紧凑型冷原子重力仪和精密重力加速度测量

冷原子重力测量技术是一种基于中性冷原子干涉原理的重力测量技术,其使用全同原子系综作为质量块及重力信息存储器,使用"拉曼光尺"作为自由下落位移测量工具,可以实现优于激光干涉绝对重力仪的测量灵敏度和较好的测量准确度.自第一台实验室冷原子重力仪诞生以来,经过近30年的发展,原子干涉重力测量技术已经成为基础研究和计量学领域实施精确和准确的绝对重力测量的成熟方法之一.同时,随着近年来紧凑型冷原子重力仪的迅速发展,原子干涉重力测量技术已经走出实验室,进入地球物理、惯性导航、空间应用等动态测量应用领域,用于进一步补充和增强现有以经典设备为主的动态重力加速度测量技术.本文将重点介绍冷原子重力测量技术的发展路线、冷原子重力仪在动态测量应用中的最新进展及其所面临的技术挑战,并对冷原子重力测量未来的工程应用研究和基础理论研究进行展望.     

基于原子干涉技术的精密重力测量研究

基于双光子受激拉曼跃迁的冷原子干涉仪,在基础物理研究和精密测量应用方面倍受关注,其中精密重力测量是原子干涉仪的重要应用之一.本文描述了原子干涉重力测量的原理,包括原子波包在重力场中的自由演化、激光与原子相互作用以及原子物质波的干涉过程;介绍了原子重力仪的典型实验设计、测量过程和发展趋势;综述了国内外小组在原子干涉重力测量方面的研究工作.此外本文还对当前原子干涉重力仪的主要噪声及系统误差进行了分析,介绍了背景振动、拉曼光相位噪声的抑制技术以及主要系统误差效应的评估方法.最后,本文还介绍了原子干涉测量技术在万有引力常数测量以及弱等效原理检验等基础物理研究中的应用.     

小型化量子重力仪高精度重力测量

重力场是地球的一个基本物理场,它携带和反映了地球的诸多信息,对基础研究和实际应用都非常重要.由于地球重力场是随空间、时间变化的,需要可移动的高精度重力仪进行测量.量子重力仪是近年发展起来的一种基于原子干涉的新型高精度重力测量设备.和传统重力仪相比,量子重力仪具有更好的稳定性和准确性,可以精密地勘测地球的重力场分布.本文对量子重力仪的基本原理、实验及其应用进行了综述,主要包括国内外小型化量子重力仪方面的最新研究成果;介绍了小型化量子重力仪的基本原理、小型化量子仪核心单元(真空系统、光路系统、隔振系统和野外测量保障系统)的研制以及在重力比对、地震监测和重力场测绘等领域的应用.最后,本文介绍了量子重力仪的精度限制因素(拉曼相位噪声、振动噪声和探测噪声)以及在其他基础物理研究领域(万有引力常数测量和弱等效原理检验)的应用.量子重力仪作为量子传感器中较为成熟的技术,尤其在动态测量方面表现出明显的优势.未来,随着量子重力仪的不断发展,还可能在地球物理、资源探勘、惯性导航和太空重力观测等领域发挥重要作用.     

地球卫星重力场模型及其应用研究进展

本文在简述地球重力场模型发展历程的基础上,对地球卫星重力场模型及其应用的研究进展进行综述。第一,回顾了卫星重力测量技术的发展历程,并对CHAMP、GRACE、GOCE和GRACE-FO任务进行了详细介绍。第二,阐述了目前主要的卫星重力反演方法及其改进现状。第三,介绍了目前国际上主要机构反演的地球卫星重力模型,并分别对CHAMP-Only、GRACE-Only和GOCE-Only的系列模型进行对比分析。第四,综述了地球卫星时变重力场场模型的应用研究进展。第五,对钱学森空间技术实验室天空海一体化导航与探测团队在地球卫星重力场模型及其应用的研究进展进行了概述。最后,对未来地球卫星重力场模型研究进行了展望,提出了研究建议。     

激光冷却原子的新奇量子态与探测

随着原子气体的激光冷却和相干操控技术的飞速发展,冷原子系统的新奇量子态研究以及在量子精密测量的应用均取得了丰硕的成果,例如人造规范势、多体相互作用诱导的拓扑态及拓扑量子相变、冷原子喷泉频标、冷原子干涉仪测量引力常数、魔术波长光晶格频标、冷离子频标、冷原子重力仪、冷原子陀螺仪等.新型冷原子精密测量多次刷新了精密测量的记录,并逐渐成为新的计量标准.基于超冷原子的精密测量为新一代全球卫星导航、深空探测、微重力测量、地震预报、地下油田面积的勘测和油井的定位、工业精密测量与控制等提供新的关键技术.本文重点阐述了激光冷却原子的新奇量子态及探测技术,例如在玻色-凝聚体中产生自旋-轨道角动量耦合;由多体相互作用诱导的拓扑相变;在开通道、闭通道失衡Feshbach共振条件下,体系存在从FuldeFerrell-Larkin-Ovchinnikov超流态到Sarma超流态的量子相变;发展了87Rb原子nP里德堡态的光谱测量、光晶格中超冷原子量子态的探测等手段,并实现了多组分BEC干涉仪.     

