[发明专利]基于类金字塔结构型原子干涉重力梯度测量方法及装置

摘要

一种基于二维交叉光栅的类金字塔结构型原子干涉重力梯度测量方法及装置，该方法的步骤为：S1：冷原子团的制备；通过前级冷却得到冷原子团；S2：速度选择与态制备；通过拉曼速度选择，原子团温度进一步降低；态制备在磁不敏感的状态F＝1,mF＝0上；S3：原子干涉；通过两束拉曼光对原子团施加π/2、π和π/2三束光脉冲，实现原子团的分束与合束，构建了一个原子干涉仪。S4：内态探测；在干涉完成后，将原子团自由下落一段时间，通过探测光配合回泵光、吹散光的作用，分别测得处于两基态超精细能级上的原子布居数，并最终得到跃迁概率以及重力加速度值。该装置用来实施上述方法。本发明具有整体体积小、鲁棒性强、成本低、测量精度高等优点。

主权项

1.一种基于二维交叉光栅的类金字塔结构型原子干涉重力梯度测量方法，其特征在于，步骤为：

S1：冷原子团的制备；通过冷却进行前级冷却得到冷原子团；

S2：速度选择与态制备；通过拉曼速度选择，原子团温度进一步降低；态制备在磁不敏感的状态|F＝1,m_F＝0>上；

S3：原子干涉；通过两束拉曼光对原子团施加π/2、π和π/2三束光脉冲，实现原子团的分束与合束，构建了一个原子干涉仪；

S4：内态探测；在干涉完成后，将原子团自由下落一段时间，通过探测光分别测得处于两基态超精细能级上的原子布居数，并最终得到跃迁概率以及重力加速度值。

2.根据权利要求1所述的基于二维交叉光栅的类金字塔结构型原子干涉重力梯度测量方法，其特征在于，所述步骤S2中，原子团温度进一步降低至1μk。

3.根据权利要求1所述的基于二维交叉光栅的类金字塔结构型原子干涉重力梯度测量方法，其特征在于，所述步骤S1中，通过磁光阱、偏振梯度冷却进行前级冷却得到冷原子团。

4.根据权利要求1或2或3所述的基于二维交叉光栅的类金字塔结构型原子干涉重力梯度测量方法，其特征在于，所述步骤S4中通过探测光配合回泵光、吹散光的作用，分别测得处于两基态超精细能级上的原子布居数。

5.一种基于二维交叉光栅的类金字塔结构型原子干涉重力梯度测量装置，其特征在于，包括真空腔、扩束筒、二维交叉光栅以及用于产生分离式金字塔结构的反射镜组件；所述扩束筒用来引入真空系统的单根光纤，所述二维交叉光栅位于扩束筒与反射镜组件之间；所述反射镜组件由上至下依次分为：第一MOT区、第一干涉区、第二MOT区、第二干涉区和探测区；所述第一MOT区内包括四个第一反射镜和与之对应的四个分光器，第二MOT区内也包括四个第一反射镜，探测区的下方设置有第二反光镜。

6.根据权利要求5所述的基于二维交叉光栅的类金字塔结构型原子干涉重力梯度测量装置，其特征在于，一束冷却光由所述扩束筒引入，经过二维交叉光栅后分为五束光。

7.根据权利要求6所述的基于二维交叉光栅的类金字塔结构型原子干涉重力梯度测量装置，其特征在于，所述五束光中竖直向下的光功率为其他四束光功率的1/2，五束光偏振特性相同。

8.根据权利要求6或7所述的基于二维交叉光栅的类金字塔结构型原子干涉重力梯度测量装置，其特征在于，位于所述第一MOT区的四个第一反射镜将四束光方向调整为竖直向下，经过四个分光器分为两个部分，一部分用于形成上磁光阱，另一部分用于形成下磁光阱，实现原子团的冷却和囚禁。

9.根据权利要求6或7所述的基于二维交叉光栅的类金字塔结构型原子干涉重力梯度测量装置，其特征在于，所述第一MOT区中，所述四个第一反射镜位于所述真空腔的腔体四面，且与水平面成一定度角。

10.根据权利要求6或7所述的基于二维交叉光栅的类金字塔结构型原子干涉重力梯度测量装置，其特征在于，所述真空腔采用变频干式涡旋泵、涡轮式分子泵和复合泵三级真空泵来实现系统所需的超高真空环境。