CN108474660B - 能够测量旋转速度的在芯片上被设阱的冷原子的传感器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种超冷原子传感器，所述超冷原子传感器能够测量沿测量轴线(14)的旋转速度，所述传感器包括：‑适用于在与所述测量平面隔有预定距离处生成第一超冷原子阱(T1)和第二超冷原子阱(T2)的部件，其中一个阱能够使超冷原子(12)的云固定成处于不同于另一阱的内部状态，所述部件包括：

至少一个第一波导和至少一个第二波导(CPW1，CPW2)，所述至少一个第一波导和所述至少一个第二波导适用于以角频率ω_a和ω_b传播微波，所述波导不相交并且相对于称作对称轴线(Sy)的轴线对称地布置，

与芯片(1)一体化的导线，所述导线适用于由直流电流穿过，‑所述部件构造用于改变所述超冷原子的能量，以便创建对于处于内部状态|a>的超冷原子的势能最小值并且创建对于处于内部状态|b>的超冷原子的势能最小值，因此形成了第一超冷原子阱和第二超冷原子阱，并且所述部件构造用于使所述阱(T1，T2)沿着封闭轨迹(16)移动，所述第一阱的超冷原子以一个方向经过所述封闭轨迹而所述第二阱的超冷原子以相反的方向经过所述封闭轨迹。

Description

能够测量旋转速度的在芯片上被设阱的冷原子的传感器

技术领域

本发明涉及用于测量旋转速度的系统，更具体地涉及芯片上的冷原子的陀螺测速仪。

背景技术

最初，陀螺测速术初始地建立在通过使用基于钟摆和弹簧的系统来执行的测量的基础上。现今，陀螺测速术借助于光学系统或借助于物质波来进行。在该背景下，Alzar等人(Garrido Alzar,C.L.,Yan,W.,&Landragin,A.，2012年3月，关于通过使用原子芯片、高强度激光和高场现象进行高灵敏度旋转感测，见页JT2A-10，美国光学协会)提出了一种芯片上的紧凑的陀螺仪，所述陀螺仪使用在环形的磁导(称为波导，类似于电磁波导)中传播的物质波。在该类型的装置上通过利用萨格纳克(Sagnac)效应来执行对于旋转的测量。在以角速度Ω转动的参考系中，由萨格纳克效应引起的在两个反向旋转的物质波之间的相位差θ由下式给出：

其中，A是波导中包含的面积，m是原子的质量，

是减小的普朗克常数。利用上述的原子萨格纳克效应，构成了在通常使用光学萨格纳克效应的陀螺测速仪领域中的技术突破：在所有其它因素保持不变时根据原子的类型和所考虑的光学频率υ通过数量mc²/hυ给出在原子萨格纳克相位差与光学萨格纳克相位差之间的比值，所述比值为10¹⁰或10¹¹的数量级。在由Alzar等人公开的装置中，冷原子被束缚在环形的磁导中。该装置允许原子的较长询问时间(大于1秒)和具有足够小的传播速度的扩散，以在测量时利用原子云的干涉条纹。通过印刷或放置将导线布置在芯片的底座上是一种用于实施磁性波导的典型方法。这种布置包括添加在波导的形态上的表面粗糙度。该元素构成主要的技术问题。事实上，当在波导中引导冷原子时，所述原子可遇到与所述芯片的表面粗糙度相关的这些变化。从波动的视角，原子中一部分可被反射而另一部分被传输，这具有的效果在于显著地增加了冷原子在波导中的扩散，并且因此导致可能不能够测量萨格纳克效应。

通常，CCD类型的摄像机用于在空间上测量在干涉形成区域中的原子的密度。该方法需要适用于显微术的光学装置；该类型的装配难以与嵌入式和/或紧凑的应用兼容。

文件CN102927978描述了一种原子芯片上的冷原子传感器，所述冷原子传感器包括：两个超高频波导10和11，所述两个超高频波导沿方向x彼此平行；两根导线8和9，所述两根导线也沿方向x布置在波导的每侧上；以及n根导线g1、g2、...、gn，所述n根导线沿垂直方向y布置，如图1所示。

具有两种内部状态|a>和|b>的冷原子被生成。

与均匀磁场组合的由波导和导线创建的势能的组合假设创建出两个势能最小值，所述两个势能最小值构成两个冷原子三维阱，每种内部状态对应于一个阱。所应用的不同电流能够使阱沿着轨迹移动，所述轨迹由所述阱中的一个(对应于处于一种内部状态的原子)以一个方向遵循并且由第二阱(对应于处于另一内部状态的原子)以另一方向遵循。

为了使该装置正确运行，一方面需要干涉仪的两种状态|a>和|b>以相干的方式叠加。

另一方面需要两个势能最小值严格地具有相同的层次，以便在由干涉仪测量的相位方面不包括与两个势能最小值之间的层次差相关的依赖性。为了维持干涉仪的相干时间大于干涉测量时长，所述两个势能最小值还需要具有相同的曲率，事实上，在使用热力超冷原子的情况下，所述相干时间与两个势能最小值之间的曲率差成反比。

文件CN102927978的图1中描述的导线的拓扑结构不能够容易地获得相同的两个势能井(曲率与势能最小值相等)。事实上，两根导线8和9的存在要求以极其高的精确度使经过所述导线的直流电流完全相等，以获得两个相同的井。

文件CN102927978的图1中描述的导线(8、9和gi的集合)的拓扑结构不能够创建沿着图1的轴线y充分束缚的阱以能够有效地冷却原子并且在比所使用的原子源的相干时间更短的时间中使阱沿着轴线y移动。

文件CN102927978的图1中描述的导线(8、9和gi的集合)的拓扑结构创建具有最小值(具有零磁场)的磁阱。这对传感器的运行有两种影响：

-在原子冷却阶段期间通过马约拉纳(Majorana)效应产生原子损失，因此极少的原子在冷却结束时可用，这由此导致极小的信噪比。

-由于干涉仪的两种状态是两个塞曼(Zeeman)子层次，并且在零磁场下，所有塞曼层次都退化，不能够在干涉仪的两种状态之间实施合适的相干叠加并因此不能够使传感器初始化。

