课题基金 / 基金详情

基于光与原子量子关联的高精度角速度测量实验研究

批准号:
12104161
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
吴媛
依托单位:
学科分类:
光量子物理和量子光学
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
吴媛

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
基于Sagnac效应的角速度测量系统在军事和国民经济领域中有重要用途。然而,随着需求的提升,不论是光纤还是原子陀螺,其精度、稳定性、成本等逐渐无法满足。结合光易于传播和原子长相干的光-原子混合陀螺仪成为新的发展方向之一。然而,光-原子混合陀螺目前的精度受非线性相互作用效率和诸多噪声的影响,仍然无法满足实际应用。因此,进一步优化光-原子相互作用,抑制噪声成为了突破传统陀螺仪技术瓶颈的关键。本项目针对这些问题,拟开展包括:1.结合相干反馈和模式操控,实现高增益的光和原子量子关联,放大信号,抵抗损耗;2.利用原子相干性抑制光纤线圈中的非线性噪声对陀螺仪精度的影响;3.利用光-原子相互作用的窄线宽特性,实现双系统差分测量,消除环境中随机抖动的影响。本项目预期成果将进一步推动光-原子混合陀螺研究,为新型陀螺仪的构建提供新原理和新技术,开拓量子关联在精密测量中的新应用。
英文摘要
Rotation sensing based on Sagnac effect has significant application in the military and national economy. As the most commonly used gyroscope, the fiber optic gyroscope and atomic gyroscope need to be further optimized, such as improving accuracy, stability and reducing cost. Combining the advantages of light and atoms, the atom-light hybrid gyroscope becomes one of the research highlights whose potential performance is superior to the two gyroscopes. However, the accuracy of the hybrid gyroscope has no advantage at present due to the influence of nonlinear interaction efficiency and noises. Therefore, it is necessary to further optimize the interaction between light and atom, as well as suppress the noise. In order to solve these problems, our proposal is to be carried out: 1. Combining the coherent feedback and mode manipulation method, we can achieve strong quantum correlation between light and atom which can amplify signal and resist loss. 2. By the advantage of the atomic coherence, we can suppress the influence of nonlinear noise in fiber coil and increase rotation measurement accuracy. 3. Based on the narrow linewidth of the light-atom interaction, a differential measurement system is employed to eliminate the influence of random jitter induced by environment. The expected results of this project will further promote the research of atom-light hybrid quantum gyroscope, provide new technologies for the gyroscope, and open up new applications of quantum correlation in metrology.
基于Sagnac效应的角速度测量系统在军事和国民经济领域中有重要用途。然而,随着需求.的提升,不论是光纤还是原子陀螺,其精度、稳定性、成本等逐渐无法满足。为了突破这些技术瓶颈,本项目拟发展光-原子混合陀螺,围绕光-原子混合陀螺中的光-原子相互作用优化与噪声抑制这一总体目标,开展了深入研究。项目重点开展了光-原子耦合效率提高、系统噪声抑制和干涉测量机理与应用探索三方面的研究。利用相干光学相位操控技术,增强控制光场的调控精准度,从而提高光-原子耦合效率,提高系统保真度。结合人工智能技术,突破传统陀螺中的偏振交叉等噪声,显著提高系统的稳定性和精度。此外,深入开发干涉技术的量子特性及新型量子干涉结构,开拓相关技术的应用,为角速度传感和磁导航测量提供基础。.项目自启动以来,圆满完成了项目任务书制定的计划目标和各项指标要求,取得了重要创新性进展。项目在具有重要影响的国内外学术刊物上发表论文7篇,其中SCI论文5篇,包括《Optics Express》2篇、《Physical Review A》1篇、《Science China: Information Sciences》1篇、《European Journal of Physics》1篇,并申请专利5项。项目负责人吴媛入选大学物理期刊的青年编委,作为骨干主持了闵行区科普项目,参与了上海市重大科技专项和科技部2030重大专项。项目负责人在国内多个重要会议上获得邀请报告。.本项目的研究成果不仅在理论上取得了突破,还在实际应用中展示了巨大的潜力。在项目支持下,负责人获教育部产学研合作项目,并与复拓科学仪器(苏州)有限公司合作实现技术转让,进一步推动了相关技术的商业化应用,为高灵敏、高稳定性的量子精密测量新方法和新技术的发展提供了坚实的基础。
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