[发明专利]一种基于交错干涉构型的水平重力梯度测量装置及方法

权利要求书

1.一种基于交错干涉构型的水平重力梯度测量装置，包括冷原子干涉结构单元，其特征在于，冷原子干涉结构单元包括第一冷原子干涉结构单元(100)和第二冷原子干涉结构单元(200)，

第一冷原子干涉结构单元(100)内沿第一原子团运动轨迹(105)的上升轨迹依次设置第一原子冷却区域(a1)、第一原子态制备区域(b1)、第一原子干涉区域(c1)，第一冷原子干涉结构单元(100)内在第一原子团运动轨迹(105)的下降轨迹设置有第一原子探测区域(d1)，第一原子探测区域(d1)位于第一原子干涉区域(c1)下方，第一原子冷却区域(a1)内设置有第一碱金属源(109)，

第二冷原子干涉结构单元(200)内沿第二原子团运动轨迹(205)的上升轨迹依次设置第二原子冷却区域(a2)、第二原子态制备区域(b2)、第二原子干涉区域(c2)，第二冷原子干涉结构单元(200)内在第二原子团运动轨迹(205)的下降轨迹设置有第二原子探测区域(d2)，第二原子探测区域(d2)位于第二原子干涉区域(c2)下方，第二原子冷却区域(a2)内设置有第二碱金属源(209)，

第一冷却激光(107)和第二冷却激光(207)构成的冷却激光同时入射第一原子冷却区域(a1)和第二原子冷却区域(a2)，

第一态制备激光(106)和第二态制备激光(206)构成的态制备激光同时入射第一原子态制备区域(b1)和第二原子态制备区域(b2)，

第一π拉曼激光(102)和第二π拉曼激光(202)构成的π拉曼激光同时作用于第一原子干涉区域(c1)和第二原子干涉区域(c2)的顶部，

第一π/2拉曼激光(101)和第二π/2拉曼激光(201)构成的π/2拉曼激光同时作用于第一原子干涉区域(c1)和第二原子干涉区域(c2)的底部，

第一探测激光(103)和第二探测激光(203)构成的探测激光同时入射第一原子探测区域(d1)和第二原子探测区域(d2)，

第一光电探测器(104)和第二光电探测器(204)分别对准第一原子探测区域(d1)和第二原子探测区域(d2)。

2.一种基于交错干涉构型的水平重力梯度测量方法，利用权利要求1所述的一种基于交错干涉构型的水平重力梯度测量装置，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、当第一冷原子干涉结构单元(100)和第二冷原子干涉结构单元(200) 内的同步的原子团分别运动至第一探测区域(d1)和第二探测区域(d2)时，同时打开第一探测激光(103)和第二探测激光(203)，第一光电探测器(104)和第二光电探测器(204)分别收集第一探测区域(d1)和第二探测区域(d2)的荧光信号；

在第一冷原子干涉结构单元(100)内，当第N-4团原子向下运动至π/2拉曼激光(101、201)作用区域时，第N-3团原子刚好向上运动至π拉曼激光(102、202)作用区域，第N-2团原子刚好向上运动至π/2拉曼激光(101、201)作用区域，π/2拉曼激光(101、201)、π拉曼激光(102、202)同时打开，π/2拉曼激光(101、201)同时作用第N-4团原子和第N-2团原子，π拉曼激光(102、202)作用第N-3团原子，与此同时，第N-1团原子刚好到达第一态制备区域(b1)并完成了态制备过程，第N团原子刚好完成了原子囚禁过程，

在第二冷原子干涉结构单元(200)内，当第N-4团原子向下运动至π/2拉曼激光(101、201)作用区域时，第N-3团原子刚好向上运动至π拉曼激光(102、202)作用区域，第N-2团原子刚好向上运动至π/2拉曼激光(101、201)作用区域，π/2拉曼激光(101、201)、π拉曼激光(102、202)同时打开，π/2拉曼激光(101、201)同时作用第N-4团原子和第N-2团原子，π拉曼激光(102、202)作用第N-3团原子，与此同时，第N-1团原子刚好到达第二态制备区域(b2)并完成了态制备过程，第N团原子刚好完成了原子囚禁过程，

第二冷原子干涉结构单元(200)内的各团原子与第一冷原子干涉结构单元(100)内的各团原子完全同步进行原子囚禁、原子上抛、态制备、第一次π/2拉曼激光干涉、π拉曼激光干涉、第二次π/2拉曼激光干涉和荧光信号探测，

第一冷原子干涉结构单元(100)和第二冷原子干涉结构单元(200)内，相邻的两团原子之间的时间间隔始终等于自由演化时间T；

步骤2、过第一冷原子干涉结构单元(100)和第二冷原子干涉结构单元(200)所探测到的荧光信号结合椭圆拟合的方法求得第N团原子在经过完整的π/2～π～π/2干涉以后拉曼激光引入的总的相位差与水平重力梯度引入的相位差之和其中，ΔΨ_i为第i次原子上抛，第一冷原子干涉结构单元(100)和第二冷原子干涉结构单元(200)之间总的相位差；

步骤3、根据以下公式计算水平重力梯度Γ：

其中，k_eff为拉曼激光的有效波矢，L为第一原子干涉区域(c1)和第二原子干涉区域(c2)之间的水平间距。