因此，文件CN102927978的导线/超高频波导的构造具有多个缺点。本发明旨在全面或部分地克服上述文件中的与导线的拓扑结构相关的技术问题和缺点。

发明内容

能够达成该目的的本发明旨在提供一种超冷原子传感器，所述超冷原子传感器能够测量沿测量轴线的旋转速度，所述传感器至少包括：

·电子芯片，所述电子芯片安置在真空的腔室中并且包括与所述测量轴线垂直的测量平面；

·原子源，所述原子源配置用于在所述测量平面附近生成超冷原子云：

·电磁波发射器，所述电磁波发射器适用于使所述超冷原子的内部状态初始化为内部状态|a>和|b>的叠加；

·适用于在与所述测量平面隔有预定距离处生成第一超冷原子阱和第二超冷原子阱的部件，其中一个阱能够使超冷原子的云固定成处于不同于另一阱的内部状态，所述部件包括：

至少一个第一波导和至少一个第二波导，所述至少一个第一波导和所述至少一个第二波导适用于以角频率ω_a和ω_b传播微波式超高频波，所述波导不相交并且相对于称作对称轴线的轴线对称地布置，

与所述芯片一体化的导线，所述导线适用于由直流电流穿过，并且按照第一集合和第二集合进行分布，所述第一集合包括至少一根导线，所述第二集合包括彼此平行的n根导线，

所述集合配置成使得所述第一集合的至少一根导线与所述第二集合的导线不平行，以在所述第一集合的导线与所述第二集合的导线之间限定n个交点，所有交点都定位在对称轴线上，

均匀磁场发生器，

·光学强度检测系统，所述光学强度检测系统适用于测量处于一种所述内部状态的所述超冷原子的至少一个总数；

·至少一个处理器、适用于操控所述导线中的电流的至少一个直流式电压或电流发生器以及与所述波导连接的至少一个微波式电压或电流发生器，

·所述部件构造用于改变所述超冷原子的能量，以便创建对于处于所述内部状态|a>的超冷原子的势能最小值并且创建对于处于所述内部状态|b>的超冷原子的势能最小值，因此形成了所述第一超冷原子阱和所述第二超冷原子阱，并且所述部件构造用于使所述阱沿着封闭轨迹移动，所述第一阱的超冷原子以一个方向经过所述封闭轨迹而所述第二阱的超冷原子以相反的方向经过所述封闭轨迹。

有利地，所述部件适用于生成不冷凝的超冷原子的阱。有利地，所述超冷原子的温度大于20纳开尔文、优选地大于100纳开尔文，并且小于400纳开尔文、优选地小于300纳开尔文。

有利地，所述均匀磁场的方向与所述测量平面平行。

优选地，两个波导彼此平行。

根据一种变型，所述第一集合由与对称轴线(Sy)重合的单根导线(WIz)构成。优选地，所述第二集合的导线与所述第一集合的单根导线不垂直。

根据另一变型，所述第一集合包括彼此平行的n根导线。有利地，所述第一集合的导线与所述第二集合的导线之间的角度在30°与60°之间。根据该变型的一个实施例，所述第一集合还包括与所述对称轴线重合的导线。

优选地，两个波导和与所述波导相交的导线分别按照由绝缘层分隔的第一层次和第二层次布置。有利地，所述第一集合和所述第二集合的所有导线布置在所述第二层次上。

根据另一变型，根据本发明的传感器还包括第三集合，所述第三集合包括第一导线和第二导线，所述第一导线和所述第二导线布置成相对于对称轴线对称并且分别与所述第一波导和所述第二波导平行，并且布置在第一层次上。

有利地，每个所述波导从微带线、共面线和优选地包括彼此平行的三根导线的共面线中选择，所述三根导线与所述第一集合和所述第二集合的导线绝缘以及在必要时与所述第三集合的导线绝缘。

有利地，所述光学强度检测系统适用于在所述轨迹的唯一点上测量处于一种所述内部状态的所述超冷原子的至少一个总数。

有利地，所述光学强度检测系统包括至少一个激光，所述至少一个激光的至少一个波长对应于由处于一种所述内部状态的所述超冷原子吸收的发光强度的峰值。

优选地，由两个所述阱遵循的所述封闭轨迹的长度之间的差值小于所述超冷原子的德布罗意波长，优选地小于所述原子的德布罗意波长的80％，并且优选地小于所述原子的德布罗意波长的50％。

下文中示出了本发明的装置的多种实施变型，关于导线的拓扑结构以及还称作微波波导的超高频波导。这些变型同时具有本发明的必要技术特征以及与所考虑实施例相关的附加技术特征。为了清楚起见，相同的元素在不同附图中具有相同的参考标记。

如上文所述，由热力超冷原子限定超冷原子，所述超冷原子的温度不足够低到观察到处于冷凝状态的原子。在本说明书的下文中，当原子的温度小于400纳开尔文、优选地300纳开尔文时，所述原子视为是超冷的。在本发明的所有实施例中，所考虑的原子是热力超冷的或冷凝的，并且有利地是热力超冷的。有利地，例如对于铷原子，热力超冷原子的温度例如在50纳开尔文与400纳开尔文之间，优选地在100纳开尔文与300纳开尔文之间。

附图说明

通过阅读下文作为示例给出的非限制性详细说明和附图，将更好地理解本发明，本发明的其它优点、细节和特征将更加清楚，在附图中：

-图1示出了根据现有技术的冷原子传感器的导线/超级波导的拓扑结构。

-图2示意性示出了根据本发明的第一变型的超冷原子芯片以及两个原子云的轨迹。

-图3示意性示出了根据本发明的第一变型的两个原子阱的各自势能(图3a)以及印刷在芯片上的导线/波导的对应布置的剖面图(图3b)和俯视图(图3c)。

-图4a示出了本发明的第一变型的一个实施例，并且图4b示出了第一变型的另一优选实施例。

-图5示意性示出了对于本发明的第一变型的超冷原子云中的每个的移动序列，图5a示出一个实施例，图5b示出本发明的另一实施例。

-图6示出了根据本发明的第一变型的被应用到导线上的不同电流、被应用到波导上的功率、以及被应用到芯片的波导上的频率的序列。

-图7示出了根据本发明的第二变型的实施例。

-图8示意性示出了对于本发明的该第二变型的超冷原子云中的每个的移动序列。

-图9示出了根据本发明的第二变型的被应用到导线上的不同电流、被应用到波导上的功率、以及被应用到芯片的波导上的频率的序列。

-图10示出了本发明的第三变型。

-图11示意性示出了对于本发明的该第三变型的超冷原子云中的每个的移动序列。

-图12示出了根据本发明的第三变型的被应用到导线上的不同电流、被应用到波导上的功率、以及被应用到芯片的波导上的频率的序列。

-图13示出了本发明的另一实施例，图13a示出了应用于第一变型的其中第二集合的导线垂直的该实施例，图13b示出了应用于第一变型的其中第二集合的导线不垂直的该实施例。

