CN106959473B

CN106959473B - 一种可移动冷原子绝对重力加速度传感器

Info

Publication number: CN106959473B
Application number: CN201710128755.3A
Authority: CN
Inventors: 吴彬; 周寅; 程冰; 翁堪兴; 付志杰; 王肖隆; 林强
Original assignee: Zhejiang University of Technology ZJUT
Current assignee: Hangzhou Weijia Quantum Technology Co ltd
Priority date: 2017-03-06
Filing date: 2017-03-06
Publication date: 2019-02-19
Anticipated expiration: 2037-03-06
Also published as: CN106959473A

Abstract

本发明公开了一种可移动冷原子绝对重力加速度传感器，属于绝对重力加速度精密测量领域。所述传感器由真空单元、光路单元、磁屏蔽单元、被动隔振平台、加速度计和倾斜计等组成。其中，真空单元主要基于玻璃材料粘接而成，其与光路单元直接在自由空间对接；所述磁屏蔽单元用于减小外界磁场对绝对重力测量的影响；所述被动隔振平台用于压制地面振动噪声的干扰；另外，所述加速度计和倾斜计主要用于随机振动的主动补偿和垂线的获取，辅助于绝对重力测量。本发明的特征在于，所述真空单元通光自由度高、体积小、重量轻，其直接与光路单元对接使测量系统紧凑、稳定、环境适应性强。本发明主要解决冷原子绝对重力仪小型化、轻量化、可移动等关键技术问题。

Description

一种可移动冷原子绝对重力加速度传感器

技术领域

本发明属于绝对重力加速度精密测量领域，特别涉及一种小型的可移动冷原子绝对重力加速度传感器。

技术背景

高精度绝对重力加速度测量在地理测绘、资源勘探、地质研究、环境监测以及国土安全等领域有着非常广泛的应用前景。

最早用于测量绝对重力加速度的设备基于单摆原理，其测量重复率差且精度不高。目前性能最好的绝对重力仪是基于激光干涉的方法，通过在真空中精确测量自由下落反射镜的位置随时间变化关系来提取绝对重力加速度。基于激光干涉的绝对重力仪(如FG-5型重力仪)的最高测量精度可达2微伽，然而，这种绝对重力仪的测量重复率不高、维护调节复杂、价格昂贵，且受机械结构、加工工艺、材料属性的限制，其重力测量性能的提高面临极大瓶颈(J.Faller,I.Marson.“Ballistic methods of measuring g-the direct free-fall and symmetrical rise-and-fall methods compared”,Metrologia,1988 25(1)49-55.)。

冷原子干涉型绝对重力仪是近二十年内快速发展起来的一种新型绝对重力传感器。与传统激光干涉式绝对重力仪不同，它利用冷原子物质波的干涉性质，通过精确测量重力诱导的干涉条纹相位变化来提取重力信息。利用冷原子团作为落体进行重力测量具有诸多优势：冷原子团内的各个原子具有全同性，可近似被看做是相同的原子，因此测量不受机械、材料及工艺的限制；测量原理基于原子的内禀属性，测量受外界因素影响较小，因此稳定性更高。冷原子团这种量子物质的独特属性使得原子重力仪的优势越来越明显，正因为如此，近年来，冷原子干涉型绝对重力仪引起了国内外研究小组的关注。

早在1974年，S.Altshuler等人以专利的形式提出了构建原子干涉仪的方法及装置(S.Altshuler.“matter wave interferometric”1973.)。随后，J.F.Clauser等提出利用原子干涉仪精密测量重力加速度的设想(J.F.Clauser.“Rotation,acceleration,andgravity sensors using quantum-mechanical matter-wave interferometry withneutral atoms and molecules”1989)。斯坦福大学的朱棣文等利用受激拉曼跃迁实现了冷原子的速度选择，并提出可利用这种双光子受激拉曼跃迁构建内态原子干涉仪。1992年，世界上第一台原子喷泉式重力仪诞生(M.Kasevich,S.Chu.“Measurement of theGravitational Acceleration of an Atom with a Light-Pulse AtomInterferometer”,Appl.Phys.B,1992 54(5)321-332.)，它由朱棣文小组设计完成，重力测量分辨率为30μGal@2000s。经改进，该冷原子重力仪的测量精度达到μGal量级。

