第三反射表面，其反射已 穿过第二反射器中的中心孔的激光束的第三部分。第三反射表面反射激光束的第三部分以 产生用于俘获冷原子的第三样本的多个第三俘获激光束，并且，所述第三反射表面将激光 束的第三部分穿过第一反射器和第二反射器的中心孔逆反射回来。
[0023] 根据一个变化例，冷原子的第一样本被所述多个第一俘获激光束与激光束的逆反 射的第三部分的组合俘获。冷原子的第二样本被所述多个第二俘获激光束与激光束的逆反 射的第三部分的组合俘获，并且冷原子的第三样本被所述多个第三俘获激光束与激光束的 逆反射的第三部分的组合俘获。
[0024] 根据一个变化例，冷原子重力梯度仪系统还可包括反射器，其沿着与由背对第一 反射器且指向第二反射器的方向限定的方向基本上垂直的方向上与第一反射器在空间上 分呙。
[0025] -般地，在一个方面，本发明的一个或多个实施方式针对冷原子重力梯度仪系统。 冷原子重力梯度仪系统包括用于产生沿着传播方向传播的激光束的激光源、第一反射器和 第二反射器。第一反射器反射激光束的第一部分。第二反射器反射激光束的第二部分。第 二反射器沿着基本上垂直于传播方向的梯度测量方向与第一反射器在空间上分离。
[0026] 根据一个变化例，传播方向平行于局部重力梯度方向。
[0027] 根据一个变化例，第一反射器包括第一反射表面，其被布置成反射激光束的第一 部分以产生用于俘获冷原子的第一样本的多个第一俘获激光束。第二反射器包括第二反射 表面，其被布置成反射激光束的第二部分以产生用于俘获冷原子的第二样本的多个第二俘 获激光束。
[0028] -般地，在一个方面，本发明的一个或多个实施方式针对用于测量重力梯度的方 法。该方法包括产生具有第一失谐的激光束，从第一反射器反射激光束的第一部分以产生 多个第一俘获激光束，并穿过布置在第一反射器中的中心孔透射激光束的第二部分。该方 法还包括从第二反射器反射激光束的第二部分以产生多个第二俘获激光束和逆反射的俘 获激光束，使用与逆反射的俘获激光束相组合的所述多个第一俘获激光束来形成第一冷原 子阱，并且使用与逆反射的俘获激光束相组合的所述多个第二俘获激光束来形成第二冷原 子阱。该方法还包括分别地在第一和第二冷原子阱中俘获冷原子的第一样本和第二样本。
[0029] -般地，在一个方面，本发明的一个或多个实施方式针对用于测量重力梯度的方 法。该方法包括产生具有第一失谐的激光束，从第一反射器反射激光束的第一部分以产生 多个第一俘获激光束，并穿过布置在第一反射器中的中心孔透射激光束的第二部分。该方 法还包括从第二反射器反射激光束的第二部分以产生多个第二俘获激光束，并穿过布置在 第二反射器中的中心孔透射激光束的第三部分。该方法还包括从第三反射器反射激光束的 第三部分以产生多个第三俘获激光束和逆反射的俘获激光束。使用与逆反射的俘获激光束 相组合的所述多个第一俘获激光束来形成第一冷原子阱。使用与逆反射的俘获激光束相组 合的所述多个第二俘获激光束来形成第二冷原子阱。使用与逆反射的俘获激光束相组合的 所述多个第三俘获激光束来形成第三冷原子阱。该方法还包括分别地在第一冷原子阱、第 二冷原子阱和第三冷原子阱中俘获冷原子的第一样本、第二样本以及第三样本。
[0030] 根据以下描述和所附权利要求，本发明的其它方面和优点将显而易见。
【附图说明】
[0031] 图1A- 1B分别地图示出重力梯度仪的原理，并示出了冷原子干涉仪的示例。
[0032]图2示出了根据本发明的一个或多个实施方式的冷原子重力梯度仪系统的示例。
[0033]图3示出了根据本发明的一个或多个实施方式的冷原子重力梯度仪系统的1D反 射器构造的示例。
[0034] 图4示出了根据本发明的一个或多个实施方式的用于测量局部重力的冷原子重 力梯度仪的1D反射器构造的示例。
[0035] 图5示出了根据本发明的一个或多个实施方式的冷原子重力梯度仪的1D反射器 构造的示例。
[0036] 图6示出了根据本发明的一个或多个实施方式的冷原子重力梯度仪的示例。
[0037]图7示出了根据本发明的一个或多个实施方式的冷原子重力梯度仪的示例。
[0038] 图8A-8B示出了根据本发明的一个或多个实施方式的冷原子重力梯度仪的示 例。
[0039] 图9示出了描述根据本发明的一个或多个实施方式的方法的流程图。
[0040] 图10示出了描述根据本发明的一个或多个实施方式的方法的流程图。
[0041] 图11示出了描述根据本发明的一个或多个实施方式的方法的流程图。
[0042] 图12示出了描述根据本发明的一个或多个实施方式的激光器失谐的能级图。
【具体实施方式】
[0043] 现在将参考附图来详细地描述冷原子重力梯度仪的特定实施方式。为了一致性而 用相同的附图标记来表示各种图（也称为图）中的相同元件。
