[发明专利]一种基于微晶玻璃腔体的重力测量装置及测量方法

权利要求书

1.一种基于微晶玻璃腔体的重力测量装置，其特征在于，包括二维微晶玻璃真空腔体(1)、三维微晶玻璃真空腔体(2)、碱金属源(6)、差分泵浦管(8)，其中，所述三维微晶玻璃真空腔体(2)从上到下分成三维冷却真空腔(13)、原子自由下落腔体(14)、原子探测腔(15)，其中，所述二维微晶玻璃真空腔体(1)通过差分泵浦管(8)连接在三维微晶玻璃真空腔体(2)的三维冷却真空腔(13)一侧，所述三维冷却真空腔(13)另一侧连接有吸气装置，碱金属源(6)连接在二维微晶玻璃真空腔体(1)上，另外，所述差分泵浦管(8)为与两个腔体材质一致的微晶玻璃制成，所述差分泵浦管(8)与二维微晶玻璃真空腔体(1)以及三维玻璃真空腔体(2)之间均通过低温键合技术连接。

2.根据权利要求1所述的重力测量装置，其特征在于，所述碱金属源(6)通过四通接头(4)与二维微晶玻璃真空腔体(1)连接。

3.根据权利要求2所述的重力测量装置，其特征在于，所述四通接头(4)上分别连接有离子泵(5)和真空阀(7)。

4.根据权利要求3所述的重力测量装置，其特征在于：所述二维微晶玻璃真空腔体(1)和三维玻璃真空腔体(2)均通过低温键合技术将微晶玻璃窗片键合或粘接在微晶玻璃基础框架上制成。

5.根据权利要求4所述的重力测量装置，其特征在于：所述吸气装置为吸气泵(3)或离子泵(5)。

6.一种基于权利要求1至5任一项所述重力测量装置的重力测量方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1.将二维微晶玻璃真空腔内部抽到超高真空后，并维持超高真空状态；

步骤2.打开碱金属源，维持二维微晶玻璃腔体内碱金属原子的数量；

步骤3.在二维微晶玻璃真空腔内施加两对正交二维冷却光束对，对腔体内的碱金属原子进行预冷却，使其在y，z方向上的运动速度得到降低；

步骤4.与此同时，在二维微晶玻璃真空腔体侧面注入一束推送光束，提高预冷却原子束流到三维微晶玻璃真空腔体的装载率；

步骤5.随后，在三维微晶玻璃腔内施加三对正交三维冷却光束对，获得陷俘冷原子团；

步骤6.完成对冷原子团的态制备，关闭光束，使原子自由下落；

步骤7.在冷原子团下落过程中，沿着y方向，作用一对相向传输的π/2拉曼脉冲光束对，随后冷原子团再经历自由下落时间T后，在同样方向作用π拉曼脉冲光束对，再间隔时间T后，最终作用π/2拉曼脉冲光束对，经过三次拉曼脉冲光束对的作用后，相位差可表示为：

Δφ＝φ_A-2φ_B+φ_C (1)

式中A,B,C分别对应三次拉曼脉冲作用，

其中，设t＝0时为第一个脉冲对作用时间，则根据间隔时间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为脉冲对有效波矢；

步骤8.在原子探测腔内利用一探测光束，完成下落原子态布居数分布的探测，得到：

P_|F＝2>＝[1-cos(Δφ)]/2 (2)

结合式(9)即可得到探测布居数与重力加速度的关系式：

P_|F＝2>＝[1-cos(k_effgT²)]/2 (3)

根据已知参数有效波矢k_eff和时间间隔T，结合探测布居数分布P_|F＝2>，即可得到当地的重力加速度，完成重力测量。

7.根据权利要求6所述的重力测量方法，其特征在于，制备两团原子团同时完成自由下落，两路原子干涉仪的相位差与两原子团位置的重力加速度相关：

Δφ₂-Δφ₁＝k_eff(g₂-g₁)T² (4)

则根据已知参数有效波矢k_eff和时间间隔T，结合两团原子团探测布居数分布P_|F＝2>，能够测量当地重力梯度。