本發(fā)明涉及精密重力測(cè)量領(lǐng)域，特別涉及一種冷原子干涉重力儀及克服科里奧利力效應(yīng)的方法。

背景技術(shù)：

精密重力測(cè)量是對(duì)地球重力場(chǎng)進(jìn)行高精度、高分辨率的測(cè)量，是獲取地球重力場(chǎng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的重要手段，在國(guó)防軍事、資源勘探、地震預(yù)報(bào)等領(lǐng)域中有重要應(yīng)用。冷原子干涉重力儀是一種可實(shí)現(xiàn)重力加速度絕對(duì)測(cè)量的裝置，相比光學(xué)干涉重力儀，具有更高的測(cè)量靈敏度和長(zhǎng)期穩(wěn)定性，是精密重力測(cè)量領(lǐng)域重點(diǎn)發(fā)展方向。

地球自轉(zhuǎn)引起的科里奧利力效應(yīng)對(duì)冷原子干涉重力儀有重要影響，由于原子重力儀采用冷原子團(tuán)作為下落物體，科里奧利力效應(yīng)作用到在東西方向上擴(kuò)散的冷原子，導(dǎo)致重力加速度的測(cè)量值偏離真實(shí)值，降低了冷原子干涉重力儀的準(zhǔn)確度，限制了冷原子干涉重力儀的應(yīng)用和發(fā)展。

冷原子干涉重力儀系統(tǒng)主要包括冷原子物理系統(tǒng)和拉曼激光系統(tǒng)。目前，已有文獻(xiàn)報(bào)道克服冷原子干涉重力儀中科里奧利力效應(yīng)的方法，主要分為兩種：第一種是法國(guó)巴黎天文臺(tái)的科學(xué)家桑托斯(F.Santos)提出的轉(zhuǎn)動(dòng)冷原子干涉重力儀整體系統(tǒng)的方法，這種方法在系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中會(huì)引起重力儀的拉曼光路的變化，影響重力儀系統(tǒng)的穩(wěn)定性；第二種方法是美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校的穆勒(H.Müller)教授提出的轉(zhuǎn)動(dòng)拉曼激光反射鏡的方法，通過(guò)電機(jī)主動(dòng)控制拉曼光路以補(bǔ)償?shù)厍蜃赞D(zhuǎn)的影響，這種方法需要對(duì)反射鏡進(jìn)行高精度控制，以避免光路變化導(dǎo)致的重力測(cè)量準(zhǔn)確度下降。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明實(shí)施例提供一種冷原子干涉重力儀及克服科里奧利力效應(yīng)的方法。通過(guò)將冷原子干涉重力儀的冷原子物理系統(tǒng)部分置于水平轉(zhuǎn)盤(pán)上，利用此水平轉(zhuǎn)盤(pán)精密地、穩(wěn)定地旋轉(zhuǎn)冷原子物理系統(tǒng)，而在冷原子物理系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)過(guò)程中拉曼激光光路保持不變，從而可有效克服科里奧利力效應(yīng)的影響。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種用于克服科里奧利力效應(yīng)的方法，包括：

將冷原子物理系統(tǒng)放在水平設(shè)置的轉(zhuǎn)盤(pán)上，以便冷原子物體系統(tǒng)能夠在水平面上自由旋轉(zhuǎn)；

將拉曼激光反射鏡放置在拉曼激光光路上，以便冷原子物理系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)時(shí)拉曼激光光路保持不變；

旋轉(zhuǎn)冷原子物理系統(tǒng)，以便使冷原子物理系統(tǒng)處于第一狀態(tài)；

利用冷原子物理系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)量，以得到第一重力加速度值；

將冷原子物理系統(tǒng)由第一狀態(tài)旋轉(zhuǎn)至第二狀態(tài)，其中第一冷卻激光器和第二冷卻激光器對(duì)稱(chēng)設(shè)置在冷原子物理系統(tǒng)的兩側(cè)，在第一狀態(tài)和第二狀態(tài)下第一冷卻激光器和第二冷卻激光器位于東西方向上，第二狀態(tài)相比于第一狀態(tài)，第一冷卻激光器和第二冷卻激光器的位置互換；

