[發(fā)明專利]一種拉曼光方向快速測(cè)量裝置

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210439852.5
• 申請(qǐng)日: 2022-04-25
• 公開（公告）號(hào): CN114779360A
• 公開（公告）日: 2022-07-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 胡忠坤;徐耀耀;鄧小兵;段小春;周敏康
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G01V7/02
• 分類號(hào): G01V7/02;G01J3/44;G01J3/02;G01V13/00
• 代理公司: 武漢華之喻知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 42267
• 代理人: 劉婭婷;張彩錦

本發(fā)明公開了一種拉曼光方向快速測(cè)量裝置，應(yīng)用于原子干涉重力儀中，包括光闌、分束器、回向反射鏡、液體容器、平凸透鏡和光斑位置探測(cè)器，其中，光闌用于將原子干涉重力儀出射的拉曼光進(jìn)行直徑限制，得到一束較細(xì)的拉曼光束；分束器用于將拉曼光束分成兩束，其中一束由分束器的上表面反射后入射至回向反射鏡，隨后沿著原方向反射回去，經(jīng)分束器透射后通過平凸透鏡照射在光斑位置探測(cè)器上；另一束透射分束器后繼續(xù)穿過原子干涉重力儀的真空腔體，照射在水平液面上，經(jīng)液面反射后再次穿過真空腔體并照射在分束器的下表面上，經(jīng)反射后通過平凸透鏡同樣照射在光斑位置探測(cè)器上。本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)拉曼光方向的快速測(cè)量，并可有效提高拉曼光方向測(cè)量精度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于原子干涉重力儀技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種拉曼光方向快速測(cè)量裝置。

背景技術(shù)

地球表面重力加速度源于地球?qū)ξ矬w的萬(wàn)有引力和離心力，它是地球重力場(chǎng)的重要參數(shù)，對(duì)其精確測(cè)量在基礎(chǔ)物理、地球物理、重力導(dǎo)航以及資源勘探等諸多領(lǐng)域有著重要意義。原子干涉重力儀利用在真空環(huán)境中自由下落的冷原子作為檢驗(yàn)質(zhì)量，基于原子干涉過程實(shí)現(xiàn)絕對(duì)重力測(cè)量，與傳統(tǒng)的落體角錐式絕對(duì)重力儀相比具有更高的潛在靈敏度。

一般來(lái)說(shuō)，原子干涉過程可通過激光對(duì)原子的相干操控來(lái)實(shí)現(xiàn)，這束激光即為拉曼光。在原子干涉重力測(cè)量過程中，測(cè)量結(jié)果是重力加速度在拉曼光方向上的投影，當(dāng)拉曼光方向與重力加速度方向之間存在的夾角θ時(shí)，重力測(cè)量的結(jié)果就會(huì)產(chǎn)生偏差，如圖1所示，夾角θ對(duì)重力測(cè)量的影響為引入測(cè)量結(jié)果偏差Δg＝g*θ²/2。拉曼光方向偏差是原子干涉重力測(cè)量中一項(xiàng)重要的系統(tǒng)誤差項(xiàng)，當(dāng)夾角θ達(dá)到1mrad時(shí)，其引入的重力測(cè)量偏差將高達(dá)500μGal(1μGal＝10^-8m/s²)。為了有效地修正該重力測(cè)量偏差，需要對(duì)拉曼光的方向進(jìn)行優(yōu)化，對(duì)其與重力加速度方向的夾角θ進(jìn)行測(cè)量，得到其與重力加速度方向之間的實(shí)際夾角大小。

目前，應(yīng)用于原子干涉重力儀中的拉曼光方向測(cè)量評(píng)估方法主要有：

a)在論文Chin.Phys.B 29 073701中公開了一種應(yīng)用于原子干涉重力儀中的基于調(diào)制實(shí)驗(yàn)測(cè)量拉曼光方向的方法，該方法調(diào)制拉曼光準(zhǔn)直擴(kuò)束器的方向，用傾斜儀記錄擴(kuò)束器的方向的變化，并記錄原子干涉重力測(cè)量值隨之的變化。通過擬合傾斜儀讀數(shù)與重力測(cè)量值之間的變化關(guān)系，得到拉曼光與重力加速度方向一致時(shí)的傾斜儀讀數(shù)，并調(diào)節(jié)擴(kuò)束器方向使得傾斜儀的讀數(shù)位于該值處。

b)在發(fā)明專利202021973432.8中公開了一種應(yīng)用于原子干涉重力儀中的基于調(diào)制實(shí)驗(yàn)測(cè)量拉曼光方向的方法，該方法調(diào)制原子重力儀的整體姿態(tài)，用傾斜儀記錄儀器姿態(tài)的變化，并記錄原子干涉重力測(cè)量值隨之的變化。通過擬合傾斜儀讀數(shù)與重力測(cè)量值之間的變化關(guān)系，得到拉曼光與重力加速度方向一致時(shí)的傾斜儀讀數(shù)，并儀器的整體姿態(tài)使得傾斜儀的讀數(shù)位于該值處。

這兩種測(cè)量拉曼光方向的方法均需要對(duì)拉曼光的方向進(jìn)行調(diào)制，調(diào)制實(shí)驗(yàn)耗時(shí)長(zhǎng)；且這兩種方法都需要以重力儀的測(cè)量結(jié)果為判據(jù)，而該測(cè)量結(jié)果在拉曼光方向調(diào)制過程中變化的同時(shí)，也會(huì)受到地下水、大氣壓等環(huán)境因素影響而發(fā)生偏移，這將直接影響到拉曼光調(diào)制過程中重力測(cè)量值最大點(diǎn)位置的獲取，進(jìn)而影響到拉曼光方向測(cè)量結(jié)果的精度。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種拉曼光方向快速測(cè)量裝置，省去了傳統(tǒng)調(diào)制實(shí)驗(yàn)的時(shí)間耗費(fèi)，可快速實(shí)現(xiàn)對(duì)拉曼光方向的測(cè)量，且受環(huán)境因素的的影響小，可有效提升測(cè)量精度。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種拉曼光方向快速測(cè)量裝置，應(yīng)用于原子干涉重力儀中，包括光闌、分束器、回向反射鏡、液體容器、平凸透鏡和光斑位置探測(cè)器，所述光斑位置探測(cè)器設(shè)置在所述平凸透鏡的物方焦平面處；