-图14示意性示出了对于应用于第一变型的该实施例的原子云中的每个的移动序列，图14a对应于图13a的变型，图14b对应于图13b的变型。

-图15示出了根据应用于本发明的第一变型的该实施例的被应用到导线上的不同电流、被应用到波导上的功率、以及被应用到芯片的波导上的频率的序列。

-图16示出了应用于本发明的第二变型的该另一实施例。

-图17示意性示出了对于应用于本发明的第二变型的该实施例的超冷原子云中的每个的移动序列。

-图18示出了根据本发明的应用于第二变型的该另一实施例的被应用到导线上的不同电流、被应用到波导上的功率、以及被应用到芯片的波导上的频率的序列。

-图19示出了应用于本发明的第三变型的与波导共面的两根附加导线的该另一实施例。

-图20示意性示出了对于应用于本发明的第三变型的该实施例的超冷原子云中的每个的移动序列。

-图21示出了根据本发明的应用于第三变型的该另一实施例的被应用到导线上的不同电流、被应用到波导上的功率以及被应用到芯片的波导上的频率的序列。

具体实施方式

图2示意性示出了根据本发明的第一变型的具有超冷原子12的芯片1以及根据该变型的两个原子云的轨迹16。芯片1的表面的一部分形成测量平面13。与测量平面13垂直的轴线限定了测量轴线14，对于旋转的测量由陀螺测速仪沿着所述测量轴线来实施。

原子芯片1安置在借助于离子泵来维持真空的腔室中，所述腔室优选地包括磁屏蔽。所述真空的腔室包括超冷原子源。所述超冷原子源由下述元件限定：

-原子发射器(英语为dispenser)，所述原子发射器例如由发送铷蒸汽的发热丝实施；

-(光学和/或磁)原子的初级阱，所述初级阱能够使超冷原子云预冷却并使所述超冷原子云布置在所述芯片附近，以用于为下文所描述的磁阱T1和T2加载原子。

所述真空的腔室还包括位于芯片1外部的磁场源。所述真空的磁场能够在测量平面13上方的至少大约h的厚度上规定均匀且稳定的磁场20。有利地，均匀磁场的方向与所述测量平面平行。

芯片1还包括适用于在与所述测量平面13隔有预定距离h处生成第一超冷原子阱T1和第二超冷原子阱T2的部件，其中一个阱能够使超冷原子12的云固定成处于不同于另一阱的内部状态。例如，阱T1包括处于状态|a>的原子而阱T2包括处于状态|b>的原子。

这些部件包括至少一个第一波导CPW1和至少一个第二波导CPW2，所述至少一个第一波导和所述至少一个第二波导适用于以角频率ω_a和ω_b传播微波。所述波导不相交并且相对于称作对称轴线Sy的轴线对称地布置。最简单但非限制性的构造为使两个波导彼此平行，如图2所示。

用于生成两个阱的部件还包括与芯片1一体化的导线，所述导线能够由直流电流穿过。所述导线按照第一集合E1和第二集合E2进行分布，所述第一集合包括至少一根导线，所述第二集合包括彼此平行的n根导线，n至少等于2。在图2的示例中，n＝3，即三根导线WId1、WId2和WId3。

第一集合的导线可根据多个变型配置。根据图2所示的第一变型，第一集合由与对称轴线Sy重合的单根导线WIz构成。其它变型在下文中进行描述。这两个集合的导线配置成使得所述第一集合的至少一根导线与所述第二集合的导线WId1、WId2、WId3不平行，以在所述第一集合的导线与所述第二集合的导线之间限定n个交点，此处限定3个交点C1、C2、C3。该配置还使得所有交点都位于对称轴线Sy上。

每根导线与一个或多个电流和/或电压发生器联接，所述一个或多个电流和/或电压发生器本身与包括至少一个微处理器的处理单元联接。所述电压和/或电流发生器能够操控导线中的直流电流和交流电流。尤其是操控导线中的直流电流。

根据一个优选实施例，第一集合和第二集合的导线布置在同一层次上，并且在每个交点处，构成交点的所述第一集合的导线与所述第二集合的导线之间存在电接触。在该情况下，适合使用浮动供电，以便控制每根电线中的电流。该实施例实施起来最简单(这两个集合使用共用的唯一金属化层次)。

根据另一实施例，第一集合和第二集合的导线布置在由绝缘层分隔的不同层次上。

两个波导CPW1和CPW2配置用于以角频率ω_a和ω_b传播微波，并且与至少一个微波频率式电压或电流发生器连接。

根据一个实施例，波导中的每个通过平行的三根导线的放置来实施，以实施共面的波导。在本发明的另一实施例中，可使用其它类型的波导，尤其是使用制造方式与通过放置或蚀刻进行的微制造技术兼容的波导。例如，可实施微带线。

此外，所述部件构造用于改变超冷原子12的能量，以便：

-创建对于处于内部状态|a>的超冷原子的势能最小值并且创建对于处于内部状态|b>的超冷原子的势能最小值，因此形成了第一超冷原子阱T1和第二超冷原子阱T2；

-使所述阱T1、T2沿着限定面积A的封闭轨迹16移动，所述第一阱的超冷原子以一个方向经过所述封闭轨迹而所述第二阱的超冷原子以相反的方向经过所述封闭轨迹。

在图2上，虚线的轨迹16示出了超冷原子12的云的轨迹。该封闭轨迹限定了标注成A的面积。距离h使轨迹16的平面与芯片的测量平面13分隔。优选地，h在500nm与1mm之间，并且优选地在5μm与500μm之间。

与均匀磁场源相关联的导线和波导的特定配置能够容易地获得两个阱T1和T2，如上所述，所述两个阱具有非零且相同的最小值V₀以及相同的曲率(该传感器运行所需的条件)。事实上，如下文所述，当直流电流被应用到具有交点的至少两根导线上时，势能最小值定位在该交点的垂线上。之后当超高频功率发送到波导中时，中心最小值沿着波导方向在初始最小值的两侧变换成两个最小值。如果初始最小值不严格地位于与两个波导隔有等距离处，则所创建的两个势能最小值将不会严格地具有相同的最小值V₀和相同的曲率。

图3示意性示出了根据本发明的第一变型的示例的在初始交点C1附近的不同最小值的各自位置。图3a示出了两个原子阱的各自势能。图3b描述了印刷在芯片上的导线和波导的对应布置沿着第二集合E2的导线WId1的剖视图，所述第二集合的导线与沿着对称轴线Sy的单根导线WIz相交，并且图3c描述了俯视图。

根据该第一变型，第一集合包括由直流电流Iz穿过的单根导线WIz。第二集合包括彼此平行的n根导线，图3上仅示出其中一根。对单根中央导线WIz的使用能够不使两根导线(如现有技术的图1中所描述(导线8和9))之间的电流强度平衡。