利用冷原子物理系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)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與差值相等，則表明根據(jù)第一冷卻激光器和第二冷卻激光器當(dāng)前的功率設(shè)置能夠克服科里奧利力效應(yīng)的影響。

在一個(gè)實(shí)施例中，若第一重力加速度和第二重力加速度的和值與差值不相等，則調(diào)整第一冷卻激光器和第二冷卻激光器的功率，然后重復(fù)執(zhí)行旋轉(zhuǎn)冷原子物理系統(tǒng)的步驟。

在一個(gè)實(shí)施例中，調(diào)整第一冷卻激光器和第二冷卻激光器的功率的步驟包括：

通過(guò)調(diào)整第一冷卻激光器和第二冷卻激光器的功率，以調(diào)整第一冷卻激光器和第二冷卻激光器的功率比值。

在一個(gè)實(shí)施例中，將冷原子物理系統(tǒng)由第一狀態(tài)旋轉(zhuǎn)至第二狀態(tài)的步驟包括：

將冷原子物理系統(tǒng)由第一狀態(tài)旋轉(zhuǎn)180度，以到達(dá)第二狀態(tài)。

在一個(gè)實(shí)施例中，拉曼激光反射鏡與冷原子物理系統(tǒng)互相分離。

在一個(gè)實(shí)施例中，將拉曼激光反射鏡放置在拉曼激光光路上的步驟包括：

在冷原子物理系統(tǒng)下方設(shè)置隔震平臺(tái)；

將拉曼激光反射鏡固定在隔震平臺(tái)上，以便使拉曼激光反射鏡處于拉曼激光光路上。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種冷原子干涉重力儀，包括冷原子物理系統(tǒng)、拉曼激光反射鏡、水平設(shè)置的轉(zhuǎn)盤(pán)，其中：

冷原子物理系統(tǒng)放在轉(zhuǎn)盤(pán)上，以便冷原子物體系統(tǒng)能夠在水平面上自由旋轉(zhuǎn)；拉曼激光反射鏡放置在拉曼激光光路上，以便冷原子物理系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)時(shí)拉曼激光光路保持不變；冷原子物理系統(tǒng)中的第一冷卻激光器和第二冷卻激光器對(duì)稱(chēng)設(shè)置在冷原子物理系統(tǒng)的兩側(cè)；

其中冷原子物理系統(tǒng)在第一狀態(tài)下所測(cè)量的第一重力加速度值和在第二狀態(tài)下所測(cè)量的第二重力加速度值的和值與差值相等的情況下，表明根據(jù)第一冷卻激光器和第二冷卻激光器當(dāng)前的功率設(shè)置能夠克服科里奧利力效應(yīng)的影響，其中在第一狀態(tài)和第二狀態(tài)下第一冷卻激光器和第二冷卻激光器位于東西方向上，第二狀態(tài)相比于第一狀態(tài)，第一冷卻激光器和第二冷卻激光器的位置互換。

在一個(gè)實(shí)施例中，冷原子物理系統(tǒng)由第一狀態(tài)旋轉(zhuǎn)180度，以到達(dá)第二狀態(tài)。

在一個(gè)實(shí)施例中，拉曼激光反射鏡與冷原子物理系統(tǒng)互相分離。

在一個(gè)實(shí)施例中，冷原子干涉重力儀還包括設(shè)置在冷原子物理系統(tǒng)下方的隔震平臺(tái)，其中：

拉曼激光反射鏡固定在隔震平臺(tái)上。

通過(guò)以下參照附圖對(duì)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征及其優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得清楚。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明用于克服科里奧利力效應(yīng)的方法一個(gè)實(shí)施例的示意圖。

圖2為本發(fā)明用于克服科里奧利力效應(yīng)的方法另一實(shí)施例的示意圖。

圖3為本發(fā)明冷原子干涉重力儀一個(gè)實(shí)施例的示意圖。

圖4為本發(fā)明冷原子干涉重力儀另一實(shí)施例的示意圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。以下對(duì)至少一個(gè)示例性實(shí)施例的描述實(shí)際上僅僅是說(shuō)明性的，決不作為對(duì)本發(fā)明及其應(yīng)用或使用的任何限制?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

