原子反转数测量装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种原子反转数测量装置，属于原子频标领域。所述装置包括：光源，提供抽运光；共振吸收泡，装有待抽运原子和缓冲气体；磁场单元，为所述共振吸收泡提供外加磁场；射频单元，为所述共振吸收泡提供外加射频场；检测单元，检测经过所述共振吸收泡后所述抽运光的电流值；控制单元，控制所述射频单元的打开和关闭，并根据所述第一电流值和所述第二电流值计算原子反转数；所述共振吸收泡、所述检测单元依次设于所述光源提供的所述抽运光的前进路径上，所述控制单元分别与所述检测单元及所述射频单元电连接。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及原子跃迁领域，特别涉及一种原子反转数测量装置。
技术介绍
原子跃迁是指，在外界作用下，原子从一个状态到另一个状态发生跳跃式变化的过程，原子跃迁发生之前的状态称为初态，跃迁发生之后的状态称为末态。用于实现原子跃迁的跃迁装置主要包括：光源、共振吸收泡及射频场。共振吸收泡外加的磁场用于共振吸收泡内的原子发生分裂，射频场用于使共振吸收泡内原子发生基态磁共振跃迁。以Rb原子为例，当射频场作用在装有87Rb的共振吸收泡时，共振吸收泡内原子在|F＝2，mF＝0>和|F＝1，mF＝0>这两个能级间发生磁共振，这样就有部分原子从|F＝2，mF＝0>跃迁到|F＝1，mF＝0>能级上，导致|F＝1，mF＝0>能级粒子数的增加，增加的|F＝1，mF＝0>能级的粒子的比例定义为反转数。反转数的大小反映射频场的性能，因此测量出反转数的大小对跃迁装置的设计十分重要。
技术实现思路
为了解决现有技术中的问题，本技术实施例提供了一种原子反转数测量装置。所述技术方案如下：本技术实施例提供了一种原子反转数测量装置，所述装置包括：光源，提供抽运光；共振吸收泡，装有待抽运原子和缓冲气体；磁场单元，为所述共振吸收泡提供外加磁场，所述外加磁场用于所述共振吸收泡内的待抽运原子发生分裂；射频单元，为所述共振吸收泡提供外加射频场，所述外加射频场用于所述共振吸收泡内的待抽运原子发生基态磁共振跃迁；检测单元，检测经过所述共振吸收泡后所述抽运光的电流值，当所述射频单元关闭时，所述电流值为第一电流值，当所述射频单元打开时，所述电流值为第二电流值；控制单元，控制所述射频单元的打开和关闭，并根据所述第一电流值和所述第二电流值计算原子反转数，所述原子反转数用于表示所述共振吸收泡中待抽运原子在所述外加射频场作用下，发生基态能级间跃迁的原子数占原子总数的比例；所述共振吸收泡、所述检测单元依次设于所述光源提供的所述抽运光的前进路径上，所述控制单元分别与所述检测单元及所述射频单元电连接。在本技术实施例的一种实现方式中，所述待抽运原子为87Rb，所述光源为充有87Rb气体的光谱灯。在本技术实施例的另一种实现方式中，所述装置还包括装有所述待抽运原子的同位素原子的滤光泡，所述滤光泡设于所述光源和所述共振吸收泡之间。在本技术实施例的另一种实现方式中，所述装置还包括透镜，所述透镜设于所述滤光泡和所述光源之间。在本技术实施例的另一种实现方式中，所述检测单元包括光电池。在本技术实施例的另一种实现方式中，所述共振吸收泡包括微波腔和放置在所述微波腔内的87Rb吸收泡。在本技术实施例的另一种实现方式中，所述磁场单元为通电线圈，通电线圈绕制在所述微波腔外。在本技术实施例的另一种实现方式中，所述装置还包括：与所述控制单元电连接的定时器，所述控制单元控制所述射频单元在相同的时间长度内打开和关闭，并分别在每个所述时间长度内计算所述检测单元测得的电流值的平均值。在本技术实施例的另一种实现方式中，所述装置还包括：与所述共振吸收泡相连的相干辐射源，所述相干辐射源间隔地产生满足玻尔条件的电磁波频率信号作用于所述共振吸收泡。在本技术实施例的另一种实现方式中，所述装置还包括：对所述光源和所述共振吸收泡进行恒温控制的温控单元，所述温控单元分 别与所述光源和所述共振吸收泡电连接。本技术实施例提供的技术方案带来的有益效果是：通过光源提供抽运光作用在共振吸收泡，光检单元对经过所述共振吸收泡后所述抽运光的电流值进行测量；由于在光抽运过程中，在外加射频场作用下基态原子共振发生能级变化时，会被抽运光抽运到激发态，因此抽运光的变化反映了原子共振时原子的反转数；因此，通过控制射频场的开关，并分别测量射频场的开关状态下抽运光的电流值，即可计算出原子反转数，本技术实施例提供的装置在进行原子反转数测量时，整个测量过程简便便捷。附图说明为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本技术实施例提供的原子反转数测量装置的结构示意图；图2是本技术实施例提供的87Rb和85Rb的光谱线对比示意图；图3是本技术实施例提供的过滤后的87Rb光谱线示意图。具体实施方式为使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本技术实施方式作进一步地详细描述。