一种基于常温BEC相干涡旋叠加态的量子干涉方法

摘要

本发明涉及一种基于常温玻色—爱因斯坦凝聚态(BEC)相干涡旋叠加态的量子干涉方法。利用垂直腔面激光发射器产生相干叠加态的涡旋光；将此涡旋光引入常温激子—极化声子BEC中，产生相干涡旋叠加态的物质波；在根据Sagnac原理，利用CCD装置对该常温BEC中的物质波进行相位检测而得到相位差，从而计算出常温激子—极化声子BEC的旋转角速率。本发明采用激子与极化声子实现常温条件下的BEC，有效的解决了激光冷却装置装置过大、价格高昂的问题，减小整体实验装置的体积；同时，本发明将光的Sagnac干涉转变为物质波的Sagnac干涉，既能使德布罗意波长变短，又能减小Sagnac干涉所需的环形面积。本发明属于量子陀螺技术领域，可应用于基于常温BEC的量子陀螺的设计。

主权项

一种基于常温BEC相干涡旋叠加态的量子干涉方法，其特征在于：利用垂直腔面激光发射器，产生相干叠加态的涡旋光；利用相干叠加态的涡旋光在常温BEC中产生相干涡旋叠加态的物质波；在根据Sagnac原理，利用CCD装置对该常温BEC中的物质波进行相位检测而得到相位差，该方法使干涉陀螺的灵敏度得到提高，同时制作成本减低，并且体积小，因而提高量子陀螺的整体性能，具体包括以下步骤：(1)利用垂直腔面激光发射器，产生相干叠加态的涡旋光通过设计垂直腔面激光发射器中的螺旋相位板，使该螺旋相位板的内圆为|+l＞、外圆为|‑l＞，其内圆的直径为整个螺旋相位板直径的44.6％，最终产生|+l＞和|‑l＞相干叠加态的涡旋光；(2)在常温BEC中产生相干涡旋叠加态的物质波针对步骤(1)所得到的|+l＞和|‑l＞相干叠加态的涡旋光，将其引入常温BEC中产生相干涡旋叠加态的物质波，利用open‑dissipative Gross‑Pitaevskii(dGP)方程描述出该物质波在常温BEC下的运动状态，再利用广义时域有限差分法进行近似计算：式中，ψ(Χ,t)常温BEC的波函数，g是常温BEC中激子—极化声子的相互作用常数，m为极化声子的质量，V_ext(Χ)空间相关的势阱能量，P(Χ)空间相关的脉动速率，γ是极化声子亏损速率，η是增益饱和,为普朗克常量；(3)利用CCD装置对该物质波进行相位检测根据Sagnac原理，当常温BEC旋转时，通过CCD装置对该BEC中的相干涡旋叠加态的物质波进行相位检测，可以得到相位差，在z＝0时，可得Sagnac相位随时间累积的干涉图样，图样的横向密度剖面的公式：(1+cos[2l(φ+Ωt)])ψ(Χ,t)|²式中，l为定值，φ为初始相位，Ω为常温BEC的旋转速率，t为旋转时间；(4)常温BEC旋转角速率的解算常温BEC的旋转角速率公式：$\Omega =\frac{{\phi }_{\Omega }\left(t\right)}{2k_{0}rt}$式中：φ_Ω(t)为Sagnac相位，k₀为相向传播子的动量，r为环形势阱的半径，t为旋转时间。