本发明属于高精度重力测量技术领域，涉及一种高精度重力测量仪，尤其涉及一种光力驱动的高精度绝对相对重力测量仪，可同时实现绝对重力测量和相对重力测量。
背景技术：
光力效应是指携带能量和动量的光与物质相互作用，产生动量的交换，从而表现为光对物体施加力的作用。力的大小等于光引起的单位时间内物体动量的改变，并由此可引起物体位移，速度状况的变化。由光产生的力与光强度成正比，光强度越强、受辐射的物体质量越小，这种辐射光压效应将越明显。量子光学的发展，使得光与物质相互作用的方法研究进展越来越迅速，纳米科学以及半导体工业在先进材料和工艺上的发展，使得制造超敏感的微纳米装置成为可能，这些装置在空间上可以做到原子尺度。这两个方面结合起来便形成了量子光力学。
重力仪可以分为绝对重力仪和相对重力仪，绝对重力仪用来测定一点的绝对重力加速度，后者用来测定两点的绝对重力加速度差。
相对重力仪的缺点是只能测量重力的相对变化，不能给出重力加速度的绝对值，因此相对重力仪的准确性依赖于绝对重力仪对其进行标定。
目前，绝对重力仪测量精度高，但是绝对测量的周期长，测量动态范围小，应用环境要求高，相对重力仪测量动态范围较大，但是测量精度低，所以研制既能实现高精度测量绝对重力加速度，又能实时测量相对重力加速度，测量动态范围大的重力仪是非常重要的。
技术实现要素：
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种光力驱动的高精度绝对相对重力测量仪，该装置能同时实现绝对重力测量和相对重力测量。
本发明的光力驱动的高精度绝对相对重力测量仪，包括第一激光器、准直扩束系统、反射镜、第一分束器、第二分束器、落体棱镜、参考棱镜、光电探测器、第二激光器、转向透镜、聚焦透镜和四象限探测器；
所述的第一激光器、准直扩束系统和反射镜依次位于同一水平直线上，第一分束器、第二分束器和光电探测器依次在同一水平线上并且位于激光器下方，落体棱镜和参考棱镜分别位于第一分束器的上下两侧；
在第二激光器和转向透镜之间为一空心光子晶体光纤光阱系统，在该光阱系统中设置有微粒，参考棱镜设置于第二激光器和转向透镜之间，参考棱镜中间开有一圆形通光孔，用于供空心光子晶体光纤从中穿过。转向透镜、聚焦透镜和四象限探测器位于同一水平线上。
上述技术方案中，所述的空心光子晶体光纤直径小于50微米。
所述的参考棱镜中部圆形通光孔的直径通常为100微米。
所述的微粒质量小于1ng。
采用该测量仪进行绝对重力测量时，第一激光器发出的激光依次经过准直扩束系统及反射镜后被第一分束器分为参考光束和测量光束，其中测量光束分别经过参考棱镜及落体棱镜的反射后与参考光束相会于第二分束器，形成干涉条纹，再经透镜聚焦于光电探测器的光敏面上。
采用该测量仪进行相对重力测量时，第二激光器出射的光经过空心光子晶体光纤光阱系统，经转向透镜和聚焦透镜，由四象限探测器探测，使用bfp法测量微粒位移。
本发明提出了利用光力效应实现高精度的重力加速度方案，在精确测量重力加速度的同时，测量的动态范围更广，既能实现高精度测量绝对重力加速度，又能实时测量相对重力加速度，测量动态范围大，能适用航空航天和航海领域。
附图说明
图1是本发明装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行进一步说明。
参照图1，本发明的重力仪基于光力效应进行高精度重力测量，可同时实现绝对重力测量和相对重力测量。本发明采用如图所示的装置，包括第一激光器1、准直扩束系统2、反射镜3、第一分束器4、第二分束器5、落体棱镜6、参考棱镜7、光电探测器8、第二激光器9、转向透镜10、聚焦透镜11和四象限探测器12。其中第一激光器1、准直扩束系统2和反射镜3依次在同一水平直线上，第一分束器4、第二分束器5和光电探测器依次在同一水平线上并且位于激光器1下方。落体棱镜6和参考棱镜7分别位于第一分束器4的上下两侧，第二激光器9和转向透镜10之间为一空心光子晶体光纤光阱系统，参考棱镜7设置于第二激光器9和转向透镜10之间，转向透镜10、聚焦透镜11和四象限探测器12位于同一水平线上。参考棱镜7中间为一圆形通光孔，直径约为100微米，用于空心光子晶体光纤从中穿过。在进行绝对重力测量和相对重力测量时使用不同部分进行测量：(1)绝对重力测量
在进行测量时，由激光器1发出的激光经过准直扩束系统2及反射镜3后被第一分束器4分为参考光束和测量光束，其中测量光束向下分别经过落体棱镜6及参考棱镜7的反射后与参考光束相会于第二分束器5，形成干涉条纹，再经透镜聚焦于光电探测器8的光敏面上。由于这两束光来自同一光源，虽然初相位不断变化，但是具有固定的位相差。因此测量光束经过落体和参考棱镜的反射后，与参考光束重合，形成干涉。干涉光强可以表示为两束光的合成，设合成光能量为e，参考光束的最大能量为e1，测量光束的最大能量为e2，初始状态干涉仪的两臂之间的差为z0，当落体下落δz时合成光束的光强度可表示为：
i＝e1e2{1-cos[keff(z0+δz)]}(1)
其中：
干涉光束传至光电二极管8后被接收，落体每下落λ/2，就会形成一个干涉条纹，通过检测干涉条纹过零点的时间，就可以得到落体每下落半个激光波长所经过的时间。然后可以得到干涉条纹每个过零点对应的时间位移坐标(ti,di)。为了减小过零点计算时引入的时间不确定性误差，选取n个过零点(一般取n＝2001),将落体下落的距离分成固定距离,不同时间的新的时间—位移坐标(xi,ti)，然后根据下式按照最小二乘法进行解算：
式中的x0，v0，g0分别是起始位置坐标、初速度和起始位置的重力加速度，是最佳估值的自由参数。实际上在整个下落的高度中，地球重力场的垂直梯度γ约为3μgal/cm，因此考虑重力梯度γ的影响，由于干涉仪反射落体的光路在落体下落的过程中不断变短，而光速是有限的，条纹生成的时间总是滞后于落体到达的位置，因此可得：
其中ti′是延迟时间，由公式5给出：
利用最小二乘法求解，便可以得到绝对重力值的最佳估值
(2)相对重力测量
本发明采用单光束梯度力光阱实现对落体粒子的捕获，其实质是利用光作用在微粒时,微粒改变了光的传播方向,即改变了光子的线动量,从而使微粒在一定时间内获得了动量,在宏观表现为光对粒子的力学作用。
在进行相对重力测量时，测量所需部件主要有激光器9、转向透镜10、聚焦透镜11和四象限探测器12构成。激光器9出射的光经过空心光子晶体光纤光阱系统，光子由于折射传递给微粒的为梯度力,力的方向始终指向光束聚焦中心，光子由于反射传递给微粒的散射力,方向始终指向光线传播方向。横向上梯度力束缚微粒处于光束中心,轴向梯度力和散射力在偏离中心的某一位置上相互平衡,光阱便在三维空间上稳定俘获微粒。最后通过四象限探测器12，使用bfp法测量微粒位移。其中，微粒质量小于1ng，光纤直径小于50微米。