（1）重力仪系统介绍

重力加速度g是地球物理研究中的关键物理量，其精密测量在引力波验证、地质勘探、灾害预报及国防安全等领域至关重要。原子干涉重力仪的极限测量精度与原子在重力场中自由演化的时间息息相关，更长的自由演化时间可以带来更好的极限测量精度。在传统的自由落体或喷泉式原子干涉重力仪中，需要较大的物理系统体积以实现高精度测量，干涉区长度往往高达数米，不利于设备小型化。

为了保持重力测量高精度的同时实现系统小型化，我们将传统原子干涉技术和移动光晶格操控技术结合起来，实现了Ramsey-Bordé型⁸⁷Rb原子干涉重力仪。我们利用移动光晶格的布洛赫振荡原理，给自由下落的原子向上的动量使其速度反向，多个光晶格脉冲使原子在较小空间内实现长时间演化，兼顾高精度与小型化需求。

我们在国内首先实现了基于移动光晶格的重力测量。冷原子的竖直位移约3cm，和通常的马赫-曾德尔型原子重力仪相比减小了两个量级。测量的短期灵敏度可以达到$4.52\times{10}^2\mu Gal/\sqrt{Hz}$，较国际同类仪器提高约一倍。实验系统的极限分辨率可以达到$6.5\mu Gal@2800s$，与传统自由落体型重力仪相当。

在冷原子干涉仪的基础上，我们还进一步实现了全光阱⁸⁷Rb原子的玻色-爱因斯坦凝聚，通过交叉光偶极阱蒸发冷却后，可以制备出温度约为52 nK的超冷原子，原子数约为$1.6\times{10}^5$个，并基于BEC系统开展了一系列科学实验。

（2）当前工作：空间关联晶格干涉仪

原子干涉仪以前所未有的精度，为测量物理常数以及验证基础物理理论提供了一个强大的工具。传统的原子干涉测量主要关注两条干涉路径之间的相位差，并利用具有特定相干性的物质波进行实验。我们近期的工作实现了一种在重力方向上加载移动光晶格的相干物质波Ramsey-Bordé干涉仪，并探索了相干性可调的多路径上产生的干涉结果。我们通过干涉测量的方法研究了光晶格内和干涉仪两臂之间原子的空间关联，并观察到由于玻色-爱因斯坦凝聚体的长程相干性而出现的多重干涉峰。我们观察到干涉峰位置在空间上和时间上与传统的认识有一定偏移，提出了原子干涉仪在何时、何地发生干涉的新见解。我们以原子波函数的扩散和塌缩的基础进行理论模拟，得到的理论模拟吻合实验结果，为高精度超冷原子干涉测量奠定了基础。

该工作详见https://doi.org/10.48550/arXiv.2406.16847。

（3）当前工作：光晶格微波钟的Ramsey条纹研究

Ramsey干涉技术是大多微波原子钟的核心，延长干涉过程中的自由演化时间，是压窄谱线线宽，提升原子钟性能的关键。不同于目前普遍采用“以空间换时间”方案的米量级的喷泉钟，本研究提出构建重力方向的移动光晶格，利用冷原子在光晶格中布洛赫振荡的原理，实现一种压窄条纹线宽的新方案。我们在Ramsey干涉过程中的自由演化时段，通过布洛赫脉冲光给冷原子施加重力方向相反的反冲动量，让原子在一个厘米量级的空间范围里反复做自由落体运动。本研究主要是在移动光晶格重力仪的基础上，通过修改实验时序，增加自由演化时间，实现微波钟跃迁的Ramsey干涉条纹压窄，研究光晶格带来的退相干效应等问题。目前，我们用该方案获得了线宽约为3.3Hz的Ramsey条纹，日后通过增加移动光晶格脉冲数量以及引入光腔技术，有望将干涉时长进一步提升，获得线宽与喷泉钟相当的Ramsey条纹，为小型化高精度微波钟的研制奠定基础。