得益于冷原子物理、量子光学及原子干涉技术的快速发展，冷原子重力仪的灵敏度和长期稳定度已经超过了FG-5(C.Freier,M.Hauth,V.Schkolnik et al.“Mobilequantum gravity sensor with unprecedented stability”,arXiv:1512.05660,2015 81-11.)，测量精度也与FG-5接近(S.Merlet,Q.Bodart,N.Malossi,et al.Comparisonbetween two mobile absolute gravimeters:optical versus atomicinterferometers.Metrologia,2010,47(4):9-11.)。

然而，目前国内外各研究单位的冷原子绝对重力仪基本处于原理样机阶段，其核心部分(超高真空腔)大多由无磁不锈钢或金属钛材料设计制作，这类真空腔受通光面积限制，真空腔体积大、重量重、结构复杂，很难与其它系统集成。此外，与超高真空腔连接的激光光路系统通常比较复杂，真空腔与激光光路通过多根光纤对接，需要多个光纤分束器以实现二维磁光阱、三维磁光阱和原子干涉等过程。真空单元和光路单元的复杂性导致现有冷原子绝对重力仪测量装置，不仅结构复杂、体积庞大、重量重、价格昂贵，且环境适应性较差。所以目前大多数冷原子绝对重力仪只能工作在特定的实验室环境，且对振动有很高的要求，尚不能用于移动测量。为实现可搬运异地测量以及在移动载体上的实时测量，亟需在现有实验装置的基础上引入新技术减小其体积、重量、功耗，并提高其稳定性和环境适应性。

发明内容

本发明的目的在于克服现有冷原子绝对重力仪的上述缺点和不足，尤其是解决冷原子绝对重力仪的小型化、一体化、轻量化等问题，提供一种结构紧凑、体积小、重量轻、功耗低且性能可靠的绝对重力传感器。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

第一，在现有冷原子绝对重力仪基础上，改进由金属材料组成的真空腔体，采用基于玻璃材料的真空腔方案，并利用光胶和铟丝密封技术，实现小型化冷原子重力仪真空腔的设计和制备。

第二，替代光纤分束器和准直头分光，采用自由光路分光方案，使光路单元与真空单元直接配合，减小传感器体积重量，并提高稳定性。

第三，采用混合传感器方案实现高精度绝对重量测量，利用加速度和倾斜计等传感器，辅助原子干涉重力仪以提高其测量性能。

更具体地说：

本发明的一种可移动冷原子绝对重力加速度传感器，包括真空单元10、上平板光路单元20、下平板光路单元30、支撑单元40、倾斜计50、加速度计60、磁屏蔽单元70和被动隔振器单元80；其中，所述真空单元10固定在上下平板中间，上下平板通过支撑单元40连接，上平板光路单元20在自由空间与真空单元10对接，倾斜计50、加速度计60放置在下平板上，磁屏蔽单元70包围上下平板，并放置在被动隔振器单元80上；

所述真空单元10主要基于玻璃材料粘接而成，由二维磁光阱14、三维磁光阱17、干涉区18、探测区19部分组成；二维磁光阱下方安置有铷源11，铷源由放置在无氧铜管内的铷气室组成；通过二维分子泵抽气口12a，二维磁光阱与外围分子泵连接；二维磁光阱下方有用于连接二维磁光阱和二维金属管道13b的玻璃管，玻璃管与金属通过铟丝压接密封；二维磁光阱周围放置二维磁光阱线圈15a；

二维磁光阱14通过二级差分管16与三维磁光阱17连接，二级差分管由实心玻璃块组成，中间逐级有两段相互连通的小孔，两边分别粘接在二维和三维真空腔体上；

三维磁光阱17由六片玻璃板粘接而成，三维磁光阱下方依次是干涉区18和探测区19，三维磁光阱线圈15b由水平方向上的两对反亥姆霍兹线圈组成；偏置场线圈15c由竖直方向的亥姆霍兹线圈构成；

主真空抽气口13c在三维磁光阱的一侧，由玻璃管组成，一端通过粘接与三维腔连接，另一端通过铟丝与三维金属管道13d连接；三维分子泵抽气口12b与离子泵29连接到三维金属管道13d；

