本發(fā)明涉及精密測量，具體涉及一種基于光柵芯片的原子重力儀。

背景技術(shù)：

1、原子重力儀通過激光對原子進行量子態(tài)操縱實現(xiàn)原子干涉，并從原子干涉條紋相位中解算重力加速信息，其具有極高的精度，并具有高采樣率和長使用壽命等優(yōu)勢。原子重力儀可服務(wù)于地球物理調(diào)查、精密計量和慣性導(dǎo)航等領(lǐng)域。

2、原子重力儀的工作過程一般包括原子捕獲、態(tài)制備、原子干涉和末態(tài)探測四個階段，每個階段需要不同頻率或不同方向的激光對原子進行量子操縱來實現(xiàn)。傳統(tǒng)原子重力儀往往需要采用多束激光才能實現(xiàn)重力測量功能，從而使得原子重力儀的結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜、小型化工作相對困難。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足之處，本發(fā)明提供了一種基于光柵芯片的原子重力儀。

2、本發(fā)明公開了一種基于光柵芯片的原子重力儀，包括：

3、真空腔，其通過真空組件維持真空環(huán)境，且通過原子源向其內(nèi)部釋放原子蒸汽，其上側(cè)壁的內(nèi)側(cè)或外側(cè)安裝有光柵芯片；

4、與所述光柵芯片同軸設(shè)置的第一線圈組和第一入射光組件，所述第一線圈組用于向所述真空腔內(nèi)提供梯度磁場，所述第一入射光組件的入射光垂直于所述光柵芯片的衍射面，且所述光柵芯片的衍射光與所述第一入射光組件的入射光在所述真空腔內(nèi)形成交叉區(qū)域，所述交叉區(qū)域內(nèi)形成原子捕獲區(qū)域；

5、第二入射光組件及與其同軸設(shè)置的第二線圈組，所述第二入射光組件、第二線圈組的軸心穿過所述原子捕獲區(qū)域，所述第二線圈組用于向所述真空腔內(nèi)提供勻強磁場；

6、光電探測組件，其被配置在所述真空腔下部，其用于探測原子熒光信號；

7、微波天線，其被配置在所述真空腔上，其發(fā)射方向朝向所述原子捕獲區(qū)域。

8、作為本發(fā)明的進一步改進，所述第一線圈組、第一入射光組件及光柵芯片均沿水平方向同軸設(shè)置；所述第二線圈組、第二入射光組件均沿豎直方向同軸設(shè)置；所述第一線圈組的中心與所述交叉區(qū)域重合。

9、作為本發(fā)明的進一步改進，所述第一入射光組件包括同軸設(shè)置的第一光纖、第一透鏡；所述第一光纖、第一透鏡設(shè)置在所述真空腔的上部，且置于所述光柵芯片的對側(cè)；所述第一光纖的入射光經(jīng)所述第一透鏡后垂直照射在所述光柵芯片的衍射面上；

10、所述第二入射光組件包括同軸設(shè)置的反射鏡、第二光纖及第三透鏡，所述反射鏡設(shè)置在所述真空腔的底部，所述第二光纖、第三透鏡設(shè)置在所述真空腔的頂部，所述第二光纖的入射光經(jīng)所述第三透鏡穿過所述原子捕獲區(qū)域后照射在所述反射鏡上，所述反射鏡原路反射入射光。

11、本發(fā)明公開了一種基于光柵芯片的原子重力儀，包括：

12、真空腔，其通過真空組件維持真空環(huán)境，且通過原子源向其內(nèi)部釋放原子蒸汽，其上部的內(nèi)側(cè)或外側(cè)安裝有光柵芯片；

13、與所述光柵芯片同軸設(shè)置的第一線圈組、第二線圈組和入射光組件，所述光柵芯片上設(shè)有供光束穿過的通光孔；所述第一線圈組用于向所述真空腔內(nèi)提供梯度磁場，所述第二線圈組用于向所述真空腔內(nèi)提供勻強磁場；入射光組件的入射光垂直于所述光柵芯片的衍射面，且所述光柵芯片的衍射光與所述入射光組件的入射光在所述真空腔內(nèi)形成交叉區(qū)域，所述交叉區(qū)域內(nèi)形成原子捕獲區(qū)域；

14、光電探測組件，其被配置在所述真空腔下部，其用于探測原子熒光信號；

15、微波天線，其被配置在所述真空腔上，其發(fā)射方向朝向所述原子捕獲區(qū)域。

16、作為本發(fā)明的進一步改進，所述光柵芯片、第一線圈組、第二線圈組和入射光組件均沿豎直方向同軸設(shè)置；所述第一線圈組的中心與所述交叉區(qū)域重合。

17、作為本發(fā)明的進一步改進，所述光柵芯片安裝在所述真空腔的頂部外側(cè)，且所述光柵芯片的衍射面朝向所述真空腔的內(nèi)部。

18、作為本發(fā)明的進一步改進，所述入射光組件包括同軸設(shè)置的第一光纖、第一透鏡、光開關(guān)、反射鏡；

19、所述第一光纖、第一透鏡安裝在所述真空腔的底部，所述光開關(guān)、反射鏡安裝在所述真空腔的頂部，所述光開關(guān)用于在原子捕獲時遮擋通過所述光柵芯片通光孔的光束，所述反射鏡用于原路反射入射光。

