[发明专利]光路调节装置、方法和重力仪

说明书

本公开提供了一种光路调节装置、方法和重力仪，涉及重力仪领域。该装置包括：光纤器件，被配置为将入射光传输至准直器，以及提取重力仪光学组件反射回的测量光束；准直器，被配置为将入射光转变为准直光；重力仪光学组件，被配置将准直光组建形成测量光束，并将测量光束反射回光纤器件；探测器，被配置为探测光纤器件提取的反射测量光束，并输出探测信号，以便根据探测信号调节测量光束角度以使测量光束垂直于水平基准面。本公开能够避免由于人为因素造成的复现性差等问题，提高了光路垂直性调节的灵敏度和准确性。

技术领域

本公开涉及重力仪领域，尤其涉及一种光路调节装置、方法和重力仪。

背景技术

重力加速度是地球物理场的重要参数之一，是由地球引力和自转等因素共同造成的，随着时间和空间的变化而改变，具有时间性和区域性。高精度的重力测量在地球物理、大地测量等方面有十分重要的意义，同时对基础物理等研究领域也具有重要的影响。

目前绝对重力仪通常分为光学重力仪和原子重力仪两类，分别采用自由下落的角锥棱镜和冷原子团作为被测质量，在自由下落过程中，通过一束沿重力加速度方向的激光，分别形成光学干涉条纹和原子干涉条纹，实现对重力加速度的测量。

当激光与重力加速度存在一定角度时，实际测量的结果为重力加速度沿激光方向的分量，即原子干涉重力仪测量结果为沿Raman(拉曼)光有效波矢方向的分量，造成测量准确度下降。虽然光学重力仪和原子重力仪测量原理不同，但对于激光的垂直性要求是相同的。由于该激光的垂直偏角引入的重力加速度偏差表示为Δg＝gΔθ²/2，因此当倾斜角度为45μrad时，对应重力加速度测量偏差达1μGal，而当灵敏度达到0.1μGal时，需要角度偏移小于14.3μrad。因此激光垂直性成为重力测量准确度中不可忽视的一项。

发明内容

本公开要解决的一个技术问题是提供一种光路调节装置、方法和重力仪，能够提高光路垂直性调节的灵敏度和准确性。

根据本公开一方面，提出一种光路调节装置，包括：光纤器件，被配置为将入射光传输至准直器，以及提取重力仪光学组件反射回的测量光束；准直器，被配置为将入射光转变为准直光；重力仪光学组件，被配置为将准直光组建形成测量光束，并将测量光束反射回光纤器件；探测器，被配置为探测光纤器件提取的反射测量光束，并输出探测信号，以便根据探测信号调节测量光束角度以使测量光束垂直于水平基准面。

可选地，光纤器件为光纤环形器；其中，入射光通过光纤环形器的输入端入射到光纤环形器，并通过第一输出端输出至准直器；以及光纤环形器提取的反射测量光束通过第二输出端输出至探测器。

可选地，光纤器件为光纤分束器；其中，入射光通过光纤分束器的第一分束端入射到光纤分束器，并通过合束端输出至准直器；以及光纤分束器提取的反射测量光束通过第二分束端输出至探测器。

可选地，在探测信号的电压值为最大值的情况下，测量光束与水平基准面垂直；和/或在探测信号的光功率值为最大值的情况下，测量光束与水平基准面垂直。

可选地，该光路调节装置还包括：伺服控制系统，被配置为根据探测信号生成误差信号，基于误差信号生成伺服控制信号，并根据伺服控制信号控制可控镜架，以使测量光束垂直于水平基准面；其中，可控镜架用于夹持重力仪光学组件的镜面。

可选地，伺服控制系统包括：功分器，被配置为将探测信号分为第一维度探测信号和第二维度探测信号；第一伺服器，被配置为根据第一维度探测信号生成第一误差信号；第二伺服器，被配置为根据第二维度探测信号生成第二误差信号；第一控制器，被配置为基于第一误差信号生成第一伺服控制信号；第二控制器，被配置为基于第二误差信号生成第二伺服控制信号；第一驱动装置，被配置为根据第一伺服控制信号控制可控镜架的第一维度；第二驱动装置，被配置为根据第二伺服控制信号控制可控镜架的第二维度。