所述光路单元由上平板光路单元20和下平板光路单元30组成；

上平板光路单元20由一套分光系统组成，提供二维竖直光束21、二维水平光束22、二维的推送光束23、三维相互垂直的三激光束24、25、26；另外，上平板还提供吹送光27和拉曼光28，分别从水平方向和竖直方向入射到真空单元10；

下平板光路由分离的光学元器件搭建，包括二维光束反射器32a，三维光束反射器32b、32c，所述反射器由四分之波片和反射镜粘接组合而成；集成探测光路单元33的后方放置反射器34，侧方原子荧光收集系统35；另外，拉曼光反射器31放置在真空单元正下方；

所述真空单元与光路单元直接在自由空间对接，其中，各光束先由上平板光路分配，再经上平板反射器直接在自由空间传送至真空单元；

所述探测光路33输出水平相互平行且间距相等的三束激光；

所述磁屏蔽单元70由高磁导率材料组成，离子泵29在磁屏蔽单元的外部。

本发明具有以下优点和积极效果：

1.本发明基于光胶工艺实现核心玻璃真空单元，基于铟丝工艺实现玻璃与金属的封接，基于分子泵抽气口实现真空获取，基于离子泵实现极限真空的维持。玻璃真空单元具有通光自由度高、质量轻、体积小的特点，有利于冷原子绝对重力仪的小型化、工程化设计。

2.本发明实现了真空单元与光路单元的无缝对接，减少了光纤分束器和准直头等器件的使用，便于实现一体化和轻量化设计。

3.本发明的传感器结构紧凑、体积小、重量轻、功耗低，配合加速度计和倾斜计，可进行高精度绝对重力测量，并满足可搬运甚至移动绝对重力测量的需求。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的上平板光路示意图；

图3为本发明的冷原子干涉示意图；

图4为本发明的归一化探测示意图；

图5为本发明的倾斜校正示意图。

图中：

10-真空单元；；

11-铷源；

12a-二维分子泵抽气口；12b-三维分子泵抽气口；

13a-二维玻璃真空抽气口；13b-二维金属管道；13c-主真空抽气口；13d-三维金属管道；

14-二维磁光阱；

15a-二维磁光阱线圈；15b-三维磁光阱线圈；15c-偏置场线圈；

16-二级差分管；

17-三维磁光阱；

18-干涉区；

19-探测区；

20-上平板及其光路单元；

200-上光学平板；

201-冷却光、再泵浦光准直头；

203-拉曼光准直头；

204-二分之一波片；

205-偏振分束器；

206-45度反射镜；

207-包含柱面棱镜的扩束器；

208-上光学平板中心孔；

21-二维磁光阱竖直光束；

22-二维磁光阱水平光束；

23-二维磁光阱输送光束；

24-三维磁光阱45度斜向光束1；

25-三维磁光阱水平光束；

26-三维磁光阱45度斜向光束2；

27-三维磁光阱吹送光束；

28-拉曼光束；28a-拉曼入射光束；28b-拉曼后向反射光束；

30-下平板及其光路单元；

31-拉曼光后向反射镜；

32a、32b、32c-包含四分之一波片的反射镜组；

33-集成探测光路系统；

330-探测光集成光路；

331-探测用再泵浦光光纤及准直扩束器；

332-探测用F＝2探测光光纤及准直扩束器；

333-直角反射器；

334-50/50光束分束器；

335-冷原子团；

336-F＝2探测光束；

337-再泵浦光束；

338-挡光条；

34-反射器；

35-原子荧光收集系统；

40-支撑单元；

50-倾斜计；

60-加速度计；

70-磁屏蔽单元；

80-被动隔振器单元；

|1>、|2>-铷原子D2线基态下能级(|F＝1>)和上能级(|F＝2>)。

具体实施方式：

下面结合附图和实施例对本发明的冷原子绝对重力加速度传感器作进一步地描述。

一、总体

参见图1，本发明的一种可移动冷原子绝对重力加速度传感器，包括真空单元10、上平板及其光路单元20、下平板及其光路单元30、支撑单元40、倾斜计50、加速度计60、磁屏蔽单元70和被动隔振器单元80；其中，所述真空单元10固定在上下平板中间，上下平板通过支撑单元40连接，上平板光路单元20在自由空间与真空单元10对接，倾斜计50、加速度计60放置在下平板上，磁屏蔽单元70包围上下平板，并放置在被动隔振器单元80上；

