chǎng)僅入射在原子上達(dá)所有原子從F=I到F=2的轉(zhuǎn)換所耗費(fèi)時(shí)間的一半。通過(guò)將光接通達(dá)該時(shí)間量的一半，原子最后處于F=I狀態(tài)和F=2狀態(tài)之間，這在量子語(yǔ)言中被描述為F=I狀態(tài)和F=2狀態(tài)的疊加。此半個(gè)時(shí)間被描述為V2相位并且來(lái)自于拉比振蕩(其具有正弦平方相關(guān))的語(yǔ)言。相比之下，脈沖將驅(qū)使原子通過(guò)該拉比振蕩相關(guān)的整個(gè)η相位。V2脈沖指示該從F=I到F=2的移位的僅一半被執(zhí)行。
[0032]在示例性實(shí)施例中，該“脈沖”是僅對(duì)于每個(gè)原子的脈沖，因?yàn)槊總€(gè)原子在有限的時(shí)間段內(nèi)通過(guò)它。在示例性實(shí)施例中，激光源不斷地打開(kāi)，因?yàn)榭偸谴嬖诮?jīng)過(guò)的新原子。由第一分束器激光源222和/或第二分束器激光源224生成的(多個(gè))激光場(chǎng)的寬度和強(qiáng)度被調(diào)整以使得在給定原子的通過(guò)(多個(gè))光束的速度的情況下，對(duì)于該原子以及它后面的每隔一個(gè)原子，其變成V2脈沖。在示例性實(shí)施例中，初始化激光源218也始終打開(kāi)，但是它們不是時(shí)間敏感的。在示例性實(shí)施例中，只要初始化激光源218足夠強(qiáng)到執(zhí)行它們的功能，則它們還在執(zhí)行它們的功能時(shí)甚至可以更亮。在示例性實(shí)施例中，強(qiáng)度乘以持續(xù)時(shí)間給出脈沖“面積”，其與原子的V2頻率相匹配。
[0033]在區(qū)段208處，波導(dǎo)100以下面這種方式分叉，即兩個(gè)叉狀物(區(qū)段208的分叉部分236和分叉部分238)以與原子中的每個(gè)的量子力學(xué)波函數(shù)的第一部分和第二部分的速度差相匹配的斜率移動(dòng)分開(kāi)。雖然期望將原子保持在波導(dǎo)100中，但是還期望使原子移動(dòng)分開(kāi)。因此，必須以原子自然地沿著區(qū)段208的分叉部分236或分叉部分238前進(jìn)的這種方式來(lái)構(gòu)造波導(dǎo)勢(shì)能。在示例性實(shí)施例中，波導(dǎo)100引導(dǎo)在其內(nèi)部的光且光中的一些泄露出去且引導(dǎo)波導(dǎo)100之上的原子通過(guò)漸逝場(chǎng)?；诿總€(gè)原子的量子力學(xué)波形的第一部分和第二部分從區(qū)段206中的分束器出來(lái)所處的角度，區(qū)段208的第一分叉部分236和第二分叉部分238與原子的速度相匹配。因此，與區(qū)段206中的激光分束器相組合地使用區(qū)段208中的分叉波導(dǎo)100的叉狀物區(qū)段以引起原子選擇區(qū)段208中的波導(dǎo)100的該分叉叉狀物的一側(cè)(分叉部分236)或另一個(gè)(分叉部分238)。區(qū)段208中的波導(dǎo)100的分叉叉狀物是波導(dǎo)100上的具有角度的物理結(jié)構(gòu)。此角度與位于勢(shì)能最小值/阱102中的波導(dǎo)100之上的原子中的每一個(gè)的量子力學(xué)波函數(shù)的第一部分的第一速度和第二部分的第二速度有關(guān)。
[0034]在示例性實(shí)施例中，原子中的每一個(gè)的量子力學(xué)波函數(shù)的第一部分筆直前進(jìn)并且進(jìn)入到分叉部分236中，而原子中的每一個(gè)的量子力學(xué)波函數(shù)的第二部分以漸近的斜率分叉(諸如在10毫米上5微米)并且進(jìn)入到分叉部分238?；谠又械拿恳粋€(gè)的量子力學(xué)波函數(shù)的第一部分的第一速度和第二部分的第二速度來(lái)選擇斜率。在示例性實(shí)施例中，波導(dǎo)100之上的原子的速度是速度的X分量，而速度的Y分量是光動(dòng)量的兩個(gè)單位(units)。這導(dǎo)致根據(jù)其來(lái)計(jì)算角度的三角形。在示例性實(shí)施例中，基于原子的平均縱向速度以及由來(lái)自第一分束器激光源222和/或第二分束器激光源224的(多個(gè))分裂激光場(chǎng)給予的已知橫向速度來(lái)估計(jì)波導(dǎo)的分叉區(qū)段208的兩個(gè)叉狀物之間的角度。在示例性實(shí)施例中，Α/( λ.質(zhì)量(mass))，其中橫向速度是A(普朗克常數(shù))除以λ(拉姆達(dá)，光的波長(zhǎng))乘以原子的質(zhì)量。
[0035]在示例性實(shí)施例中，區(qū)段204中的原子的原子狀態(tài)初始化將每個(gè)原子置于單內(nèi)部狀態(tài)，這便于在從環(huán)路區(qū)段210返回之后該原子的隨后讀出。當(dāng)原子從干涉儀(環(huán)路區(qū)段210 )回來(lái)時(shí)，它們中的一些將被轉(zhuǎn)移到其它內(nèi)部狀態(tài)。被轉(zhuǎn)移到其它內(nèi)部狀態(tài)的部分給予我們對(duì)原子由于旋轉(zhuǎn)而獲得的相移的度量。
[0036]在具有兩個(gè)環(huán)路區(qū)段210的示例性實(shí)施例中，存在單個(gè)區(qū)段202，但是在左側(cè)重復(fù)區(qū)段204、206、208和210。區(qū)段202中2D激光冷卻的結(jié)果將是兩個(gè)原子束在沿著波導(dǎo)100的兩個(gè)方向上縱向前進(jìn)。所以2D MOT饋送兩個(gè)干涉儀(環(huán)路區(qū)段210)。
