调控矢量激光在湍流环境中的旋转多普勒测量

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作者 胡建飞 骆斌 +1 位作者 王吉明 吴彤 《激光技术》 北大核心 2025年第3期392-398,共7页

实际环境中,大气湍流和不理想的目标会对旋转多普勒信号提取产生强烈干扰。为了从大气湍流等干扰中提取出有效的多普勒信号,采用多阶矢量涡旋光束偏振测量的方法,构建了基于矢量涡旋光束的抗湍流旋转多普勒测量系统,并研究了不同强度湍... 实际环境中,大气湍流和不理想的目标会对旋转多普勒信号提取产生强烈干扰。为了从大气湍流等干扰中提取出有效的多普勒信号,采用多阶矢量涡旋光束偏振测量的方法,构建了基于矢量涡旋光束的抗湍流旋转多普勒测量系统,并研究了不同强度湍流环境下的旋转多普勒频移测量,成功得到了不同速度粗糙目标物有效的多普勒信号。结果表明,通过用5阶、10阶、15阶和20阶涡旋光束对不同湍流强度下两种角速度的测量,验证了复杂环境下利用偏振维度可以有效过滤湍流噪声影响,并实现对物体角速度的准确测量,同时较高阶数的涡旋光束更有利于提高测量系统在复杂环境中的鲁棒性。该研究为风能发电、气象预报、医学研究以及海洋大气等领域中在湍流环境下的数据监测提供了有效参考。 展开更多

关键词 激光物理 旋转多普勒 矢量场 空间光调制器 轨道角动量 Q波片

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利用旋转多普勒的单站无源定位性能分析 被引量：10

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作者 李腾 郭福成 姜文利 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第10期2388-2394,共7页

针对只测相位差变化率无源定位问题,提出了一种利用旋转多普勒的单站无源定位体制。该体制利用两接收天线构成长基线干涉仪(LBI),不但利用干涉仪平动带来的相位差变化率信息,还利用干涉仪自身转动引入的相位差变化率信息。从定位线特性... 针对只测相位差变化率无源定位问题,提出了一种利用旋转多普勒的单站无源定位体制。该体制利用两接收天线构成长基线干涉仪(LBI),不但利用干涉仪平动带来的相位差变化率信息,还利用干涉仪自身转动引入的相位差变化率信息。从定位线特性的角度分析了该定位体制的原理,并推导了定位误差的克拉美-罗下限(CRLB)。理论分析和计算结果表明,通过干涉仪转动,能够提高定位精度,且干涉仪转动越快、基线方向变化范围越大,定位性能越好。 展开更多

关键词 旋转多普勒 无源定位 干涉仪 相位差变化率

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涡旋电磁波旋转多普勒效应研究进展 被引量：4

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作者 郭忠义 汪彦哲 +1 位作者 王运来 郭凯 《雷达学报（中英文）》 CSCD 北大核心 2021年第5期725-739,共15页

依据多普勒效应,传统雷达可以实现对运动目标探测,但是在对旋转目标的角向运动趋势感知存在检测盲区。涡旋电磁波的旋转多普勒效应的发现,因有助于解决直视下的旋转目标的角向运动趋势感知问题,引起了国内外研究人员的广泛关注。该文主... 依据多普勒效应,传统雷达可以实现对运动目标探测,但是在对旋转目标的角向运动趋势感知存在检测盲区。涡旋电磁波的旋转多普勒效应的发现,因有助于解决直视下的旋转目标的角向运动趋势感知问题,引起了国内外研究人员的广泛关注。该文主要介绍了近年来涡旋电磁波旋转多普勒效应的研究进展,特别是微波波段的相关研究成果,包括目标在准轴和非准轴状况下的旋转多普勒效应研究,复杂运动条件下的径向多普勒、微多普勒和旋转多普勒效应的解耦合研究,以及旋转多普勒效应在雷达成像和测速中的应用研究。同时,该文也对该领域亟待解决的问题进行了总结分析,并对未来的研究方向及相关应用进行了展望。 展开更多

关键词 涡旋电磁波 旋转多普勒效应 轨道角动量 旋转目标检测

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基于物体对称性实现旋转多普勒效应的优化测量 被引量：3

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作者 齐倩倩 陈灿斌 +2 位作者 徐天哲 张武虹 陈理想 《厦门大学学报（自然科学版）》 CAS CSCD 北大核心 2017年第2期220-225,共6页

