程差轨迹，如图5 所示，A为干涉激光波长，《为两干涉光束的夹角，则干涉条纹间距
当《 = 0,即干 涉光束平行，则条纹间距e趋近于无穷大，观察屏上显示为一等光强圆形光斑，利用这种性 质，可以对绝对重力仪中激光干涉系统测试光束的方向进行检测和调节，使其与重力加速 度方向平行。
[0028]图6为本实用新型一种高精度绝对重力仪用光学倍频式激光干涉系统结构示意 图。其基本原理为利用光学倍频的方法实现绝对重力测试中对于落体棱镜位置的高精度测 量，同时可以实时对绝对重力测试过程中测试激光束竖直方向进行监测和调节，整个激光 干涉系统包括稳频激光器1、准直扩束镜2、可调反射镜3、分束器4、参考棱镜5、落体棱镜 6、水平液面7、反射棱镜8、光阑9、聚焦透镜10、光电探测器11。
[0029] 其中激光由稳频激光器1发出，经准直扩束镜2后由可调反射镜3反射后竖直向 下传输，再经分束器4分为竖直向下传输的测试光束及水平向右传输的参考光束，其中测 试光束分别经过参考棱镜5和落体棱镜6的多次反射后（图示为4次）射向水平液面7,然 后经由水平液面反射后按原光路返回到分束器4处与经反射棱镜8反射的参考光束汇合， 产生干涉条纹，干涉光束再经过打开的光阑9被聚焦透镜10汇聚于光电探测器11上，光电 探测器11将光干涉信号转换为电信号供绝对重力仪数据处理系统拟合计算出绝对重力加 速度估值。
[0030] 水平液面7为酒精或水银等可反射光的液体表面，当光束以竖直方向入射水平液 面7时，其能按原光路返回，当入射光束相对于竖直方向有一倾角入射时，反射光束与入射 光束会发生分离。
[0031] 测试过程中，测试光束经过水平液面7及参考棱镜5和落体棱镜6的多次反射，衰 减较为强烈，特别设计分束器4的透射比，使产生干涉时的测试光束和参考光束光强相等， 干涉条纹对比度趋近于1，提高后续测量信噪比。
[0032] 本实用新型激光干涉系统中测试光束需经过参考棱镜5和落体棱镜6的N(图中 为4次，但并不只限于此）次反射，当落体棱镜6每下落X/2N的便能产生一条干涉条纹， 相对于现有技术的绝对重力仪中落体棱镜下落A/2产生一条干涉条纹，本实用新型能在 绝对重力仪其他组件不变的情况下，将绝对重力加速度测量精度提高N倍。
[0033] 在绝对重力测试前，需关闭光阑9,调节测试光束方向，由于水平液面7的反射，将 会在光阑9面上产生干涉图像，如图6中虚线所示，如果入射光束12与竖直方向有一夹角 0，通过参考棱镜5及落体棱镜6的多次反射后变为光束13,它以相同的角度入射到水平 液面7上，经反射，出射光束14与光束13会分离，角度为2 0，出射光束14再经过测试棱镜 6和参考棱镜5的多次反射变为光束15,光束15经分束器4反射成为测试光束16,测试光 束16与经由反射棱镜8反射回来的参考光束17产生干涉，其夹角为a= 2 0，可在光阑面 上形成等间距的干涉条纹18,调节可调反射镜3,使干涉图像逐渐变为一等光强圆斑19,则 表示两干涉光束夹角极小，即9 =〇,测试光束与重力加速度方向平行。
[0034] 绝对重力仪中一般采用A= 632. 8nm的He-Ne稳频激光为光源，光束经准直 扩束镜2扩束为3mm，通过人眼识别，可保证光阑9面上的干涉图像在半个条纹范围内， 可推得测试光束与竖直方向的夹角最大为
引起的测量误差为：
[0035] 待调节可调反射镜3使光阑9面上干涉图像为一等光强圆斑19后，打开光阑9,开 始绝对重力测量。
[0036] 在测试过程中，可随时关闭光阑9,观测光阑面上干涉图像是否保持为一等光强圆 斑19来实时监测测试光束与竖直方向是否平行，如果干涉图像不为等光强圆斑19,调节可 调反射镜3至干涉图像变为等光强圆斑19后，关闭光阑9,继续绝对重力测试。
【主权项】
1. 一种高精度绝对重力仪用光学倍频式激光干涉系统，其特征在于，它包括稳频激光 器（1)、准直扩束镜（2)、可调反射镜（3)、分束器（4)、参考棱镜（5)、落体棱镜（6)、水平液 面（7)、反射棱镜（8)、光阑（9)、聚焦透镜（10)、光电探测器（11);激光由稳频激光器（1) 发出，经准直扩束镜（2后由可调反射镜（3 )反射后竖直向下传输，再经分束器（4 )分为竖直 向下传输的测试光束和水平向右传输的参考光束，其中测试光束分别经过参考棱镜（5 )和 落体棱镜（6)的多次反射后射向水平液面（7)，然后经水平液面（7)反射后按原光路返回到 分束器（4)处与经反射棱镜（8)反射的参考光束汇合，产生干涉条纹，干涉光束经过打开的 光阑（9)被聚焦透镜（10)汇聚于光电探测器（11)上。2. 根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的水平液面（7)为酒精或水银。3. 根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的分束器（4)的透射比，能使产生干 涉时的测试光束和参考光束光强相等。4. 一种根据权利要求1-3任一项所述系统的应用，其特征在于，应用于绝对重力仪。
【专利摘要】本实用新型公开了一种高精度绝对重力仪用光学倍频式激光干涉系统及应用，它包括稳频激光器、准直扩束镜、可调反射镜、分束器、参考棱镜、落体棱镜、水平液面、反射棱镜、光阑、聚焦透镜、光电探测器；激光由稳频激光器发出，经准直扩束镜后由可调反射镜反射后竖直向下传输，再经分束器分为竖直向下传输的测试光束和水平向右传输的参考光束，其中测试光束分别经过参考棱镜和落体棱镜的多次反射后射向水平液面，然后反射后按原光路返回与参考光束汇合，产生干涉条纹，干涉光束经过打开的光阑被聚焦透镜汇聚于光电探测器上。一种采用所述系统的绝对重力仪。本实用新型可将测试精度提高多倍，能简单有效地调节测试光束的方向，保证其与重力加速度方向平行。
【IPC分类】G01V7/14
【公开号】CN204631269
【申请号】CN201520253241
【发明人】黄腾超, 庞斌, 贺青, 舒晓武, 刘承
【申请人】浙江大学
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年4月23日