[0037]在示例性實(shí)施例中，將原子中的每一個(gè)的量子力學(xué)波函數(shù)的第一部分沿著分叉波導(dǎo)的第一分叉部分236發(fā)送且將原子中的每一個(gè)的量子力學(xué)波函數(shù)的第二部分沿著分叉波導(dǎo)的第二分叉部分238發(fā)送的在區(qū)段206中執(zhí)行的光束分裂通過(guò)以較小設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)較高標(biāo)度因子來(lái)幫助解決標(biāo)度因子問(wèn)題(其中當(dāng)陀螺儀被微型化時(shí)標(biāo)度因子通常遭受)。原子因?yàn)榉质鞴?222)而分開(kāi)的角度非常小。如果那僅是原子中的每一個(gè)的量子力學(xué)波函數(shù)的第一部分和第二部分之間的動(dòng)量差，則原子中的每一個(gè)的量子力學(xué)波函數(shù)的第一部分和第二部分將絕不會(huì)分開(kāi)非常遠(yuǎn)。因此，標(biāo)度因子將是小的。通過(guò)包括波導(dǎo)100的分叉區(qū)段208，一旦原子中的每一個(gè)的量子力學(xué)波函數(shù)的第一部分和第二部分在波導(dǎo)100的叉狀物區(qū)段(區(qū)段208)的第一分叉部分236和第二分叉部分238之后彼此分開(kāi)得足夠遠(yuǎn)，該小角度就可以被擴(kuò)展開(kāi)成更大得多的區(qū)域。首先基于在區(qū)段206中執(zhí)行的光束分裂，原子中的每一個(gè)的量子力學(xué)波形函數(shù)分散成處于該小角度的原子中的每一個(gè)的量子力學(xué)波形函數(shù)的第一部分和量子力學(xué)波形函數(shù)的第二部分。一旦原子中的每一個(gè)的量子力學(xué)波形函數(shù)的第一部分和第二部分分開(kāi)得足夠遠(yuǎn)使得原子中的每一個(gè)的量子力學(xué)波形函數(shù)的第一部分和第二部分具有各自的軌跡，波導(dǎo)100的分叉區(qū)段208就將原子中的每一個(gè)的量子力學(xué)波形函數(shù)的第一部分和第二部分拉開(kāi)得甚至更遠(yuǎn)并且拉進(jìn)環(huán)路區(qū)段210的大封閉區(qū)域中。波導(dǎo)100的分叉區(qū)段208還將原子中的每一個(gè)的量子力學(xué)波形函數(shù)的第一部分和第二部分一起帶回。在沒(méi)有與區(qū)段206中執(zhí)行的原子的光束分裂組合的分叉區(qū)段208的唯一組合的情況下，這將是不可能的。在沒(méi)有此唯一組合的情況下，原子中的每一個(gè)的量子力學(xué)波形函數(shù)的第一部分和第二部分將總是以由區(qū)段206中執(zhí)行的原子的光束分裂所創(chuàng)建的非常小角度密切保持在一起。因?yàn)闃?biāo)度因子與由該波導(dǎo)封閉的面積成比例，所以由唯一組合能夠?qū)崿F(xiàn)的環(huán)路區(qū)段210的較大面積允許更大得多的標(biāo)度因子。
[0038]存在具有兩個(gè)環(huán)路區(qū)段210的示例性實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)。在示例性實(shí)施例中，每一側(cè)上的環(huán)路區(qū)段210具有稍微不同的封閉區(qū)域。具有兩個(gè)環(huán)路區(qū)段210的示例性實(shí)施例實(shí)質(zhì)上具有獨(dú)立操作但測(cè)量同一旋轉(zhuǎn)的兩個(gè)陀螺儀。首先，這在環(huán)路區(qū)段210中的一個(gè)有故障的情況下能夠?qū)崿F(xiàn)某一冗余。其次，因?yàn)閮蓚€(gè)環(huán)路區(qū)段210中稍微不同的封閉區(qū)域而具有稍微不同的標(biāo)度因子能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)歸因于設(shè)備的熱擴(kuò)散的誤差的可見(jiàn)性以及改正該誤差的能力。熱擴(kuò)散將稍微修改封閉區(qū)域，但是將兩個(gè)不同的封閉區(qū)域進(jìn)行比較允許基于兩個(gè)區(qū)段的不同屬性來(lái)計(jì)算校正。第三，具有稍微不同的封閉區(qū)域和稍微不同的標(biāo)度因子幫助克服邊緣模糊的問(wèn)題。邊緣模糊是基于相移的干涉儀的屬性。對(duì)于高旋轉(zhuǎn)率，干涉儀中的原子可以在它們從干涉儀中回來(lái)之前經(jīng)歷倍數(shù)的相移。當(dāng)在原子完成整個(gè)軌跡之后僅測(cè)量相移時(shí)，相移僅是可確定的模231。例如，如果相移是1.3弧度，則不清楚它究竟是1.3弧度、1.3+2JT弧度、1.3+切弧度，1.3+N2JI弧度等等。使兩個(gè)干涉儀具有稍微不同的標(biāo)度因子幫助確定N。
[0039]圖2A的右側(cè)和左側(cè)上的每個(gè)環(huán)路區(qū)段210是完整的環(huán)路。原子的半份在區(qū)段206/208處被分成兩個(gè)部分，其圍繞該環(huán)路在相反方向上傳播并且然后一起回來(lái)并在它們從傾斜區(qū)域回來(lái)時(shí)被重組。在返回行程上當(dāng)它們通過(guò)區(qū)段206時(shí)，來(lái)自激光源222和激光源224(其是分束器激光器)的相同激光場(chǎng)現(xiàn)在是返回行程上的重組脈沖。重組脈沖對(duì)從環(huán)路區(qū)段210返回的波函數(shù)的兩個(gè)半份進(jìn)行重組并且將它們的相位映射到內(nèi)部原子狀態(tài)上，其然后在區(qū)段204中被由與光電探測(cè)器組合的初始化激光源218(在示例性實(shí)施例中位于在波導(dǎo)100的表面之上定位的原子上面)生成的初始化激光讀出。
