[发明专利]一种基于原子干涉的量子倾斜仪

说明书

本发明提供了一种基于原子干涉的量子倾斜仪，包括：原子制备模块，原子干涉模块和原子探测模块；原子制备模块用于产生干涉测量所需要的原子；原子干涉模块包括：原子干涉单元和光脉冲序列产生单元；原子干涉单元用于提供原子干涉区，光脉冲产生装置用于提供π/2‑π‑π/2光脉冲序列；原子探测模块用于探测干涉完成后不同内态的原子。本发明可以实现倾斜的高精度绝对测量，同时本发明可以实现二维方向的倾斜测量，相对于一维方向的倾斜测量，二维方向的倾斜测量只需更改光脉冲配置，大大简化了实验装置。

技术领域

本发明属于原子惯性测量技术领域，更具体地，涉及一种基于原子干涉的量子倾斜仪。

背景技术

在过去的二十多年里，原子干涉仪技术得到了迅速的发展和广泛的应用，利用原子具有波粒二象性的量子特性，许多基于原子干涉的精密测量实验得到了快速的发展，广泛应用于测量重力加速度g，重力梯度，转动，精细结构常数，牛顿万有引力常数；原子干涉还用于基础物理中，利用它可以检验等效原理和洛伦兹破缺等，最近法国和美国都提出了原子干涉测量引力波的方案。越来越多的科学家都致力于发展冷原子干涉技术，测量精度和测量手段也都在不断提高。

地球形变学在地球物理中有重要的作用，其中地球倾斜的测量，更是在火山地震的监测和预测以及地球潮汐研究中有重要的作用。传统的倾斜仪主要分为长基线倾斜仪和短基线倾斜仪，其中长基线倾斜仪有水管倾斜仪，短基线倾斜仪有垂直摆倾斜仪，水平摆倾斜仪，气泡倾斜仪和折叠摆倾斜仪等。严格来讲，这些倾斜仪都不是绝对的倾斜仪，都很难给出绝对的倾斜角。利用原子干涉测量倾斜已经在一些文献中有所报道，但是量子倾斜仪的概念直到2016年(参考文献：H.Ahlers et al.Double Bragg Interferometry，Phys.Rev.Lett.，116(2016)173601)才提出来，该量子倾斜仪是基于原子芯片的双衍射Bragg干涉仪，最后实现倾斜测量的灵敏度为0.8mrad/s/Hz^1/2。但是该类型的量子倾斜仪的灵敏度比较低，而且并没有给出绝对的倾斜测量。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明提出了一种基于原子干涉技术的量子倾斜仪，目的是从原理上实现绝对倾斜测量，旨在解决现有技术中不能实现高精度绝对的倾斜测量问题。

本发明提供了一种基于原子干涉的量子倾斜仪，包括：原子制备模块，原子干涉模块和原子探测模块；所述原子制备模块用于产生干涉测量所需要的原子；所述原子干涉模块包括：第一原子干涉单元和第一光脉冲序列产生单元；所述第一原子干涉单元用于提供原子干涉区，所述第一光脉冲产生装置用于提供π/2-π-π/2光脉冲序列；所述原子探测模块用于探测干涉完成后不同内态的原子。

本发明还提供了一种基于原子干涉的量子倾斜仪，包括：原子制备模块，原子干涉模块和原子探测模块；所述原子制备模块用于产生干涉测量所需要的原子；所述原子干涉模块包括：第一原子干涉单元、第二原子干涉单元、第一光脉冲序列产生单元和第二光脉冲序列产生单元；所述第一原子干涉单元和所述第一光脉冲序列产生单元均设置在第一方向，所述第一原子干涉单元用于提供第一方向的原子干涉区，所述第一光脉冲产生装置用于提供π/2-π-π/2光脉冲序列；所述第二原子干涉单元和所述第二光脉冲序列产生单元均设置在第二方向，所述第二原子干涉单元用于提供第二方向的原子干涉区，所述第二光脉冲序列产生单元用于提供π/2-π-π/2光脉冲序列；所述原子探测模块用于探测干涉完成后不同内态的原子。

更进一步地，所述第一原子干涉单元包括：用于在干涉过程中实现光脉冲对射配置并提供π/2脉冲的干涉区域的第一单元，以及用于在干涉过程中实现光脉冲对射配置并提供π脉冲的干涉区域的第二单元。