一种精确测量重力加速度的装置

本技术涉及测量仪器领域，具体涉及一种精确测量重力加速度的装置。

背景技术：

0、技术背景

1、重力加速度g是一个重要的地球物理常数，地球上各个地区的重力加速度，会随着地球纬度和海拔高度的变化而变化。准确地确定它的量值，无论从理论上、科研上还是生产上都有极其重大的意义。

2、对重力加速度g多种测法的研究和分析，找出最适合测量本地重力加速度g的装置与方法,将会给理论研究与生产实践产生很大的效益。到目前为止，对本地重力加速度g的测量方法有滴水法、电磁打点计时器法、平衡单摆法、圆锥摆法、斜槽法、自由落体运动法等等。无论是用哪种方法，实验误差都很大，不能精确的测量重力加速度g的大小。

技术实现思路

1、本实用新型提供了一种精确测量重力加速度的装置，功能齐全，操作简单，观察方便，可以十分精确的测量重力加速度的大小。

2、为实现上述目的，本实用新型的技术方案如下：

3、所述精确测量重力加速度的装置包括锁模激光器，一号光频率梳发生器，二号光频率梳发生器，一号分光棱镜，二号分光棱镜，时间测量池，参考镜，探测器，镜面小球，数据处理装置。由锁模激光器通过一号光频率梳发生器，二号光频率梳发生器产生出的两光频率梳具有微小重频差(△f),用来产生光源，其中一号光频率梳发生器为信号光梳(重频为f1)，二号光频率梳发生器为本振光梳(重频为f2＝f1+△f)。信号光梳发出的信号脉冲经过迈克尔逊干涉光路，在一号分光棱镜处分离，经参考镜和时间测量池中进行自由落体的镜面小球定向反射后产生在时域上分离的参考脉冲和测量脉冲。时延为△t的参考脉冲和测量脉冲经一号分光棱镜合光之后再通过二号分光棱镜与本振光梳发出的本振脉冲合光。由于信号脉冲时间周期(t1＝1/f1)和本振脉冲时间周期(t2＝1/f2)具有微小差别，因此每经过一个脉冲时间周期两列脉冲产生△t＝△f/(f1*f2)的时间滑移，即由本振光脉冲对参考脉冲和测量脉冲的线性采样，在每个测量周期内(t＝1/△f)，出现一对时间延迟为△t的参考干涉信号和测量干涉信号。通过两台光频率梳的线性互相关采样，原先以t1＝1/f1重复周期的脉冲信号，放大成了周期t＝1/△f的互相关信号，时域放大比例因子为从而进一步得到镜面小球自由落体运动的距离:

4、(其中v代表光脉冲的群速度)，再依据光脉冲在锁模激光器腔内的脉冲声光效应引起的光强突变计算该距离下镜面小球自由落体的时间，从而进一步得到重力加速度的大小。

5、本实用新型制造原理完善、现象清晰、操作方便，具有测量灵敏度可调、系统稳定，精确度高等特点。相对现有技术，具有如下特点。

6、1、使用了锁模激光器来产生光频率梳，锁模激光器中的锁模脉冲具有超短的脉冲宽度，超高的峰值功率以及超稳定的脉冲间隔，可以使光频率梳带宽较大，图像清晰，便于观察且稳定性高，可以使测量值更加精确，避免不必要的因素影响实验结果。

7、2、使用了具有微小重频差(△f)的一号光频率梳发生器和二号光频率梳发生器的测距方法，能充分利用光频率梳光谱分辨率高脉冲速率高的优势，使重力加速度的测量更加精确，测量速度更快，节省时间。

8、3、一号分光棱镜与二号分光棱镜的使用使脉冲的分离与合成更加灵活。

9、4、使用了探测器，能通过参考干涉信号和测量干涉信号对时间测量池中进行自由落体的镜面小球的自由落体距离进行精确测量。

10、5、使用了数据处理装置对镜面小球的自由落体运动所有时间以及所运动的距离进行数据处理，从而进一步得到重力加速度的大小。

11、6、精确测量重力加速度的装置制造原理完善、设计思路简单、现象清晰、操作方便、测量灵敏度可调、系统稳定、精确度高、实验结果准确直观。

12、下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步说明。

技术特征：

1.一种精确测量重力加速度的装置，其特征在于：包括锁模激光器(1)、一号光频率梳发生器(2)、参考镜(3)、一号分光棱镜(4)、时间测量池(5)、二号光频率梳发生器(6)、二号分光棱镜(7)、探测器(8)、数据处理装置(9)；相串联的一号光频率梳发生器(2)、参考镜(3)、时间测量池(5)与相串联的二号光频率梳发生器(6)、二号分光棱镜(7)、探测器(8)并联于锁模激光器(1)与数据处理装置(9)之间；锁模激光器(1)用来产生光源，一号光频率梳发生器(2)用来对进入的光源生成信号光梳，二号光频率梳发生器(6)用来对进入的光源生成本振光梳；一号分光棱镜(4)用来分离信号光梳至参考镜(3)与时间测量池(5)，参考镜(3)用来产生参考脉冲，时间测量池(5)设有镜面小球(10)，所述镜面小球用于进行自由落体且定向反射产生测量脉冲，一号分光棱镜(4)还用来将参考脉冲与测量脉冲合光，二号分光棱镜(7)用来将经一号分光棱镜(4)合光后的参考脉冲、测量脉冲再与本振光梳合光；探测器(8)用于通过参考脉冲、测量脉冲、本振光梳得到参考干涉信号和测量干涉信号，并进一步得出时间测量池(5)中进行自由落体的镜面小球(10)的自由落体距离；数据处理装置(9)用于对镜面小球(10)的自由落体运动所用时间以及所运动的距离进行数据处理，从而进一步得到重力加速度的大小。

2.如权利要求1所述的精确测量重力加速度的装置，其特征在于：一号光频率梳发生器(2)和二号光频率梳发生器(6)所产生的光频率梳具有微小重频差。

技术总结
本技术公开了一种精确测量重力加速度的装置，该装置包括：锁模激光器，一号光频率梳发生器，二号光频率梳发生器，一号分光棱镜，二号分光棱镜，时间测量池，参考镜，探测器，镜面小球，数据处理装置。锁模激光器通过一号光频率梳发生器，二号光频率梳发生器所产生的光频率梳具有微小重频差,用来产生光源，再结合一号分光棱镜、二号分光棱镜以及参考镜对时间测量池中进行初速度为零的自由落体运动的镜面小球进行距离的测量，通过两台光频率梳的线性互相关采样，再得到镜面小球自由落体运动的距离，再依据光脉冲在锁模激光器腔内的脉冲声光效应引起的光强突变计算该距离下镜面小球自由落体的时间，从而进一步得到重力加速度的大小。

技术研发人员：何诗颖,许英,邹代峰,麻志君,瞿慧敏
受保护的技术使用者：湖南科技大学
技术研发日：20230825
技术公布日：2024/5/10