为了快速高效地测量对称物体的转速,基于数字螺旋成像理论,提出了一种测量旋转多普勒频移的优选方案.通过在空间光调制器上加载多重对称性物体的旋转光栅来模拟旋转物体.实验中通过测量三重对称物体和十重对称物体的反射谱,分析其频谱特... 为了快速高效地测量对称物体的转速,基于数字螺旋成像理论,提出了一种测量旋转多普勒频移的优选方案.通过在空间光调制器上加载多重对称性物体的旋转光栅来模拟旋转物体.实验中通过测量三重对称物体和十重对称物体的反射谱,分析其频谱特性,验证了该方案可以快速高效地得到高信噪比的信号,进而测得转速,且测量误差在0.7%左右.该方法对测量具有多重对称性的物体的转速高效准确,有望应用在遥感技术领域,甚至在天文领域探测天体转速. 展开更多

关键词 轨道角动量 旋转多普勒效应 数字螺旋成像理论 遥感技术

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涡旋电磁波雷达锥体目标旋转多普勒探测 被引量：6

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作者 王煜 刘康 +2 位作者 王建秋 王宏强 程永强 《雷达学报（中英文）》 CSCD 北大核心 2021年第5期740-748,共9页

涡旋电磁波具有独特螺旋状波前结构,其受目标横向微动调制产生的旋转多普勒效应,有望为雷达目标探测技术的发展提供一个新途径。在涡旋电磁波照射下,利用锥体微动对回波瞬时频率的周期性调制特性,可以有效反演出锥体目标的微动参数和几... 涡旋电磁波具有独特螺旋状波前结构,其受目标横向微动调制产生的旋转多普勒效应,有望为雷达目标探测技术的发展提供一个新途径。在涡旋电磁波照射下,利用锥体微动对回波瞬时频率的周期性调制特性,可以有效反演出锥体目标的微动参数和几何特征。该文重点研究了雷达前视条件下的锥体目标参数估计。首先,基于涡旋电磁波雷达目标旋转多普勒探测原理,推导了涡旋电磁波锥体目标回波数学方程,建立了锥体目标回波旋转多普勒模型。其次,提出了前视条件下的锥体目标参数估计方法,利用锥顶散射点和锥底散射点两维的旋转多普勒信息,可以对锥体目标微动参数和几何特征参数进行有效估计,仿真结果验证了该文所提方法的有效性及抗噪声鲁棒性。 展开更多

关键词 涡旋电磁波 旋转多普勒 微多普勒 锥体目标 参数估计

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用旋转多普勒方法解析矢量涡旋光的偏振特征 被引量：2

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作者 贾俊亮 张笑儒 +1 位作者 赵子丹 张沛 《量子电子学报》 CAS CSCD 北大核心 2022年第2期286-292,共7页

矢量涡旋光在光学微操控和光通信领域均具有独特优势。旋转多普勒效应常应用于涡旋光拓扑荷的研究,分析矢量涡旋光的旋转多普勒效应可以有效导出其丰富的偏振性质。提出了一种基于旋转多普勒效应分辨矢量涡旋光偏振旋转方向的方法,对应... 矢量涡旋光在光学微操控和光通信领域均具有独特优势。旋转多普勒效应常应用于涡旋光拓扑荷的研究,分析矢量涡旋光的旋转多普勒效应可以有效导出其丰富的偏振性质。提出了一种基于旋转多普勒效应分辨矢量涡旋光偏振旋转方向的方法,对应于矢量涡旋光符号的识别。在所提出方法中,矢量光经过旋转物体散射,散射光由于多普勒效应,各组分之间产生强度随时间周期性变化的拍频信号。拍频信号变化函数的相位取决于矢量涡旋在高阶庞加莱球上的代表点的赤道角,相位变化率取决于涡旋光拓扑荷。本工作提出测量理论并通过实验验证了涡旋方向相反的两种矢量光的拍频信号,为矢量涡旋光拓扑荷的符号测量提供了一种新的可行方法。 展开更多

关键词 光通信 矢量涡旋光 高阶庞加莱球 旋转多普勒效应 矢量涡旋拓扑荷

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部分相干光束旋转多普勒效应的理论研究 被引量：1

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作者 张浩 唐方清 +2 位作者 张武虹 任元 陈理想 《厦门大学学报（自然科学版）》 CAS CSCD 北大核心 2023年第4期494-499,共6页