弓形结构冷原子干涉重力测量精度分析

为了提高冷原子干涉测量重力的精度,提出了一种弓形结构干涉方案.该方案通过改变施加在冷原子上的Raman脉冲的方向和数量,构造出弓形结构的干涉路径.根据激光传播相位得到干涉相位差和重力加速度的线性关系,其比例系数决定了干涉仪的灵敏度;利用费曼路径积分的方法计算原子波包的传播相位,并应用微扰理论分析重力梯度误差和地球自转误差;使用矩阵方法分析原子波包干涉不重合误差.与Mach-Zehnder型和四单向脉冲干涉仪相比,弓形结构的重力梯度误差和波包不重合误差均得到降低.又推导了含有多个弓形结构的干涉仪相位差与光脉冲相位和重力加速度的关系式,发现随着弓形结构数量的增加,干涉仪的灵敏度不断提高,但其提高的程度递减.     

冷原子物理

冷原子物理研究冷原子的产生、冷原子的物理特性及冷原子的应用.具体包括:利用激光与原子的相互作用实现原子的激光冷却与磁光囚禁,利用蒸发冷却、协同冷却等新冷却机制实现超冷原子,利用远失谐光偶极阱、光晶格等新囚禁方法囚禁超冷原子;用Feshbach共振方法调节原子之间的相互作用,从而产生超冷分子、三体Efimov态等少体束缚...     

低轨重力卫星现状及其重力场模型精度分析

文章介绍了低轨重力卫星探测理论及技术的发展,目前已经发射的低轨卫星CHAMP、GRACE、GOCE的状况,以及各重力卫星的搭载、主要探测应用目标。介绍了地球重力场模型的发展,并介绍了利用已有的低轨重力卫星数据反演的重力场模型,对部分低轨重力卫星所获取的重力场模型的精度进行了分析。我们认为低轨重力技术还有很大的发展空间,低轨重力卫星重力场模型高阶项的系数阶方差是逐渐增大的,其精度有限,低阶的位系数精度是比较可靠的。而在南北极地区,应用高阶次的球谐系数是可行的。     

瓦斯异常区域探测技术现状及发展趋势分析

瓦斯异常区域是引发煤矿瓦斯事故的重大隐患和隐蔽致灾因素。在阐释瓦斯异常区域含义及特点的基础上,综述了国内外针对瓦斯异常区域的探测技术现状,总体上包括接触式探测和非接触式探测两种方式。接触式探测主要通过钻孔施工过程中发生的顶钻、夹钻、吸钻、喷孔等各种物理现象来判断,或者通过对瓦斯突出预测基础参数的测试结果来判断。非接触式探测主要基于煤岩介质的声、光、电等地球物理特性进行。重点介绍了无线电波透视、地质雷达、三维地震、声发射等非接触式探测技术的研究和应用情况,并分析了地球物理探测技术在超前预测距离、分辨率和联合应用等方面的发展趋势。     

我国实现芯片玻色——爱因斯坦凝聚体

随着物理科学技术的发展，超冷原子介质在超高精度原子频率标准、原子干涉仪、量子信息存储和信息处理等方面获得了重要应用。但是获得超冷原子气体和原子芯片上的玻色——爱因斯坦凝聚体（BEC）的实验装置过于复杂和庞大，而且价格十分昂贵，在一定程度上阻碍了其向应用技术的发展。     

地球局部曲率中心修正特征的讨论

GPS掩星探测技术可以探测中性大气获得全球大气折射率、气压、密度、温度和湿度等气象参数,该技术基本原理是基于信号多普勒观测和球对称大气的几何光学近似下Abel积分反演,获得大气廓线.在归算过程中,需要考虑地球曲率、电离层传播时间延迟、大气大尺度水平梯度、多路径传播现象等物理因素对大气反演廓线的精度影响.研究了在标准大气模式下地球局部曲率中心相对于地球中心位置变化并拟合其最佳逼近函数,研究成果可以为相关领域的研究提供参考.     