所述光路单元由上平板光路20和下平板光路30组成；

上平板光路由一套分光系统组成，提供二维竖直光束21、二维水平光束22、二维的推送光束23、三维相互垂直的三激光束24、25、26；另外，上平板还提供吹送光27和拉曼光28，分别从水平方向和竖直方向入射到真空单元10；

下平板光路由分离的光学元器件搭建，包括二维光束反射器32a，三维光束反射器32b、32c，所述反射器由四分之波片和反射镜粘接组合而成；集成探测光路单元33的后方放置反射器34，侧方放置原子荧光收集系统35；另外，拉曼光反射器31放置在真空单元正下方；

所述探测光路33输出水平相互平行且间距相等的三束激光；

二、功能部件

1、真空单元10

真空单元10的主体部分是由玻璃材料粘接而成，可实现二维磁光阱、三维磁光阱、冷原子干涉等功能。如图1，二维磁光阱主真空腔14由五片玻璃粘接而成，每片玻璃分别镀0度增透膜。三维磁光阱主真空腔17由六面玻璃粘接而成，侧面两块玻璃上下两部分分别镀45度和0度增透膜，其它面镀0度增透膜，所有镀膜玻璃片的透光率均大于99.5％。二维和三维磁光阱腔室通过二级差分管16连接，用于保证二维和三维的真空压力差，二级差分管由实心玻璃块组成，中间逐级开两段相互连通的小孔。原子干涉和探测区域分别处于三维磁光阱中心的下方。二维磁光阱线圈15a由水平和竖直的两对反亥姆霍兹线圈构成。三维磁光阱线圈15b由一组反亥姆霍兹线圈构成，偏置场线圈15c由一组亥姆霍兹线圈构成，线圈都是由金属漆包线绕制而成。

铷源11是由一个充有1-3克固体铷的玻璃泡组成，铷源放置在一段金属真空管内，真空管由无氧铜材料构成，待真空制备完成后，通过外部施加应力于无氧铜管使玻璃泡夹破，铷原子样品可释放，通过加热管道可控制铷样品释放速度。

二维分子泵抽气口12a是由一段无氧铜管组成，连接到铷源真空管上，一端接分子泵。整个三通管与二维磁光阱连接，玻璃平板与金属平板通过铟丝实现真空密封。三维磁光阱侧方也由主真空抽气口13c与三维金属管道13d连接，通过无氧铜管材料构成的三维分子泵抽气口12b连到分子泵，三通的另一端连接到离子泵29。连接分子泵的真空管12a、12b待真空制备完成口可剪掉，实现真空的密封。整个真空腔固定在上平板和下平板之间，三维磁光阱中心为传感器的几何中心。

2、上平板及其光路单元20

上平板为铝板，放置在真空腔室上方，在其上方放置有一套光路系统，实现光路的分配，如图2所示。激光通过光纤引入到上平板，连接到准直头201、202、203，各光束通过二分之一波片204、偏振分束器205、反射镜206实现功率分配，且将光束分配到上平板固定位置。准直头201包含冷却光和再泵浦光，用于提供二维竖直光束21、二维水平光束22、二维输送光束23、三维相互垂直的三激光束24、25、26。另外，上平板还提供用于实验的吹送光27，包含两个频率的共振光，用于清除不需要的原子。这些光束在上平板固定位置被反射镜反射进入真空腔体，实现冷原子制备。拉曼光28直接从腔体顶部小孔208入射到真空腔内，并与原子团相互作用以实现冷原子干涉，上平板在固定位置开孔使激光可以顺利入射到真空腔。

3、下平板及其光路单元30

下平板为光学铝制面包板，上部可固定光学底座，搭建光路，配合上平板光路实现激光分配。下平板上主要放置四分之波片和反射镜组合而成的反射器，包括二维光束反射器32a，三维光束反射器32b、32c，其它反射器图中并未画出。此外，拉曼光反射器31放置在真空腔正下方。集成探测光路单元33，用于提供归一化探测所需的探测光束和再泵浦光束，光束由光纤引入，其后方放置反射器34，原子荧光收集系统35。

