[0049]本发明差分栗浦管和两个腔体均采用相同材质的微晶玻璃制成，所述差分栗浦管与二维微晶玻璃真空腔体以及三维玻璃真空腔体之间均通过低温键合技术连接。所述二维微晶玻璃真空腔体和三维玻璃真空腔体均通过低温键合技术将微晶玻璃窗片键合或粘接在微晶玻璃基础框架上制成。
[0050]由于微晶玻璃具有较高的力学强度、良好的化学稳定性、光学性能以及极低的膨胀系数，低温键合技术具有极高的灵活性，且键合完成的窗片与框架之间具有极高的粘接强度，对比金属腔体，可极大地缩小体积，降低工艺复杂度及成本，提高腔体的热、磁稳定性和抗冲击特性。结合冷却激光系统和拉曼激光系统，可实现小体积、高稳定性、高精度的可移动式重力测量装置。该发明在地震学、测地学以及大地构造物理学等领域有着广泛的应用前景。
[0051]本发明基于微晶玻璃腔体的重力测量装置实际工作时，实现重力测量的优选方案实施过程如下:
[0052]步骤1.通过左端二维微晶玻璃真空腔内真空阀7与前级真空栗连接，将二维微晶玻璃真空腔内部抽到超高真空(ITorr以下)后，关闭真空阀，利用离子栗5维持超高真空状态；
[0053]步骤2.打开碱金属源6，维持二维微晶玻璃腔体I内碱金属原子的数量；
[0054]步骤3.在二维微晶玻璃真空腔I内施加两对正交二维冷却光束对9，如图2所示，对腔体内的碱金属原子进行预冷却，使其在1，z方向上的运动速度得到降低；
[0055]步骤4.与此同时，优选在二维微晶玻璃真空腔体I侧面注入一束推送光束，提高预冷却原子束流到三维微晶玻璃真空腔体2的装载率；
[0056]步骤5.随后，在三维微晶玻璃腔内施加三对正交三维冷却光束对12，获得陷俘冷原子团，如图3所不；
[0057]步骤6.完成对冷原子团的态制备，关闭光束，使原子自由下落，如图4所示；
[0058]步骤7.在冷原子团下落过程中，如图5所示，沿着y方向，作用一对相向传输的/2拉曼脉冲光束对16，随后冷原子团再经历自由下落时间T后，在同样方向作用拉曼脉冲光束对17，再间隔时间T后，最终作用/2拉曼脉冲光束对16，经过三次拉曼脉冲光束对的作用后，相位差可表示为:
[0059]Δ φ = φ α-2 Φ b+ Φ c (9)
[0060]式中A，B，C分别对应三次拉曼脉冲作用。假设t = O时为第一个脉冲对作用时间，则根据间隔时间T，可得到ΦΑ= 0，Φ B= k effgT2/2以及Φ。= keffg(2T)2/2，式中keff为脉冲对有效波矢。
[0061]步骤8.最后在原子探测腔15内利用一探测光束18，完成下落原子态布居数分布的探测，得到:
[0062]P|F = 2>= [l-cos(A φ)]/2 (10)
[0063]结合式(9)即可得到探测布居数与重力加速度的关系式:
[0064]P|F = 2>= [ 1-cos (k effgT2)]/2 (11)
[0065]根据已知参数有效波矢krff和时间间隔T，结合探测布居数分布P |F = 2>，即可得到当地的重力加速度，完成重力测量。
[0066]步骤9.制备两团原子团同时完成自由下落，可将该方案拓展为测量当地重力梯度。两路原子干涉仪的相位差与两原子团位置的重力加速度相关:
[0067]Δ Φ2-Δ k eff (g2-g!) T2 (12)。
【主权项】
1.一种基于微晶玻璃腔体的重力测量装置，其特征在于，包括二维微晶玻璃真空腔体(1)、三维微晶玻璃真空腔体(2)、碱金属源￠)、差分栗浦管(8)，其中，所述三维微晶玻璃真空腔体(2)从上到下分成三维冷却真空腔(13)、原子自由下落腔体(14)、原子探测腔(15)，其中，所述二维微晶玻璃真空腔体(I)通过差分栗浦管(8)连接在三维微晶玻璃真空腔体(2)的三维冷却真空腔(13) —侧，所述三维冷却真空腔(13)另一侧连接有吸气装置，碱金属源(6)连接在二维微晶玻璃真空腔体(I)上，另外，所述差分栗浦管(8)为与两个腔体材质一致的微晶玻璃制成。