图1是本技术实施例提供的一种原子反转数测量装置的结构示意图，参见图1，该装置包括：光源101，用于提供抽运光。共振吸收泡102，装有待抽运原子和缓冲气体。磁场单元103，用于为共振吸收泡102提供外加磁场，外加磁场用于共振吸收泡102内的待抽运原子发生分裂。射频单元104，用于为共振吸收泡102提供外加射频场，外加射频场用于共振吸收泡102内的待抽运原子发生基态磁共振跃迁。检测单元105，用于检测经过共振吸收泡102后抽运光的电流值，当射频单 元104关闭时，电流值为第一电流值，当射频单元104打开时，电流值为第二电流值。控制单元106，用于控制射频单元104的打开和关闭，并根据第一电流值和第二电流值计算原子反转数，原子反转数用于表示共振吸收泡102中待抽运原子在外加射频场作用下，发生基态能级间跃迁的原子数占原子总数的比例。共振吸收泡102、检测单元105依次设于光源101提供的抽运光的前进路径上，控制单元106分别与检测单元105及射频单元104电连接。具体地，原子反转数可以为第二电流值和第一电流值的比值。其中，待抽运原子为87Rb，光源101为充有87Rb气体的光谱灯。可选地，装置还包括装有待抽运原子的同位素原子的滤光泡107，滤光泡107设于光源101和共振吸收泡102之间。滤光泡107用于采用待抽运原子的同位素原子，过滤掉抽运光中两个超精细结构成分中的一个。这两个超精细结构成分分别为：原子的激发态与基态中能级较高(F＝2)的超精细结构之间的跃迁谱线的超精细结构成分、以及原子的激发态与基态中能级较低(F＝1)的超精细结构之间的跃迁谱线的超精细结构成分。可选地，装置还包括透镜108，透镜108设于滤光泡107和光源101之间。透镜108用于对抽运光进行聚焦，使抽运光到达滤光泡107时更集中。其中，检测单元105包括光电池。其中，共振吸收泡102包括微波腔和放置在微波腔内的87Rb吸收泡。其中，磁场单元103为通电线圈，通电线圈绕制在微波腔外。可选地，该装置还包括：与控制单元106电连接的定时器，控制单元106用于控制射频单元104在相同的时间长度内打开和关闭，并分别在每个时间长度内计算检测单元105测得的电流值的平均值，通过计算电流值的均值使得测量结果更准确。可选地，该装置还包括：与共振吸收泡102相连的相干辐射源，用于间隔地产生满足玻尔条件的电磁波频率信号作用于共振吸收泡102。相干辐射源以一定时间间隔Δt间隔输出满足玻尔条件的电磁波频率信号作用于共振吸收泡102(跃迁区)，可以延长跃迁区共振吸收时间，有利于提高原子反转数的测量精度，跃迁区的长度也可以本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种原子反转数测量装置，其特征在于，所述装置包括：光源，提供抽运光；共振吸收泡，装有待抽运原子和缓冲气体；磁场单元，为所述共振吸收泡提供外加磁场，所述外加磁场用于所述共振吸收泡内的待抽运原子发生分裂；射频单元，为所述共振吸收泡提供外加射频场，所述外加射频场用于所述共振吸收泡内的待抽运原子发生基态磁共振跃迁；检测单元，检测经过所述共振吸收泡后所述抽运光的电流值，当所述射频单元关闭时，所述电流值为第一电流值，当所述射频单元打开时，所述电流值为第二电流值；控制单元，控制所述射频单元的打开和关闭，并根据所述第一电流值和所述第二电流值计算原子反转数，所述原子反转数用于表示所述共振吸收泡中待抽运原子在所述外加射频场作用下，发生基态能级间跃迁的原子数占原子总数的比例；所述共振吸收泡、所述检测单元依次设于所述光源提供的所述抽运光的前进路径上，所述控制单元分别与所述检测单元及所述射频单元电连接。

【技术特征摘要】
1.一种原子反转数测量装置，其特征在于，所述装置包括：光源，提供抽运光；共振吸收泡，装有待抽运原子和缓冲气体；磁场单元，为所述共振吸收泡提供外加磁场，所述外加磁场用于所述共振吸收泡内的待抽运原子发生分裂；射频单元，为所述共振吸收泡提供外加射频场，所述外加射频场用于所述共振吸收泡内的待抽运原子发生基态磁共振跃迁；检测单元，检测经过所述共振吸收泡后所述抽运光的电流值，当所述射频单元关闭时，所述电流值为第一电流值，当所述射频单元打开时，所述电流值为第二电流值；控制单元，控制所述射频单元的打开和关闭，并根据所述第一电流值和所述第二电流值计算原子反转数，所述原子反转数用于表示所述共振吸收泡中待抽运原子在所述外加射频场作用下，发生基态能级间跃迁的原子数占原子总数的比例；所述共振吸收泡、所述检测单元依次设于所述光源提供的所述抽运光的前进路径上，所述控制单元分别与所述检测单元及所述射频单元电连接。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述待抽运原子为87Rb，所述光源为充有87Rb气体的光谱灯。3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括装有所述待抽运原子的同位素原子...

【专利技术属性】
技术研发人员：雷海东，
申请(专利权)人：江汉大学，
类型：新型
国别省市：湖北;42