[0040]在以相反傳播方向穿過(guò)環(huán)路區(qū)段210之后，每個(gè)原子的量子力學(xué)波函數(shù)的每一半在波導(dǎo)之內(nèi)空間上重疊，并且返回指向區(qū)段202中的激光冷卻。當(dāng)量子力學(xué)波函數(shù)的每個(gè)原子半份返回通過(guò)該至少一個(gè)重組脈沖(來(lái)自區(qū)段206中的激光源222和激光源224的相同激光場(chǎng))時(shí)它被重組。重組隨著取決于旋轉(zhuǎn)的相移而發(fā)生。然后由激光源218所生成的激光場(chǎng)讀出該相移以提供與旋轉(zhuǎn)成比例的輸出。在原子到環(huán)路區(qū)段210的外出行程上的初始化激光源218所生成的初始化激光場(chǎng)在來(lái)自環(huán)路區(qū)段210的進(jìn)入行程上變成由相同激光源218所生成的讀出激光。在原子通過(guò)該(多個(gè))干涉儀環(huán)路區(qū)段210時(shí)，光電探測(cè)器所讀取的信號(hào)給出由原子經(jīng)歷的相移的度量。在示例性實(shí)施例中，光電探測(cè)器在不影響原子的情況下測(cè)量由原子發(fā)射的熒光。在示例性實(shí)施例中，此光電探測(cè)器就坐于位于波導(dǎo)100的表面104之上的原子上面，并且收集由位于波導(dǎo)100的表面104之上的原子散射的光。在示例性實(shí)施例中，就坐于波導(dǎo)100的表面104之上的原子從由初始化激光源218生成的初始化激光吸收讀出光并且在不同方向上散射讀出光，其中光電探測(cè)器/光電二極管接收散射的讀出光。在示例性實(shí)施例中，光電探測(cè)器/光電二極管并未檢測(cè)直接來(lái)自于由初始化/讀出激光源218生成的讀出激光場(chǎng)的激光并且被定位成僅檢測(cè)離開(kāi)原子的光。
[0041]在僅具有單個(gè)環(huán)路區(qū)段210的示例性實(shí)施例(諸如圖2B-2C中示出的那些)中，下面這樣可能存在優(yōu)勢(shì):在波導(dǎo)的終止端上具有小環(huán)路和/或鏡子以將來(lái)自紅失諧波導(dǎo)激光源226的紅失諧波導(dǎo)激光以及來(lái)自藍(lán)失諧波導(dǎo)激光源228的藍(lán)失諧波導(dǎo)激光返回，以使得紅失諧波導(dǎo)激光和藍(lán)失諧波導(dǎo)激光被保留在波導(dǎo)100中而不是丟失。在示例性實(shí)施例(諸如圖2B中示出的沖，其在將光反彈的鏡子240中終止。在示例性實(shí)施例(諸如圖2C中示出的沖，通過(guò)部分透射的鏡子240來(lái)引入紅失諧波導(dǎo)激光源226和藍(lán)失諧波導(dǎo)激光源228。
[0042]圖3是圖示出操作分叉波導(dǎo)原子陀螺儀的示例性方法300的流程圖。方法300在可選塊302處開(kāi)始，其中在高于位于分叉波導(dǎo)之上的原子的諧振頻率的第一頻率處生成藍(lán)失諧激光。方法300進(jìn)行到可選塊304，其中在低于位于分叉波導(dǎo)之上的原子的諧振頻率的第二頻率處生成紅失諧激光。
[0043]方法300進(jìn)行到塊306，其中將藍(lán)失諧激光引入到分叉波導(dǎo)中，該藍(lán)失諧激光具有高于分叉波導(dǎo)的表面之上的原子的諧振原子頻率的第一頻率。藍(lán)失諧激光具有在分叉波導(dǎo)之上延伸第一距離的第一漸逝場(chǎng)，該第一漸逝場(chǎng)排斥原子遠(yuǎn)離分叉波導(dǎo)的表面。方法300進(jìn)行到塊308，其中將紅失諧激光引入到分叉波導(dǎo)中。該紅失諧激光具有低于分叉波導(dǎo)的表面之上的原子的諧振原子頻率的第二頻率。紅失諧激光具有在分叉波導(dǎo)之上延伸大于第一距離的第二距離的第二漸逝場(chǎng)，該第二漸逝場(chǎng)朝向分叉波導(dǎo)的表面吸引原子。
[0044]方法300進(jìn)行到塊310，其中第一漸逝場(chǎng)和第二漸逝場(chǎng)在其中原子被懸浮的分叉波導(dǎo)的表面之上創(chuàng)建勢(shì)能最小值/阱。方法300進(jìn)行到塊312，其中冷卻在對(duì)于分叉波導(dǎo)的橫向方向上的至少第一組原子以引起該至少第一組原子遵循分叉波導(dǎo)之上的勢(shì)能最小值/阱在第一縱向方向上移動(dòng)。方法300進(jìn)行到塊314，其中將遵循分叉波導(dǎo)之上的勢(shì)能最小值/阱的該至少第一組原子的原子狀態(tài)初始化成已知基態(tài)配置。在示例性實(shí)施例中，該已知基態(tài)配置是雙基態(tài)的較低基態(tài)。在其它實(shí)施方式中，該已知基態(tài)是雙基態(tài)的較高基態(tài)。
[0045]方法300進(jìn)行到塊316，其中將遵循分叉波導(dǎo)之上的勢(shì)能最小值/阱的該至少第一組原子中的每個(gè)原子的量子力學(xué)波函數(shù)分裂成具有第一速度的第一部分和具有不同于第一速度的第二速度的第二部分，其中該第一部分行進(jìn)到分叉波導(dǎo)的第一叉狀物區(qū)段的第一分叉端中并且行進(jìn)到分叉波導(dǎo)的第一環(huán)路區(qū)段的第一環(huán)路端中，其中該第二部分行進(jìn)到分叉波導(dǎo)的第一叉狀物區(qū)段的第二分叉端中并且行進(jìn)到分叉波導(dǎo)的第一環(huán)路區(qū)段的第二環(huán)路端中。
[0046]方法300行進(jìn)到可選塊318，其中將第一組原子中的每個(gè)原子的量子力學(xué)波函數(shù)的第一部分和第二部分重組。方法300進(jìn)行到可選塊320，其中讀出離開(kāi)第一組原子中的每個(gè)原子的重組量子力學(xué)波函數(shù)的光。
[0047]在示例性實(shí)施例中，處理設(shè)備被配置成控制實(shí)施分叉波導(dǎo)的陀螺儀，諸如波導(dǎo)陀螺儀200A、200B或200C。在示例性實(shí)施例中，該處理設(shè)備包括用于執(zhí)行在陀螺儀中使用的各種方法、過(guò)程任務(wù)、計(jì)算和控制功能的軟件程序、固件或其它計(jì)算機(jī)可讀指令或者利用該軟件程序、固件或其它計(jì)算機(jī)可讀指令來(lái)運(yùn)行。這些指令通常被存儲(chǔ)在用于存儲(chǔ)計(jì)算機(jī)可讀指令或數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的任何適當(dāng)?shù)挠?jì)算機(jī)可讀介質(zhì)上。該計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)可以被實(shí)施為可被通用或?qū)Ｓ糜?jì)算機(jī)或處理器或任何可編程邏輯設(shè)備訪問(wèn)的任何可用的介質(zhì)。