由于部分相干光较相干光更易获得,且在遥感探测中受大气湍流的影响更小,因此部分相干光的旋转多普勒效应研究更具应用价值.为了丰富部分相干光旋转多普勒效应的研究,本文基于高斯-谢尔模交叉谱密度函数,理论计算了部分相干光束经过旋转... 由于部分相干光较相干光更易获得,且在遥感探测中受大气湍流的影响更小,因此部分相干光的旋转多普勒效应研究更具应用价值.为了丰富部分相干光旋转多普勒效应的研究,本文基于高斯-谢尔模交叉谱密度函数,理论计算了部分相干光束经过旋转物体透射后探测光强的解析表达式,从而系统研究部分相干光的旋转多普勒效应.具体地,选用开口大小可调节的角掩膜,理论上模拟仿真探测光强信号的波形图随光场横截面相干度的变化关系,分析其频谱特性,并探究探测光强的可见度随相干度的变化关系及原因.理论模拟发现:相干度的变化不影响调制频率的大小,进而不影响测量旋转物体转速的准确性;大多数情况下光强信号的可见度会随着相干度的增大而增大,但在某些特殊情况下会存在零点.该理论研究为利用部分相干光的旋转多普勒效应来实现转动的远程遥感测速提供了理论依据. 展开更多

关键词 部分相干光 旋转多普勒效应 轨道角动量 交叉谱密度函数

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基于截断加权Wirtinger Flow算法的旋转测速频移特性提升研究

8

作者 王泓洋 张子静 +4 位作者 刘浩 吕鑫冉 宋家宇 崔成帅 赵远 《光子学报》 北大核心 2025年第3期107-117,共11页

在远距离目标旋转速度的探测中,涡旋光束容易受到随机变化的大气湍流的影响,造成光束的相位畸变和螺旋谱的弥散,引起目标旋转速度测量性能下降。针对这一问题,采用截断加权Wirtinger Flow(Truncated Weighted Wirtinger Flow,TWWF)算法... 在远距离目标旋转速度的探测中,涡旋光束容易受到随机变化的大气湍流的影响,造成光束的相位畸变和螺旋谱的弥散,引起目标旋转速度测量性能下降。针对这一问题,采用截断加权Wirtinger Flow(Truncated Weighted Wirtinger Flow,TWWF)算法,该算法在初始化阶段的截断规则中引入样本中值,采用加权梯度的权值调整策略,避免容易陷入局部最优解的问题,提升了算法对畸变涡旋光束的迭代补偿能力,光场和旋转多普勒频移特性指标得到显著提升。结果表明,当大气湍流强度C_(n)^(2)为1×10^(-14)m^(-2/3),纯度、RDS峰-最大杂峰比、测速精度等指标可达0.99,2.18,0.80 rad/s;当C_(n)^(2)为1×10^(-12)m^(-2/3),则可达0.74,2.09,0.83 rad/s,相位相对误差可达3×10^(-16)量级,展现了TWWF算法强大的补偿能力。此外,讨论了掩码数目、湍流强度、光场叠加态等因素对算法指标的影响。本研究拓宽了WF类型算法在湍流畸变补偿方向的应用,提供了一种改善涡旋光束的远距离转速测量性能的方法。 展开更多

关键词 涡旋光束 大气湍流 旋转多普勒效应 相位恢复算法 测速精度

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基于涡旋电磁波的多普勒技术研究进展 被引量：1

9

作者 卜立君 谢文宣 +1 位作者 周余昂 朱永忠 《现代雷达》 CSCD 北大核心 2022年第10期14-20,共7页

根据涡旋电磁波的基本理论在对其性质进行了仿真分析;基于均匀圆形阵列模型验证了平方贝塞尔函数在俯仰角的混叠特性;将线性多普勒、旋转多普勒以及微多普勒的原理以及性质进行比较,以展示涡旋探测的优缺点;归纳了近几年涡旋电磁波在多... 根据涡旋电磁波的基本理论在对其性质进行了仿真分析;基于均匀圆形阵列模型验证了平方贝塞尔函数在俯仰角的混叠特性;将线性多普勒、旋转多普勒以及微多普勒的原理以及性质进行比较,以展示涡旋探测的优缺点;归纳了近几年涡旋电磁波在多普勒探测方面的研究进展,仿真验证了检测能力;同时,总结了在旋转多普勒和微多普勒探测中面临的关键难题,并指出进一步研究的方向。 展开更多

