[发明专利]一种基于HOM干涉原理的新型重力仪

说明书

技术领域

本发明涉及重力探测领域，特别是一种基于HOM干涉原理的新型重力仪，可以实现高精度重力加速度g的测量，为分析重力场的变化规律、地壳的运动和结构、地表重力场参数等提供实验数据，能够广泛应用于计量、测绘、地球物理、海洋探测和空间科学等领域。

背景技术

重力测量最早可追溯到16世纪伽利略的比萨斜塔自由落体实验,随着量子力学和时频技术的发展，绝对重力测量(g，常用值9.81m/s²)的准确度也在不断提高，并广泛应用于计量、测绘、地质、地震和资源勘探等多个领域。

意大利国家计量院研制了IMGC-2型绝对重力仪，是采用上抛-下落原理的高精度绝对重力仪。美国JILA实验室Faller的研究小组曾研制六台JILA-g型绝对重力仪，提供给多个国家的计量和测绘部门使用，后来Niebauer等在 JILA-g的基础上进行改进，实现了高精度绝对重力仪的商品化，即目前Micro-g 公司生产的FG-5型绝对重力仪。1999年朱棣文等发表在基于原子干涉仪的高精度绝对重力测量结果，在精密物理测量领域引起广泛关注。2012年清华大学也自主研制了T-1型可搬运式高精度绝对重力仪，可实现微伽量级不确定度的精密重力测量。

目前可实现的高精度重力仪方案多种多样，但是在分辨率提高和工程实现上都存在各种各样的问题。例如基于经典光学的重力仪，要求所使用的光源带宽越宽越好，但是光源的线宽会引起色散问题；原子干涉重力仪精度较高，但是在工程化方面，成熟度低，体积庞大且不能实现连续测量，基于此，本发明设计了一种基于HOM干涉原理的新型重力仪，一方面可以克服经典光学重力仪的色散问题，还能实现高精度重力加速度g的测量。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种高精度的可广泛用于计量、测绘、地球物理、海洋探测和空间科学等领域的新型重力仪。

本发明的技术解决方案是：一种基于HOM干涉原理的新型重力仪，包括纠缠源、延时器、第一分束器、应力传感器、待下落棱镜、参考棱镜、第二分束器、第一探测器、第二探测器、符合测量逻辑计算器、原子钟、控制器，其中

纠缠源，在待下落棱镜位于初位置时产生包括信号光和闲置光的第一纠缠光子序列，将第一纠缠光子序列中的闲置光送至延时器，将第一纠缠光子序列中的信号光送至第一分束器，待下落棱镜自由落体至末位置后，产生包括信号光和闲置光的第二纠缠光子序列，并将第二纠缠光子序列中的闲置光送至延时器，将第二纠缠光子序列中的信号光送至第一分束器；

延时器，调整第一纠缠光子序列中的闲置光、第二纠缠光子序列中的闲置光的延时后分别送至第一分束器；

第一分束器，对第一纠缠光子序列中的信号光、第二纠缠光子序列中的信号光进行反射后使两束信号光沿竖直向上方向传输，将第一纠缠光子序列中的信号光送至初位置的待下落棱镜，将第二纠缠光子序列中的信号光送至末位置的待下落棱镜，对延时后的第一纠缠光子序列中的闲置光、第二纠缠光子序列中的闲置光进行透射后分别送至第二分束器；

应力传感器，当待下落棱镜自由落体至末位置时，控制原子钟记录待下落棱镜自由落体至末位置的时刻t₂；

待下落棱镜，在应力传感器上方的初位置时对第一分束器反射的第一纠缠光子序列中的信号光进行反射后使第一纠缠光子序列中的信号光沿竖直向下方向传输，送至参考棱镜，自由落体至应力传感器后，对第一分束器反射的第二纠缠光子序列中的信号光进行反射后使第二纠缠光子序列中的信号光沿竖直向下方向传输，送至参考棱镜；

参考棱镜，反射待下落棱镜反射的第一纠缠光子序列中的信号光、第二纠缠光子序列中的信号光后送至第二分束器；

第二分束器，接收发生干涉后的第一纠缠光子序列中的信号光与第一纠缠光子序列中的闲置光后进行反射和透射，接收发生干涉后的第二纠缠光子序列中的信号光与第二纠缠光子序列中的闲置光后进行反射和透射；

第一探测器，探测第二分束器反射的发生干涉的第一纠缠光子序列中的信号光与第一纠缠光子序列中的闲置光后的光信号，产生第一电信号并送至符合测量逻辑计算器，探测第二分束器反射的发生干涉的第二纠缠光子序列中的信号光与第二纠缠光子序列中的闲置光后的光信号，产生第三电信号并送至符合测量逻辑计算器；