合適的處理器可讀介質(zhì)可以包括儲(chǔ)存裝置或存儲(chǔ)器介質(zhì)，諸如磁性或光學(xué)介質(zhì)。例如，儲(chǔ)存裝置或存儲(chǔ)器介質(zhì)可以包括常規(guī)硬盤(pán)、光盤(pán)-只讀存儲(chǔ)器(CD-ROM)、易失性或非易失性介質(zhì)(諸如隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)(包括但不限于同步動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(SDRAM)、雙數(shù)據(jù)率(DDR)RAM、RAMBUS動(dòng)態(tài)RAM(RDRAM)、靜態(tài)RAM(SRAM)等等)、只讀存儲(chǔ)器(ROM)、電可擦除可編程ROM(EEPROM)和閃速存儲(chǔ)器等等。合適的處理器可讀介質(zhì)還可以包括經(jīng)由傳播介質(zhì)(諸如網(wǎng)絡(luò)和/或無(wú)線鏈路)傳達(dá)的傳輸介質(zhì)，諸如電氣、電磁或數(shù)字信號(hào)。
[0048]盡管已經(jīng)在這里圖示和描述了特定實(shí)施例，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到的是被計(jì)算用來(lái)實(shí)現(xiàn)相同目的的任何布置可以替代所示的特定實(shí)施例。例如，應(yīng)理解還可以使用多個(gè)不同類(lèi)型的激光。因此，本文顯然意圖在于本發(fā)明僅由權(quán)利要求和其等同物來(lái)限制。
[0049]示例實(shí)施例
示例I包括一種分叉波導(dǎo)，其包括:具有第一端和與該第一端相反的第二端的第一區(qū)段;具有第一單端的第一叉狀物區(qū)段，該第一叉狀物區(qū)段還具有第一分叉端和與第一單端相反的第二分叉端，第一叉狀物區(qū)段的第一單端耦合到第一區(qū)段的第一端，第一叉狀物區(qū)段配置有在第一分叉端和第二分叉端之間的第一角度，基于配置成在波導(dǎo)之上行進(jìn)的原子的量子力學(xué)波函數(shù)的部分的速度來(lái)確定該第一角度；以及具有第一環(huán)路端和第二環(huán)路端的第一環(huán)路區(qū)段，該第一環(huán)路端耦合到第一叉狀物區(qū)段的第一分叉端并且第二環(huán)路端耦合到第一叉狀物區(qū)段的第二分叉端;其中該分叉波導(dǎo)被配置成傳播藍(lán)失諧波導(dǎo)激光，該藍(lán)失諧波導(dǎo)激光處于高于在分叉波導(dǎo)表面之上的原子的諧振原子頻率的第一頻率，該藍(lán)失諧激光具有在分叉波導(dǎo)的表面之上延伸第一距離的第一漸逝場(chǎng)，該第一漸逝場(chǎng)排斥原子遠(yuǎn)離分叉波導(dǎo)的表面;其中該分叉波導(dǎo)被配置成傳播紅失諧波導(dǎo)激光，該紅失諧波導(dǎo)激光處于低于在分叉波導(dǎo)表面之上的原子的諧振原子頻率的第二頻率，該紅失諧激光具有在分叉波導(dǎo)的表面之上延伸比第一距離更大的第二距離的第二漸逝場(chǎng)，該第二漸逝場(chǎng)朝向分叉波導(dǎo)的表面吸引原子;其中該第一漸逝場(chǎng)和第二漸逝場(chǎng)在分叉波導(dǎo)的表面之上創(chuàng)建勢(shì)能最小值/阱，其中該原子被懸浮在勢(shì)能最小值/阱中；其中該分叉波導(dǎo)的第一區(qū)段包括:位于第一區(qū)段的第一端和第一區(qū)段的第二端之間的激光冷卻區(qū)段，該激光冷卻區(qū)段被配置成在對(duì)于分叉波導(dǎo)的第一區(qū)段的橫向方向上將至少第一組原子冷卻下來(lái)，引起位于分叉波導(dǎo)的表面之上的勢(shì)能最小值/阱中的該至少第一組原子遵循分叉波導(dǎo)的表面之上的勢(shì)能最小值/阱在第一縱向方向上朝向第一叉狀物區(qū)段移動(dòng);位于激光冷卻區(qū)段和第一叉狀物區(qū)段之間的第一原子狀態(tài)初始化區(qū)段，該第一原子狀態(tài)初始化區(qū)段被配置成將遵循分叉波導(dǎo)的表面之上的勢(shì)能最小值/阱在第一縱向方向上移動(dòng)的該至少第一組原子的原子狀態(tài)初始化成已知基態(tài)配置；以及位于第一原子狀態(tài)初始化區(qū)段和第一叉狀物區(qū)段之間的第一分束器區(qū)段，該第一分束器區(qū)段被配置成將遵循分叉波導(dǎo)的表面之上的勢(shì)能最小值/阱在第一縱向方向上移動(dòng)的該至少第一組原子中的每個(gè)原子的量子力學(xué)波函數(shù)分裂成具有第一速度的第一部分和具有不同于第一速度的第二速度的第二部分，其中該第一部分行進(jìn)到分叉波導(dǎo)的第一叉狀物區(qū)段的第一分叉端中并且行進(jìn)到第一環(huán)路區(qū)段的第一環(huán)路端中，并且其中該第二部分行進(jìn)到分叉波導(dǎo)的第一叉狀物區(qū)段的第二分叉端中并且行進(jìn)到第一環(huán)路區(qū)段的第二環(huán)路端中。
[0050]示例2包括示例I的分叉波導(dǎo)，其中該激光冷卻區(qū)段包括:被配置成生成至少一個(gè)冷卻激光場(chǎng)的至少一個(gè)冷卻激光源，其中當(dāng)原子試圖逆著至少一個(gè)冷卻激光源的至少一個(gè)冷卻激光場(chǎng)移動(dòng)時(shí)原子的速度被降低。
[0051]示例3包括示例2的分叉波導(dǎo)，其中該激光冷卻區(qū)段包括:磁場(chǎng)線圈組，其包括第一磁場(chǎng)線圈和第二磁場(chǎng)線圈并且配置有在第一磁場(chǎng)線圈和第二磁場(chǎng)線圈之間的空間，該磁場(chǎng)線圈組被配置成以下面這種方式來(lái)使原子的原子能級(jí)移位:逆著來(lái)自于冷卻激光源的冷卻激光場(chǎng)移動(dòng)的原子中的任何原子優(yōu)先從冷卻激光場(chǎng)吸收光的光子以使得將朝向磁場(chǎng)線圈組的中心把原子推回在第一磁場(chǎng)線圈和第二磁場(chǎng)線圈之間的空間之內(nèi)。
