[實用新型]量子絕對重力儀及其真空腔

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202023267428.2
• 申請日: 2020-12-29
• 公開（公告）號: CN214067411U
• 公開（公告）日: 2021-08-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 楊秋海;郭彬;鄔黎明;俞佳俊;吳彬;程冰
• 申請（專利權(quán)）人: 杭州微伽量子科技有限公司
• 主分類號: G01V7/00
• 分類號: G01V7/00;G01V7/02
• 代理公司: 杭州豐禾專利事務(wù)所有限公司 33214
• 代理人: 李久林

本實用新型公開了一種量子絕對重力儀及其真空腔，所述真空腔包括一體成型的鈦合金腔體，所述鈦合金腔體為長方體，其內(nèi)自上而下分別配置為三維磁光阱區(qū)、干涉區(qū)及探測區(qū)，所述鈦合金腔體的上、下端開口，且其各側(cè)面均限定有上、下兩個光學(xué)窗口，其中，上部的第一光學(xué)窗口正對三維磁光阱區(qū)，下部的第二光學(xué)窗口正對探測區(qū)，鈦合金腔體的上端開口通過連接部件與真空管道連接，鈦合金腔體的下端開口處配置第三光學(xué)窗口。本實用新型一體成型，相對輕巧、結(jié)構(gòu)緊湊。

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型涉及一種絕對重力測量設(shè)備，具體地說，是涉及一種量子絕對重力儀及其真空腔。

背景技術(shù)

高精度重力測量儀器可以用于油氣普查、礦產(chǎn)資源勘探、地質(zhì)調(diào)查、環(huán)境監(jiān)測、地球物理等領(lǐng)域，應(yīng)用前景非常廣闊。根據(jù)測量方式不同，重力測量可分為絕對重力測量和相對重力測量。絕對重力測量是測定地球重力場中特定位置的絕對重力值，相對重力測量是測定地球重力場中特定兩點的重力差值。絕對重力測量一般采用動力法。主要利用兩種方法:一種是觀測自由落體的運動，這是G.伽利略在1590年進(jìn)行世界上第一次重力測量時所用的方法。第二種是觀測擺的運動，這是荷蘭物理學(xué)家C.惠更斯在1673年提出的。目前常用的絕對重力儀的基本原理就是觀測自由落體的運動，自由落體質(zhì)量體為一個光學(xué)棱鏡，利用穩(wěn)定的氦氨激光束的波長作為邁克爾遜（michelson）干涉儀的光學(xué)尺，直接測量空間距離；時間標(biāo)準(zhǔn)是采用高穩(wěn)定的石英振蕩器與天文臺原子頻率指標(biāo)對比。根據(jù)質(zhì)量體下落的距離和時間，從而得出測量點的絕對重力加速度。

量子絕對重力儀是一種新型的高精度絕對重力測量儀器，它利用微觀的原子作為測試質(zhì)量，基于冷原子物質(zhì)波干涉的方法實現(xiàn)精密的重力加速度測量。冷原子作為一團(tuán)獨特的量子物質(zhì)，利用它可以實現(xiàn)類似與光波干涉的原子物質(zhì)波干涉，通過激光脈沖實現(xiàn)原子波包的分束、偏轉(zhuǎn)、合束，從而實現(xiàn)原子干涉條紋，重力加速度會改變微觀原子的下落路徑，因此改變干涉條紋的相位。通過提取原子干涉條紋的相位，得到重力加速度的信息。量子絕對重力儀一般由探頭系統(tǒng)、光路系統(tǒng)、電控系統(tǒng)三部分組成。

地球表面約有71%的海洋，為了獲得全球重力資料，必須進(jìn)行海洋重力測量。在沙漠、冰川、沼澤、崇山峻嶺和原始森林等交通不便、人跡難到的地區(qū)進(jìn)行重力測量，需采用航空重力測量方法。海洋和航空等動態(tài)重力測量為了抵消載體擾動影響，必須增加輔助測量設(shè)備，這些設(shè)備對重力儀探頭的尺寸及重量有嚴(yán)格的要求。

公開號CN106959473A的中國專利申請文件提供了一種可移動冷原子絕對重力加速度傳感器，其采用二維磁光阱+三維磁光阱結(jié)構(gòu)，真空腔采用石英玻璃真空腔。銣原子在二維磁光阱中預(yù)冷卻，通過吹送光吹送至三維磁光阱中，完成原子裝載過程。接下來通過量子態(tài)制備、冷原子干涉、歸一化探測、震動補(bǔ)償、傾斜校正、系統(tǒng)誤差消除得到測量結(jié)果。雖然該系統(tǒng)能實現(xiàn)可移動，但石英玻璃真空腔造價昂貴，容易損壞，運輸過程中需設(shè)計專用運輸平臺精密保存。同時二維磁光阱+三維磁光阱結(jié)構(gòu)復(fù)雜，限制了探頭系統(tǒng)的小型化。

公開號CN106597561A的中國專利申請文件提供了一種用于原子干涉重力測量的真空裝置，該申請同樣采用二維磁光阱+三維磁光阱結(jié)構(gòu)，真空腔為鈦合金真空腔。三維磁光阱部件為由一個正方體切掉八個頂角后形成的十四面體，且在十四面體的每個面上均開設(shè)有孔。十四面體為豎直方向放置，且上方連接探測部件，下方連接光學(xué)部件，左邊連接二維磁光阱部件。工作時，位于二維磁光阱部件中的原子經(jīng)過四束激光預(yù)冷卻后被推送到三維磁光阱部件中進(jìn)一步被六束對射激光進(jìn)行三維冷卻；充分冷卻以后的原子被上拋進(jìn)入干涉部件，拉曼激光從頂端入射與原子發(fā)生相互作用產(chǎn)生原子干涉；干涉完成后，原子落回探測部件時，對原子進(jìn)行探測。雖然該系統(tǒng)能保證測量精度，但是整個系統(tǒng)過于龐大，二維磁光阱+三維磁光阱結(jié)構(gòu)導(dǎo)致附屬冷卻光路復(fù)雜，引入的激光準(zhǔn)直系統(tǒng)較多。三維磁光阱部件為由一個正方體切掉八個頂角后形成的十四面體，且在十四面體的每個面上均開設(shè)有孔，制作復(fù)雜并且加工困難。該系統(tǒng)只能用于實驗室測量，不具備可移動性。