[0044] 在实施方式的以下详细描述中，阐述了许多特定细节以便提供冷原子重力梯度仪 的更透彻理解。然而，对于本领域的技术人员将而言将显而易见的是可在没有这些特定细 节的情况下实施这些实施方式。在其它情况下，未详细地描述众所周知的特征以避免不必 要地使本描述复杂化。
[0045] -般地，本发明的实施方式涉及一种用于测量空间中的位置处的重力或加速度梯 度的系统。更具体地，冷原子重力梯度仪使用冷原子干涉测量法来测量至少两个冷原子样 本所经历的局部加速度，并使用这些局部加速度测量结果来计算空间位置处的加速度（或 重力）梯度或加速度（或重力）曲率。此外，在冷原子传感器内部的反射器被构造成使得 可使用单个拉曼激光束来同时地或几乎同时地测量两个样本。
[0046] 可针对重力或加速度测量将冷原子重力梯度仪部属在诸如与地球物理和惯性导 航领域相关的振动噪声环境中。然而，可在其中认为局部加速度或局部加速度梯度的测量 有价值的任何情况下部属冷原子重力梯度仪。
[0047] -般而言，详述根据一个或多个实施方式的冷原子重力梯度仪的下述结构是多功 能的，并且可用用于俘获和冷却原子的许多不同技术和用用于冷原子干涉测量的许多不同 技术来部属。因此，在具体地提及一个或多个已知的原子冷却和/或原子干涉测量技术时， 仅仅作为可与根据一个或多个实施方式的冷原子重力梯度仪一起使用的此类技术的示例 而阐述这些技术。因此，本发明不限于仅在这里公开的特定示例性原子俘获和干涉测量技 术。可使用用于原子俘获和冷却和/或冷原子干涉测量的任何已知技术来部属冷原子重力 梯度仪的其他实施方式。
[0048]图2示出了根据本发明的一个或多个实施方式的冷原子梯度仪系统的示例。冷 原子梯度仪系统201包括真空室或器皿203、激光源207、光学系统209以及探测器211和 213。两个冷原子干涉仪215和217容纳在器皿203中。此外，该冷原子干涉仪被配置成测 量沿着测量方向219上两个点221和223处的局部加速度。然后可以通过对由两个冷原子 干涉仪测量的局部加速度做减法并将该差除以两个点221和223之间的距离z来确定沿测 量方向219的局部重力梯度。
[0049] 光学系统209包括对激光束231成形所需的并在必要时从激光源207的线性偏振 输出创建圆形偏振射束的任何光学部件。例如，光学系统209可包括望远镜209c(在这里 为了简单起见描绘为单透镜）和四分之一波片209b。本领域的技术人员将认识到对激光束 231成形所需的精确光学件可根据系统的设计约束而改变。例如，扩束望远镜的数值孔径 和焦距由射束的所需输出尺寸和从各激光源207接收到的射束的输入尺寸确定。此外，光 学件的类型还可取决于射束的强度、射束的频率或激光源207的各输出偏振。此外，根据一 个或多个实施方式，可使用空间滤波器来设计激光束231的强度分布。例如，可在光学系统 209内采用空间滤波器（未示出），其创建具有与单模式激光器的更典型的高斯强度分布不 同的"平顶"或"顶帽"强度分布的输出激光束231a。
[0050] 激光源207是产生激光束231的激光系统，其包括用于磁光俘获冷原子（例如冷 原子227和229)的样本的所需频率、用于驱动冷原子的样本中的拉曼跃迀的所需频率以及 用于驱动冷原子样本中的用于基于荧光的集居数测量的循环跃迀的所需频率。图12示出 了实现用于假定三级原子系统的所有上述任务所需的频率的示例，其一般地用来对被用于 冷原子干涉测量的碱性原子的电子结构进行建模。因此，激光源207是频率稳定多频激光 器，其在分别地用于俘获和冷却、驱动拉曼跃迀（干涉测量）以及荧光（集居数测量）检测 的第一失谐、第二失谐以及第三失谐之间具有可调谐频率，如下面更详细地描述的。此外， 激光源207可在用于磁光俘获的双频、频率稳定状态与用于驱动拉曼跃迀的双频锁相状态 之间切换。更具体地，根据一个或多个实施方式，在拉曼构造中，激光束231由一对锁相激 光束构成，其频率通过被俘获的原子的基态超精细分裂而被分离。根据一个或多个实施方 式，两个频率在相位方面是从动的，使得在测量时间期间引发的相位误差小于一个弧度。
[0051] 在干涉测量序列期间，可以许多不同的方向和时间配置来以脉冲发射激光束231。 根据一个或多个实施方式中，在如上文参考图1B所述的（31/2-31-31/2)三脉冲序列中 以脉冲发射射束。本领域的技术人员将认识到在不脱离本公开的范围的情况下，可使用 许多不同类型的脉冲序列来产生不同几何结构的冷原子干涉仪。例如，B.Canuel等人在 PhysicalReviewLetters97,010402(2006)中的"SixAxisInertialSensorUsing Cold-AtomInterferometry"公开了使用（Jr/2-Jr-jt-jt/2)的四脉冲序列以便创建所谓 的"蝴蝶"干涉仪。
[0052] 本领域的技术人员将认识到可使用激光束231来俘获许多不同类型的原子，并 且根据所俘