[0052]示例4包括示例1-3中的任一個(gè)的分叉波導(dǎo)，其中該分叉波導(dǎo)包括:具有第二單端的第二叉狀物區(qū)段，該第二叉狀物區(qū)段還具有第三分叉端和與第二單端相對(duì)的第四分叉端，第二叉狀物區(qū)段的第二單端耦合到第一區(qū)段的第二端，第二叉狀物區(qū)段配置有在第三分叉端和第四分叉端之間的第二角度，基于配置成在波導(dǎo)之上行進(jìn)的原子的量子力學(xué)波函數(shù)的部分的速度來(lái)確定該第二角度；以及具有第三環(huán)路端和第四環(huán)路端的第二環(huán)路區(qū)段，該第三環(huán)路端耦合到第二叉狀物區(qū)段的第三分叉端并且第四環(huán)路端耦合到第二叉狀物區(qū)段的第四分叉端。
[0053]示例5包括示例4的分叉波導(dǎo)，其中該分叉波導(dǎo)的第一區(qū)段還包括:其中該激光冷卻區(qū)段引起位于分叉波導(dǎo)的表面之上的勢(shì)能最小值/阱中的至少第二組原子在與第一縱向方向相反的第二縱向方向上移動(dòng)，并且朝向第二叉狀物區(qū)段且遵循分叉波導(dǎo)之上的勢(shì)能最小值/阱;位于激光冷卻區(qū)段和第二叉狀物區(qū)段之間的第二原子狀態(tài)初始化區(qū)段，該第二原子狀態(tài)初始化區(qū)段被配置成將遵循分叉波導(dǎo)的表面之上的勢(shì)能最小值/阱在第二縱向方向上移動(dòng)的該至少第一組原子的原子狀態(tài)初始化成第二已知基態(tài)配置；以及位于第二原子狀態(tài)初始化區(qū)段和第二叉狀物區(qū)段之間的第二分束器區(qū)段，該第二分束器區(qū)段被配置成將遵循分叉波導(dǎo)的表面之上的勢(shì)能最小值/阱在第二縱向方向上移動(dòng)的該至少第二組原子中的每個(gè)原子的量子力學(xué)波函數(shù)分裂成具有第三速度的第三部分和具有不同于第三速度的第四速度的第四部分，其中該第三部分行進(jìn)到分叉波導(dǎo)的第二叉狀物區(qū)段的第三分叉端中并且行進(jìn)到第二環(huán)路區(qū)段的第三環(huán)路端中，并且其中該第四部分行進(jìn)到分叉波導(dǎo)的第二叉狀物區(qū)段的第四分叉端中并且行進(jìn)到第二環(huán)路區(qū)段的第四環(huán)路端中。
[0054]示例6包括示例1-5中的任一個(gè)的分叉波導(dǎo)，還包括:位于第一區(qū)段的第二端處的鏡子，該鏡子被配置成將在第一區(qū)段的第二端處接收到的光朝向第一叉狀物區(qū)段和第一環(huán)路區(qū)段反射回去。
[0055]示例7包括示例1-6中的任一個(gè)的分叉波導(dǎo)，還包括:其中第一分束器區(qū)段還被配置為用于該至少第一組原子從第一環(huán)路區(qū)段返回到第一區(qū)段中的重組區(qū)段，該重組區(qū)段被配置成將第一部分和第二部分重組到該至少第一組原子中的每個(gè)原子的量子力學(xué)波形中；以及其中第一原子狀態(tài)初始化區(qū)段還被配置為用于該至少第一組原子從第一環(huán)路區(qū)段在與第一縱向方向相反的第二縱向方向上朝向激光冷卻區(qū)段返回的讀出區(qū)段，其中該讀出區(qū)段被配置成讀出離開(kāi)該至少第一組原子的重組量子力學(xué)波形的光。
[0056]示例8包括示例7的分叉波導(dǎo)，其中該讀出區(qū)段包括:光電探測(cè)器，其被配置成檢測(cè)離開(kāi)該至少第一組原子的重組量子力學(xué)波形的光。
[0057]示例9包括示例1-8中的任一個(gè)的分叉波導(dǎo)，其中該分叉波導(dǎo)被沉積在襯底上。
[0058]示例10包括一種方法，其包括:將藍(lán)失諧激光引入到分叉波導(dǎo)中，該藍(lán)失諧激光具有高于分叉波導(dǎo)的表面之上的原子的諧振原子頻率的第一頻率，該藍(lán)失諧激光具有在分叉波導(dǎo)之上延伸第一距離的第一漸逝場(chǎng)，該第一漸逝場(chǎng)排斥原子遠(yuǎn)離分叉波導(dǎo)的表面;將紅失諧激光引入到分叉波導(dǎo)中，該紅失諧激光具有低于分叉波導(dǎo)的表面之上的原子的諧振原子頻率的第二頻率，該紅失諧激光具有在分叉波導(dǎo)之上延伸比第一距離更大的第二距離的第二漸逝場(chǎng)，該第二漸逝場(chǎng)朝向分叉波導(dǎo)的表面吸引原子;其中該第一漸逝場(chǎng)和第二漸逝場(chǎng)在其中原子被懸浮的分叉波導(dǎo)的表面之上創(chuàng)建勢(shì)能最小值/阱;在對(duì)于分叉波導(dǎo)的橫向方向上將該至少第一組原子冷卻下來(lái)以引起該至少第一組原子遵循分叉波導(dǎo)之上的勢(shì)能最小值/阱在第一縱向方向上移動(dòng);將遵循分叉波導(dǎo)之上的勢(shì)能最小值/阱的該至少第一組原子的原子狀態(tài)初始化成已知基態(tài)配置;將遵循分叉波導(dǎo)之上的勢(shì)能最小值/阱的該至少第一組原子中的每個(gè)原子的量子力學(xué)波函數(shù)分裂成具有第一速度的第一部分和具有不同于第一速度的第二速度的第二部分，其中該第一部分行進(jìn)到分叉波導(dǎo)的第一叉狀物區(qū)段的第一分叉端中并且行進(jìn)到分叉波導(dǎo)的第一環(huán)路區(qū)段的第一環(huán)路端中，其中該第二部分行進(jìn)到分叉波導(dǎo)的第一叉狀物區(qū)段的第二分叉端中并且行進(jìn)到分叉波導(dǎo)的第一環(huán)路區(qū)段的第二環(huán)路端中。
[0059]示例11包括示例10的方法，其中在分叉波導(dǎo)的橫向方向上將至少第一組原子冷卻下來(lái)以引起該至少第一組原子遵循分叉波導(dǎo)之上的勢(shì)能最小值/阱在第一縱向方向上移動(dòng)包括當(dāng)該至少第一組原子試圖逆著至少一個(gè)冷卻激光場(chǎng)移動(dòng)時(shí)在該至少第一組原子處發(fā)射至少一個(gè)冷卻激光場(chǎng)從而引起該至少第一組原子的速度被降低。
