[發明專利]一種基于原子干涉的量子傾斜儀

有效

• 申請號: 201710481059.0
• 申請日: 2017-06-22
• 公開（公告）號: CN107152925B
• 公開（公告）日: 2019-11-12
• 發明（設計）人: 胡忠坤;周敏康;段小春;徐文杰;趙苗苗;張柯
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G01C9/00
• 分類號: G01C9/00
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 廖盈春;曹葆青

本發明提供了一種基于原子干涉的量子傾斜儀，包括：原子制備模塊，原子干涉模塊和原子探測模塊；原子制備模塊用于產生干涉測量所需要的原子；原子干涉模塊包括：原子干涉單元和光脈沖序列產生單元；原子干涉單元用于提供原子干涉區，光脈沖產生裝置用于提供π/2?π?π/2光脈沖序列；原子探測模塊用于探測干涉完成后不同內態的原子。本發明可以實現傾斜的高精度絕對測量，同時本發明可以實現二維方向的傾斜測量，相對于一維方向的傾斜測量，二維方向的傾斜測量只需更改光脈沖配置，大大簡化了實驗裝置。

技術領域

本發明屬于原子慣性測量技術領域，更具體地，涉及一種基于原子干涉的量子傾斜儀。

背景技術

在過去的二十多年里，原子干涉儀技術得到了迅速的發展和廣泛的應用，利用原子具有波粒二象性的量子特性，許多基于原子干涉的精密測量實驗得到了快速的發展，廣泛應用于測量重力加速度g，重力梯度，轉動，精細結構常數，牛頓萬有引力常數；原子干涉還用于基礎物理中，利用它可以檢驗等效原理和洛倫茲破缺等，最近法國和美國都提出了原子干涉測量引力波的方案。越來越多的科學家都致力于發展冷原子干涉技術，測量精度和測量手段也都在不斷提高。

地球形變學在地球物理中有重要的作用，其中地球傾斜的測量，更是在火山地震的監測和預測以及地球潮汐研究中有重要的作用。傳統的傾斜儀主要分為長基線傾斜儀和短基線傾斜儀，其中長基線傾斜儀有水管傾斜儀，短基線傾斜儀有垂直擺傾斜儀，水平擺傾斜儀，氣泡傾斜儀和折疊擺傾斜儀等。嚴格來講，這些傾斜儀都不是絕對的傾斜儀，都很難給出絕對的傾斜角。利用原子干涉測量傾斜已經在一些文獻中有所報道，但是量子傾斜儀的概念直到2016年(參考文獻：H.Ahlers et al.Double Bragg Interferometry，Phys.Rev.Lett.，116(2016)173601)才提出來，該量子傾斜儀是基于原子芯片的雙衍射Bragg干涉儀，最后實現傾斜測量的靈敏度為0.8mrad/s/Hz^1/2。但是該類型的量子傾斜儀的靈敏度比較低，而且并沒有給出絕對的傾斜測量。

發明內容

針對現有技術的缺陷，本發明提出了一種基于原子干涉技術的量子傾斜儀，目的是從原理上實現絕對傾斜測量，旨在解決現有技術中不能實現高精度絕對的傾斜測量問題。

本發明提供了一種基于原子干涉的量子傾斜儀，包括：原子制備模塊，原子干涉模塊和原子探測模塊；所述原子制備模塊用于產生干涉測量所需要的原子；所述原子干涉模塊包括：第一原子干涉單元和第一光脈沖序列產生單元；所述第一原子干涉單元用于提供原子干涉區，所述第一光脈沖產生裝置用于提供π/2-π-π/2光脈沖序列；所述原子探測模塊用于探測干涉完成后不同內態的原子。

本發明還提供了一種基于原子干涉的量子傾斜儀，包括：原子制備模塊，原子干涉模塊和原子探測模塊；所述原子制備模塊用于產生干涉測量所需要的原子；所述原子干涉模塊包括：第一原子干涉單元、第二原子干涉單元、第一光脈沖序列產生單元和第二光脈沖序列產生單元；所述第一原子干涉單元和所述第一光脈沖序列產生單元均設置在第一方向，所述第一原子干涉單元用于提供第一方向的原子干涉區，所述第一光脈沖產生裝置用于提供π/2-π-π/2光脈沖序列；所述第二原子干涉單元和所述第二光脈沖序列產生單元均設置在第二方向，所述第二原子干涉單元用于提供第二方向的原子干涉區，所述第二光脈沖序列產生單元用于提供π/2-π-π/2光脈沖序列；所述原子探測模塊用于探測干涉完成后不同內態的原子。

更進一步地，所述第一原子干涉單元包括：用于在干涉過程中實現光脈沖對射配置并提供π/2脈沖的干涉區域的第一單元，以及用于在干涉過程中實現光脈沖對射配置并提供π脈沖的干涉區域的第二單元。