[发明专利]基于光学腔的双物质波源干涉测量装置

说明书

一种基于光学谐振腔的双物质波源原子干涉测量装置，包括主真空腔体、光学谐振腔、碱土金属原子炉、探测光、探测区腔体、真空泵、光电探测器、原子操控激光、冷却激光、反亥姆赫兹线圈、补偿磁场线圈、冷原子团、偏置磁场线圈。本发明采用光学谐振腔提高了原子干涉激光的功率和波前相位平整度，具有干涉激光功率高、波前相位波动小，干涉装置结构紧凑、简单、可靠性高的特点。

技术领域

本发明涉及原子干涉仪，特别是一种基于光学谐振腔的双物质波源干涉测量装置。

背景技术

冷原子的干涉测量技术最初由美国斯坦福大学朱棣文教授小组实现。由于微观粒子原子同样具有波动性，微观粒子原子的物质波沿着不同路径演化后可以发生干涉现象。利用激光操控原子，可用原子干涉仪测量重力、重力梯度、万有引力常数等，此外原子干涉仪还可用于检验爱因斯坦弱等效原理在微观粒子领域是否发生破缺以及用于暗能量探测。目前，测量微观粒子领域的爱因斯坦弱等效原理是否破缺主要采用两种方法：第一种方法是测量同一种原子的不同同位素或者测量原子的不同内态之间的重力加速度是否一致。目前，采用同一种原子的不同同位素或者原子的内态验证爱因斯坦弱等效原理主要分为同步和非同步方法，同步方法主要采用同一真空装置同时实现两个原子干涉仪，而非同步方法采用分时测量两个原子的加速度，该种方法具有较大的非共模噪声对系统性能的影响。第二种方法主要测量不同原子之间的重力加速度是否一致。虽然理论上第二种方法具有实现更高的精度测量潜力，但是由于采用两种不同的原子之间的质量以及原子跃迁频率有较大的差别，因此会引入较大的非共模噪声，影响对差分加速度测量的精度。

目前，采用原子干涉验证爱因斯坦弱等效原理主要是基于传统喷泉的装置，但传统喷泉的装置很难实现，高功率激光以及激光波前相位波动限制了测量精度和测量的系统误差。

发明内容

本发明的目的在于为了克服传统冷原子干涉仪验证弱等效原理存在的缺陷，提出一种基于光学谐振腔的双物质波源干涉测量装置。

本发明的技术解决方案如下：

一种基于光学谐振腔的双物质波源原子干涉装置，其特点在于，包括主真空腔体、光学谐振腔、碱土金属原子炉、探测光、探测区腔体、真空泵、光电探测器、原子操控激光、冷却激光、反亥姆赫兹线圈、补偿磁场线圈、冷原子团、偏置磁场线圈；

所述的主真空腔体是一个多面腔体，设有6个窗口为冷却激光提供通道，所述的碱土金属原子炉、真空泵、反亥姆赫兹线圈和补偿磁场线圈置于所述的主真空腔体外，所述的真空泵与所述的主真空腔体相连，所述的真空泵用于维持主腔体中的真空度；所述的冷却激光通过所述主真空腔体6个窗口进入主真空腔体实现原子的激光冷却，所述反亥姆赫兹线圈包括两个电流流向相反的线圈，由水冷铜管构成并安装在主真空腔体的两个侧面上并使其磁场的轴线平行于其中一束冷却激光，所述的补偿磁场线圈为安装在主真空腔体上的六个线圈组成，所述的偏置磁场线圈是安装在主真空腔体上的两个导电线圈，所述的碱土金属原子炉与所述的主真空腔连通，为主真空腔体提供碱土金属原子，所述的冷原子团包含相同原子的两种同位素的两个原子团；

所述的探测区腔体置于所述的主真空腔体的下方，二者通过钛合金管道连接，所述的探测区腔体为多窗口的腔体，为原子的探测过程提供空间，窗口为探测激光和所要收集的荧光提供通道，其中三个窗口，分别为探测光窗口、光电探测器窗口和原子操控激光窗口，所述的光电探测器、碱土金属原子炉容器和所述的原子操控激光置于所述的探测区腔体外，所述的光电探测器与所述的探测区腔体的光电探测窗口相对，所述的碱土金属原子炉容器与所述的主真空腔体相连，

所述的原子操控激光输出的激光通过所述的探测区腔体的原子操控激光窗口进入所述的光学谐振腔；

所述的光学谐振腔由上下两面相对的高反射率反射镜组成，所述的上高反射率反射镜安装在所述的主真空腔体的内部，所述的下高反射率反射镜安装在所述的探测区腔体的内部。