[0060]示例12包括示例11的方法，其中在分叉波導(dǎo)的橫向方向上將該至少第一組原子冷卻下來(lái)以引起該至少第一組原子遵循分叉波導(dǎo)之上的勢(shì)能最小值/阱在第一縱向方向上移動(dòng)包括以下面這種方式來(lái)使原子的原子能級(jí)移位:逆著來(lái)自于冷卻激光源的冷卻激光場(chǎng)移動(dòng)的原子中的任何原子優(yōu)先從冷卻激光場(chǎng)吸收光的光子以使得將朝向磁場(chǎng)的中心把原子推回在磁場(chǎng)線圈組之間的空間之內(nèi)。
[0061 ]示例13包括示例10-12中的任一個(gè)的方法:還包括:其中在分叉波導(dǎo)的橫向方向上將該至少第一組原子冷卻下來(lái)以引起至少第二組原子遵循分叉波導(dǎo)之上的勢(shì)能最小值/阱在第二縱向方向上移動(dòng);將遵循分叉波導(dǎo)之上的勢(shì)能最小值/阱的該至少第二組原子的原子狀態(tài)初始化成第二已知基態(tài)配置；以及將遵循分叉波導(dǎo)之上的勢(shì)能最小值/阱的該第二組原子中的每個(gè)原子的量子力學(xué)波函數(shù)分裂成具有第三速度的第三部分和具有不同于第一速度的第四速度的第四部分，其中該第三部分行進(jìn)到分叉波導(dǎo)的第二叉狀物區(qū)段的第三分叉端中并且行進(jìn)到分叉波導(dǎo)的第二環(huán)路區(qū)段的第三環(huán)路端中，其中該第四部分行進(jìn)到分叉波導(dǎo)的第二叉狀物區(qū)段的第四分叉端中并且行進(jìn)到分叉波導(dǎo)的第二環(huán)路區(qū)段的第四環(huán)路端中。
[0062]示例14包括示例10-13中的任一個(gè)的方法，還包括:將在與分叉波導(dǎo)的第一分叉區(qū)段相對(duì)的分叉波導(dǎo)的第二端處接收到的光朝向分叉波導(dǎo)的第一分叉區(qū)段反射回去。
[0063]示例15包括示例10-14中的任一個(gè)的方法，還包括:將第一部分和第二部分重組到該至少第二組原子中的每個(gè)原子的量子力學(xué)波形中；以及讀出離開(kāi)該至少第一組原子的重組量子力學(xué)波形的光。
[0064]示例16包括一種原子陀螺儀，其包括:沉積在襯底上的分叉波導(dǎo)，該分叉波導(dǎo)包括:具有第一端和與該第一端相對(duì)的第二端的第一區(qū)段;具有第一單端的第一叉狀物區(qū)段，該第一叉狀物區(qū)段還具有第一分叉端和與第一單端相對(duì)的第二分叉端，第一叉狀物區(qū)段的第一單端耦合到第一區(qū)段的第一端，第一叉狀物區(qū)段配置有在第一分叉端和第二分叉端之間的第一角度，基于配置成在波導(dǎo)之上行進(jìn)的原子的量子力學(xué)波函數(shù)的部分的速度來(lái)確定該第一角度；以及具有第一環(huán)路端和第二環(huán)路端的第一環(huán)路區(qū)段，該第一環(huán)路端耦合到第一叉狀物區(qū)段的第一分叉端并且第二環(huán)路端耦合到第一叉狀物區(qū)段的第二分叉端;藍(lán)失諧波導(dǎo)激光源，其被配置成在高于分叉波導(dǎo)表面之上的原子的諧振原子頻率的第一頻率處生成藍(lán)失諧激光，其中該藍(lán)失諧激光被耦合到分叉波導(dǎo)中，該藍(lán)失諧激光具有在分叉波導(dǎo)的表面之上延伸第一距離的第一漸逝場(chǎng)，該第一漸逝場(chǎng)排斥原子遠(yuǎn)離分叉波導(dǎo)的表面;紅失諧波導(dǎo)激光源，其被配置成在低于分叉波導(dǎo)表面之上的原子的諧振原子頻率的第二頻率處生成紅失諧激光，其中該紅失諧激光耦合到分叉波導(dǎo)中，該紅失諧激光具有在分叉波導(dǎo)的表面之上延伸比第一距離更大的第二距離的第二漸逝場(chǎng)，該第二漸逝場(chǎng)朝向分叉波導(dǎo)的表面吸引原子;其中該第一漸逝場(chǎng)和第二漸逝場(chǎng)在分叉波導(dǎo)的表面之上創(chuàng)建勢(shì)能最小值/阱，其中該原子被懸浮在勢(shì)能最小值/阱中；其中該分叉波導(dǎo)的第一區(qū)段包括:位于第一區(qū)段的第一端和第一區(qū)段的第二端之間的激光冷卻區(qū)段，該激光冷卻區(qū)段被配置成在對(duì)于分叉波導(dǎo)的第一區(qū)段的橫向方向上將至少第一組原子冷卻下來(lái)，從而引起位于分叉波導(dǎo)的表面之上的勢(shì)能最小值/阱中的該至少第一組原子遵循分叉波導(dǎo)的表面之上的勢(shì)能最小值/阱在第一縱向方向上朝向第一叉狀物區(qū)段移動(dòng);位于激光冷卻區(qū)段和第一叉狀物區(qū)段之間的第一原子狀態(tài)初始化區(qū)段，該第一原子狀態(tài)初始化區(qū)段被配置成將遵循分叉波導(dǎo)的表面之上的勢(shì)能最小值/阱在第一縱向方向上移動(dòng)的該至少第一組原子的原子狀態(tài)初始化成已知基態(tài)配置；以及位于第一原子狀態(tài)初始化區(qū)段和第一叉狀物區(qū)段之間的第一分束器區(qū)段，該第一分束器區(qū)段被配置成將遵循分叉波導(dǎo)的表面之上的勢(shì)能最小值/阱在第一縱向方向上移動(dòng)的該至少第一組原子中的每個(gè)原子的量子力學(xué)波函數(shù)分裂成具有第一速度的第一部分和具有不同于第一速度的第二速度的第二部分，其中該第一部分行進(jìn)到分叉波導(dǎo)的第一叉狀物區(qū)段的第一分叉端中并且行進(jìn)到第一環(huán)路區(qū)段的第一環(huán)路端中，并且其中該第二部分行進(jìn)到分叉波導(dǎo)的第一叉狀物區(qū)段的第二分叉端中并且行進(jìn)到第一環(huán)路區(qū)段的第二環(huán)路端中。
