[发明专利]冷原子干涉重力仪及克服科里奥利力效应的方法

说明书

技术领域

本发明涉及精密重力测量领域，特别涉及一种冷原子干涉重力仪及克服科里奥利力效应的方法。

背景技术

精密重力测量是对地球重力场进行高精度、高分辨率的测量，是获取地球重力场基础数据的重要手段，在国防军事、资源勘探、地震预报等领域中有重要应用。冷原子干涉重力仪是一种可实现重力加速度绝对测量的装置，相比光学干涉重力仪，具有更高的测量灵敏度和长期稳定性，是精密重力测量领域重点发展方向。

地球自转引起的科里奥利力效应对冷原子干涉重力仪有重要影响，由于原子重力仪采用冷原子团作为下落物体，科里奥利力效应作用到在东西方向上扩散的冷原子，导致重力加速度的测量值偏离真实值，降低了冷原子干涉重力仪的准确度，限制了冷原子干涉重力仪的应用和发展。

冷原子干涉重力仪系统主要包括冷原子物理系统和拉曼激光系统。目前，已有文献报道克服冷原子干涉重力仪中科里奥利力效应的方法，主要分为两种：第一种是法国巴黎天文台的科学家桑托斯(F.Santos)提出的转动冷原子干涉重力仪整体系统的方法，这种方法在系统转动过程中会引起重力仪的拉曼光路的变化，影响重力仪系统的稳定性；第二种方法是美国加州大学伯克利分校的穆勒(H.Müller)教授提出的转动拉曼激光反射镜的方法，通过电机主动控制拉曼光路以补偿地球自转的影响，这种方法需要对反射镜进行高精度控制，以避免光路变化导致的重力测量准确度下降。

发明内容

本发明实施例提供一种冷原子干涉重力仪及克服科里奥利力效应的方法。通过将冷原子干涉重力仪的冷原子物理系统部分置于水平转盘上，利用此水平转盘精密地、稳定地旋转冷原子物理系统，而在冷原子物理系统旋转过程中拉曼激光光路保持不变，从而可有效克服科里奥利力效应的影响。

根据本发明的一个方面，提供一种用于克服科里奥利力效应的方法，包括：

将冷原子物理系统放在水平设置的转盘上，以便冷原子物体系统能够在水平面上自由旋转；

将拉曼激光反射镜放置在拉曼激光光路上，以便冷原子物理系统旋转时拉曼激光光路保持不变；

旋转冷原子物理系统，以便使冷原子物理系统处于第一状态；

利用冷原子物理系统进行测量，以得到第一重力加速度值；

将冷原子物理系统由第一状态旋转至第二状态，其中第一冷却激光器和第二冷却激光器对称设置在冷原子物理系统的两侧，在第一状态和第二状态下第一冷却激光器和第二冷却激光器位于东西方向上，第二状态相比于第一状态，第一冷却激光器和第二冷却激光器的位置互换；

利用冷原子物理系统进行测量，以得到第二重力加速度值；

若第一重力加速度值和第二重力加速度值的和值与差值相等，则表明根据第一冷却激光器和第二冷却激光器当前的功率设置能够克服科里奥利力效应的影响。

在一个实施例中，若第一重力加速度和第二重力加速度的和值与差值不相等，则调整第一冷却激光器和第二冷却激光器的功率，然后重复执行旋转冷原子物理系统的步骤。

在一个实施例中，调整第一冷却激光器和第二冷却激光器的功率的步骤包括：

通过调整第一冷却激光器和第二冷却激光器的功率，以调整第一冷却激光器和第二冷却激光器的功率比值。

在一个实施例中，将冷原子物理系统由第一状态旋转至第二状态的步骤包括：

将冷原子物理系统由第一状态旋转180度，以到达第二状态。

在一个实施例中，拉曼激光反射镜与冷原子物理系统互相分离。

在一个实施例中，将拉曼激光反射镜放置在拉曼激光光路上的步骤包括：

在冷原子物理系统下方设置隔震平台；

将拉曼激光反射镜固定在隔震平台上，以便使拉曼激光反射镜处于拉曼激光光路上。

根据本发明的另一方面，提供一种冷原子干涉重力仪，包括冷原子物理系统、拉曼激光反射镜、水平设置的转盘，其中：

冷原子物理系统放在转盘上，以便冷原子物体系统能够在水平面上自由旋转；拉曼激光反射镜放置在拉曼激光光路上，以便冷原子物理系统旋转时拉曼激光光路保持不变；冷原子物理系统中的第一冷却激光器和第二冷却激光器对称设置在冷原子物理系统的两侧；

其中冷原子物理系统在第一状态下所测量的第一重力加速度值和在第二状态下所测量的第二重力加速度值的和值与差值相等的情况下，表明根据第一冷却激光器和第二冷却激光器当前的功率设置能够克服科里奥利力效应的影响，其中在第一状态和第二状态下第一冷却激光器和第二冷却激光器位于东西方向上，第二状态相比于第一状态，第一冷却激光器和第二冷却激光器的位置互换。