在图2中示出的本发明的实施例中，两个波导CPW1和CPW2印刷在芯片上。这些波导不相交，并且相对于Sy对称地布置。有利地，两个波导彼此平行，这是实施起来最简单的构造。有利地，所述波导是位于第一层次N1上的共面波导。共面波导CPW1和CPW2(“CoPlanarWaveguide”的首字母缩写)中的每个通过彼此平行的3根导线来实施，并且与第一集合和第二集合的导线绝缘。

与波导相交的导线必须布置在与波导的层次不同的层次上，以避免在导线与波导之间的任何电接触。优选地，与波导相交的导线按照第二层次N2布置，所述第二层次通过绝缘层18与第一层次分隔。优选地，第一集合和第二集合的所有导线都布置在第二层次N2上，这是制造起来最简单的构造。

有利地，层18能够使测量平面13平坦。绝缘层的材料例如可为二氧化硅、氮化硅或苯并环丁烯。

使用导电材料(例如金)来制造第一集合和第二集合的导线，并且所述导电材料布置在底座15上。在本发明的实施例中，所述底座例如可由硅、氮化铝或碳化硅制成。

图3a示出了特定于所述超冷原子的内部状态的超冷原子对称分隔。更确切地，图3a示出了势能随着芯片1的轴线x的变化。黑色的曲线“a”示出了对应于均匀磁场与由两根相交导线、由电流Iz经过的第一集合的导线WIz和由电流Id1经过的第二集合的另一导线WId1形成的场的联合的势能井。这导致按照三维形式形成原子阱T的局部势能井。超冷原子云可被设阱和冷却。

浅灰色虚线的曲线“b”示意性示出了通过在波导CPW1中以频率ω_b传输微波而创建的势能。通过微波以频率ω_b的通行来发射的场能够改变超冷原子的能量并且使处于内部状态|b>的原子移动。在本发明的该实施例中，频率ω_b选择成有利地规定与超冷原子12的内部状态|b>相斥的场。在本发明的另一实施例中，可通过规定不同于ω_b的频率ω_b'来规定与内部状态|b>相吸的场。使特定于所述原子的内部状态的超冷原子分隔的该方法由Ammar等人(Ammar,M.,Dupont-Nivet,M.,Huet,L.,Pocholle,J.P.,Rosenbusch,P.,Bouchoule,I.,...&Schwartz,S.，2015，用于通过与芯片上的热原子进行干涉测量的对称微波势能，物理评论A91，053623)描述，该方法被应用到实施利用热力超冷原子干涉测量的单向加速度仪的情形中。

浅灰色实线的曲线“e”示出了由于由曲线“a”和曲线“b”示出的势能的作用而通过内部状态|b>可见的势能。曲线“e”示出了局部势能最小值，所述局部势能最小值能够局部地为处于内部状态|b>的超冷原子云设阱。

类似地，深灰色虚线的曲线“d”示意性示出了通过在波导CPW2中以频率ω_a传输微波而创建的势能。通过微波以频率ω_a的通行来发射的场能够改变超冷原子的能量并且使具有内部状态|a>的原子移动。在本发明的该实施例中，频率ω_a选择成有利地规定与具有超冷原子12的内部状态|a>的原子相斥的场。在本发明的另一实施例中，可通过规定不同于ω_a的频率ω_a'来规定与具有内部状态|a>的原子相吸的场。

深灰色实线的曲线“c”示出了由于由曲线“a”和曲线“b”示出的势能的作用而通过具有内部状态|a>的原子可见的势能。曲线“c”示出了局部能量最小值，所述局部能量最小值能够局部地为处于内部状态|a>的超冷原子云设阱。

在本发明的实施例中，具有内部状态|a>和|b>的超冷原子云可通过同时在CPW2中规定以频率ω_a传播波和在CPW1中规定以频率ω_b传播波而相对于对称轴线Sy对称地分隔和设阱。为了获得最小值为相同值V0并且曲率为相同值的两个阱，重要的是，交点C1与CPW1和CPW2隔有相等距离地布置在对称轴线Sy上。

在图3a上，根据一个实施例，第二集合的导线WId1与第一集合的导线WIz垂直。该实施例还由图4a示出，其中示出了分别由电流Id1、Id2和Id3穿过的第二集合的n＝3根导线WId1、WId2、WId3。

根据图4b所示的另一优选实施例，第二集合的导线与第一集合的导线不垂直。由于该几何学，该实施例是优选的，所生成的两个阱的磁性部分形成从资料中已知的阱(名称为“dimple(凹坑)”)，所述阱的固有轴线可平行于或垂直于对称轴线Sy定向。该类型的阱已知被充分束缚以：

-能够有效地对原子进行冷却，

-能够遵循绝热进展条件，即，阱的移动可快速地执行，即所用的时间比原子源的相干时间更短。

良好地已知，“凹坑”类型的阱具有最小值且带有非零磁场。效应在于消除了马约拉纳损失，因此能够有效地冷却，并且能够在干涉仪的两种状态之间实施相干叠加。

文件CN102927978不具有这种优点。因此，由于不存在来自两种内部状态的两个阱的最小能量差异的相位表述，两根导线9和8中的电流需完全相等。

CN102927978中使用的借助于导线9-8-gi(其中，i在1与n之间)创建的阱的磁性部分DC沿着轴线y被极少地束缚。这导致下述问题：

-对该阱中的原子的冷却是无效的。

-为了遵循使阱移动的绝热进展条件，对两个阱的分隔需非常缓慢地进行。通常，该时间比所使用的原子源的相干时间更长，无论所述原子源是否冷凝。因此不能够实施任何测量。

此外，CN102927978中使用的阱的磁性部分DC具有最小的零磁场。这导致在所描述的芯片的运行上的两种结果：

-在冷却阶段期间的非常大的原子损失(马约拉纳效应)。

-由于干涉仪的两种状态是两个塞曼子层次，并且在零磁场处所有塞曼层次都退化，不能够在干涉仪的两种状态之间实施合适的相干叠加并因此不能够使传感器初始化。

图5示意性示出了根据本发明的第一变型的超冷原子云中的每个的移动序列。图5a对应于其中第二集合的导线与第一集合的单根导线垂直的实施例，图5b对应于不垂直的优选实施例。每个示意图对应于所述序列的特征时间，标注成t1至t9。图6以互补的方式示出了根据本发明的第一变型的被应用到导线上的不同电流、被应用到波导上的功率、以及被应用到波导上的频率的序列(对于两个实施例相同)。该序列示出在图6上，时间对应于图5的时间，标注成t1至t9。