[0065]示例17包括示例16的原子陀螺儀，其中該激光冷卻區(qū)段包括:被配置成生成至少一個(gè)冷卻激光場(chǎng)的至少一個(gè)冷卻激光源，其中當(dāng)原子試圖逆著該至少一個(gè)冷卻激光源的至少一個(gè)冷卻激光場(chǎng)移動(dòng)時(shí)原子的速度被降低；以及磁場(chǎng)線圈組，其包括第一磁場(chǎng)線圈和第二磁場(chǎng)線圈并且被配置有在第一磁場(chǎng)線圈和第二磁場(chǎng)線圈之間的空間，該磁場(chǎng)線圈組被配置成以下面這種方式來(lái)使原子的原子能級(jí)移位:逆著來(lái)自于該至少一個(gè)冷卻激光源的至少一個(gè)冷卻激光場(chǎng)移動(dòng)的原子中的任何原子優(yōu)先從該至少一個(gè)冷卻激光場(chǎng)吸收光的光子以使得將朝向磁場(chǎng)線圈組的中心把原子推回在第一磁場(chǎng)線圈和第二磁場(chǎng)線圈之間的空間之內(nèi)。
[0066]示例18包括示例16-17中的任一個(gè)的原子陀螺儀，其中該分叉波導(dǎo)包括:具有第二單端的第二叉狀物區(qū)段，該第二叉狀物區(qū)段還具有第三分叉端和與第二單端相對(duì)的第四分叉端，第二叉狀物區(qū)段的第二單端耦合到第一區(qū)段的第二端，第二叉狀物區(qū)段配置有在第三分叉端和第四分叉端之間的第二角度，基于配置成在波導(dǎo)之上行進(jìn)的原子的量子力學(xué)波函數(shù)的部分的速度來(lái)確定該第二角度;具有第三環(huán)路端和第四環(huán)路端的第二環(huán)路區(qū)段，該第三環(huán)路端耦合到第二叉狀物區(qū)段的第三分叉端并且第四環(huán)路端耦合到第二叉狀物區(qū)段的第四分叉端;其中激光冷卻區(qū)段引起位于分叉波導(dǎo)的表面之上的勢(shì)能最小值/阱中的至少第二組原子在與第一縱向方向相反的第二縱向方向上移動(dòng)，并且朝向第二叉狀物區(qū)段且遵循分叉波導(dǎo)之上的勢(shì)能最小值/阱；以及其中分叉波導(dǎo)的第一區(qū)段還包括:位于激光冷卻區(qū)段和第二叉狀物區(qū)段之間的第二原子狀態(tài)初始化區(qū)段，該第二原子狀態(tài)初始化區(qū)段被配置成將遵循分叉波導(dǎo)的表面之上的勢(shì)能最小值/阱在第二縱向方向上移動(dòng)的至少第一組原子的原子狀態(tài)初始化成第二已知基態(tài)配置；以及位于第二原子狀態(tài)初始化區(qū)段和第二叉狀物區(qū)段之間的第二分束器區(qū)段，該第二分束器區(qū)段被配置成將遵循分叉波導(dǎo)的表面之上的勢(shì)能最小值/阱在第二縱向方向上移動(dòng)的該至少第二組原子中的每個(gè)原子的量子力學(xué)波函數(shù)分裂成具有第三速度的第三部分和具有不同于第三速度的第四速度的第四部分，其中該第三部分行進(jìn)到分叉波導(dǎo)的第二叉狀物區(qū)段的第三分叉端中并且行進(jìn)到第二環(huán)路區(qū)段的第三環(huán)路端中，并且其中該第四部分行進(jìn)到分叉波導(dǎo)的第二叉狀物區(qū)段的第四分叉端中并且行進(jìn)到第二環(huán)路區(qū)段的第四環(huán)路端中。
[0067]示例19包括示例16-18中的任一個(gè)的原子陀螺儀，還包括:位于第一區(qū)段的第二端處的鏡子，該鏡子被配置成將在第一區(qū)段的第二端處接收到的光朝向第一叉狀物區(qū)段和第一環(huán)路區(qū)段反射回去。
[0068]示例20包括示例16-19中的任一個(gè)的原子陀螺儀，還包括:其中第一分束器區(qū)段還被配置為用于該至少第一組原子從第一環(huán)路區(qū)段返回到第一區(qū)段中的重組區(qū)段，該重組區(qū)段被配置成將第一部分和第二部分重組到該至少第一組原子中的每個(gè)原子的量子力學(xué)波形中；以及其中第一原子狀態(tài)初始化區(qū)段還被配置為用于該至少第一組原子從第一環(huán)路區(qū)段在與第一縱向方向相反的第二縱向方向上朝向激光冷卻區(qū)段返回的讀出區(qū)段，其中該讀出區(qū)段被配置成讀出離開(kāi)該至少第一組原子的重組量子力學(xué)波形的光，其中該讀出區(qū)段包括被配置成檢測(cè)離開(kāi)重組的至少第一組原子的光的光電探測(cè)器。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種分叉波導(dǎo)(100、200A、200B、200C)，其包括: 具有第一端和與該第一端相對(duì)的第二端的第一區(qū)段； 具有第一單端的第一叉狀物區(qū)段(208)，該第一叉狀物區(qū)段還具有第一分叉端(236)和與第一單端相對(duì)的第二分叉端(238)，第一叉狀物區(qū)段的第一單端耦合到第一區(qū)段的第一端，第一叉狀物區(qū)段(208)配置有在第一分叉端(236)和第二分叉端(238)之間的第一角度，基于配置成在波導(dǎo)(100、20(^、20(?、2000之上行進(jìn)的原子的量子力學(xué)波函數(shù)的部分的速度來(lái)確定該第一角度；以及 具有第一環(huán)路端和第二環(huán)路端的第一環(huán)路區(qū)段(210)，該第一環(huán)路端耦合到第一叉狀物區(qū)段(208)的第一分叉端(236)并且第二環(huán)路端耦合到第一叉狀物區(qū)段(208)的第二分叉端(236); 其中該分叉波導(dǎo)(100、200A、200B、200C)被配置成傳播藍(lán)失諧波導(dǎo)激光，該藍(lán)失諧波導(dǎo)激光處于高于在分叉波導(dǎo)(100、200A、200B、200C)的表面(104)之上的原子的諧振原子頻率的第一頻率，該藍(lán)失諧激光具有在分叉波導(dǎo)的表面之上延伸第一距離的第一漸逝場(chǎng)(110)，該第一漸逝場(chǎng)排斥原子遠(yuǎn)離分叉波導(dǎo)(100、200A、200B、200C)的表面(104); 其中該分叉波導(dǎo)(100、200A、200B、200C)被配置成傳播紅失諧波導(dǎo)激光，該紅失諧波導(dǎo)激光處于低于在分叉波導(dǎo)(100、200A、200B、200C)的表面(104)之上的原子的諧振原子頻率的第二頻率，該紅失諧激光具有在分叉波導(dǎo)(100、20(^、20(?