Конструкція сучасних абсолютних гравіметрів на основі атомних інтерферометрів з холодними атомами та перспективи їх створення в Україні
DOI:
https://doi.org/10.24027/2306-7039.3.2018.152952Ключові слова:
Гравіметр, Атомний Інтерферометр, Лазер, Ультрахолодні АтомиАнотація
Абсолютні гравіметри на основі атомних інтерферометрів із вільно падаючими надхолодними атомами сьогодні досягли чутливості, довгочасової стабільності та точності на рівні кращих характеристик сучасних класичних балістичних гравіметрів, що підтверджено в міжнародних звіреннях. Точність у 10 нм·c‑2 продемонстровано не тільки стаціонарними лабораторними зразками абсолютних атомних гравіметрів, а й приладами, призначеними для польових вимірювань [1]. Атомні гравіметри мають ряд потенційних переваг ‒ відсутність рухомих частин, більшу частоту дискретизації та розглядаються сьогодні як перспективний напрямок сучасної техніки гравіметрії. Зроблено огляд публікацій, у яких описуються фізичні схеми сучасних атомних гравіметрів, детально розглянуто основні вузли атомного гравіметра, їх призначення та принципи функціонування. Основну увагу приділено лазерним системам як таким, що визначають досягнення необхідних умов з охолодження атомів, маніпулювання їх рухом, підготовки квантових станів, функціонування атомного інтерферометра та детектування сигналу. Як видно з огляду, у сучасних атомних гравіметрах застосовуються переважно напівпровідникові лазери з високими, а у деяких випадках ‒ унікальними технічними параметрами, що забезпечують одночасне досягнення високих значень вихідної потужності, монохроматичності, стабільності енергетичних параметрів та частоти випромінювання, прецизійним контролем довжин хвиль при достатньо широкому діапазоні їх значень. Створення таких лазерних систем вимагає вирішення низки складних технічних завдань ‒ розробки та створення ефективних схем підсилення лазерного випромінювання, модуляторів для формування необхідних лазерних частот, схем стабілізації лазерних частот по лініях поглинання лужних атомів. Також розглянуто вимоги до високовакуумної системи, схем магнітного екранування, вібро- та сейсмозахисту. Обговорюються можливості розробки таких гравіметрів в Україні.Посилання
Ménoret V. et al. Gravity measurements below 10–9 g with a transportable absolute quantum gravimeter. Scientific Reports, Nature Publishing Group, 2018, vol. 8 (1), article 12300.
Kasevich M., Chu S. Atomic interferometry using stimulated Raman transitions. Physical Review Letters, 1991, vol. 67, pp. 181‒184.
Peters A., Chung K., Chu S. High-precision gravity measurements using atom interferometry. Metrologia, 2001, vol. 38, no. 1, pp. 25–61.
Schmidt M., Senger A., Hauth M. et al. A mo¬bile high-precision absolute gravimeter based on atom interferometry. Gyroscopy and Navigation, 2011, vol. 2, no. 3, pp. 170‒177.
Gillot P., Francis O. et al. Stability comparison of two absolute gravimeters: optical versus atomic interferometers. Metrologia, IOP Publishing, 2014, vol. 51 (5), pp. L15.
Abend S., Gebbe M. et al. Atom-Chip Fountain Gravimeter. Physical Review Letters, 2016, vol. 117, 203003 p.
Hu L., Poli N., Salvi L. et al. Atom Interferometry with the Sr Optical Clock Transition. Physical Review Letters, 2017, vol. 119. 263601 p.
Bidel Y., Zahzam N. et al. Absolute marine gravimetry with matter-wave interferometry. Nature Communications, 2018, vol. 9, no. 627, pp. 2041‒1723.
McGuirk J. M. High precision absolute gravity gradiometry with atom interferometry. PhD thesis, Stanford University, 2001. 168 p.
Biedermann G. Gravity tests, differential accelerometry and interleaved clocks with cold atom interferometers. PhD thesis, Stanford University, 2007. 130 p.
Khodakovskiy V. M. et al. Frequency-modulation saturation spectroscopy of molecular iodine hyperfine structure near 640 nm with a diode laser source. LAT 2010: SPIE Proceedings of International Conference on Lasers, Applications and Technologies (Kazan, Russian Federation, 23‒27 August 2010). 2011, vol. 7994, pp. 79940L‒79940L 6.
##submission.downloads##
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
ПОЛІТИКА, ЯКА РЕКОМЕНДУЄТЬСЯ ЖУРНАЛАМ, ЩО ПРОПОНУЮТЬ ВІДКРИТИЙ ДОСТУП З ЗАТРИМКОЮ
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи, яка через 12 місяців з дати публікації автоматично стає доступною на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
