【CN109814165A】一种光力冷却小型化高精度光学重力仪【专利】

(19)中华人民共和国国家知识产权局

(12)发明专利申请

(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910143725.9

(22)申请日 2019.02.25

(71)申请人 浙江大学

地址 310058 浙江省杭州市西湖区余杭塘

路866号

(72)发明人 陈杏藩　祝训敏　李楠　胡慧珠　

舒晓武　刘承　

(74)专利代理机构 杭州求是专利事务所有限公

司 33200

代理人 林超

(51)Int.Cl.

G01V 7/02(2006.01)

G01V 7/04(2006.01)

(54)发明名称

一种光力冷却小型化高精度光学重力仪

(57)摘要

本发明公开了一种光力冷却小型化高精度

光学重力仪。包括真空腔体和释放装置、激光冷

却腔、光学探测腔和微纳小球；激光冷却腔、光学

探测腔分别位于真空腔体中部上下方；激光冷却

腔包括两个透镜，两束水平平行光采用同个激光

器输出的两个垂直偏振态；两个透镜的焦点重合

并在焦点处形成光阱区；光学探测腔包括两个透

镜，两个透镜的焦点重合并在焦点处形成探测

区；释放装置设有释放出口，真空腔体正下方外

有冷却光源，冷却光源向上发冷却光照到光阱

区。本发明利用微纳小球作为测量载体，结合激

光冷却技术，精确测量小球的释放位置和捕获位

置以获得重力加速度的精确值，消除了环境干

扰，提高重力加速度测量精度，改进了测量速度

和效率。权利要求书3页 说明书9页 附图3页CN 109814165 A 2019.05.28

C N 109814165

A

权　利　要　求　书1/3页CN 109814165 A

1.一种光力冷却小型化高精度光学重力仪，其特征在于：重力仪包括了真空腔体和位于真空腔体内的释放装置、激光冷却腔、光学探测腔和微纳小球；释放装置处于真空腔体顶部，微纳小球装载在释放装置中，激光冷却腔、光学探测腔分别位于真空腔体中部的上下方；所述的激光冷却腔中设有微纳小球的激光捕获装置，激光捕获装置包括水平同光轴相正对布置的两个透镜L1和L2以及分别从两个透镜L1和L2两侧入射的两束水平平行光作为捕获光，两束水平平行光采用同个激光器输出的两个垂直偏振态；两个透镜L1和L2的焦点重合并在焦点处附近形成用于捕获微纳小球的光阱区，光阱区作为微纳小球自由落地的起始位置区域；所述的光学探测腔中设有微纳小球的小球探测装置，小球探测装置包括水平同光轴相正对布置的两个透镜L3和L4以及分别从两个透镜L3和L4其中一个透镜侧方入射的一束水平光作为探测光，两个透镜L3和L4的焦点重合并在焦点处附近形成微纳小球位置的探测区，探测区作为微纳小球自由落地的结束位置区域；所述的释放装置设有微纳小球释放出口，激光冷却腔中的光阱区位于释放装置的微纳小球释放出口的正下方，光学探测腔中的探测区位于激光冷却腔中的光阱区的正下方；探测区正下方的真空腔体外设有冷却光源，冷却光源向上发出冷却光照射到光阱区。

2.根据权利要求1所述的一种光力冷却小型化高精度光学重力仪，其特征在于：在两个透镜L1和L2其中一个透镜L1侧方的真空腔体外部设有偏振分光棱镜(PBS)，偏振分光棱镜(PBS)的下方设有第一位置探测传感器(QPDA)；一束水平光从偏振分光棱镜(PBS)侧方水平入射到偏振分光棱镜(PBS)，经偏振分光棱镜(PBS)透射后入射到透镜L1，经透镜L1汇聚到焦点处；另一束水平光从透镜L2侧方水平入射到透镜L2，经透镜L2汇聚到焦点处，再经透镜L1恢复扩束后入射到偏振分光棱镜(PBS)，经偏振分光棱镜(PBS)反射后入射到第一位置探测传感器(QPDA)被探测接收；通过第一位置探测传感器(QPDA)探测得到微纳小球沿水平光轴径向方向偏离光阱中心的位置信息。

3.根据权利要求1所述的一种光力冷却小型化高精度光学重力仪，其特征在于：在两个透镜L3和L4其中一个透镜L4侧方的真空腔体外部设有反射镜，反射镜的下方设有第二位置探测传感器(QPDB)；一束水平探测光从未在侧方设有反射镜的透镜L4侧方水平入射到透镜L4，经透镜L4汇聚到焦点处，焦点处作为探测中心，再经透镜L3恢复扩束后入射到反射镜，经反射镜反射到第二位置探测传感器(QPDB)被探测接收；通过第二位置探测传感器(QPDB)探测得到微纳小球下落到沿水平光轴径向方向偏离探测中心的位置信息。

4.根据权利要求1所述的一种光力冷却小型化高精度光学重力仪，其特征在于：所述的激光捕获装置中的两束捕获光来源的激光器为1064nm的激光器，所述的冷却光源具体采用532nm的激光。

5.根据权利要求1所述的一种光力冷却小型化高精度光学重力仪，其特征在于：所述的释放装置采用压电陶瓷(PZT)，通过压电陶瓷的振动将预先放置在压电陶瓷上的微纳小球粒子以单粒依次释放。

6.根据权利要求1所述的一种光力冷却小型化高精度光学重力仪，其特征在于：还包括有信息处理电路，信息处理电路分别和第一位置探测传感器(QPDA)、第二位置探测传感器(QPDB)、释放装置的压电陶瓷连接。

7.根据权利要求1所述的一种光力冷却小型化高精度光学重力仪，其特征在于：所述的微纳小球采用石英材料的微纳颗粒。

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