除非另外具體說(shuō)明，否則在這些實(shí)施例中闡述的部件和步驟的相對(duì)布置、數(shù)字表達(dá)式和數(shù)值不限制本發(fā)明的范圍。

同時(shí)，應(yīng)當(dāng)明白，為了便于描述，附圖中所示出的各個(gè)部分的尺寸并不是按照實(shí)際的比例關(guān)系繪制的。

對(duì)于相關(guān)領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的技術(shù)、方法和設(shè)備可能不作詳細(xì)討論，但在適當(dāng)情況下，所述技術(shù)、方法和設(shè)備應(yīng)當(dāng)被視為授權(quán)說(shuō)明書(shū)的一部分。

在這里示出和討論的所有示例中，任何具體值應(yīng)被解釋為僅僅是示例性的，而不是作為限制。因此，示例性實(shí)施例的其它示例可以具有不同的值。

應(yīng)注意到：相似的標(biāo)號(hào)和字母在下面的附圖中表示類(lèi)似項(xiàng)，因此，一旦某一項(xiàng)在一個(gè)附圖中被定義，則在隨后的附圖中不需要對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步討論。

圖1為本發(fā)明用于克服科里奧利力效應(yīng)的方法一個(gè)實(shí)施例的示意圖。其中，本實(shí)施例的方法步驟包括：

步驟101，將冷原子物理系統(tǒng)放在水平設(shè)置的轉(zhuǎn)盤(pán)上，以便冷原子物體系統(tǒng)能夠在水平面上自由旋轉(zhuǎn)。

可選地，轉(zhuǎn)盤(pán)可以為水平設(shè)置的軸承轉(zhuǎn)盤(pán)。

步驟102，將拉曼激光反射鏡放置在拉曼激光光路上，以便冷原子物理系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)時(shí)拉曼激光光路保持不變。

可選地，拉曼激光反射鏡與冷原子物理系統(tǒng)互相分離，即拉曼激光反射鏡是固定設(shè)置的，并不隨冷原子物理系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)。

例如，可在冷原子物理系統(tǒng)下方設(shè)置隔震平臺(tái)，將拉曼激光反射鏡固定在隔震平臺(tái)上，并使拉曼激光反射鏡處于拉曼激光光路上。

步驟103，旋轉(zhuǎn)冷原子物理系統(tǒng)，以便使冷原子物理系統(tǒng)處于第一狀態(tài)。

其中第一冷卻激光器和第二冷卻激光器對(duì)稱(chēng)設(shè)置在冷原子物理系統(tǒng)的兩側(cè)，在第一狀態(tài)下第一冷卻激光器和第二冷卻激光器位于東西方向上。其中第一冷卻激光器和第二冷卻激光器用于改變冷原子物理系統(tǒng)中冷原子團(tuán)的分布。

由于冷原子干涉重力儀中的冷原子物理系統(tǒng)、以及設(shè)置在冷原子物理系統(tǒng)上的冷卻激光器的功能及作用是本領(lǐng)域技術(shù)人員所了解的，因此這里不展開(kāi)描述。

步驟104，利用冷原子物理系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)量，以得到第一重力加速度值。

步驟105，將冷原子物理系統(tǒng)由第一狀態(tài)旋轉(zhuǎn)至第二狀態(tài)。

其中在第二狀態(tài)下第一冷卻激光器和第二冷卻激光器位于東西方向上，第二狀態(tài)相比于第一狀態(tài)，第一冷卻激光器和第二冷卻激光器的位置互換。

可選地，可將冷原子物理系統(tǒng)由第一狀態(tài)旋轉(zhuǎn)180度，以到達(dá)第二狀態(tài)。

步驟106，利用冷原子物理系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)量，以得到第二重力加速度值。

步驟107，若第一重力加速度值和第二重力加速度值的和值與差值相等，則表明根據(jù)第一冷卻激光器和第二冷卻激光器當(dāng)前的功率設(shè)置能夠克服科里奧利力效應(yīng)的影響。

