面向重力加速度测量领域的原子干涉操控方法综述

发布时间：2021-09-19 07:31

　　原子干涉重力仪凭借高精度小型化的优势,在高精度重力测量方面具有良好的发展前景。目前原子干涉重力仪在使用过程中,通常使用传统拉曼三脉冲方法对原子团进行分束合束的干涉操控,但不同的干涉操控方法会导致最终原子干涉条纹的测量精度的不同。介绍了几种原子干涉的操控方法,在传统原子干涉操控方法的基础上,增大原子干涉闭合回路的干涉面积,进而能够提高原子干涉条纹的分辨率。对这几种方法进行了比较,分析了每种方法需要的实验条件,得出了几种原子干涉操控方法对原子干涉重力仪的测量的影响。提出了提高原子干涉重力仪测量精度的建议,为后续更高精度的原子干涉重力仪的研究提供了参考。 

【文章来源】：测控技术. 2020,39(09)

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

冷原子干涉重力仪装置图

利用拉曼激光对原子团进行干涉操控时，将87Rb原子三能级系统等效成二能级系统。通常比较经典的方法是三脉冲拉曼激光原子干涉操控方法，即通过π/2-π-π/2三脉冲拉曼激光，实现原子团干涉操控。所谓的π/2脉冲是指能够使原子完成1/4个跃迁周期，即一半数量的原子从一个态跃迁至另一个态的共振脉冲;所谓的π脉冲是指能够使原子完成半个跃迁周期，即全部的原子从一个态完全跃迁到另一个态的共振脉冲[14]。图3为间隔干涉周期T的π/2-π-π/2三脉冲拉曼激光操控示意图[15]。图3 典型π/2-π-π/2单次干涉操控方案的示意图

图2 不同干涉周期下的原子干涉条纹当冷原子团在MOT中被冷却与陷俘后，首先通过选态脉冲将所有原子的初态制备到52S1/2,F=1,mf=0态，当原子团与拉曼光π/2脉冲作用时，会有一半数量的原子从F=1态跃迁至F=2态，F=2态的原子由于吸收一个光子的动量而加速，由于两部分原子的动量不同，因此在空间上两团原子会分开，这个过程好比光学干涉过程中的分束镜的作用;经过时间T之后，两团原子与拉曼光π脉冲进行作用，处于F=2态的原子与π脉冲作用后会全部跃迁至F=1态，处于F=1态的原子与π脉冲作用后会全部跃迁至F=2态，这个过程好比光学干涉过程中的反射镜的作用;当再次经过时间T之后，两团原子由于动量的不同在空间上会发生汇聚;最后原子团与π/2脉冲进行作用，此时处于F=1态的原子会有一半跃迁至F=2态，处于F=2态的原子也相同，最后的原子团处于F=1态和F=2态的叠加态，通过对原子内态的探测(宏观上表示为不同能级的原子的布居数占比)即可反映出原子团的相位随重力加速度的变化情况，并且据此计算出当地重力加速度的绝对值。

【参考文献】：
期刊论文
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博士论文
[1]高精度绝对重力仪产业化的关键技术研究[D]. 欧同庚.中国地震局地球物理研究所 2019
[2]Bragg衍射型原子干涉重力测量的实验研究[D]. 程源.华中科技大学 2018
[3]小型化原子干涉仪的研究及其在精密测量中的应用[D]. 子菲.浙江大学 2018
[4]基于冷原子干涉仪的重力梯度精密测量研究[D]. 宋宏伟.华中科技大学 2017
[5]绝对重力仪中相对论效应的研究[D]. 谈玉杰.华中科技大学 2017
[6]可移动原子重力仪关键技术研究[D]. 王启宇.浙江大学 2015
[7]基于冷原子干涉的重力加速度精密测量研究[D]. 程冰.浙江大学 2013
[8]高分辨率原子干涉重力测量实验研究[D]. 孙步梁.华中科技大学 2013
[9]原子干涉重力梯度测量原理性实验研究[D]. 段小春.华中科技大学 2011
[10]原子干涉重力测量原理性实验研究[D]. 周敏康.华中科技大学 2011



本文编号：3401295