[發明專利]一種基于微晶玻璃腔體的重力測量裝置及測量方法

有效

• 申請號: 201410655034.4
• 申請日: 2014-11-17
• 公開（公告）號: CN105652335B
• 公開（公告）日: 2018-12-14
• 發明（設計）人: 李俊;劉元正;李攀;雷興;聞茗萱
• 申請（專利權）人: 中國航空工業第六一八研究所
• 主分類號: G01V7/14
• 分類號: G01V7/14
• 代理公司: 中國航空專利中心 11008
• 代理人: 張毓靈

1.一種基于微晶玻璃腔體的重力測量裝置，其特征在于，包括二維微晶玻璃真空腔體(1)、三維微晶玻璃真空腔體(2)、堿金屬源(6)、差分泵浦管(8)，其中，所述三維微晶玻璃真空腔體(2)從上到下分成三維冷卻真空腔(13)、原子自由下落腔體(14)、原子探測腔(15)，其中，所述二維微晶玻璃真空腔體(1)通過差分泵浦管(8)連接在三維微晶玻璃真空腔體(2)的三維冷卻真空腔(13)一側，所述三維冷卻真空腔(13)另一側連接有吸氣裝置，堿金屬源(6)連接在二維微晶玻璃真空腔體(1)上，另外，所述差分泵浦管(8)為與兩個腔體材質一致的微晶玻璃制成，所述差分泵浦管(8)與二維微晶玻璃真空腔體(1)以及三維玻璃真空腔體(2)之間均通過低溫鍵合技術連接。

2.根據權利要求1所述的重力測量裝置，其特征在于，所述堿金屬源(6)通過四通接頭(4)與二維微晶玻璃真空腔體(1)連接。

3.根據權利要求2所述的重力測量裝置，其特征在于，所述四通接頭(4)上分別連接有離子泵(5)和真空閥(7)。

4.根據權利要求3所述的重力測量裝置，其特征在于：所述二維微晶玻璃真空腔體(1)和三維玻璃真空腔體(2)均通過低溫鍵合技術將微晶玻璃窗片鍵合或粘接在微晶玻璃基礎框架上制成。

5.根據權利要求4所述的重力測量裝置，其特征在于：所述吸氣裝置為吸氣泵(3)或離子泵(5)。

6.一種基于權利要求1至5任一項所述重力測量裝置的重力測量方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟1.將二維微晶玻璃真空腔內部抽到超高真空后，并維持超高真空狀態；

步驟2.打開堿金屬源，維持二維微晶玻璃腔體內堿金屬原子的數量；

步驟3.在二維微晶玻璃真空腔內施加兩對正交二維冷卻光束對，對腔體內的堿金屬原子進行預冷卻，使其在y，z方向上的運動速度得到降低；

步驟4.與此同時，在二維微晶玻璃真空腔體側面注入一束推送光束，提高預冷卻原子束流到三維微晶玻璃真空腔體的裝載率；

步驟5.隨后，在三維微晶玻璃腔內施加三對正交三維冷卻光束對，獲得陷俘冷原子團；

步驟6.完成對冷原子團的態制備，關閉光束，使原子自由下落；

步驟7.在冷原子團下落過程中，沿著y方向，作用一對相向傳輸的π/2拉曼脈沖光束對，隨后冷原子團再經歷自由下落時間T后，在同樣方向作用π拉曼脈沖光束對，再間隔時間T后，最終作用π/2拉曼脈沖光束對，經過三次拉曼脈沖光束對的作用后，相位差可表示為：

Δφ＝φ_A-2φ_B+φ_C (1)

式中A,B,C分別對應三次拉曼脈沖作用，

其中，設t＝0時為第一個脈沖對作用時間，則根據間隔時間T，可得到φ_A＝0，φ_B＝k_effgT²/2以及φ_C＝k_effg(2T)²/2，式中k_eff為脈沖對有效波矢；

步驟8.在原子探測腔內利用一探測光束，完成下落原子態布居數分布的探測，得到：

P_|F＝2>＝[1-cos(Δφ)]/2 (2)

結合式(9)即可得到探測布居數與重力加速度的關系式：

P_|F＝2>＝[1-cos(k_effgT²)]/2 (3)

根據已知參數有效波矢k_eff和時間間隔T，結合探測布居數分布P_|F＝2>，即可得到當地的重力加速度，完成重力測量。

7.根據權利要求6所述的重力測量方法，其特征在于，制備兩團原子團同時完成自由下落，兩路原子干涉儀的相位差與兩原子團位置的重力加速度相關：

Δφ₂-Δφ₁＝k_eff(g₂-g₁)T² (4)

則根據已知參數有效波矢k_eff和時間間隔T，結合兩團原子團探測布居數分布P_|F＝2>，能夠測量當地重力梯度。