在图5和图6中所示的序列中，未示出的电流Iz稳定在恒定的值。此外，图5和图6中描述的序列可有利地周期性地重复。波导的不同角频率可周期性地应用，并且导线的端子处的不同势能可周期性地应用。在图6中，电流值、功率值和频率值是随机的。纵坐标(频率)δ对应于按照随机单位表示的频率变化，所述频率变化围绕频率的平均值。在本发明的实施例中，经过导线的电流可在100μA与10A之间，在使用铷原子的情况下，注入波导中的角频率可在6.6GHz与7GHz之间。

在t1上，电流Iz和Id1分别规定在导线WIdz和WId1上。两种内部状态|a>和|b>在空间上叠加。具有内部状态|a>的原子云由明亮纹理圆盘象征，具有内部状态|b>的原子云由深色纹理圆盘象征。

为了获得如在t1上所示的具有经叠加的两个内部状态的超冷原子云，所述超冷原子云预先生成在腔室中。原子可首先通过“原子发射器”来释放，然后被设阱并且由初级原子阱预冷却。超冷原子12的云之后可在t1上在所描述的位置上在被加载到初始阱T中。在该步骤中，初始阱处于与测量平面13隔有距离h处，并且在投影到测量平面上时位于可能由电流Iz和Id1穿过的第一导线的交叉处。高度h不为0(因为均匀磁场20非零)，并且可当阱在芯片上经过时变化。如由Tannoudji,C.C详细公开，原子的内部状态可通过第一电磁脉冲初始化，所述第一电磁脉冲能够为所有超冷原子规定单种内部状态(称为塞曼子层次)。该初始化可通过激光束或通过微波发射来实施。

之后第二脉冲(称为π/2脉冲)被应用到原子云上：所述第二脉冲能够获得具有相干叠加的内部状态|a>和|b>的原子云。该脉冲可通过激光、微波发射或更通常地通过以适合的变迁频率发射波的方法来实施。

在t1与t2之间，注入波导CPW1和CPW2中的微波功率从0逐渐变化到最大值。角频率ω_a发送到波导CPW1中并且角频率ω_b发送到波导CPW2中，这能够使具有不同内部状态的两个云在对称轴线19的两侧分隔，直至在t2上所示的位置。上文描述的在时刻t1上的超冷原子阱T由此变换成两个超冷原子阱T1和T2，每个阱能够使具有不同于另一阱的内部状态的超冷原子云固定(在该情况下，在其中一个阱(例如T1)中内部状态为|a>，在另一阱T2中内部状态为|b>，如图3a中所示)。

在t2与t3之间，电流Id1逐渐切断并且Id2逐渐达到最大值(分隔t2与t3的时间间隔通常为大约10ms并且可在0.1ms与100ms之间)：两个阱T1和T2向右移动直至在t3上所示的位置。

在t3与t4之间，电流Id2逐渐切断并且Id3逐渐达到最大值：两个阱向右移动直至在t4上所示的位置。在本发明的其它实施例中，该操作可重复多次，其中，第二集合中具有其它导线以增加轨迹16中包含的面积。

在t4与t5之间，微波功率逐渐切断：两个阱被带到芯片上的相同位置，如在t5上所示。

在t5上，改变两个微波波导的角频率：在CPW1中规定角频率ω_b，在CPW2中规定角频率ω_a。

在t5与t6之间，两个波导中的功率从0逐渐变化到最大值：阱沿着竖直方向分隔，如附图中在t6上所示的情况。

在t6与t7之间，电流Id3逐渐切断并且Id2逐渐达到最大值：两个阱T1和T2向左移动直至在t7上所示的位置。

在t7与t8之间，电流Id2逐渐切断并且Id1逐渐达到最大值：两个阱向左移动直至在t8上所示的位置。在本发明的其它实施例中，该操作可重复多次，其中，具有其它第一导线以增加轨迹16中包含的面积。

在t8与t9之间，波导中的微波功率逐渐切断。两个阱T1和T2竖直地移动直至合并成处于在t1上所示的起点上的单个阱。

也就是说，当存在第二集合的下标为i的n根导线WIdi时，因此将直流电流应用到对应于初始交点C1的两根导线上，并且随着时间的推移，依次地通过同时将微波功率应用到波导上而将这些电流应用到位于对称轴线上的不同交点Ci上。两个阱T1和T2因此沿着交点的“激活”方向(从交点Ci向交点Cn)移动。在图4上所示的实施例中，交点Ci由导线对(Wdz，WIdi)构成。通过使微波频率反转并且通过依次地在对应于不同交点的导线中激活直流电流以使直流电流从Cn向C1经过来执行返回。

因此使阱经过上文描述的封闭轨迹16，然后实施萨格纳克相位的测量。在本发明的不同实施例中，可在测量萨格纳克相位之前使阱N次经过该轨迹，并因此可测量可能更高的相位。

为了保持允许干涉测量的相干性，由处于|a>的超冷原子和处于|b>的超冷原子经过的总轨迹长度之间的差值需小于超冷原子的德布罗意波长。有利地，该差值可小于所述超冷原子的德布罗意波长的80％，并且优选地小于所述超冷原子的德布罗意波长的50％。

往返的次数N越大，越难以遵循该条件。事实上，在该情况下，阱T1和T2的势能最小值的曲率之间的均衡性需好N倍，以保证所使用的原子源的相干时间大于测量时长。

然后实施第二脉冲π/2。当除萨格纳克效应之外的所有相位差源都被消除或者对于内部状态|a>和|b>共同时，超冷原子的合成内部状态由下式给出：

为了测量萨格纳克相位，在一个点(例如图5中描述的序列的起点)上测量具有内部状态|a>和|b>的原子的两个总数。该测量例如可通过吸收激光以探测内部状态的固有角频率与激光器的角频率之间的谐振来执行。

对于处于状态|a>和|b>中的每个状态的原子的总数的测量能够通过考虑公式1来确定例如对于内部状态|a>的萨格纳克相位：

P(|a>)＝(1+cos(θ))/2 (2)

通过使用对于在轨迹的一个点处的处于特定内部状态的原子的至少一个总数的测量，能够解决现有技术的技术问题。有利地，测量具有不同内部状态的原子的两个总数。本发明的实施显著地简化了该测量，该测量可仅通过一个或多个光电二极管来实施，所述一个或多个光电二极管适用于在轨迹的给定地点处测量对于激光束的吸收。可由此推断出芯片1的旋转速度。

