CN107219561A - 一种基于光力效应的高精度重力测量装置 - Google Patents

一种基于光力效应的高精度重力测量装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于光力效应的高精度重力测量装置，包括高反射率反射镜，光学有源谐振腔，输出耦合镜，激光功率计；其中光学有源谐振腔包含腔体和置于腔体内的YAG晶体，所述的YAG晶体通过高功率激光进行泵浦，所述的高反射率反射镜、光学有源谐振腔内的YAG晶体、输出耦合镜、激光功率计在竖直方向上由上而下沿直线分布。本发明的重力测量装置通过光力效应实现高精度重力仪中对落体的提升和释放效果，避免了机械结构的加工误差，并且更加精确。并且结构更加紧凑，方便实验测量。

Description

一种基于光力效应的高精度重力测量装置
技术领域
本发明属于高精度重力测量技术领域，具体涉及一种基于光力效应的高精度重力测量装置。
背景技术
光力效应是指携带能量和动量的光与物质相互作用，产生动量的交换，从而表现为光对物体施加力的作用。力的大小等于光引起的单位时间内物体动量的改变，并由此可引起物体位移，速度状况的变化。由光产生的力与光强度成正比，光强度越强、受辐射的物体质量越小，这种辐射光压效应将越明显。量子光学的发展，使得光与物质相互作用的方法研究进展越来越迅速，纳米科学以及半导体工业在先进材料和工艺上的发展，使得制造超敏感的微纳米装置成为可能，这些装置在空间上可以做到原子尺度。这两个方面结合起来便形成了量子光力学。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种基于光力效应的高精度重力测量装置，该装置通过光力驱动实现了对落体的提升和释放，测量方便精确。
本发明的基于光力效应的高精度重力测量装置，包括高反射率反射镜，光学有源谐振腔，输出耦合镜，激光功率计；其中光学有源谐振腔包含腔体和置于腔体内的YAG晶体，所述的YAG晶体通过高功率激光进行泵浦，所述的高反射率反射镜、光学有源谐振腔内的YAG晶体、输出耦合镜、激光功率计在竖直方向上由上而下沿直线分布。
上述技术方案中，所述的高反射率反射镜的反射率为0.9到0.99之间，重量在1mg量级。
所述的YAG晶体的直径为3mm、长度为6cm，其中Nd掺杂原子密度为0.6％。
所述的YAG晶体在腔体内被泵浦激光二极管以808nm波长激光泵浦，泵浦激光功率为10w以上。
本发明的有益效果在于：
本发明的重力测量装置通过光力效应实现高精度重力仪中对落体的提升和释放效果，避免了机械结构的加工误差，并且更加精确。并且结构更加紧凑，方便实验测量。
附图说明
图1是本发明装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行进一步说明。
本发明的装置可基于光力效应进行高精度重力测量。本发明采用如图1所示的装置，该重力测量装置包括高反射率反射镜1，光学有源谐振腔2，输出耦合镜3，激光功率计4。其中光学有源谐振腔2包含腔体和置于腔体内的YAG晶体，YGA晶体通过高功率激光进行泵浦，高反射率反射镜1的反射率为0.9到0.99之间，重量在1mg量级。高反射率反射镜1，光学有源谐振腔2，输出耦合镜3，激光功率计4在竖直方向上由上而下呈一直线分布。
本发明采用的光学驱动原理是一种创新的放大光子推进概念，其基于光学有源谐振腔，放大介质YAG晶体位于光腔内。在这种包含增益介质的光学谐振腔中，利用谐振腔对光子的反馈作用实现对落体平面的多次光压效果，利用受激增益介质对光子的放大作用实现光子微驱动力的放大和驱动效率的提高。
本发明是根据对落体的驱动力需求优化设计所得，不同于典型的激光腔。典型激光器要求使得外腔中的激光输出功率最大化，而本发明则是使得腔内功率最大化。根据增益介质具体特性的不同，高反射率反射镜1的反射率选择在0.9到0.99之间。本发明为了最小化增益介质中的吸收损耗，所以需要设计为使腔2内功率最大化。增益介质应当非常薄，厚度小于5mm，以最小化增益介质中的吸收损耗。这类似于用于产生腔内二次谐波的固态盘式激光器中增益介质的情形，但并不需要倍频晶体。测量时通过光力效应将高反射率反射镜1拉升到一定高度，然后断开泵浦激光，实现高精度反射镜1的自由下落，进行实验测量，然后加大泵浦激光，实现高精度反射镜1的减速和停止过程。本光力驱动重力测量装置代替机械结构带动的参考棱镜的提升和下落。
激光放大在直径为3mm、长度为6cm、掺杂剂密度为0.6％的Nd：YAG晶体中实现。Nd：YAG晶体在侧泵浦配置被泵浦激光二极管以808nm波长激光泵浦。泵浦激光功率为10w以上。通过力学传感器测量激光开启与关闭时HR镜的重量之间的差值来确定光驱动力。

Claims (4)

1.一种基于光力效应的高精度重力测量装置，其特征在于，包括高反射率反射镜(1)，光学有源谐振腔(2)，输出耦合镜(3)，激光功率计(4)；其中光学有源谐振腔(2)包含腔体和置于腔体内的YAG晶体，所述的YAG晶体通过高功率激光进行泵浦，所述的高反射率反射镜(1)、光学有源谐振腔(2)内的YAG晶体、输出耦合镜(3)、激光功率计(4)在竖直方向上由上而下沿直线分布。
2.根据权利要求1所述的基于光力效应的高精度重力测量装置，其特征在于，所述的高反射率反射镜(1)的反射率为0.9到0.99之间，重量在1mg量级。
3.根据权利要求1所述的基于光力效应的高精度重力测量装置，其特征在于，所述的YAG晶体的直径为3mm、长度为6cm，其中Nd掺杂原子密度为0.6％。
4.根据权利要求1所述的基于光力效应的高精度重力测量装置，其特征在于，所述的YAG晶体在腔体内被泵浦激光二极管以808nm波长激光泵浦，泵浦激光功率为10w以上。
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