基于本發(fā)明上述實(shí)施例提供的用于克服科里奧利力效應(yīng)的方法，通過(guò)將冷原子干涉重力儀的冷原子物理系統(tǒng)部分置于水平轉(zhuǎn)盤(pán)上，利用此水平轉(zhuǎn)盤(pán)精密地、穩(wěn)定地旋轉(zhuǎn)冷原子物理系統(tǒng)，而在冷原子物理系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)過(guò)程中拉曼激光光路保持不變，從而可有效克服科里奧利力效應(yīng)的影響。

圖2為本發(fā)明用于克服科里奧利力效應(yīng)的方法另一實(shí)施例的示意圖。其中，本實(shí)施例的方法步驟201-206與上述步驟101-106相同。

步驟201，將冷原子物理系統(tǒng)放在水平設(shè)置的轉(zhuǎn)盤(pán)上，以便冷原子物體系統(tǒng)能夠在水平面上自由旋轉(zhuǎn)。

步驟202，將拉曼激光反射鏡放置在拉曼激光光路上，以便冷原子物理系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)時(shí)拉曼激光光路保持不變。

步驟203，旋轉(zhuǎn)冷原子物理系統(tǒng)，以便使冷原子物理系統(tǒng)處于第一狀態(tài)。

步驟204，利用冷原子物理系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)量，以得到第一重力加速度值。

步驟205，將冷原子物理系統(tǒng)由第一狀態(tài)旋轉(zhuǎn)至第二狀態(tài)。

步驟206，利用冷原子物理系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)量，以得到第二重力加速度值。

步驟207，判斷第一重力加速度值和第二重力加速度值的和值與差值是否相等。若第一重力加速度值和第二重力加速度值的和值與差值相等，則執(zhí)行步驟208；若第一重力加速度和第二重力加速度的和值與差值不相等，則執(zhí)行步驟209。

步驟208，由于上述條件滿足，由此可確定根據(jù)第一冷卻激光器和第二冷卻激光器當(dāng)前的功率設(shè)置能夠克服科里奧利力效應(yīng)的影響。之后不再執(zhí)行本實(shí)施例的其它步驟。

步驟209，調(diào)整第一冷卻激光器和第二冷卻激光器的功率，然后重復(fù)執(zhí)行上述步驟203。

其中若第一重力加速度和第二重力加速度的和值與差值不相等，則表明還需要進(jìn)一步對(duì)科里奧利力效應(yīng)進(jìn)行修正。

例如，可通過(guò)調(diào)整第一冷卻激光器和第二冷卻激光器的功率，以調(diào)整第一冷卻激光器和第二冷卻激光器的功率比值，從而克服科里奧利力效應(yīng)的影響。

圖3為本發(fā)明冷原子干涉重力儀一個(gè)實(shí)施例的示意圖。如圖3所示，冷原子干涉重力儀可包括冷原子物理系統(tǒng)31、拉曼激光反射鏡32、水平設(shè)置的轉(zhuǎn)盤(pán)33，其中：

冷原子物理系統(tǒng)31放在轉(zhuǎn)盤(pán)33上，以便冷原子物體系統(tǒng)31能夠在水平面上自由旋轉(zhuǎn)。拉曼激光反射鏡32放置在拉曼激光光路上，以便冷原子物理系統(tǒng)31旋轉(zhuǎn)時(shí)拉曼激光光路保持不變。冷原子物理系統(tǒng)31中的第一冷卻激光器341和第二冷卻激光器342對(duì)稱(chēng)設(shè)置在冷原子物理系統(tǒng)31的兩側(cè)。

其中，拉曼激光反射鏡與冷原子物理系統(tǒng)互相分離。

其中冷原子物理系統(tǒng)31在第一狀態(tài)下所測(cè)量的第一重力加速度值和在第二狀態(tài)下所測(cè)量的第二重力加速度值的和值與差值相等的情況下，表明根據(jù)第一冷卻激光器341和第二冷卻激光器342當(dāng)前的功率設(shè)置能夠克服科里奧利力效應(yīng)的影響，其中在第一狀態(tài)和第二狀態(tài)下第一冷卻激光器341和第二冷卻激光器342位于東西方向上，第二狀態(tài)相比于第一狀態(tài)，第一冷卻激光器341和第二冷卻激光器342的位置互換。