集成探测光路示意图如图4所示，探测光经光纤入射至准直头332扩束，后经过分束器334和直角反射镜分为相互平行的两束，其中一束336的部分光被挡光条338阻挡，以吹走已经探测过的F＝2态原子团。再泵浦光经光纤送至准直头331，经直角反射器产生平行于探测光的光束337，将F＝1态原子再次泵浦到F＝2态，并被下方的探测光照射。通过原子荧光收集系统35探测F＝2态和F＝1态上原子布居数，实现归一化探测。

4、支撑单元40

上平板和下平板通过四根实心不锈钢杆40支撑。

5、倾斜计50

倾斜计50放置在下平板上，测量下平板水平两个方向的倾斜角度，测量分辨率小于1微弧度，X和Y方向倾斜角度实时输出，并可被计算机高速采集，主要用于垂线方向的确认和调整，辅助于绝对重力测量。

6、加速度计60

加速度计60放置在下平板上，测量下平板加速度信号，可以是单轴(z轴)或三轴的加速度计(或微震仪)，输出模拟信号，可被计算机实时高速采集，用于拉曼光后向反射镜的振动主动补偿。

7、磁屏蔽单元70

磁屏蔽单元70由两到三层高磁导率材料(坡莫合金)组成，整个传感器核心(真空单元和光路单元)包含其中，离子泵因具有强磁场，放在磁屏蔽单元的外部。磁屏蔽单元主要用于地磁场屏蔽，改善测量精度。

8、被动隔振器单元80

整个绝对重力传感器最后放置在被动隔振器单元80上，隔离地面的随机振动噪声，用于提高重力测量灵敏度。被动隔振器可以是商用被动隔振平台，载荷满足装置要求。

三、传感器工作原理

冷原子绝对重力传感器的基本原理是冷原子物质波干涉，已有文献记载(M.Kasevich,S.Chu.Measurement of the Gravitational Acceleration of an Atomwith a Light-Pulse Atom Interferometer[J].Appl.Phys.B,1992,54(5):321-332.)，在此简单描述。

如图3所示，在重力场作用下，被激光冷却后的原子波包自由下落。在干涉区18，通过作用时间间隔为T的三束拉曼脉冲(π/2-π-π/2，拉曼光束28a、28b用于实现反向双光子拉曼跃迁)，可以实现原子物质波包的分束、偏转与合束，最终实现原子物质波包的干涉。在两条干涉路径上，原子的内态与外态因与激光脉冲相互作用发生相应变化，两条干涉路径的相位差包含了重力加速度的信息，通过提取干涉条纹相位就可以得到重力加速度的精确值，原子干涉条纹相位△Φ与重力加速度g有以下关系：

其中为拉曼光有效波矢，T为两拉曼脉冲之间的时间间隔，α为扫描拉曼激光频差的啁啾率，通过计算机控制可以精确改变α，从而改变拉曼光失谐，得到原子干涉条纹(P＝(1±cos△Φ)/2，P为归一化原子布居数)。通过正弦拟合原子干涉条纹提取相位△Φ随时间变化，就可获得重力加速度随时间变化的信息。

更进一步，针对式(1)，如果则取不同的T，原子干涉条纹的相位不会发生变化，会有所谓的“暗条纹”出现，找到该点对应的α_dark值，可以获得绝对重力加速度值：

g_ab＝2πα_dark/k_eff (2)

为了获取绝对重力加速度值，首先必须找到绝对的竖直方向，即垂线方向，使得最大。通过调整拉曼光反射镜倾斜角度θ，可以测量重力加速度变化△g，两者呈抛物线关系△g/g＝-θ²/2，通过抛物线拟合可得到顶点的坐标，即是重力加速度最大的点。在水平X和Y方向分别测量两条抛物线，可找到垂线的方向。

