分叉波導原子陀螺儀制造技術

分叉波導原子陀螺儀。波導包括具有耦合到環路區段并且被基于在波導之上行進的原子的量子力學波函數的部分的速度而確定的角度分開的第一和第二分叉端的叉狀物。波導傳播具有排斥原子遠離波導的第一漸逝場的藍失諧激光以及具有朝向波導吸引原子的第二漸逝場的紅失諧激光，其一起創建勢能最小值/阱。激光冷卻原子，引起位于勢能最小值/阱中的原子遵循勢能最小值/阱朝向第一叉狀物區段移動。原子狀態初始化區段將原子的原子狀態初始化成已知基態配置。分束器區段將分叉波導的表面之上的每個原子的量子力學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。

【技術實現步驟摘要】
相關申請的交叉引用本申請要求保護在2015年1月23日提交的美國臨時專利申請序號62/107,106的權益，在此通過引用將其并入本文。
技術介紹
原子陀螺儀是用來測量圍繞旋轉軸的旋轉率的導航儀器。通過利用薩尼亞克效應來計算原子波函數的相移。陀螺儀的旋轉率與原子波函數的相移成比例。
技術實現思路
一種分叉波導（diverging waveguide），其包括：具有第一端和與該第一端相對的第二端的第一區段；具有第一單端的第一叉狀物區段，該第一叉狀物區段還具有第一分叉端和與第一單端相對的第二分叉端，第一叉狀物區段的第一單端耦合到第一區段的第一端，第一叉狀物區段配置有在第一分叉端和第二分叉端之間的第一角度，基于配置成在波導之上行進的原子的量子力學波函數的部分的速度來確定該第一角度；以及具有第一環路端和第二環路端的第一環路區段，該第一環路端耦合到第一叉狀物區段的第一分叉端并且第二環路端耦合到第一叉狀物區段的第二分叉端。該分叉波導被配置成傳播藍失諧波導激光，該藍失諧波導激光處于高于在分叉波導表面之上的原子的諧振原子頻率的第一頻率，該藍失諧激光具有在分叉波導的表面之上延伸第一距離的第一漸逝場，該第一漸逝場排斥原子遠離分叉波導的表面。該分叉波導被配置成傳播紅失諧波導激光，該紅失諧波導激光處于低于在分叉波導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，該第二漸逝場朝向分叉波導的表面吸引原子。該第一漸逝場和第二漸逝場在分叉波導的表面之上創建勢能最小值/阱，其中該原子被懸浮在勢能最小值/阱中。該分叉波導的第一區段包括：位于第一區段的第一端和第一區段的第二端之間的激光冷卻區段，該激光冷卻區段被配置成在對于分叉波導的第一區段的橫向方向上將至少第一組原子冷卻下來，引起位于分叉波導的表面之上的勢能最小值/阱中的該至少第一組原子遵循（following）分叉波導的表面之上的勢能最小值/阱在第一縱向方向上朝向第一叉狀物區段移動；位于激光冷卻區段和第一叉狀物區段之間的第一原子狀態初始化區段，該第一原子狀態初始化區段被配置成將遵循分叉波導的表面之上的勢能最小值/阱在第一縱向方向上移動的該至少第一組原子的原子狀態初始化成已知基態配置；以及位于第一原子狀態初始化區段和第一叉狀物區段之間的第一分束器區段，該第一分束器區段被配置成將遵循分叉波導的表面之上的勢能最小值/阱在第一縱向方向上移動的該至少第一組原子中的每個原子的量子力學波函數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到分叉波導的第一叉狀物區段的第一分叉端中并且行進到第一環路區段的第一環路端中，并且其中該第二部分行進到分叉波導的第一叉狀物區段的第二分叉端中并且行進到第一環路區段的第二環路端中。附圖說明應理解附圖僅描繪示例性實施例并且因此不被看作對范圍進行限制，將通過使用附圖用附加的特性和細節來描述示例性實施例，其中：圖1是示出具有用于波導表面之上的原子的波導勢能最小值的波導的截面圖。圖2A-2C是描繪波導內具有一個或多個環路的波導陀螺儀的示例性實施例的框圖。圖2A是描繪波導內具有兩個環路的波導陀螺儀的示例性實施例的框圖。圖2B是描繪波導內具有單個環路的波導陀螺儀的示例性實施例的框圖。圖2C是描繪波導內具有單個環路的波導陀螺儀的另一示例性實施例的框圖。圖3是圖示出操作分叉波導原子陀螺儀的示例性方法的流程圖。根據一般慣例，沒有按照比例來繪制各種描述的特征，而是將其繪制成強調與示例性實施例有關的特定特征。具體實施方式在下面的具體實施方式中，對形成其一部分并且在其中以說明特定說明性實施例的方式示出的附圖進行參考。然而，要理解可以利用其它實施例并且可以進行邏輯、機械和電氣改變。此外，在附圖和說明書中提出的方法不應被解釋為限制其中可以執行各個步驟的順序。因此，不應以限制意義來理解下面的具體實施方式。在不犧牲標度因子或穩定性的情況下導航市場正朝向更小陀螺儀推動。原子干涉儀通過將標度因子關聯到光的波長來提供良好穩定性和信號生成對象（對于高信噪比（SNR））的高通量。然而，當被微型化時它們的標度因子通常受損。這里描述的是用于在微型化原子干涉儀的同時保持標度因子的設備和方法。在示例性實施例中，分叉光波導被轉換成用于位于波導表面之上的原子的捕集器（trap）和/或導向器（guide）。