[发明专利]一种在线标定成像系统放大倍数的原子干涉装置和方法

权利要求书

1.一种在线标定成像系统放大倍数的原子干涉装置，其特征在于，包括：真空腔体、第一反射镜、第二反射镜以及CCD相机；

所述真空腔体由下至上依次包括原子制备区、探测区以及干涉区；所述原子制备区为多面体结构，上面设有多个窗口；所述探测区为多窗口腔体；所述干涉区为细长管道；所述第一反射镜置于原子制备区下端窗口的正下方，以反射拉曼光，所述第二反射镜正对探测区的另一个窗口，以反射探测光；待标定光学成像系统为一组透镜，正对探测区的一个窗口；所述CCD相机用于对待标定的光学成像系统收集的原子荧光进行成像；

原子制备区的窗口用于为冷却激光提供通道，结合置于原子制备区的反亥姆赫兹线圈将原子制备区内部的原子团冷却并囚禁；控制冷却激光的频率使得被囚禁原子团获得动量，向上做抛物线运动到达干涉区；重复控制原子团上抛，在原子团每次上抛经过探测区时，开启探测光，在所述探测光的作用下原子团受激辐射发出荧光，所述成像系统收集原子发出的荧光信号，以通过CCD相机获取原子团的照片，下一次上抛开启探测光的时间相对上一次上抛开启探测光的时间延后固定的时间间隔；根据多张原子团的照片确定原子团在各个固定时间间隔内相对CCD相机中心的成像位置；

从所述干涉区竖直向下射入拉曼激光，拉曼激光到达第一反射镜后反射；所述拉曼激光作用于原子团，以预设固定频率步进扫描拉曼激光的频率，选择出原子团中不同运动速度的原子，并通过落回探测区的原子的荧光信号确定不同扫描频率下不同运动速度对应的原子数目，得到拉曼激光与原子团相互作用的拉曼谱；基于拉曼谱确定干涉区预设位置处原子团的中心速度；

确定原子团的中心速度后，根据所述拉曼激光开始作用的时间、原子团初始运动时间以及重力加速度确定原子团在开始上抛处的初始运动速度；并根据原子团在开始上抛处的初始运动速度和运动到探测区各个拍照处的时间确定原子团在各个固定时间间隔内相对原子制备区中心的实际位置；根据原子团运动的实际位置和成像位置标定所述光学成像系统透镜组的放大倍数。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述拉曼激光中耦合有清除光，用以将原子团中与当前拉曼激光频率无关的运动速度下的原子清除，以在不同拉曼激光频率下，仅有对应运动速度下的原子与探测光作用产生荧光信号。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，基于拉曼激光与原子团相互作用的拉曼谱的谱线展宽和谱线中心测量原子团速度分布和中心速度。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述原子团在开始上抛处的初始运动速度v₀为：v₀＝v+gt₁；v为原子团的中心速度，t₁为拉曼激光开始作用的时刻与原子团初始运动时刻的差值，g为重力加速度；

原子团在各个拍照时刻相对原子制备区的实际位置S_i为：

S_i＝v₀(t+ΔT×(i-1))-(1/2)g(t+ΔT×(i-1))²

其中，t为上抛原子团第一次拍照时上抛运动的时间，i表示第i张照片，ΔT为固定时间间隔；

根据原子团在各个拍照时刻成像的位置以及通过运动公式计算的实际位置进行线性拟合，得到所述透镜组的放大倍数。