专利名称：多光束光阱刚度标定装置及其方法
技术领域：
本发明属于惯性导航系统领域，具体涉及一种多光束光阱刚度标定装置及其方法。
背景技术：
加速度计的刚度是表征加速度性能的一个重要指标。多光束光阱具有很低的刚度，一般采用拖曳法或利用布朗运动来标定光阱的刚度。布朗运动法易受外界扰动的影响；拖曳法需要位置探测器具有很高的时间分辨率和空间分辨率；采用残余重力法标定光阱刚度既不易受外界干扰，并且使用普通的CCD即可实现光阱刚度的标定。
发明内容
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本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种多光束光阱刚度标定装置及其方法。多光束光阱刚度标定装置包括分度台、光纤光阱系统的基片、被捕获的微粒、隔离器、激光器；分度台上设有光纤光阱系统的基片，光纤光阱系统的基片上载有待被捕获的微粒，两激光器发出的激光经隔离器通过光纤与由光纤光阱系统的基片固定相对的光纤相连；最后照射到待被捕获的微粒上，产生光阱。所述的光纤光阱系统的基片、隔离器、激光器由光纤连接组成光纤光阱系统；所述的光纤光阱系统的基片上的中心设有一个“十”字型凹槽，并固定有相互垂直相对的两组光纤构成光纤光阱系统的基片。多光束光讲刚度标定方法是将待被捕获的微粒置于液体中，液体的密度小于微粒的密度，通过光阱将被捕获的微粒捕获在一个稳定的位置，当光纤光阱系统的基片有一个倾角的变化时，被捕获的微粒在倾角的方向受到残余重力的影响和发生位移，再次平衡时，光阱力与残余重力平衡；由于光阱力在一个小范围内是线性的，通过测量不同倾角下微粒的位移，标定出光阱的刚度；
多光束光阱刚度的标定的具体步骤如下
步骤一、装配好光纤光阱系统，将光纤光阱系统的基片固定于分度台I上，在“十”字型凹槽中滴入液体，置于显微镜下观察，使得可以清晰的看到“十”字型凹槽中心；
步骤二、将待被获微粒滴入光纤光阱系统基片的“十”字凹槽中，打开激光，确认待被捕获微粒被光束捕获；
步骤三、打开显微镜的录像，录制5分钟的视频；将分度台转动角度 ，再录制5分钟的视频；
步骤四、采用视频处理的方法，处理步骤三得到的视频，得出分度台转动前后微粒相对于光纤端面的位移。所述的光纤光阱系统采用双光束光阱或四光束光阱。所述被捕获微粒为聚苯乙烯微粒、碳化硅或二氧化硅微粒。所述的溶液为去离子水、KOH溶液或NaCl溶液。
本发明采用残余重力的方法，为多光束光阱提供微小的外力，通过测量平衡位置的位移和残余重力的大小，标定光阱的刚度。多光束光阱具有灵敏度高，刚度小的特点，其
刚度可以达到10"" ，传统的测量刚度的方法不再适用于这种加速度计刚度的标定。该
方法适用于标定由激光的散射力和梯度力所产生的光阱的刚度。
图I是多光束光阱刚度标定装置结构示意 图2是本发明的光纤光阱系统的基片结构示意 图3是多光束光阱刚度标定原理图。
具体实施例方式如图1、2所示，多光束光阱刚度标定装置包括分度台I、光纤光阱系统的基片2、被捕获的微粒3、隔离器4、激光器5 ;分度台I上设有光纤光阱系统的基片2，光纤光阱系统的基片2上载有待被捕获的微粒3,两激光器5发出的激光经隔离器4通过光纤与由光纤光讲系统的基片2固定相对的光纤相连；最后照射到待被捕获的微粒3上，产生光阱。所述的光纤光阱系统的基片2、隔离器4、激光器5由光纤连接组成光纤光阱系统；所述的光纤光阱系统的基片2上的中心设有一个“十”字型凹槽，并固定有相互垂直相对的两组光纤构成光纤光阱系统的基片。多光束光阱刚度标定方法是将待被捕获的微粒3置于液体中，液体的密度小于微粒的密度，通过光阱将被捕获的微粒3捕获在一个稳定的位置，当光纤光阱系统的基片2有一个倾角的变化时，被捕获的微粒3在倾角的方向受到残余重力的影响和发生位移，再次平衡时，光阱力与残余重力平衡；由于光阱力在一个小范围内是线性的，通过测量不同倾角下微粒的位移，标定出光阱的刚度；
多光束光阱刚度的标定的具体步骤如下
