原子引力波传感器的统一实验室坐标系分析

利用光与物质相互作用的原子传感器，特别是原子钟和原子干涉仪，在中频段具有补充光学引力波探测器的潜力。尽管两者均依赖干涉，但原子钟的干涉分量在空间上是共置的，而原子干涉仪则基于空间叠加。驱动跃迁并产生叠加的电磁场在时空中传播时，以及原子本身作为有质量粒子，均受引力波影响，从而产生有效势并引发传感器推断的相位差。在本工作中，我们在实验室坐标系下分析了这些势对原子钟和原子干涉仪的影响。我们证明，光脉冲型与导引型原子干涉仪中的空间叠加均会产生引力波信号。尽管对于原子钟而言这种空间叠加被抑制，我们表明驱动内部跃迁的光脉冲测量了两个独立原子钟中心之间的空间距离。我们强调，仅当两个原子钟（包括可能的陷俘装置）均沿引力波给定的测地线运动时，该机制才产生灵敏度。尽管此类构型对于卫星自由飞行器是自然的，但地面光学原子钟通常依赖固定式陷俘装置，使其在首阶上不敏感。此外，我们证明在统一框架下，两种传感器均可通过复合探测协议得到增强。为此，我们提出了一种脉冲序列，可用于大动量转移原子干涉仪与超回波原子钟，从而实现信号增强与噪声抑制。