20、作為本發(fā)明的進一步改進，所述光柵芯片安裝在所述真空腔內(nèi)部靠近頂部的位置，且所述光柵芯片的衍射面朝上設(shè)置。

21、作為本發(fā)明的進一步改進，所述入射光組件包括同軸設(shè)置的第一光纖、第一透鏡、光開關(guān)、反射鏡；

22、所述第一光纖、第一透鏡安裝在所述真空腔的頂部，所述光開關(guān)、反射鏡安裝在所述真空腔的底部，所述光開關(guān)用于在原子捕獲時遮擋通過所述光柵芯片通光孔的光束，所述反射鏡用于原路反射入射光。

23、作為本發(fā)明的進一步改進，所述光電探測組件包括光電探測器及第二透鏡；所述第二透鏡用于將原子熒光信號匯聚至所述光電探測器；所述光電探測器用于探測所述原子熒光信號。

24、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：

25、本發(fā)明相較于傳統(tǒng)的原子重力儀，其基于光柵芯片可以實現(xiàn)采用較少的激光光束實現(xiàn)重力測量，簡化了原子重力儀結(jié)構(gòu)的同時也縮小了原子重力儀的整體體積，使其更加便攜和適應(yīng)各種環(huán)境條件，增強了系統(tǒng)的魯棒性和實用性。

26、本發(fā)明相較于傳統(tǒng)的原子重力儀，其基于光柵芯片可以實現(xiàn)采用較少的激光光束實現(xiàn)重力測量，簡化了原子重力儀結(jié)構(gòu)的同時也縮小了原子重力儀的整體體積，使其更加便攜和適應(yīng)各種環(huán)境條件。

27、本發(fā)明相較于傳統(tǒng)的原子重力儀，其可以有效降低系統(tǒng)故障的概率，提高了長期運行的穩(wěn)定性，魯棒性增強的同時也提高了實用性。

技術(shù)特征：

1.一種基于光柵芯片的原子重力儀，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的原子重力儀，其特征在于，所述第一線圈組、第一入射光組件及光柵芯片均沿水平方向同軸設(shè)置；所述第二線圈組、第二入射光組件均沿豎直方向同軸設(shè)置；所述第一線圈組的中心與所述交叉區(qū)域重合。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的原子重力儀，其特征在于，所述第一入射光組件包括同軸設(shè)置的第一光纖、第一透鏡；所述第一光纖、第一透鏡設(shè)置在所述真空腔的上部，且置于所述光柵芯片的對側(cè)；所述第一光纖的入射光經(jīng)所述第一透鏡后垂直照射在所述光柵芯片的衍射面上；

4.一種基于光柵芯片的原子重力儀，其特征在于，包括：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的原子重力儀，其特征在于，所述光柵芯片、第一線圈組、第二線圈組和入射光組件均沿豎直方向同軸設(shè)置；所述第一線圈組的中心與所述交叉區(qū)域重合。

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的原子重力儀，其特征在于，所述光柵芯片安裝在所述真空腔頂部外側(cè)，且所述光柵芯片的衍射面朝向所述真空腔的內(nèi)部。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的原子重力儀，其特征在于，所述入射光組件包括同軸設(shè)置的第一光纖、第一透鏡、光開關(guān)、反射鏡；

8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的原子重力儀，其特征在于，所述光柵芯片安裝在所述真空腔內(nèi)部靠近頂部的位置，且所述光柵芯片的衍射面朝上設(shè)置。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的原子重力儀，其特征在于，所述入射光組件包括同軸設(shè)置的第一光纖、第一透鏡、光開關(guān)、反射鏡；

10.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的原子重力儀，其特征在于，所述光電探測組件包括光電探測器及第二透鏡；所述第二透鏡用于將原子熒光信號匯聚至所述光電探測器；所述光電探測器用于探測所述原子熒光信號。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種基于光柵芯片的原子重力儀，包括真空腔，其通過原子源向其內(nèi)部釋放原子蒸汽，其上部內(nèi)側(cè)或外側(cè)安裝光柵芯片；第一線圈組向真空腔內(nèi)提供梯度磁場，光柵芯片的衍射光與第一入射光組件的入射光在真空腔內(nèi)形成交叉區(qū)域，區(qū)域內(nèi)形成原子捕獲區(qū)域；第二入射光組件及與第二線圈組同軸設(shè)置，第二入射光組件、第二線圈組的軸心穿過原子捕獲區(qū)域，第二線圈組向真空腔內(nèi)提供勻強磁場；光電探測組件被配置在真空腔下部，用于探測原子熒光信號；微波天線被配置在真空腔上，發(fā)射方向朝向真空腔的內(nèi)部。本發(fā)明基于光柵芯片可以實現(xiàn)采用較少的激光光束實現(xiàn)重力測量，簡化了重力儀結(jié)構(gòu)，有利于縮小原子重力儀的體積，增強了系統(tǒng)的魯棒性和實用性。

技術(shù)研發(fā)人員：莊偉,阮傳靖,趙陽
受保護的技術(shù)使用者：中國計量科學研究院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2