可選地，冷原子物理系統(tǒng)31由第一狀態(tài)旋轉(zhuǎn)180度，以到達(dá)第二狀態(tài)。

圖4為本發(fā)明冷原子干涉重力儀另一實(shí)施例的示意圖。如圖4所示，該冷原子干涉重力儀包括：冷原子物理系統(tǒng)41、拉曼激光反射鏡42、轉(zhuǎn)盤(pán)43、冷原子物理系統(tǒng)41上設(shè)有第一冷卻激光器441和第二冷卻激光器442，此外還包括支撐臺(tái)45，隔震平臺(tái)46。第一冷卻激光器441和第二冷卻激光器442用于改變冷原子物理系統(tǒng)41中的冷原子團(tuán)的分布，轉(zhuǎn)盤(pán)43固定在支撐臺(tái)45上，冷原子物理系統(tǒng)41放置在轉(zhuǎn)盤(pán)43上，從而可相對(duì)支撐臺(tái)45精確地、穩(wěn)定地旋轉(zhuǎn)，并保證旋轉(zhuǎn)平面平行于地面47。在支撐臺(tái)45下方的地面上放置一個(gè)隔震平臺(tái)46，在隔震平臺(tái)46上裝有拉曼激光反射鏡42，從而實(shí)現(xiàn)拉曼激光反射鏡42與冷原子物理系統(tǒng)41的分離，保證冷原子物理系統(tǒng)41旋轉(zhuǎn)時(shí)不會(huì)改變拉曼激光光路。

利用該冷原子干涉重力儀在初始狀態(tài)下測(cè)量重力加速度g，例如第一冷卻激光器441為東方向，第二冷卻激光器442為西方向。然后，利用轉(zhuǎn)盤(pán)43將冷原子物理系統(tǒng)41轉(zhuǎn)動(dòng)180°，則第一冷卻激光器441變?yōu)槲鞣较?，第二冷卻激光器442變?yōu)闁|方向，再次測(cè)量重力加速度gˊ。利用激光功率計(jì)測(cè)量第一冷卻激光器441、第二冷卻激光器442的功率，并記錄兩者的比值。改變第一冷卻激光器441、第二冷卻激光器442的功率，再次重復(fù)以上過(guò)程，即初始狀態(tài)第一冷卻激光器441為東方向，第二冷卻激光器442為西方向，測(cè)量重力加速度g，將冷原子物理系統(tǒng)41轉(zhuǎn)動(dòng)180°變?yōu)榈谝焕鋮s激光器441為西方向，第二冷卻激光器442為東方向，測(cè)量重力加速度gˊ。當(dāng)兩種狀態(tài)下的重力測(cè)量值的和(g+gˊ)與差(g-gˊ)相等時(shí)，即得到兩束冷卻光功率的合適值，可以克服科里奧利力效應(yīng)對(duì)冷原子干涉重力儀的影響。

通過(guò)實(shí)施本發(fā)明，能夠得到以下有益效果：

本發(fā)明通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)冷原子物理系統(tǒng)而保持拉曼激光反射鏡不動(dòng)，可以精確地控制旋轉(zhuǎn)的角度，提高修正科里奧利力效應(yīng)的精度；同時(shí)，可以在轉(zhuǎn)動(dòng)物理系統(tǒng)的過(guò)程中保持冷原子干涉重力儀系統(tǒng)的穩(wěn)定，具有重要的應(yīng)用價(jià)值。

本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解實(shí)現(xiàn)上述實(shí)施例的全部或部分步驟可以通過(guò)硬件來(lái)完成，也可以通過(guò)程序來(lái)指令相關(guān)的硬件完成，所述的程序可以存儲(chǔ)于一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)中，上述提到的存儲(chǔ)介質(zhì)可以是只讀存儲(chǔ)器，磁盤(pán)或光盤(pán)等。

本發(fā)明的描述是為了示例和描述起見(jiàn)而給出的，而并不是無(wú)遺漏的或者將本發(fā)明限于所公開(kāi)的形式。很多修改和變化對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言是顯然的。選擇和描述實(shí)施例是為了更好說(shuō)明本發(fā)明的原理和實(shí)際應(yīng)用，并且使本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能夠理解本發(fā)明從而設(shè)計(jì)適于特定用途的帶有各種修改的各種實(shí)施例。