、2000的表面(104)之上延伸比第一距離更大的第二距離的第二漸逝場(chǎng)(108)，該第二漸逝場(chǎng)朝向分叉波導(dǎo)(100、200A、200B、200C)的表面(104)吸引原子； 其中該第一漸逝場(chǎng)(110)和第二漸逝場(chǎng)(108)在分叉波導(dǎo)(100、20(^、20(?、2000的表面(104)之上創(chuàng)建勢(shì)能最小值(102)，其中該原子被懸浮在勢(shì)能最小值(102)中； 其中該分叉波導(dǎo)(100、200A、200B、200C)的第一區(qū)段包括: 位于第一區(qū)段的第一端和第一區(qū)段的第二端之間的激光冷卻區(qū)段(202)，該激光冷卻區(qū)段(202)被配置成在對(duì)于分叉波導(dǎo)(100、200A、200B、200C)的第一區(qū)段的橫向方向上將至少第一組原子冷卻下來(lái)，引起位于分叉波導(dǎo)(100、20(^、20(?、2000的表面(104)之上的勢(shì)能最小值(102)中的該至少第一組原子遵循分叉波導(dǎo)(100、20(^、20(?、2000的表面(104)之上的勢(shì)能最小值(102)在第一縱向方向上朝向第一叉狀物區(qū)段(208)移動(dòng)； 位于激光冷卻區(qū)段(202)和第一叉狀物區(qū)段(208)之間的第一原子狀態(tài)初始化區(qū)段(204)，該第一原子狀態(tài)初始化區(qū)段(204)被配置成將遵循分叉波導(dǎo)(100、20(^、20(?、2000的表面(104)之上的勢(shì)能最小值(102)在第一縱向方向上移動(dòng)的該至少第一組原子的原子狀態(tài)初始化成已知基態(tài)配置；以及 位于第一原子狀態(tài)初始化區(qū)段(204)和第一叉狀物區(qū)段(208)之間的第一分束器區(qū)段(206)，該第一分束器區(qū)段(206)被配置成將遵循分叉波導(dǎo)(100、20(^、20(?、2000的表面(104)之上的勢(shì)能最小值(102)在第一縱向方向上移動(dòng)的該至少第一組原子中的每個(gè)原子的量子力學(xué)波函數(shù)分裂成具有第一速度的第一部分和具有不同于第一速度的第二速度的第二部分，其中該第一部分行進(jìn)到分叉波導(dǎo)(100、20(^、2008、2000的第一叉狀物區(qū)段(208)的第一分叉端(236)中并且行進(jìn)到第一環(huán)路區(qū)段(210)的第一環(huán)路端中，并且其中該第二部分行進(jìn)到分叉波導(dǎo)(210)的第一叉狀物區(qū)段(208)的第二分叉端(238)中并且行進(jìn)到第一環(huán)路區(qū)段(210)的第二環(huán)路端中。2.權(quán)利要求1所述的分叉波導(dǎo)(100、20(^、20(?、2000，還包括: 其中第一分束器區(qū)段(206)還被配置為用于該至少第一組原子從第一環(huán)路區(qū)段返回到第一區(qū)段中的重組區(qū)段(206)，該重組區(qū)段被配置成將第一部分和第二部分重組到用于該至少第一組原子中的每個(gè)原子的量子力學(xué)波形中；并且 其中第一原子狀態(tài)初始化區(qū)段(204)還被配置為用于該至少第一組原子從第一環(huán)路區(qū)段(210)在與第一縱向方向相反的第二縱向方向上朝向激光冷卻區(qū)段(202)返回的讀出區(qū)段(204)，其中該讀出區(qū)段(204)被配置成讀出離開(kāi)該至少第一組原子的重組量子力學(xué)波形的光。3.—種方法(300)，其包括: 將藍(lán)失諧激光引入(306)到分叉波導(dǎo)(100)中，該藍(lán)失諧激光具有高于分叉波導(dǎo)(100)的表面(104)之上的原子的諧振原子頻率的第一頻率，該藍(lán)失諧激光具有在分叉波導(dǎo)(100)之上延伸第一距離的第一漸逝場(chǎng)(110)，該第一漸逝場(chǎng)(110)排斥原子遠(yuǎn)離分叉波導(dǎo)(100)的表面(104); 將紅失諧激光引入(308)到分叉波導(dǎo)(100)中，該紅失諧激光具有低于分叉波導(dǎo)(100)的表面(104)之上的原子的諧振原子頻率的第二頻率，該紅失諧激光具有在分叉波導(dǎo)(100)之上延伸比第一距離更大的第二距離的第二漸逝場(chǎng)(108)，該第二漸逝場(chǎng)朝向分叉波導(dǎo)(100)的表面(104)吸引原子； 其中該第一漸逝場(chǎng)(110)和第二漸逝場(chǎng)(108)在其中原子被懸浮(310)的分叉波導(dǎo)(100)的表面(104)之上創(chuàng)建勢(shì)能最小值(102)； 在對(duì)于分叉波導(dǎo)(100)的橫向方向上將至少第一組原子冷卻(312)下來(lái)以引起該至少第一組原子遵循分叉波導(dǎo)(100)之上的勢(shì)能最小值(102)在第一縱向方向上移動(dòng)； 將遵循分叉波導(dǎo)(100)之上的勢(shì)能最小值(102)的該至少第一組原子的原子狀態(tài)初始化(314)成已知基態(tài)配置； 將遵循分叉波導(dǎo)(100)之上的勢(shì)能最小值(102)的該至少第一組原子中的每個(gè)原子的量子力學(xué)波函數(shù)分裂(316)成具有第一速度的第一部分和具有不同于第一速度的第二速度的第二部分，其中該第一部分行進(jìn)到分叉波導(dǎo)(100)的第一叉狀物區(qū)段(208)的第一分叉端(236)中并且行進(jìn)到分叉波導(dǎo)(100)的第一環(huán)路區(qū)段(210)的第一環(huán)路端中，其中該第二部分行進(jìn)到分叉波導(dǎo)(100)的第一叉狀物區(qū)段(208)的第二分叉端(238)中并且行進(jìn)到分叉波導(dǎo)(100)的第一環(huán)路區(qū)段(210)的第二環(huán)路端中。
【文檔編號(hào)】H01S3/0915GK105973218SQ201610042585
【公開(kāi)日】2016年9月28日
【申請(qǐng)日】2016年1月22日
【發(fā)明人】R.坎普頓, K.D.奈爾遜, C.費(fèi)爾蒂
【申請(qǐng)人】霍尼韋爾國(guó)際公司