一种基于混合光抽运的碱金属气室内部温度的精密测量方法技术

本发明专利技术涉及一种基于混合光抽运的碱金属气室内部温度的精密测量方法，首先，将充有K、Rb原子的碱金属气室加热到较低的启动温度，测得K、Rb原子的激光吸收光谱并通过理论公式进行拟合计算，得到启动温度下K、Rb原子的密度，联立Raoult’s定律，得出启动温度以及启动温度下K、Rb原子的饱和蒸气压，计算K、Rb原子的摩尔分数比；将气室加热至待测温度，由于在SERF态下共振点附近，Rb原子密度很大，吸收十分强烈，通过曲线拟合获得Rb原子密度存在较大的偏差，因此通过光谱吸收法得到K原子的密度，结合K原子的摩尔分数，计算得到待测温度，可应用于基于混合光抽运的原子磁强计、原子自旋陀螺仪等仪器中所采用碱金属气室的内部温度的精确测量。

A precise method for measuring the internal temperature of an alkali metal gas cell based on hybrid optical pumping

The invention relates to a precision measurement method, hybrid optical pumping temperature inside the chamber of the alkali metal transport based on the first, will be filled with the heating chamber of alkali metal K, Rb atoms to start at low temperature, laser measured K, Rb atomic absorption spectrum and through theoretical formula fitting calculation, get started the density of K and Rb atomic temperature, simultaneous Raoult 's law, the start temperature and the starting temperature of K and Rb atoms of the saturated vapor pressure, mole fraction calculation of K and Rb atom ratio; gas heating chamber to be measured due to temperature, near resonance in the SERF state, the Rb atom density, the absorption is very strong, Rb there is a great difference between the density of atoms by curve fitting, so the density of K atoms by absorption method, combined with the mole fraction of K atoms, the calculated temperature is to be measured, can be used in hybrid An accurate measurement of the internal temperature of an alkali gas chamber used in optically pumped atomic magnetometer and atomic spin gyroscope.

【技术实现步骤摘要】
一种基于混合光抽运的碱金属气室内部温度的精密测量方法
本专利技术涉及一种基于混合光抽运的碱金属气室内部温度的精密测量方法，可应用于基于混合光抽运的原子磁强计、原子自旋陀螺仪等仪器中所采用碱金属气室的内部温度的精确测量。
技术介绍
碱金属气室是原子磁强计、原子陀螺仪等量子测量仪器的核心敏感器件。碱金属气室内部温度的精确检测是实现碱金属内部温度高精度控制的前提。原子磁强计的灵敏度和原子陀螺的漂移与碱金属原子的极化率密切相关，而碱金属原子的极化率受温度影响。因此，提出一种检测碱金属气室内部温度的方法具有重要的意义。常用的检测方法采用热电阻等接触式温度测量方法，只能测量烤箱以及碱金属气室壁的温度，不能精确得到碱金属气室内部的温度，无法实现碱金属气室内温度的精确控制，这会对碱金属原子的极化率造成很大的影响，进而影响原子磁强计的灵敏度和原子陀螺的漂移。
技术实现思路
本专利技术解决的问题是：克服现有常规方法的不足，提供一种基于混合光抽运的碱金属气室内部温度的精密测量方法，提高了碱金属气室内部温度测量的精度。提出一种在启动温度精确测量两种碱金属原子的摩尔分数，在待测温度精确测量较低密度的碱金属原子密度本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于混合光抽运的碱金属气室内部温度的精密测量方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)加热充有K、Rb碱金属原子的气室至较低100‑120℃的温度，作为启动温度T1；(2)采用波长调谐范围在K、Rb原子D1线附近的分布式布拉格反射激光器DBRL，将DBR激光器输出的激光照射于碱金属气室并进行扫频，测量不同频率入射激光的透过率，从而计算出K、Rb两种碱金属原子的光学深度曲线，然后对光学深度曲线进行洛伦兹函数拟合，获得K、Rb碱金属原子光学深度曲线的压力展宽Γ

【技术特征摘要】
1.一种基于混合光抽运的碱金属气室内部温度的精密测量方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)加热充有K、Rb碱金属原子的气室至较低100-120℃的温度，作为启动温度T1；(2)采用波长调谐范围在K、Rb原子D1线附近的分布式布拉格反射激光器DBRL，将DBR激光器输出的激光照射于碱金属气室并进行扫频，测量不同频率入射激光的透过率，从而计算出K、Rb两种碱金属原子的光学深度曲线，然后对光学深度曲线进行洛伦兹函数拟合，获得K、Rb碱金属原子光学深度曲线的压力展宽ΓK_T1、ΓRb_T1，进而得到K、Rb碱金属原子吸收截面积最大值σmax_K_T1、σmax_Rb_T1，计算K、Rb碱金属原子吸收截面积的公式分别如下：σmax_K_T1＝2/πΓK_T1σmax_Rb_T1＝2/πΓRb_T1(3)利用密度与光学深度最大值ODmax_K_T1、ODmax_Rb_T1、吸收截面最大值σmax_K_T1、σmax_Rb_T1和气室长度l的关系，分别得到较低的启动温度T1下两种碱金属原子密度，计算K、Rb碱金属原子密度nK_T1、nRb_T1的公式如下：其中，nK_T1、nRb_T1分别为启动温度T1下碱金属气室中K、Rb原子的密度；ODmax_K_T1、ODmax_Rb_T1为K、Rb原子的光学深度最大值；σmax_K_T1、σmax_Rb_T1为K、Rb原子的吸收截面最大值，l为碱金属气室的长度；(4)通过测得的启动温度T1下的碱金属原子密度，并利用启动温度T1下单种碱金属原子饱和时的原子密度nsd_K_T1、nsd_Rb_T1，得到两种碱金属原子精确的摩尔分数NK、NRb，摩尔分数的计算公式如下：NK+NRb＝1；其中，T1温度下K、Rb单种碱金属原子饱和时的原子密度nsd为：

【专利技术属性】
技术研发人员：房建成，池浩湉，王许琳，全伟，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京,11