原子干涉重力梯度测量原理性实验研究

【摘要】：重力梯度测量在地下勘测、地球重力场恢复以及万有引力常数测量和等效原理等检验方面有着重要的应用。本文介绍了在单个磁光阱基础上利用双原子喷泉实现原子干涉重力梯度测量的研究工作。初步实验结果表明,在100s的积分时间内,0.45m基线上的重力梯度测量分辨率达到了100E。 我们利用受激Raman跃迁操纵87Rb原子实现原子干涉,并进行原子干涉重力差分测量来获得重力梯度信息。首先,用磁光阱装载原子并将其上抛,形成原子喷泉。在原子的飞行过程中,一部分处在磁不敏感态、狭窄速度分布内的冷原子被挑选出来。紧接着选态后的原子与Raman光π/2-π-π/2脉冲系列相互作用,其波包被分束、反射,最后汇聚,实现原子干涉。在这个过程中,重力加速度信息被读入到原子波包相位中。最后,探测不同态的原子比例,得到原子在干涉过程中的跃迁概率,从而可以提取出重力加速度信息。利用双原子喷泉形成两个高度不同的原子干涉仪,就可以实现重力梯度测量。 本文详细介绍了原子干涉仪中原子初态制备、探测功能和双喷泉的实现,以及重力梯度测量的初步实验结果,并分析了梯度测量中相关的噪声和系统误差。分析表明目前探测噪声是梯度测量实验的主要噪声源,而磁场不均匀引起的偏差是重要系统误差之一。我们提出并实现了用双原子喷泉形成两个干涉仪进行磁场梯度的同时差分测量,该方法可以有效提高干涉区磁场梯度测量的分辨率。最后,在该研究工作的基础上,展望了下一步重力梯度测量工作的重点。