本发明的实施例的超冷原子有利地是热力超冷原子。对于热力超冷原子(即不冷凝的原子)的使用能够在使用冷凝的原子的情况下减小在萨格纳克相位与具有给定内部状态的原子的总数之间的非线性依懒性。

图5和图6的序列详述了对于两个阱中的每个的轨迹往返的实施。有利地，轨迹的多次往返可在测量对应于每种内部状态的原子总数之前由两个阱实施。往返次数的增加可使萨格纳克相位放大并且便于对萨格纳克相位的测量。该方法可使用尺寸有限的装置来测量萨格纳克相位，该尺寸比现有技术中的尺寸小。

阱T1和T2用于传输超冷原子云，该使用能够解决现有技术中使用环形波导的问题：对于阱的使用能够以不取决于表面粗糙度的方式来传播超冷原子，所述表面粗糙度可为在使用波导的情况下造成反射的原因。

根据图7所示的本发明的第二变型，第一集合E1包括彼此平行的n根(此处，n＝3)导线WIz1、WIz2、WIz3，这3根导线能够分别由3个直流电流Iz1、Iz2、Iz3经过。图8(以与图5上的方式(第一变型)相同的方式)示意性示出了对于本发明的该第二变型的超冷原子云中的每个的移动序列，并且图9(以与图6上的方式(第一变型)相同的方式)示出了根据本发明的第二变型的被应用到导线上的不同电流、被应用到波导上的功率、以及被应用到芯片的波导上的频率的序列。

以与先前方式相同的方式，将直流电流应用到对应于初始交点的两根导线上，并且随着时间的推移，依次地通过同时将微波功率应用到波导上而将这些电流应用到位于对称轴线上的不同交点上，并且两个阱T1和T2沿着交点的“激活”方向移动。通过使微波频率反转并且通过依次地在对应于不同交点的导线中激活直流电流以使直流电流从Cn向C1经过来执行返回。i从1变化到n，指出了交点Ci。此处，交点Ci与导线对(WIzi，WIdi)相关联，所述导线对因此一起“被激活”。通过使微波频率反转并且通过依次地在对应于不同交点的导线中激活直流电流以使直流电流从Cn向C1经过来执行返回。

相对于图4上所示的本发明的第一变型，本发明的该变型能够布置额外的自由度(导线WIzi)。该变型能够更容易地使两个超冷原子阱T1和T2的曲率和势能最小值层次均衡，并且能够调节两个阱T1和T2的轴线。

优选地，第一集合E1的导线与第二集合E2的导线之间的角度θ在30°与60°之间。该角度范围能够同时使交点充分靠近并且实施充分束缚的阱。

根据图10所示的本发明的第三变型，第一集合E1包括彼此平行的n根(此处，n＝3)导线WIz1、WIz2、WIz3以及与对称轴线Sy重合的一根导线WIz，这3根导线能够分别由3个直流电流Iz1、Iz2、Iz3经过。图11示意性示出了对于本发明的该第三变型的超冷原子云中的每个的移动序列，与图8的移动相同。图12示出了根据本发明的第三变型的被应用到导线上的不同电流、被应用到波导上的功率、以及被应用到芯片的波导上的频率的序列。这些电流与应用于第二变型的电流相同，此外还存在被持久应用到WIz上的具有恒定值的电流Iz。此处，交点Ci与三元组合(WIz，WIzi，WIdi)相关联。

该构造具有的优点在于提供了额外的自由度，以将良好的势能应用到交点上。该构造组合了图7上所示的第二变型的优点，并且具有与两个阱T1和T2的磁场最小值无关的调节。

根据本发明的另一实施例，适用于生成第一超冷原子阱和第二超冷原子阱的部件还包括第三集合E3的导线，所述第三集合包括第一导线WIm1和第二导线WIm2，所述第一导线和所述第二导线布置成相对于对称轴线Sy对称并且分别与第一波导CPW1和第二波导CPW2平行，导线WIm1和WIm2布置在与波导相同的层次(即第一层次N1)上。

该实施例与上文描述的所有变型都兼容。

该实施例与如图13所示的第一变型兼容，图13a示出了第二集合的导线与第一集合的导线垂直，图13b示出了第二集合的导线与第一集合的导线不垂直。该实施例还与如图16所示的第二变型以及与如图19所示的第三变型兼容。

图14示意性示出了对于应用于本发明的第一变型的该实施例的超冷原子云中的每个的移动序列，图14a对应于图13a的变型，图14b对应于图13b的变型。这些移动的进行方式与图5a和图5b上描述的进行方式类似，但序列包括不同的直流电流以及不同的超高频功率。

具有恒定值的直流电流Iz总是被应用到WIz上。

图15示出了根据应用于第一变型的本发明的该另一实施例的被应用到导线上的不同电流、被应用到波导上的功率、以及被应用到芯片的波导上的频率的序列。

如图6中所示，超高频功率不再在t2与t4之间以及在t6与t8之间被持久地应用，而是在t5之前的t2上然后在t5之后的t8上以脉冲的方式被应用：

-在t1与t5之间：

ο在t1与t2之间，超高频功率从零逐渐增加到最大值。一旦在t2上达到该最大值，超高频功率逐渐下降直至零，同时经过导线WIm1和WIm2的电流Im1和Im2从0逐渐增加到最大值。

ο在t5之前，经过导线WIm1和WIm2的电流Im1和Im2逐渐消失，同时超高频功率在消失之前逐渐被激活。

-在t5与t9之间：

ο在t5之后，超高频功率从零逐渐增加到最大值。一旦达到该最大值，超高频功率逐渐下降直至零，同时经过导线WIm1和WIm2的电流Im1和Im2从0逐渐增加到最大值。

ο在t9之前，经过导线WIm1和WIm2的电流Im1和Im2逐渐消失，同时超高频功率在消失之前逐渐被激活。

该变型能够克服超高频功率的稳定性问题。事实上，超高频功率仅用于执行处于内部状态|a>和|b>的超冷原子云的分隔和重新组合，一旦执行了分隔，通过导线WIz、WIm1、WIm2和WIdi的集合创建的阱T1和T2例如仅用于图13上所示的变化，所述导线由更容易稳定的DC电流流经。