2.根据权利要求1所述的重力测量装置，其特征在于，所述碱金属源(6)通过四通接头(4)与二维微晶玻璃真空腔体(I)连接。3.根据权利要求2所述的重力测量装置，其特征在于，所述四通接头(4)上分别连接有离子栗(5)和真空阀(7)。4.根据权利要求3所述的重力测量装置，其特征在于:所述差分栗浦管(8)与二维微晶玻璃真空腔体(I)以及三维玻璃真空腔体(2)之间均通过低温键合技术连接。5.根据权利要求4所述的重力测量装置，其特征在于:所述二维微晶玻璃真空腔体(I)和三维玻璃真空腔体(2)均通过低温键合技术将微晶玻璃窗片键合或粘接在微晶玻璃基础框架上制成。6.根据权利要求5所述的重力测量装置，其特征在于:所述吸气装置为吸气栗(3)或离子栗(5)。7.一种基于权利要求1至6任一项所述重力测量装置的重力测量方法，其特征在于，包括如下步骤: 步骤1.将一■维微晶玻璃真空腔内部抽到超尚真空后，并维持超尚真空状态； 步骤2.打开碱金属源，维持二维微晶玻璃腔体内碱金属原子的数量； 步骤3.在二维微晶玻璃真空腔内施加两对正交二维冷却光束对，对腔体内的碱金属原子进行预冷却，使其在1，z方向上的运动速度得到降低； 步骤4.与此同时，在二维微晶玻璃真空腔体侧面注入一束推送光束，提高预冷却原子束流到三维微晶玻璃真空腔体的装载率； 步骤5.随后，在三维微晶玻璃腔内施加三对正交三维冷却光束对，获得陷俘冷原子团； 步骤6.完成对冷原子团的态制备，关闭光束，使原子自由下落； 步骤7.在冷原子团下落过程中，沿着y方向，作用一对相向传输的/2拉曼脉冲光束对，随后冷原子团再经历自由下落时间T后，在同样方向作用31拉曼脉冲光束对，再间隔时间T后，最终作用/2拉曼脉冲光束对，经过三次拉曼脉冲光束对的作用后，相位差可表示为:A φ = φ Α-2 Φ B+ Φ c (I) 式中A，B, C分别对应三次拉曼脉冲作用， 其中，设t = O时为第一个脉冲对作用时间，则根据间隔时间T，可得到ΦΑ= O，Φ Β =keffgT2/2以及Φ。= krffg(2T)2/2，式中keff为脉冲对有效波矢。 步骤8.在原子探测腔内利用一探测光束，完成下落原子态布居数分布的探测，得到: P|F = 2)= [l-cos(A φ)]/2 (2) 结合式(9)即可得到探测布居数与重力加速度的关系式:P|F = 2)= [ 1-cos (k effgT2)]/2 (3) 根据已知参数有效波矢krff和时间间隔T，结合探测布居数分布P |F = 2)，即可得到当地的重力加速度，完成重力测量。8.根据权利要求7所述的重力测量方法，其特征在于，制备两团原子团同时完成自由下落，两路原子干涉仪的相位差与两原子团位置的重力加速度相关:Δ Φ2-Δ (J)1=I^eff (g2-g!) T2 (4) 则根据已知参数有效波矢krff和时间间隔T，结合两团原子团探测布居数分布P |F = 2)，能够测量当地重力梯度。
【专利摘要】本发明属于加速度测量技术领域，涉及一种基于微晶玻璃腔体的可移动式重力测量装置。本发明可移动式重力测量装置包括二维微晶玻璃真空腔体、三维微晶玻璃真空腔体、碱金属源、差分泵浦管。其中，所述二维微晶玻璃真空腔体通过差分泵浦管连接在三维微晶玻璃真空腔体的三维冷却真空腔一侧，所述三维冷却真空腔另一侧连接有吸气装置，碱金属源连接在二维微晶玻璃真空腔体上，另外，所述差分泵浦管为与两个腔体材质一致的微晶玻璃制成。本发明的重力测量装置基于低温键合技术，利用微晶玻璃构建真空腔体，通光性更好，结构更紧凑，热、磁稳定性以及抗冲击能力更高，便于实现高精度高可靠性可移动式重力测量装置的工程化实用。
【IPC分类】G01V7/14
【公开号】CN105652335
【申请号】
【发明人】李俊, 刘元正, 李攀, 雷兴, 闻茗萱
【申请人】中国航空工业第六一八研究所
【公开日】2016年6月8日
【申请日】2014年11月17日