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Comptes Rendus Physique
Volume 15, n° 10
pages 884-897 (décembre 2014)
Doi : 10.1016/j.crhy.2014.10.001
Large-area Sagnac atom interferometer with robust phase read out
Interféromètre Sagnac atomique avec une acquisition de signal robuste
 

Gunnar Tackmann , Peter Berg , Sven Abend, Christian Schubert, Wolfgang Ertmer, Ernst Maria Rasel
 Institut für Quantenoptik, Gottfried Wilhelm Leibniz Universität Hannover, Welfengarten 1, 30167 Hannover, Germany 

Corresponding authors.
Abstract

We report on recent progress on our matter-wave Sagnac interferometer capable of resolving ultra-slow rotations below the   level with a 1-s measurement time and a repetition rate of 2 Hz. Two Raman interferometers are employed that are susceptible to rotation and acceleration. We demonstrate two read-out schemes exploiting the strict phase correlation of the dual interferometer, the first one locking the interferometer to the mid-fringe position, and the second relying on phase modulation combined with ellipse fitting. In both, the sensitivity to gravity acceleration is employed for controlling the differential interferometer phase without influencing the rotation signal. Furthermore, we discuss errors in the rotation signal arising from atom source instabilities combined with a residual misalignment of the three pulsed light gratings used for atomic diffraction. Monitoring the source position fluctuations allows us to suppress this spurious signal. We achieve stable operation with a sensitivity of   for a 1-s measurement time, and   after 4000 s of averaging.

The full text of this article is available in PDF format.
Résumé

Nous présentons ici les progrès réalisés avec notre interféromètre Sagnac à ondes de matière capable de résoudre des rotations ultra-lentes de l'ordre du   avec un temps de mesure de 1 s et un taux de répétition de 2 Hz. Deux interféromètres Raman, sensibles aux rotations et aux accélérations, ont été utilisés. Nous avons développé deux techniques d'acquisition de signal qui exploitent la corrélation de phase du double interféromètre, la première en stabilisant l'interféromètre sur la position à mi-frange, la deuxième se basant sur la modulation de phase en combinaison avec la méthode dite ellipse fitting . Les deux techniques reposent sur la sensibilité à l'accélération gravitationnelle qui est utilisée pour contrôler la phase différentielle sans perturber la phase de rotation. De plus, nous discutons dans cet article des erreurs dans la mesure de la rotation engendrées par des instabilités des sources atomiques croisées, avec un non-alignement résiduel des trois réseaux optiques qui sont utilisés pour la diffraction atomique. L'enregistrement des fluctuations de la position des sources nous permet de réduire ce signal parasite. Nous atteignons ainsi une sensibilité d'opération stable de   à une seconde de temps de mesure et   après 4000 s d'intégration.

The full text of this article is available in PDF format.

Keywords : Atom interferometer, Gyroscopes, Inertial sensing, Cold atoms

Mots-clés : Interféromètre atomique, Gyromètres, Capteurs inertiels, Atomes froids


1  Changing the relative Raman laser detuning also slightly modifies the absolute value of  , and therefore of the interferometer scaling factor. However, this modification only adds a modification on the ppb level and is therefore negligible here.
2  The level of vibrations of the laboratory floor depends on human activities in the our building, which is the reason for the short term sensitivity values to vary throughout this article.
3  When increasing the interferometer area in order to increase the gyroscope sensitivity, also the susceptibility to acceleration increases, leading to a smaller required modulation of the wave vector projection to g.
4  Assuming an alignment uncertainty of 1 μrad, an interferometer phase shift of 8 mrad is induced per 1 mm interferometer overlap mismatch.


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