有利地，导线WIm1和WIm2与波导平行，以在与图4上所示的第一变型相同的位置上创建阱T1和T2，并且不具有第三集合的导线。

图16示出应用于本发明的第二变型的与波导共面的两根附加导线的该另一实施例。

图17示意性示出了对于应用于本发明的第二变型的该实施例的超冷原子云中的每个的移动序列，所述移动的进行方式与图8的进行方式类似。

图18示出了根据应用于第二变型的本发明的该另一实施例的被应用到导线上的不同电流、被应用到波导上的功率、以及被应用到芯片的波导上的频率的序列。

如图9中所示，超高频功率不再在t2与t4之间以及在t6与t8之间被持久地应用，而是在t5之前的t2上然后在t5之后的t8上以脉冲的方式被应用：

-在t1与t5之间：

ο在t1与t2之间，超高频功率从零逐渐增加到最大值。一旦在t2上达到该最大值，超高频功率逐渐下降直至零，同时经过导线WIm1和WIm2的电流Im1和Im2从0逐渐增加到最大值。

ο在t5之前，经过导线WIm1和WIm2的电流Im1和Im2逐渐消失，同时超高频功率在消失之前逐渐被激活。

-在t5与t9之间：

ο在t5之后，超高频功率从零逐渐增加到最大值。一旦达到该最大值，超高频功率逐渐下降直至零，同时经过导线WIm1和WIm2的电流Im1和Im2从0逐渐增加到最大值。

ο在t9之前，经过导线WIm1和WIm2的电流Im1和Im2逐渐消失，同时超高频功率在消失之前逐渐被激活。

该变型克服了微波功率的稳定性，并且提供了图7上所示的第二变型的上述优点。导线WIm1和WIm2与波导平行，以在与图7上所示的第三变型相同的位置上创建阱T1和T2，并且不具有第三集合的导线。

图19示出了应用于本发明的第三变型的与波导共面的两根附加导线的该另一实施例。

图20示意性示出了对于应用于本发明的第三变型的该实施例的超冷原子云中的每个的移动序列，所述移动的进行方式与图11的进行方式类似。

图21示出了根据应用于第三变型的本发明的该另一实施例的被应用到导线上的不同电流、被应用到波导上的功率、以及被应用到芯片的波导上的频率的序列。

如图12中所示，超高频功率不再在t2与t4之间以及在t6与t8之间持久地被应用，而是在t5之前的t2上然后在t5之后的t8上以脉冲的方式被应用：

-在t1与t5之间：

ο在t1与t2之间，超高频功率从零逐渐增加到最大值。一旦在t2上达到该最大值，超高频功率逐渐下降直至零，同时经过导线WIm1和WIm2的电流Im1和Im2从0逐渐增加到最大值。

ο在t5之前，经过导线WIm1和WIm2的电流Im1和Im2逐渐消失，同时超高频功率在消失之前逐渐被激活。

-在t5与t9之间：

ο在t5之后，超高频功率从零逐渐增加到最大值。一旦达到该最大值，超高频功率逐渐下降直至零，同时经过导线WIm1和WIm2的电流Im1和Im2从0逐渐增加到最大值。

ο在t9之前，经过导线WIm1和WIm2的电流Im1和Im2逐渐消失，同时超高频功率在消失之前逐渐被激活。

具有恒定值的直流电流Iz总是被应用到WIz上。

该变型克服了微波功率的稳定性，并且提供了图10上所示的第三变型的上述优点。

有利地，导线WIm1和WIm2与波导平行，以在与图10上所示的第三变型相同的位置上创建阱T1和T2，并且不具有第三集合的导线。

根据另一方面，本发明涉及一种通过根据本发明的超冷原子传感器来测量围绕给定轴线14的旋转速度的测量方法，所述测量方法至少包括下述步骤：

1)生成超冷原子12的云，包括发射所述原子的发射阶段、使所述原子冷却的冷却阶段、使所述原子初始化为至少处于一种所述内部状态|a>的初始化阶段以及在与所述测量平面隔有距离h处为处于局部势能最小值的所述超冷原子的云设阱的设阱阶段，所述超冷原子的云通过直流电流流经限定初始交点C1的两根导线来生成；

2)通过π/2脉冲以相干的方式使处在所述状态|a>和所述状态|b>之间的所述超冷原子叠加来使内部状态初始化；

3)在空间上将处于内部状态|a>的原子云分隔到第一阱T1中并且将处于内部状态|b>的原子云分隔到第二阱T2中，并且通过以下方式使这些阱T1和T2沿着封闭轨迹16以相反的方向移动：

·在两个波导中以角频率ω_a和ω_b操控至少一个微波频率式电压或电流发生器，并且

·在所述导线的端子处操控至少一个直流式电压或电流发生器；

4)通过在所述超冷原子上应用π/2脉冲来重新组合所述内部状态|a>和|b>，然后测量处于至少从|a>和|b>中选择的内部状态的原子的密度；

5)确定所述超冷原子的萨格纳克相位并且计算所述传感器沿所述测量轴线14的旋转速度。

优选地，两个阱T1、T2沿着所述封闭轨迹以相反的方向的移动包括：

·在所述第一集合的导线WIz(在变型中，具有单根导线)或WIi(在变型中，具有n根导线，下标i为1至n)上和所述第二集合的导线WIdi上应用直流电流，所述第一集合的导线和所述第二集合的导线限定了“被激活的”交点Ci，然后依次地“激活”所有交点，以使所述阱T1、T2沿着对称轴线Sy移动；

·应用注入所述波导中的微波功率，同时使注入所述波导中的微波的角频率ω_a和ω_b交替，以使阱T1、T2沿着与所述对称轴线Sy不平行的轴线移动。

有利地，利用阱在温度范围中调节所述超冷原子的温度，在所述温度范围中，在步骤5)中测量的相位差与在步骤4)中测量的原子密度基本无关。

Claims (20)

1.一种超冷原子传感器，所述超冷原子传感器能够测量沿测量轴线(14)的旋转速度，所述传感器包括：

·电子芯片(1)，所述电子芯片安置在真空的腔室中并且包括与所述测量轴线(14)垂直的测量平面(13)；

·原子源，所述原子源配置用于在所述测量平面(13)附近生成超冷原子(12)的云：

·电磁波发射器，所述电磁波发射器适用于使所述超冷原子(12)的内部状态初始化为内部状态|a>和|b>的叠加；

·适用于在与所述测量平面隔有预定距离处生成第一超冷原子阱(T1)和第二超冷原子阱(T2)的部件，其中一个阱能够使超冷原子(12)的云固定成处于不同于另一阱的内部状态，所述部件包括：

至少一个第一波导和至少一个第二波导(CPW1，CPW2)，所述至少一个第一波导和所述至少一个第二波导适用于以角频率ω_a和ω_b传播微波式超高频波，所述波导不相交并且相对于称作对称轴线(Sy)的轴线对称地布置，

与所述电子芯片(1)一体化的导线，所述导线适用于由直流电流穿过，并且按照第一集合(E1)和第二集合(E2)进行分布，所述第一集合包括至少一根导线(WIz，WIz1，WIz2，WIz3)，所述第二集合包括彼此平行的n根导线(WId1，WId2，WId3)，