步骤一、装配好光纤光阱系统，将光纤光阱系统的基片2固定于分度台I上，在“十”字型凹槽中滴入液体，置于显微镜下观察，使得可以清晰的看到“十”字型凹槽中心；
步骤二、将待被获微粒3滴入光纤光阱系统基片的“十”字凹槽中，打开激光5，确认待被捕获微粒3被光束捕获；
步骤三、打开显微镜的录像，录制5分钟的视频；将分度台I转动角度α，再录制5分钟的视频；
步骤四、采用视频处理的方法，处理步骤三得到的视频，得出分度台I转动前后微粒相对于光纤端面的位移。所述的光纤光阱系统采用双光束光阱或四光束光阱。所述被捕获微粒3为聚苯乙烯微粒、碳化硅或二氧化硅微粒。所述的溶液为去离子水、KOH溶液或NaCl溶液。利用本发明标定多光束光阱刚度的原理如下
如图3所示，初始基片与竖直方向垂直；粒子由于浸没在液体中中，仅剩O. 05的残余重
力。当转过角度α，残余重力在轴向的分力为0.05.%g_sin￡i，粒子稳定时，在轴向满足
权利要求
1.一种多光束光阱刚度标定装置，其特征在于包括分度台(I)、光纤光阱系统的基片(2)、被捕获的微粒(3)、隔离器(4)、激光器(5);分度台(I)上设有光纤光阱系统的基片(2),光纤光讲系统的基片(2)上载有待被捕获的微粒(3),两激光器(5)发出的激光经隔离器(4)通过光纤与由光纤光阱系统的基片(2)固定相对的光纤相连；最后照射到待被捕获的微粒(3)上，产生光阱。
2.根据权利要求I所述的一种多光束光阱刚度标定装置，其特征在于所述的光纤光阱系统的基片(2)、隔离器(4)、激光器(5)由光纤连接组成光纤光阱系统；所述的光纤光阱系统的基片(2)上的中心设有一个“十”字型凹槽，并固定有相互垂直相对的两组光纤构成光纤光阱系统的基片。
3.一种使用如权利要求I或2所述装置的多光束光阱刚度标定方法，其特征在于将待被捕获的微粒(3)置于液体中，液体的密度小于微粒的密度，通过光阱将被捕获的微粒(3)捕获在一个稳定的位置，当光纤光阱系统的基片(2)有一个倾角的变化时，被捕获的微粒(3)在倾角的方向受到残余重力的影响和发生位移，再次平衡时，光阱力与残余重力平衡；由于光阱力在一个小范围内是线性的，通过测量不同倾角下微粒的位移，标定出光阱的刚度； 多光束光阱刚度的标定的具体步骤如下 步骤一、装配好光纤光阱系统，将光纤光阱系统的基片(2)固定于分度台(I)上，在“十”字型凹槽中滴入液体，置于显微镜下观察，使得可以清晰的看到“十”字型凹槽中心；步骤二、将待被获微粒(3)滴入光纤光阱系统基片的“十”字凹槽中，打开激光(5)，确认待被捕获微粒(3)被光束捕获； 步骤三、打开显微镜的录像，录制5分钟的视频；将分度台(I)转动角度，再录制5分钟的视频； 步骤四、采用视频处理的方法，处理步骤三得到的视频，得出分度台I转动前后微粒相对于光纤端面的位移。
4.如权利要求I所述的一种多光束光讲刚度标定方法，其特征在于所述的光纤光讲系统采用双光束光阱或四光束光阱。
5.如权利要求I所述的一种多光束光讲刚度标定方法，其特征在于所述被捕获微粒(3)为聚苯乙烯微粒、碳化硅或二氧化硅微粒。
6.如权利要求I所述的一种多光束光讲刚度标定方法，其特征在于所述的溶液为去离子水、KOH溶液或NaCl溶液。
全文摘要
本发明公开了一种多光束光阱刚度标定装置及其方法。它包括分度台、光纤光阱系统的基片、被捕获的微粒、隔离器、激光器；分度台上设有光纤光阱系统的基片，光纤光阱系统的基片上载有待被捕获的微粒，两激光器发出的激光经隔离器通过光纤与由光纤光阱系统的基片固定相对的光纤相连；最后照射到待被捕获的微粒上，产生光阱。本发明采用残余重力的方法，为多光束光阱提供微小的外力，通过测量平衡位置的位移和残余重力的大小，标定光阱的刚度。多光束光阱具有灵敏度高，刚度小的特点，其刚度可以达到,传统的测量刚度的方法不再适用于这种加速度计刚度的标定。该方法适用于标定由激光的散射力和梯度力所产生的光阱的刚度。
文档编号G01P21/00GK102841219SQ20121032284
公开日2012年12月26日 申请日期2012年9月4日 优先权日2012年9月4日
发明者胡慧珠, 张威, 铁敏强, 缪立军 申请人:浙江大学