● 摘要
随着量子调控技术的发展，原子干涉陀螺仪已经成为下一代超高精度陀螺仪的发展方向。原子干涉陀螺仪分为原子外态干涉陀螺仪和原子内态干涉陀螺仪，相对于原子内态干涉陀螺仪而言，基于磁导引的外态干涉陀螺仪具有高精度、易操控、小型化的特点，是原子干涉陀螺仪面向工程应用的最佳选择。为获得系统的陀螺输出信号，就必须对原子干涉条纹进行检测。检测方法的核心技术包括背向Bragg衍射、光外差探测和锁相放大提取信号等。本论文围绕原子干涉条纹开展了其检测方法的原理和实验研究，主要研究工作如下：
研究了自由空间条件下原子干涉条纹的形成过程，包括Talbot-Lau效应、Kapitza-Dirac衍射分束和波函数演化的量子描述三部分具体内容。在得到了原子波演化的具体波函数后，利用量子力学理论对原子干涉条纹概率密度分布进行仿真，进一步探究原子干涉条纹的分布随时间变化的特性以及这些特性与条纹所携带的加速度、角速度等的关系，为下一步由干涉条纹信息分离出系统待测加速度、角速度信息打下理论基础。
根据原子干涉条纹的特性，结合现有的多种检测方法设计了一套“背向Bragg衍射+光外差探测+锁相放大提取信号”的检测方法，并结合本系统的具体需求对方法中的每一个技术要点进行了深入的理论研究，还对由原子干涉条纹背向Bragg衍射回的微弱光信号光场进行了仿真。
搭建了整个检测系统，包括激光器稳频装置、声光调制移频装置、光电探测器和光外差探测光路。其中，前三种装置单独测试时都达到了相应领域较高的精度；对于外差探测部分设计了两种方案，并分别测试了其功能，最终确定较优方案为单雪崩光电二极管（APD）+本振光经过原子气室方案。
联调整个系统并进行了实验测试，实现了“物质波信号——光信号——电信号”的级级转化，采用锁相放大方法对所测得数据进行处理，最终得到了背向Bragg衍射信号的幅度和相位信息。所提取的实测信号与理论分析相符，验证了系统性能。