一种基于混合光抽运的原子密度精确测量方法技术

本发明专利技术涉及一种基于混合光抽运的原子密度精确测量方法，将充有K、Rb的碱金属气室加热到启动温度，测得K、Rb的激光吸收光谱，得到启动温度下K、Rb的密度，联立拉乌尔定律，得出启动温度和启动温度下K、Rb的饱和蒸气压和摩尔分数比；加热气室至工作温度，在SERF态下共振点附近，Rb密度很大，吸收十分强烈，通过曲线拟合获得Rb密度有较大的偏差，因此通过光谱吸收法得到K的密度，结合已知的K的摩尔分数，计算得到工作温度；结合Rb的摩尔分数，得到工作温度下Rb的饱和蒸气压，进而得到工作温度下Rb的密度。本发明专利技术适用于混合光抽运中，饱和吸收光谱在原子数密度很大，在共振峰两侧很大的范围吸收很强，通过拟合曲线难以得到密度的情况。

An accurate measurement method of atomic density based on hybrid optical pumping

The invention relates to a hybrid optical pumping atomic density accurate measurement method based on charge transport, the heating chamber of alkali metal K and Rb to the starting temperature, laser measured K and Rb absorption spectra, density of K, Rb start temperature, simultaneous Raoul law, the temperature reached the starting temperature and start K Rb, the saturated vapor pressure and molar fraction; heating chamber to working temperature under SERF state near the resonant point, Rb density, absorption is very strong, through the curve fitting Rb density deviation, so the density of K by absorption method, combined with the mole fraction of known K. The calculated temperature; with the mole fraction of Rb, get the working temperature of Rb saturated vapor pressure, and temperature of Rb density. The invention is suitable for mixed light pumping, and the saturated absorption spectrum is very strong in the atomic number density and absorbs very large in the two sides of the resonance peak, and the density is difficult to be obtained by fitting the curve.

【技术实现步骤摘要】
一种基于混合光抽运的原子密度精确测量方法
本专利技术涉及一种基于混合光抽运的原子密度精确测量方法，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中碱金属原子密度的精确测量。
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。碱金属原子密度测量可以为SERF原子陀螺仪和磁强计极化率闭环提供支撑；为SERF惯性和磁场测量装置弛豫机理提供基础保障；为SERF装置、样机灵敏度和漂移优化提供研究基础。因此，提出一种基于混合光抽运的原子密度精确测量方法具有重要意义。现有的经验公式法根据碱金属气室的温度推算碱金属蒸气的原子密度，具有简单便捷的优点，但受温度测量精度限制混合抽运无法使用；光学吸收法根据光通过气室的衰减程度推算原子密度，相对简单、精度较高，但SERF态下共振频率附近吸收光强测量精度差；光旋角法根据激光通过碱金属蒸气时产生的光学偏转角推算碱金属蒸气的原子密度，精度较高，但需要外加磁场，无法测量。
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原子密度精确测量方法，提高了气室内碱金属原子密度的测量精度。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于混合光抽运的原子密度精确测量方法，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的启动温度T1，启动温度T1范围为100‑120℃；(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...

【技术特征摘要】
1.一种基于混合光抽运的原子密度精确测量方法，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的启动温度T1，启动温度T1范围为100-120℃；(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：其中，A和B是与原子种类有关的常数，T1是启动温度，通过该步骤中的上述四个公式，计算出启动温度...

【专利技术属性】
技术研发人员：房建成，王许琳，池浩湉，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