基于LabVIEW的冷原子干涉儀精密時序控制系統*

劉夏鳴

（華中光電技術研究所-武漢光電國家研究中心 武漢 430223）

1 引言

20世紀90年代美國斯坦福大學S.Chu小組研制了首個冷原子干涉儀［1］，并實現了絕對重力加速度測量，受到國際同行的廣泛關注。經過30年的快速發展，冷原子干涉技術已應用于重力加速度［1～3］、重力梯度［3～6］等物理量的精密測量以及等效原理檢驗［7～9］、引力波探測［10］等基礎物理研究，在重力基準網絡建設、資源勘探、地球物理學研究、慣性導航等領域展現出非常重要的應用價值。華中科技大學胡忠坤小組的冷原子重力儀測量靈敏度達到［2］，是目前測量靈敏度最高的絕對重力儀；法國Muquans的小型可搬運冷原子重力梯度儀已實現絕對重力加速度和重力梯度同步測量，重力加速度和重力梯度的測量分辨率分別達到0.5μGal和 0.15E［3］；美國斯坦福大學的冷原子干涉儀將微觀粒子檢測等效原理的相對精度提升至10-12量級［7］。

冷原子干涉儀利用拉曼激光操控原子的量子態，形成物質波干涉效應，通過檢驗干涉條紋相位信息的變化測量各類物理量。一次干涉測量主要包括原子冷卻與囚禁、原子初態制備、原子干涉操控、干涉信號探測、數據處理等五大步驟，需要精確操控激光頻率、激光功率、三維磁場等上百個參數的數值和持續時間，各通道參數的時間同步精度要求達到100ns量級。為滿足冷原子干涉儀精密測量絕對重力加速度的需求，本文基于LabVIEW圖形化編程語言和NI公司的多功能DAQ數據采集板卡開發了一套冷原子干涉儀精密時序控制系統，具有數據輸入輸出通道時間同步性好、操作界面直觀易懂、集成度高、維護性好等特點［11～14］。……