[发明专利]一种原子干涉重力仪波前相移快速评估方法及系统

权利要求书

1.一种原子干涉重力仪波前相移快速评估方法，其特征在于，包括：

在单个测量周期内，进行冷原子团制备与速度选择后释放冷原子团；利用非破坏性成像方法对自由下落的冷原子团进行成像，通过多次不同高度的冷原子团成像，拟合得到本次测量周期中的冷原子团分布参数；所述非破坏性成像方法中，成像光的频率和冷原子团跃迁频率的频率差值大于预设第一阈值，所述成像光的光强小于预设第二阈值，从而避免所述成像光对冷原子团的加热效应，成像光的色散效应仍然存在，从而在不破坏冷原子团的情况下，利用色散信号完成冷原子团成像测量；成像后的冷原子团经过与拉曼光作用形成干涉序列，并通过冷原子团末态探测，提取包含波前相移的原子干涉相位；

调整用于进行所述冷原子团制备与速度选择的参数配置，进而重复执行由上述各个步骤形成的测量周期；

在达到预设的测量周期执行数目时，根据所述冷原子团分布参数及提取得到的所述包含波前相移的原子干涉相位实现波前相移评估。

2.根据权利要求1所述的原子干涉重力仪波前相移快速评估方法，其特征在于，所述非破坏性成像方法采用基于暗场成像、相衬法成像、法拉第旋转成像、离焦成像、空间外差干涉法成像中的任意一种实现。

3.根据权利要求1所述的原子干涉重力仪波前相移快速评估方法，其特征在于，所述根据所述冷原子团分布参数及提取得到的所述包含波前相移的原子干涉相位实现波前相移评估，包括：

采用Zernike多项式分解方法，利用各个测量周期拟合得到的所述冷原子团分布参数以及提取得到的所述包含波前相移的原子干涉相位，根据波前相移公式，构造超定方程组；求解所述超定方程组，得到用于重构拉曼光波前的各阶Zernike多项式系数，基于所述各阶Zernike多项式系数重构拉曼光波前，实现波前相移评估。

4.根据权利要求3所述的原子干涉重力仪波前相移快速评估方法，其特征在于，所述采用Zernike多项式分解方法，利用各个测量周期拟合得到的所述冷原子团分布参数以及提取得到的所述包含波前相移的原子干涉相位，根据波前相移公式，构造超定方程组，具体包括：

通过Zernike多项式拟合待评估激光波前，以所述各阶Zernike多项式系数组成待估计的参数向量A，利用各周期拟合得到的所述冷原子团分布参数计算各阶Zernike多项式的归一化相移，组成系数矩阵M，利用各周期测量得到的包含波前相移的原子干涉相位组成观测向量B，构造超定方程组M·A＝B。

5.根据权利要求3所述的原子干涉重力仪波前相移快速评估方法，其特征在于，所述求解所述超定方程组的方法包括最优估计方法，所述最优估计方法包括最小二乘法。

6.一种原子干涉重力仪波前相移快速评估系统，其特征在于，包括原子干涉重力仪和用于实现非破坏性成像方法的非破坏性成像单元，所述非破坏性成像单元设置于原子干涉重力仪的磁光阱单元下方，用于对经过原子干涉重力仪干涉腔的冷原子团进行非破坏性成像，从而获取衍射图像；所述非破坏性成像单元的成像光的频率和冷原子团跃迁频率的频率差值大于预设第一阈值，所述成像光的光强小于预设第二阈值，从而避免所述成像光对冷原子团的加热效应，成像光的色散效应仍然存在，从而在不破坏冷原子团的情况下，利用色散信号完成冷原子团成像测量；

所述原子干涉重力仪的计算机处理单元用于根据每个测量周期得到的所述衍射图像获取所述冷原子团分布参数，调整用于进行所述冷原子团制备与速度选择的参数配置，进而触发各个测量周期的顺次执行；并在达到预设的测量周期执行数目时，根据所述冷原子团分布参数及提取得到的包含波前相移的原子干涉相位实现波前相移评估。

7.根据权利要求6所述的原子干涉重力仪波前相移快速评估系统，其特征在于，所述非破坏性成像单元包括光路上依次布置的光纤耦合头、准直透镜、成像透镜和CMOS探测器；其中，所述光纤耦合头和所述准直透镜用于产生与冷原子团作用的成像光，所述成像透镜和CMOS探测器用于接收成像光与冷原子团作用后的衍射图像。