关键词 涡旋电磁波 轨道角动量 雷达探测 旋转多普勒 微多普勒

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基于轨道角动量光强调制实现转速及转向的同时探测

10

作者 黄思远 洪玲 陈理想 《量子电子学报》 北大核心 2025年第5期694-702,共9页

结构光引起的旋转多普勒效应是旋转测速的基本机理,但常用的基于频差的时间拍频信号测量仅能测得转速大小,无法获取转动方向的信息。为此,本文基于矢量涡旋光场调控,提出了一种对转动方向敏感的微粒旋转测速方案。该方案通过振幅调制标... 结构光引起的旋转多普勒效应是旋转测速的基本机理,但常用的基于频差的时间拍频信号测量仅能测得转速大小,无法获取转动方向的信息。为此,本文基于矢量涡旋光场调控,提出了一种对转动方向敏感的微粒旋转测速方案。该方案通过振幅调制标记来识别基于自旋多普勒频移调制的信号与未调制信号,最终在已知调制频差信息的辅助下,实现了旋转速度和转动方向的并行测量。这种新颖的调制探测手段简洁明了、便捷高效,在微粒操控与探测等应用领域具有潜在的应用价值。 展开更多

关键词 量子光学 光场调控 旋转多普勒效应 旋转相位 并行测量

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涡旋光任意入射条件下的旋转物体转速探测(特邀) 被引量：7

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作者 丁友 丁源圣 +2 位作者 邱松 刘通 任元 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2021年第9期81-87,共7页

涡旋光是一种携带轨道角动量的空间结构光束,照射到旋转的平板物体表面时频率会发生移动,这一现象被称为光学旋转多普勒效应,通过测量光束频移可获得平板物体的旋转速率。频移受光束入射条件的影响,通过揭示入射条件影响规律,可实现任... 涡旋光是一种携带轨道角动量的空间结构光束,照射到旋转的平板物体表面时频率会发生移动,这一现象被称为光学旋转多普勒效应,通过测量光束频移可获得平板物体的旋转速率。频移受光束入射条件的影响,通过揭示入射条件影响规律,可实现任意入射条件下的旋转物体转速测量。首先,建立了速度投影模型,分析了光学旋转多普勒效应的产生机理。其次,通过理论推导得出了涡旋光任意入射条件下的旋转多普勒频移分布规律,并提出了提取物体旋转频率的理论方法。最后,搭建了旋转多普勒效应的实验装置,采用拓扑荷数为±18的叠加态拉盖尔-高斯光束在四种不同入射条件下测量旋转多普勒频移谱,将实验频谱与理论频移曲线结合,测得物体的旋转频率,相对误差低于1%。 展开更多

关键词 涡旋光 旋转多普勒效应 转速探测 任意入射

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涡旋电磁波及其在雷达中应用研究进展 被引量：12

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作者 刘康 黎湘 +1 位作者 王宏强 程永强 《电子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第9期2283-2290,共8页

涡旋电磁波因携带有轨道角动量信息,相比于传统电磁波有着更高维度的信息调制自由度,在雷达目标检测和成像领域具有很大的应用潜力.本文首先介绍了涡旋电磁波基本概念和线极化条件下的辐射场分布特点.然后给出利用涡旋电磁波进行雷达目... 涡旋电磁波因携带有轨道角动量信息,相比于传统电磁波有着更高维度的信息调制自由度,在雷达目标检测和成像领域具有很大的应用潜力.本文首先介绍了涡旋电磁波基本概念和线极化条件下的辐射场分布特点.然后给出利用涡旋电磁波进行雷达目标成像和旋转目标检测的工作原理,分析总结了其相对于传统雷达探测技术展现出来的性能优势.接着综述了电磁涡旋成像和旋转多普勒检测的发展历程与研究现状,特别地,面向雷达目标探测需求对涡旋电磁波产生技术进行较为全面的总结和概括.最后,展望涡旋电磁波在雷达中应用的发展前景,指出未来发展中的若干关键科学问题. 展开更多

关键词 涡旋电磁波 轨道角动量 新体制雷达 电磁涡旋成像 旋转多普勒检测

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基于涡旋电磁波的雷达探测技术概述 被引量：1

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作者 周余昂 陈怡君 +1 位作者 谢文宣 朱永忠 《现代雷达》 CSCD 北大核心 2021年第2期57-66,共10页

涡旋电磁波具有螺旋相位波前结构,能比平面波获取更多的目标散射信息,因而在雷达探测与成像领域展现出巨大的潜力。文中根据涡旋电磁波的基本理论对其特性进行了数值仿真与分析;基于均匀圆阵的成像模型与回波处理流程,验证了平方贝塞尔... 涡旋电磁波具有螺旋相位波前结构,能比平面波获取更多的目标散射信息,因而在雷达探测与成像领域展现出巨大的潜力。文中根据涡旋电磁波的基本理论对其特性进行了数值仿真与分析;基于均匀圆阵的成像模型与回波处理流程,验证了平方贝塞尔函数在俯仰角的混叠特性;将平面波成像、关联成像的原理以及性质进行比较,以展示涡旋成像的优缺点;阐述了近几年涡旋成像以及旋转多普勒探测的研究进展,仿真验证了旋转多普勒的检测能力;同时,展望了基于涡旋电磁波雷达探测技术的未来发展方向。 展开更多