所述集合配置成使得所述第一集合的至少一根导线与所述第二集合的导线不平行，以在所述第一集合的导线与所述第二集合的导线之间限定n个交点(C1，C2，C3)，所有交点都定位在对称轴线(Sy)上，

均匀磁场发生器，

·光学强度检测系统，所述光学强度检测系统适用于测量处于一种所述内部状态的所述超冷原子(12)的至少一个总数；

·至少一个处理器、适用于操控所述导线中的电流的至少一个直流式电压或电流发生器以及与所述波导(CPW1，CPW2)连接的至少一个微波式电压或电流发生器，

·所述部件构造用于改变所述超冷原子的能量，以便创建对于处于内部状态|a>的超冷原子的势能最小值并且创建对于处于内部状态|b>的超冷原子的势能最小值，因此形成了所述第一超冷原子阱和所述第二超冷原子阱，并且所述部件构造用于使所述第一超冷原子阱(T1)和所述第二超冷原子阱(T2)沿着封闭轨迹(16)移动，所述第一超冷原子阱的超冷原子以一个方向经过所述封闭轨迹而所述第二超冷原子阱的超冷原子以相反的方向经过所述封闭轨迹。

2.根据权利要求1所述的传感器，其中，所述部件适用于生成不冷凝的超冷原子(12)的阱。

3.根据权利要求2所述的传感器，其中，所述超冷原子的温度大于20纳开尔文，并且小于400纳开尔文。

4.根据上述权利要求中任一项所述的传感器，其中，所述均匀磁场的方向与所述测量平面(13)平行。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的传感器，其中，两个波导彼此平行。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的传感器，其中，所述第一集合由与对称轴线(Sy)重合的单根导线(WIz)构成。

7.根据权利要求6所述的传感器，其中，所述第二集合的导线(WIdi)与所述第一集合的单根导线(WIz)不垂直。

8.根据权利要求1至3中任一项所述的传感器，其中，所述第一集合包括彼此平行的n根导线(WIz1，WIz2，WIz3)。

9.根据权利要求8所述的传感器，其中，所述第一集合的导线与所述第二集合的导线之间的角度(θ)在30°与60°之间。

10.根据权利要求8所述的传感器，其中，所述第一集合还包括与所述对称轴线重合的导线。

11.根据权利要求1、2、3、7、9、10中任一项所述的传感器，其中，两个波导和与所述波导相交的导线分别按照由绝缘层(18)分隔的第一层次(N1)和第二层次(N2)布置。

12.根据权利要求11所述的传感器，其中，所述第一集合和所述第二集合的所有导线布置在所述第二层次(N2)上。

13.根据权利要求11所述的传感器，所述传感器还包括第三集合(E3)，所述第三集合包括第一导线(Wlm1)和第二导线(Wlm2)，所述第一导线和所述第二导线布置成相对于对称轴线对称并且分别与所述第一波导和所述第二波导平行，并且布置在第一层次(N1)上。

14.根据权利要求1、2、3、7、9、10、12、13中任一项所述的传感器，其中，每个所述波导(CPW1，CPW2)从微带线、共面线和包括彼此平行的三根导线的共面线中选择，所述三根导线与所述第一集合和所述第二集合的导线绝缘。

15.根据权利要求1、2、3、7、9、10、12、13中任一项所述的传感器，其中，所述光学强度检测系统适用于在所述封闭轨迹(16)的唯一点上测量处于一种所述内部状态的所述超冷原子(12)的至少一个总数。

16.根据权利要求15所述的传感器，其中，所述光学强度检测系统包括至少一个激光，所述至少一个激光的至少一个波长对应于由处于一种所述内部状态的所述超冷原子(12)吸收的发光强度的峰值。

17.根据权利要求1、2、3、7、9、10、12、13、16中任一项所述的传感器，其中，由所述第一超冷原子阱和所述第二超冷原子阱遵循的所述封闭轨迹(16)的长度之间的差值小于所述超冷原子的德布罗意波长。

18.一种通过根据上述权利要求中任一项所述的超冷原子传感器来测量围绕测量轴线(14)的旋转速度的测量方法，所述测量方法至少包括下述步骤：

1)生成所述超冷原子(12)的云，包括发射所述原子的发射阶段、使所述原子冷却的冷却阶段、使所述原子初始化为至少处于一种所述内部状态|a>的初始化阶段以及在与所述测量平面隔有距离h处为处于局部势能最小值的所述超冷原子的云设阱的设阱阶段，所述超冷原子的云通过直流电流流经限定初始交点(Ci)的两根导线来生成；

2)通过由π/2脉冲以相干的方式使处在所述状态|a>和所述状态|b>之间的所述超冷原子叠加来使内部状态初始化；

3)在空间上将处于所述内部状态|a>的原子云分隔到一个阱(T1)中并且将处于所述内部状态|b>的原子云分隔到另一阱(T2)中，并且通过以下方式使所述阱沿着所述封闭轨迹(16)以相反的方向移动：

·在所述波导中以角频率ω_a和ω_b操控至少一个所述微波频率式电压或电流发生器，并且

·在所述导线的端子处操控至少一个所述直流式电压或电流发生器；

4)通过在所述超冷原子上应用π/2脉冲来重新组合所述内部状态|a>和|b>，然后测量处于至少从|a>和|b>中选择的内部状态的原子的密度；

5)确定所述超冷原子的萨格纳克相位并且计算所述传感器沿所述测量轴线(14)的旋转速度。

19.根据权利要求18所述的用于测量围绕测量轴线(14)的旋转速度的测量方法，所示测量方法使用所述超冷原子传感器，其中，两个阱(T1，T2)沿着所述封闭轨迹以相反的方向的移动包括：

·在所述第一集合的导线(WIz，WIzi)和所述第二集合的导线(WIdi)上应用直流电流，所述第一集合的导线和所述第二集合的导线限定了交点(Ci)，并且依次地在所有交点上应用直流电流，以使所述阱(T1，T2)沿着所述对称轴线(Sy)移动；

·应用注入所述波导中的微波功率，同时使注入所述波导中的所述微波的所述角频率ω_a和ω_b交替，以使所述阱(T1，T2)沿着与所述对称轴线(Sy)不平行的轴线移动。

20.根据权利要求18或19所述的方法，其中，利用所述阱在所述原子的温度范围中调节所述超冷原子的温度，在所述原子的温度范围中，在权利要求18的步骤5)中测量的相位差与在权利要求18的步骤4)中测量的原子密度无关。

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