這允許原子穿過圓形路徑，回到自身之上以進行干涉。針對給定的標度因子，相比于沒有波導的情況下可以實現的，分叉波導允許這在更小得多的區域中發生。圖1是示出具有用于波導100的表面104之上的原子的勢能最小值/阱102的波導100的截面圖。在示例性實施例中，波導100是用于芯片106之上的原子的芯片106上的光波導。在示例性實施例中，芯片106是襯底，諸如但不限于硅襯底。在示例性實施例中，波導100是氮化硅脊波導。在適當選擇沿著光波導行進的兩個不同光場的情況下，波導100中的光的漸逝場變成用于在波導100之上行進的原子的捕集器，沿著波導100之上的路徑引導原子，但是不接觸波導100的物理表面104。在示例性實施例中，使用在位于波導100之上的原子的原子諧振頻率以下失諧的紅失諧波導激光源226（在圖2A-2C中示出）來生成紅失諧波導激光，并且使用在位于波導100之上的原子的原子諧振頻率以上失諧的藍失諧波導激光源228（在圖2A-2C中示出）來生成藍失諧波導激光。紅失諧波導激光對原子有吸引力，使得它創建將原子朝向波導100牽引的勢能最小值/阱。相反，藍失諧波導激光排斥原子，所以它推動原子遠離波導100。在示例性實施例中，存在由紅失諧波導激光創建的有吸引力的漸逝場108和由藍失諧波導激光創建的排斥漸逝場110兩者，這兩者都在波導100的表面104之上延伸。在示例性實施例中，有吸引力的漸逝場108和排斥漸逝場110兩者在波導100的表面104之上延伸幾百納米。有吸引力的漸逝場108和排斥漸逝場110中的每一個的強度隨著波導100的表面104之上的距離減小。這引起波導100的表面104之上的原子經歷由紅失諧波導激光創建的有吸引力的漸逝場108的吸引力和由藍失諧波導激光創建的排斥漸逝場110的排斥力兩者。在僅存在由紅失諧波導激光生成的有吸引力的漸逝場108的情況下，原子將被下拉到波導100的表面104上，在那里原子將停留、彈離或以其它方式丟失。藍失諧波導激光（排斥激光）具有排斥漸逝場110，其在波導100的表面104之上并不延伸得像由紅失諧波導激光（有吸引力的激光）創建的有吸引力的漸逝場108那么遠。原子被由紅失諧波導激光創建的有吸引力的漸逝場108拉向波導100的表面104。隨著原子越靠近波導100的表面104，原子開始經歷由藍失諧波導激光創建的排斥漸逝場110的排斥力，其推動原子遠離波導100的表面104。作為對這些吸引力和排斥力的響應，原子發現在波導100的表面104之上的勢能最小值/阱102。在示例性實施例中，勢能最小值/阱102在波導100的表面104之上幾百納米。在示例性實施例中，紅失諧波導激光和藍失諧波導激光以各種方式耦合到波導100中，如圖2A-2C中所示。在示例性實施例中，諸如在圖2A-本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種分叉波導（100、200A、200B、200C），其包括：具有第一端和與該第一端相對的第二端的第一區段；具有第一單端的第一叉狀物區段（208），該第一叉狀物區段還具有第一分叉端（236）和與第一單端相對的第二分叉端（238），第一叉狀物區段的第一單端耦合到第一區段的第一端，第一叉狀物區段（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（100、200A、200B、200C）之上行進的原子的量子力學波函數的部分的速度來確定該第一角度；以及具有第一環路端和第二環路端的第一環路區段（210），該第一環路端耦合到第一叉狀物區段（208）的第一分叉端（236）并且第二環路端耦合到第一叉狀物區段（208）的第二分叉端（236）；其中該分叉波導（100、200A、200B、200C）被配置成傳播藍失諧波導激光，該藍失諧波導激光處于高于在分叉波導（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，該藍失諧激光具有在分叉波導的表面之上延伸第一距離的第一漸逝場（110），該第一漸逝場排斥原子遠離分叉波導（100、200A、200B、200C）的表面（104）；其中該分叉波導（100、200A、200B、200C）被配置成傳播紅失諧波導激光，該紅失諧波導激光處于低于在分叉波導（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（100、200A、200B、200C）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（108），該第二漸逝場朝向分叉波導（100、200A、200B、200C）的表面（104）吸引原子；其中該第一漸逝場（110）和第二漸逝場（108）在分叉波導（100、200A、200B、200C）的表面（104）之上創建勢能最小值（102），其中該原子被懸浮在勢能最小值（102）中；其中該分叉波導（100、200A、200B、200C）的第一區段包括：位于第一區段的第一端和第一