基于天琴一号观测数据反演地球重力场模型

天琴一号卫星搭载了静电悬浮加速度计、GNSS接收机和星象仪,可实现地球重力场探测的高低卫星跟踪卫星技术．这里利用自主研制的动力法反演软件,采用天琴一号(TQ-1:Tianqin-1)30 h观测数据反演了截断至15阶次的静态地球重力场模型,计算结果表明:TQ-1卫星数据反演的地球重力场模型在15阶次内的信噪比均大于1,说明利用TQ-1数据具备实现15阶次地球重力场的反演能力;通过与包含8 a高低卫星跟踪卫星观测信息的AIUB-CHAMP03S模型对比可知,利用TQ-1卫星数据反演的地球重力场模型位系数误差整体优于10^-8量级;通过与包含13 a低低卫星跟踪卫星观测信息的HUST-Grace2016s模型对比可知,利用TQ-1卫星数据反演的地球重力场模型可获取全球格网重力异常和全球格网大地水准面信息,二者空间分布特征较为一致．计算结果为采用我国自主研发的高低卫星跟踪卫星技术获得的首个地球重力场模型,表明我国具备了采用该技术获取地球重力场模型的能力,可为发展我国自主研发的重力卫星提供重要技术参考．     

“第4届全国地球物理技术学术研讨会”征文

两年一届中国地球物理学会主办的"第4届全国地球物理技术学术研讨会"定于2010年第2季度在北京召开。会议宗旨:加强地球物理技术领域的相互交流,促进国内仪器的自主研发和国外技术的合理引进。会议主题是:深部资源探测和各种地球物理场的监测研究。     

SAR差分干涉测量技术及其在地表形变监测中的应用现状

合成孔径雷达差分干涉测量技术(D-InSAR)是一种新的空间对地观测技术．它利用合成孔径雷达(SAR)的相位信息提取地表的三维信息和高程变化信息,可以监测地球表面和冰雪表面的微小变化,且探测地球表面位移变化的精度可达到cm量级．因此,介绍了D-InSAR的基本原理和发展概况,综述了D-InSAR在地表形变监测中的应用现状,并对D-InSAR的应用前景进行了展望、     

煤矿多层采空区火区CYT-H探测技术研究

CYT探测技术是一种地球物理勘探方法。这种探测是对地下地质状况的一种间接反应信息,信息的解译是一种对地下地层特征的推理演义和还原的过程,所以解译、分析技术的研究是应用好这项技术的核心。     

量子光学的群论方法

由于实验技术的发展,量子光学作为物理学的一个分支,在过去的几年内获得了迅速的发展。目前人们已经能够产生并探测单个光子,并且可以研究在超导谐振腔中的单个原子。现今,诸如冷离子、玻色-爱因斯坦凝聚物、量子信息及量子计算之类的量子光学应用推动了对量子系统聚合性的研究。     

强场原子分子物理实验研究中的符合测量技术及其应用

飞秒激光具有超短的脉冲宽度和超强的峰值功率，已经成为测量和操控原子分子超快动力学行为的重要工具．但是强激光场下，原子分子行为非常复杂，多个反应通道纠缠在一起．全微分符合测量技术能够提供特定反应通道精确的动力学数据，推动了强场原子分子物理研究的快速发展．本文结合北京大学新建的冷靶反冲离子动量谱仪，介绍全微分符合测量技术在强场原子分子物理实验研究中的重要应用以及在强场原子分子物理实验研究方面取得的一些重要进展．     

基于微动技术的浅层地热资源勘探与储量精细评价方法研究

作为未来能源新星的地热资源逐步受到青睐,其中,浅层地热能的利用至关重要。本文介绍了微动探测技术,针对城市地下空间浅层地质结构探测、浅层储量评价精度等不同的实际应用问题和现实工程需求,以迷你阵列微动探测方法为基础,用于精细识别浅层地质结构,获得岩土层厚度信息,精细化评价地热储量。此外,利用数据拟合技术建立地球物理参数与土体热导率的经验关系,预测测试目标区的土体热导率。青岛即墨区的案例,说明了此方法在地热资源开发利用中的应用效果。     

地球物理勘探技术在管线探测中的应用

概述地球物理勘探是以地下物质的物理特性差异为基础,利用物理学原理,通过观察和研究物理场(电磁场、磁场等)的空间与时间的分布规律,实现对地下目的体的勘探。说得通俗一点就是:利用物性差异,分析判断埋在地下的东西。城市供水管网大多敷设在地下,随着城市建设的发展,很多地形参照物发生了改变,时常难以从原图确定管位;同时,管线探测也是建立城市地下管网数据库和实现计算机动态管网管理的基础。因此,我们需要加强对管线的探测工作。管线探测的原理大多源于地球物理学的思想,将地球物理理论和勘探技术应用到勘探实际中去是本文讲述的主要内容。     

地震CT技术及其工程应用

地震ＣＴ方法是近年来发展起来的地球物理探测新技术。它的基本原理是利用地震波穿透地质体时走时和能量变化的观测，经计算反演重建地质体内部的结构图像。它是现代地球物理数值观测技术与计算技术紧密结合的最新成果，是工程地球物理探测技术的新发展。它分辨率高、可靠性好、图像直观、信息量大，很受工程界信赖。目前的地震ＣＴ已发展成为系列方法，成像物理量包括波速、吸收系数和泊松比等多种，利用的地震波包括直达波、反射波、折射波和面波等多种类型。波速成像对岩石的力学性质敏感，可用于区分不同类型的岩性分布和规模较大的断裂…