[发明专利]基于热光场聚束效应的重力仪

说明书

本发明公开了基于热光场聚束效应的重力仪，属于重力探测领域。当测量光束和参考光束同时到达两探测器时，对这两个探测器输出的光信号做归一化二阶关联函数计算，得到峰值，即表现出聚束效应，本发明的重力仪即利用热光场的这种聚束效应实现，由于采用的是归一化二阶关联函数计算方法，光程差对测量结果的影响较小，因此本发明基本不受大气扰动影响，可以克服传统重力仪无法直接暴露在大气环境下使用的问题，可以实现抗干扰重力探测能力，兼顾工程化和高分辨率，可广泛应用于复杂环境下的重力探测。

技术领域

本发明涉及基于热光场聚束效应的新型重力仪，属于重力探测领域。

背景技术

IMGC-2型绝对重力仪是意大利国家计量院研制的，采用的是上抛-下落原理。美国JILA实验室Faller的研究小组研制了六台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。

复杂环境下的重力探测要求重力仪具有强抗干扰能力，高分辨率，否则测量结果会严重失真。而上述重力仪都存在高分辨率和工程化难以兼顾、抗干扰能力较差的问题。例如基于经典光学的重力仪，工程化简单，但是高分辨率要求所使用的光源带宽较宽，容易引起色散，影响分辨率提高，且抗干扰能力较差；原子干涉重力仪分辨率较高，但是抗干扰能力较差，且难以实现工程化。因此，现有重力仪不能满足复杂环境下的重力探测需要。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种基于热光场聚束效应的重力仪，不受大气扰动的影响，能够实现抗干扰重力探测，兼顾工程化和高分辨率，可广泛应用于复杂环境下重力加速度g的测量。

本发明的技术解决方案是：基于热光场聚束效应的重力仪，包括热光源、透镜、小孔、极化分束器、第一反射镜、分束器、应力传感器、待下落棱镜、参考棱镜、第二反射镜、延时器、第一探测器、第二探测器、符合测量逻辑计算器以及原子钟；

小孔放置于透镜的焦平面上，热光源发出的光经过透镜会聚到小孔上，从小孔出射的光经过极化分束器变成线偏振光后入射到第一反射镜上，经第一反射镜反射后入射到分束器上，经分束器透射的光经过延时器延时后被第二探测器接收，经分束器反射的光沿竖直方向向上传输，入射到待下落棱镜上，经待下落棱镜回射后，沿竖直方向向下传输，入射到参考棱镜上，经参考棱镜回射后，入射到第二反射镜上，经第二反射镜反射后被第一探测器接收，第一探测器和第二探测器将探测到的光信号同时输入到符合测量逻辑计算器，符合测量逻辑计算器对第一探测器和第二探测器输出的光信号做归一化二阶关联函数计算；

所述应力传感器位于待下落棱镜的正下方，在重力测量过程中，原子钟记录待下落棱镜做自由落体运动的起始时刻t₁以及下落到应力传感器上的末时刻t₂，利用公式计算重力加速度g，其中Δt＝t₂-t₁，Δτ＝τ₂-τ₁，τ₁为待下落棱镜未做自由落体运动时，符合测量逻辑计算器做归一化二阶关联函数计算得到峰值时延时器的延时，τ₂为待下落棱镜位于应力传感器上时，符合测量逻辑计算器做归一化的二阶关联函数计算得到峰值时延时器的延时。

待下落棱镜入射光和出射光均沿竖直方向传输的光路调节方法如下：

(2.1)建立包括激光、第一反射镜、分束器、待下落棱镜、水槽、第三反射镜以及校准回射棱镜的调节装置；