此外，绝对重力加速度值的获取还需要修正各种系统误差，通过反转拉曼光波矢的方法(A.Louchet-Chauvet,T.Farah,Q.Bodart et al.The influence of transversemotion within an atomic gravimeter,New Journal of Physics,2011 13(6)065025.)，可以去除二阶塞曼频移、射频相移、单光子光移等与拉曼光波矢无关的系统误差；单光子光移可通过半衰减拉曼光功率的四配置方案进行提取；科里奥利相移可通过反转测量装置获取；拉曼光波前畸变引起的相移目前仍未很好解决，但通常大小在微伽量级(比较小)。

其它，还需要修正环境引起的重力值变化，比如潮汐、大气压、极地运动等引起的重力值随时间变化。

冷原子绝对重力传感器需要修正以上诸多因素引起的重力变化，最终给出当地的绝对重力加速度真实值。

四、传感器优选方案实施过程

本发明的传感器实施过程可分为：冷原子装载、量子态制备、冷原子干涉、归一化荧光探测、振动补偿、倾斜校正、系统误差消除。

1.冷原子装载

如图1所示，铷原子从泡内释放后，通过二维磁光阱(囚禁光21、22，二维磁光阱线圈15a)预冷却，制备一束扁平的冷原子团。该团原子通过二维输送光23的推送，经由二级差分管16，输送至三维磁光阱17。二维磁光阱不仅提高了三维磁光阱的装载率，还能维持整个干涉区的真空度。三维磁光阱由三对驻波24、25、26和三维磁光阱线圈15b组成，不停地装载来自二维磁光阱的原子，只有横向速度小于20m/s的原子，才能被三维磁光阱捕获。当装载足够量的原子后，将所有磁场关断，通过降低冷却光失谐和功率(偏振梯度冷却阶段)，进一步冷却原子团温度到微开量级，最终完成低温冷原子团的快速装载。

2.量子态制备

为了减小磁场对重力测量的影响，需要将冷原子团制备到对磁场不敏感的磁子能态上。实验上，先打开偏置磁场以定义量子化轴，大小为100mG，方向与拉曼光方向平行。然后，通过两个微波π脉冲和一个拉曼π脉冲实现原子在各个能态上的转移，并结合吹送光脉冲27清除其它磁子能级上的原子，并最终实现量子态的纯化。

3.冷原子干涉

量子态制备完成后，冷原子团进入干涉腔，如图3，在竖直方向上作用拉曼光28a、28b，通过作用三束多普勒敏感的拉曼脉冲序列π/2-π-π/2使原子波包干涉分束、偏转与合束，最终引起原子物质波干涉。

4.归一化荧光探测

待原子落到探测区19，采用归一化荧光探测的方法收集原子荧光信号。如图4所示，原子落到第一束探测光驻波时，F＝2态上的原子发出荧光，并被原子荧光收集系统35收集，经光电转换与放大送至高速数据采集卡，可认为是F＝2态的原子布居数P₂。探测完成后，下方挡光条338制作一小束行波，吹走F＝2态上的原子。F＝1态上的原子继续往下落，经过再泵浦光337的作用重新制备到F＝2态上，并被下方探测光探测，可认为是F＝1态的原子布居数P₁。归一化原子数可写为P＝P₂/(P₂+P₁)，利用归一化探测的方法可以消除原子数抖动的影响。

通过扫描数字频率合成器DDS的频率，即拉曼光啁啾率，可以测量到原子归一化布居束为：P＝(1±cos△Φ)/2，其中

5.振动补偿

地面竖直方向的随机振动加速度将导致拉曼光反射镜振动，从而直接影响测量到的重力加速度g，实际测量到的加速度为a＝g+a_vib，利用被动隔振平台80可以减小高频的振动，大大压制a_vib，提高原子干涉条纹信噪比。为了减小低频振动的影响，需要利用加速度计60实时采集微弱的低频振动信号，通过主动反馈的方式进行补偿。竖直振动噪声的减小可有效压制系统噪声，提高测量的灵敏度。