关键词 涡旋电磁波 轨道角动量 雷达成像 旋转多普勒检测

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基于涡旋电磁波的雷达应用研究进展 被引量：2

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作者 马晖 胡敦法 +1 位作者 师竹雨 刘宏伟 《现代雷达》 CSCD 北大核心 2023年第5期27-41,共15页

携带轨道角动量的涡旋电磁波,相比于传统平面波有着独特的螺旋相位结构与模态正交特性,因而能获取更多信息,在雷达探测中受到广泛关注。轨道角动量调制带来的升维信息为新体制雷达成像提供了条件;另外,利用涡旋电磁波观测到的旋转多普... 携带轨道角动量的涡旋电磁波,相比于传统平面波有着独特的螺旋相位结构与模态正交特性,因而能获取更多信息,在雷达探测中受到广泛关注。轨道角动量调制带来的升维信息为新体制雷达成像提供了条件;另外,利用涡旋电磁波观测到的旋转多普勒效应,可获得平面波难以探测的垂直于距离向的运动信息,弥补了平面波雷达探测的缺陷。文中首先介绍了涡旋电磁波的基本概念、特点及常见的产生方法;然后,介绍了基于均匀圆阵的涡旋电磁波成像基本原理,简单推导了利用涡旋波进行旋转多普勒检测的基本原理,梳理了涡旋波在雷达成像和旋转多普勒检测两个应用领域的研究进展;最后,对未来的研究趋势进行了展望。 展开更多

关键词 轨道角动量 涡旋电磁波 雷达成像 旋转多普勒 新体制雷达

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涡旋光平衡探测系统转速测量精度与信噪比分析(特邀) 被引量：2

15

作者 沙启蒙 王卫杰 +3 位作者 刘通 刘政良 邱松 任元 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2021年第9期125-133,共9页

对于基于叠加态涡旋光和涡旋光零差探测等传统转速测量方式,光的远距离传输和发散等原因造成的信号光衰减会导致探测系统无法准确提取信号,而涡旋光平衡探测系统可以解决这一难题,但是以往的研究对该探测系统的精度和信噪比鲜有分析,这... 对于基于叠加态涡旋光和涡旋光零差探测等传统转速测量方式,光的远距离传输和发散等原因造成的信号光衰减会导致探测系统无法准确提取信号,而涡旋光平衡探测系统可以解决这一难题,但是以往的研究对该探测系统的精度和信噪比鲜有分析,这一定程度上限制了其工程化的进展。首先将零差探测系统作为对比项,通过分析不同转速下涡旋光平衡探测系统和零差探测系统测量精度的变化情况,证明了二者均可实现高精度测量,其次通过对比在不同信号光功率下二者的信噪比(SNR),发现了在测量微弱信号时涡旋光平衡探测系统具有明显优势;最后,通过分析不同本振光功率对信噪比造成的影响,揭示了平衡探测信噪比和本振光功率之间的关系,阐明了信噪比随本振光功率变化的原因。 展开更多

关键词 涡旋光 信噪比 精度 平衡探测 零差探测 旋转多普勒效应

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涡旋光束制备及其在惯性测量领域的研究进展(特邀) 被引量：1

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作者 王琛 任元 +1 位作者 吴昊 邱松 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2021年第9期16-30,共15页

涡旋光束是一种携带轨道角动量且具有螺旋波振面的新型结构光场。自1992年Allen等首次证明了近轴条件下带有螺旋相位因子的光场具有轨道角动量以来,涡旋光束因其在光操控、光通信、光学测量和遥感等领域中的广泛应用而备受关注,特别是... 涡旋光束是一种携带轨道角动量且具有螺旋波振面的新型结构光场。自1992年Allen等首次证明了近轴条件下带有螺旋相位因子的光场具有轨道角动量以来,涡旋光束因其在光操控、光通信、光学测量和遥感等领域中的广泛应用而备受关注,特别是近年来涡旋光束在惯性测量领域的应用吸引了诸多学者的研究兴趣。文中主要涉及三个方面的内容:涡旋光束制备方法研究进展;涡旋光束在惯性测量领域中的关键应用,具体为基于涡旋光的旋转多普勒效应和量子陀螺;最后还就惯性测量对涡旋光束制备提出的新要求进行了讨论。 展开更多

关键词 涡旋光束 惯性测量 旋转多普勒效应 玻色-爱因斯坦凝聚 量子陀螺

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