[發明專利]一種用于冷原子干涉型重力儀原子數探測裝置及方法

在審

• 申請號: 202210293287.6
• 申請日: 2022-03-23
• 公開（公告）號: CN114814966A
• 公開（公告）日: 2022-07-29
• 發明（設計）人: 翁堪興;吳彬;李典蓉;趙英鵬;王飛辰
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: G01V7/00
• 分類號: G01V7/00
• 代理公司: 杭州天正專利事務所有限公司 33201
• 代理人: 楊東煒

1.一種用于冷原子干涉型重力儀原子數探測裝置，其特征在于：包括沿同一軸線從上至下依次設置的激光器、保偏光纖、激光準直器、第一1/2波片(B1)、第一偏振立方分束器(PBS1)、第二1/2波片(B2)、第二偏振立方分束器(PBS2)、第三1/2波片(B3)以及三棱鏡；

所述激光器發出的原子探測激光通過保偏光纖與激光準直器連接，激光準直器將原子探測激光準直為垂直向下的第一出射光(Y1)；第一出射光(Y1)經過1/2波片(B1)后入射至第一偏振立方分束器(PBS1)的分光面，第一偏振立方分束器(PBS1)的分光面與出射光Y1呈45°設置，第一偏振立方分束器(PBS1)的分光面對第一出射光(Y1)完全透射，第一出射光(Y1)經過第一偏振立方分束器(PBS1)出射后，經過第二1/2波片(B2)到達第二偏振立方分束器(PBS2)；第二偏振立方分束器(PBS2)的分光面與出射光Y1呈45°設置，第一出射光(Y1)在偏振立方分束器(PBS2)的分光面作用下，分為水平向右的第一探測光(X1)和垂直向下的第二出射光(Y2)；第二出射光(Y2)經過第三1/2波片(B3)入射至三棱鏡，并被三棱鏡的反射斜面反射形成水平向右的第二探測光(X2)；

所述第一探測光(X1)、第二探測光(X2)水平向右并經過原子干涉型重力儀的真空腔，真空腔的右側與第一探測光(X1)、第二探測光(X2)相對應的位置設有第一反射鏡(M1)、第二反射鏡(M2)；

所述第一探測光(X1)經過原子干涉型重力儀的真空腔后入射到第一反射鏡(M1)上，第一反射鏡(M1)將第一探測光(X1)原路返回形成水平向左的第三探測光(X3)；水平向左的第三探測光(X3)經過第一1/4波片(C1)后被第二偏振立方分束器(PBS2)的分光面反射為垂直向上的第三探測光(X3)；垂直向上的第三探測光(X3)進入第一偏振立方分束器(PBS1)，并被第一偏振立方分束器(PBS1)的反射面反射為水平向左的第一反射光(X5)；第一反射光(X5)通過第一聚焦透鏡(L1)匯聚到第一光電探頭(PD1)上，第一光電探頭(PD1)用于檢測第一探測光(X1)和第三探測光(X3)的光強變化；

所述第二探測光(X2)經過原子干涉型重力儀的真空腔后入射到第二反射鏡(M2)上，第二反射鏡(M2)將第二探測光(X2)原路返回形成水平向左的第四探測光(X4)；水平向左的第四探測光(X4)經過第二1/4波片(C2)被三棱鏡反射為垂直向上的第四探測光(X4)；垂直向上的第四探測光(X4)進入第二偏振立方分束器(PBS2)，并被第二偏振立方分束器(PBS2)的反射面反射為水平向左的第二反射光(X6)；第二反射光(X6)通過第二聚焦透鏡(L2)匯聚到第二光電探頭(PD2)上，第二光電探頭(PD2)用于檢測第二探測光(X2)和第四探測光(X4)的光強變化。

2.如權利要求1所述的一種用于冷原子干涉型重力儀原子數探測裝置，其特征在于：所述第一光電探頭(PD1)與運算放大器的正極輸入端相連，第二光電探頭(PD2)與運算放大器的負極輸入端相連。

3.基于權利要求2所述的一種用于冷原子干涉型重力儀原子數探測裝置的探測方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1，打開激光器，第一探測光(X1)、第三探測光(X3)、第二探測光(X2)和第四探測光(X4)在冷原子干涉型重力儀的真空腔內下方形成一個探測區，冷原子團參與完干涉之后分布在兩個基態能級上，即冷原子團處于疊加態；

步驟2，處于疊加態的冷原子團在重力的作用下會繼續下落，當冷原子團下落至第一探測光(X1)時，由于第一探測光(X1)與冷原子團之間的光電效應，冷原子團中的其中一基態的原子會吸收第一探測光(X1)中的光子，致使第一反射光(X5)的光強減弱，使用第一光電探頭(PD1)檢測第一探測光(X1)和第二探測光(X3)的變化；

步驟3，當處于疊加態的冷原子團下落至第二探測光(X2)時，冷原子團中另一基態的原子會吸收第二探測光(X2)中的光子，使得第二反射光(X6)的光強減弱，通過第二光電探頭(PD2)可以檢測到第二探測光(X2)和第四探測光(X4)的變化。