6.倾斜校正

传感器倾斜会导致测量到的绝对重力值偏小，倾斜的角度与重力值呈现二次抛物线曲线的形式，如图5所示。通过在磁屏蔽顶部放置质量块可改变X方向或Y方向倾斜，利用双轴倾斜计50精确测量倾斜角度的变化，可以找到垂线的方向。实验上，分别在X方向上和Y方向上测量重力值随倾斜角度变化的二次抛物线曲线，通过拟合得到抛物线顶点值t_x0与t_y0，然后通过微调质量块将传感器调到该倾斜值即可。最后，通过实时测量X和Y方向倾斜角度变化，可实时修正倾斜引起的重力值变化。

7.系统误差消除

由测量原理知，利用不同的时序配置方案可提取和分离系统误差。通过反转拉曼光波矢的二配置测量方案，可分离与重力相关的系统误差和无关的系统误差；通过拉曼光功率减半的四配置测量方案，可分离双光子光移系统误差；通过180度反转传感器，可分离科里奥利相移系统误差。结合固体潮、海潮模型，可实时修正潮汐引起的重力值变化。通过实时测量大气压数据，可修正气压导致的重力值变化。极地运动导致的重力值可通过实时极地坐标进行计算。

通过上述修正，最终可给出绝对重力加速度值。

本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。

Claims

1.一种可移动冷原子绝对重力加速度传感器，包括真空单元(10)、上平板光路单元(20)、下平板光路单元(30)、支撑单元(40)、倾斜计(50)、加速度计(60)、磁屏蔽单元(70)和被动隔振器单元(80)；其中，所述真空单元(10)固定在上下平板中间，上下平板通过支撑单元(40)连接，上平板光路单元(20)在自由空间与真空单元(10)对接，倾斜计(50)、加速度计(60)放置在下平板上，磁屏蔽单元(70)包围上下平板，并放置在被动隔振器单元(80)上；

所述真空单元(10)的主体部分由玻璃材料粘接而成，由二维磁光阱(14)、三维磁光阱(17)、干涉区(18)、探测区(19)部分组成；二维磁光阱下方安置有铷源(11)，铷源由放置在无氧铜管内的铷气室组成；通过二维分子泵抽气口(12a)，二维磁光阱与外围分子泵连接；二维磁光阱下方有用于连接二维磁光阱和二维金属管道(13b)的玻璃管，玻璃管与金属通过铟丝压接密封；二维磁光阱周围放置二维磁光阱线圈(15a)；

二维磁光阱(14)通过二级差分管(16)与三维磁光阱(17)连接，二级差分管由实心玻璃块组成，中间逐级有两段相互连通的小孔，两边分别粘接在二维和三维真空腔体上；

三维磁光阱(17)由六片玻璃板粘接而成，三维磁光阱下方依次是干涉区(18)和探测区(19)，三维磁光阱线圈(15b)由水平方向上的两对反亥姆霍兹线圈组成；偏置场线圈(15c)由竖直方向的亥姆霍兹线圈构成；

主真空抽气口(13c)在三维磁光阱的一侧，由玻璃管组成，一端通过粘接与三维腔连接，另一端通过铟丝与三维金属管道(13d)连接；三维分子泵抽气口(12b)与离子泵(29)连接到三维金属管道(13d)；

所述光路单元由上平板光路(20)和下平板光路(30)组成；

上平板光路由一套分光系统组成，提供二维竖直光束(21)、二维水平光束(22)、二维的推送光束(23)、三维相互垂直的三激光束(24、25、26)；另外，上平板还提供吹送光(27)和拉曼光(28)，分别从水平方向和竖直方向入射到真空单元(10)；

下平板光路由分离的光学元器件搭建，包括二维光束反射器(32a)和两个三维光束反射器(32b、32c)，所述的二维光束反射器(32a)和两个三维光束反射器(32b、32c)均由四分之波片和反射镜粘接组合而成；集成探测光路单元(33)的后方放置反射器(34)，侧方放置原子荧光收集系统(35)；另外，拉曼光反射器(31)放置在真空单元正下方；

所述集成探测光路单元(33)输出水平相互平行且间距相等的三束激光；

所述磁屏蔽单元(70)由高磁导率材料组成，离子泵(29)在磁屏蔽单元的外部。

2.根据权利要求1所述的一种可移动冷原子绝对重力加速度传感器，其特征在于：

所述真空单元(10)由玻璃材料通过光胶粘接方式组合而成，玻璃抽气管与金属抽气管通过铟丝工艺实现密封。