區段的第二端之間的激光冷卻區段（202），該激光冷卻區段（202）被配置成在對于分叉波導（100、200A、200B、200C）的第一區段的橫向方向上將至少第一組原子冷卻下來，引起位于分叉波導（100、200A、200B、200C）的表面（104）之上的勢能最小值（102）中的該至少第一組原子遵循分叉波導（100、200A、200B、200C）的表面（104）之上的勢能最小值（102）在第一縱向方向上朝向第一叉狀物區段（208）移動；位于激光冷卻區段（202）和第一叉狀物區段（208）之間的第一原子狀態初始化區段（204），該第一原子狀態初始化區段（204）被配置成將遵循分叉波導（100、200A、200B、200C）的表面（104）之上的勢能最小值（102）在第一縱向方向上移動的該至少第一組原子的原子狀態初始化成已知基態配置；以及位于第一原子狀態初始化區段（204）和第一叉狀物區段（208）之間的第一分束器區段（206），該第一分束器區段（206）被配置成將遵循分叉波導（100、200A、200B、200C）的表面（104）之上的勢能最小值（102）在第一縱向方向上移動的該至少第一組原子中的每個原子的量子力學波函數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到分叉波導（100、200A、200B、200C）的第一叉狀物區段（208）的第一分叉端（236）中并且行進到第一環路區段（210）的第一環路端中，并且其中該第二部分行進到分叉波導（210）的第一叉狀物區段（208）的第二分叉端（238）中并且行進到第一環路區段（210）的第二環路端中。...

【技術特征摘要】
2015.01.23 US 62/107106;2015.05.20 US 14/7177821.一種分叉波導（100、200A、200B、200C），其包括：具有第一端和與該第一端相對的第二端的第一區段；具有第一單端的第一叉狀物區段（208），該第一叉狀物區段還具有第一分叉端（236）和與第一單端相對的第二分叉端（238），第一叉狀物區段的第一單端耦合到第一區段的第一端，第一叉狀物區段（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（100、200A、200B、200C）之上行進的原子的量子力學波函數的部分的速度來確定該第一角度；以及具有第一環路端和第二環路端的第一環路區段（210），該第一環路端耦合到第一叉狀物區段（208）的第一分叉端（236）并且第二環路端耦合到第一叉狀物區段（208）的第二分叉端（236）；其中該分叉波導（100、200A、200B、200C）被配置成傳播藍失諧波導激光，該藍失諧波導激光處于高于在分叉波導（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，該藍失諧激光具有在分叉波導的表面之上延伸第一距離的第一漸逝場（110），該第一漸逝場排斥原子遠離分叉波導（100、200A、200B、200C）的表面（104）；其中該分叉波導（100、200A、200B、200C）被配置成傳播紅失諧波導激光，該紅失諧波導激光處于低于在分叉波導（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（100、200A、200B、200C）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（108），該第二漸逝場朝向分叉波導（100、200A、200B、200C）的表面（104）吸引原子；其中該第一漸逝場（110）和第二漸逝場（108）在分叉波導（100、200A、200B、200C）的表面（104）之上創建勢能最小值（102），其中該原子被懸浮在勢能最小值（102）中；其中該分叉波導（100、200A、200B、200C）的第一區段包括：位于第一區段的第一端和第一區段的第二端之間的激光冷卻區段（202），該激光冷卻區段（202）被配置成在對于分叉波導（100、200A、200B、200C）的第一區段的橫向方向上將至少第一組原子冷卻下來，引起位于分叉波導（100、200A、200B、200C）的表面（104）之上的勢能最小值（102）中的該至少第一組原子遵循分叉波導（100、200A、200B、200C）的表面（104）之上的勢能最小值（102）在第一縱向方向上朝向第一叉狀物區段（208）移動；位于激光冷卻區段（202）和第一叉狀物區段（208）之間的第一原子狀態初始化區段（204），該第一原子狀態初始化區段（204）被配置成將遵循分叉波導（100、200A、200B、200C）的表面（104）之上的勢能最小值（102）在第一縱向方向上移動的該至少第一組原子的原子狀態初始化成已知基態配置；以及位于第一原子...

【專利技術屬性】
技術研發人員：R坎普頓，KD奈爾遜，C費爾蒂，
申請(專利權)人：霍尼韋爾國際公司，
類型：發明
國別省市：美國;US