一种碱金属气室内部热分布与热稳定测量装置制造方法及图纸

一种碱金属气室内部热分布与热稳定测量装置，有利于为惯性以及磁场的测量装置灵敏度的提升提供技术支持，包括位于碱金属气室左侧方向的驱动激光器，在所述驱动激光器与所述碱金属气室之间设置有消偏振分光棱镜，所述碱金属气室的右侧方向设置有出射阵列式光电探测器，所述消偏振分光棱镜将所述驱动激光器发射的检测激光分成两束，其中一束经过所述碱金属气室的内部被测点到达所述出射阵列式光电探测器，另一束到达入射阵列式光电探测器，所述入射阵列式光电探测器得到所述被测点的入射光强信号值I

A device for measuring the internal heat distribution and thermal stability of alkali metal gas chamber

【技术实现步骤摘要】
一种碱金属气室内部热分布与热稳定测量装置
本专利技术涉及碱金属气室热分布与热稳定测量技术，特别是一种碱金属气室内部热分布与热稳定测量装置，通过入射阵列式光电探测器与出射阵列式光电探测器这一双探测器组合能够获取作用于碱金属气室内部被测点的入射光强信号值Ii和出射光强信号值Io，并根据光学原理解算得到各被测点温度值T，可用于原子自旋效应的惯性和磁场测量装置中碱金属气室的温度状态评估，有利于为惯性以及磁场的测量装置灵敏度的提升提供保障或技术支持。
技术介绍
碱金属气室内部温度状态对于研究原子自旋下的行为有着重要的作用。现今基于原子自旋效应的传感器在灵敏度方面有极大的提升，以基于原子自旋效应的角速度/磁场传感器为代表，在国内外发展迅速，应用于超高灵敏的惯性以及磁场的测量装置。未来基于原子自旋效应的传感器可以应用于无人智能车、无人机、智能机器人、地磁勘探、磁异常探测以及生物磁测量等领域。碱金属气室是基于原子自旋效应惯性以及磁场的测量装置的敏感核心元件，碱金属气室性能的好坏决定了原子自旋效应惯性以及磁场的测量装置能够达到的灵敏度的极限。碱金属气室工作的温度决定了碱金属气室内部原子碰撞激烈程度等条件，从而决定了一些弛豫参数，弛豫参数在很大程度上决定了测量装置的灵敏度。因此，对碱金属气室内部温度的掌握及控制将为惯性以及磁场的测量装置灵敏度的提升提供保障。本专利技术人了解到，对于碱金属气室温度的测量通常是利用热敏电阻对其外部环境或者外壁进行测量，无法准确把握碱金属气室内部温度状况，存在严重的测量误差。本专利技术人认为，如果通过设置双光电探测器组合直接获取作用于碱金属气室内部被测点的入射光强信号值Ii和出射光强信号值Io，就能够利用光学原理解算得到各被测点温度值T，以评估碱金属气室内部的温度状态，从而有利于为惯性以及磁场的测量装置灵敏度的提升提供保障或技术支持。有鉴于此，本专利技术人完成了本专利技术。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术中存在的缺陷或不足，提供一种碱金属气室内部热分布与热稳定测量装置，通过入射阵列式光电探测器与出射阵列式光电探测器这一双探测器组合能够获取作用于碱金属气室内部被测点的入射光强信号值Ii和出射光强信号值Io，并根据光学原理解算得到各被测点温度值T，可用于原子自旋效应的惯性和磁场测量装置中碱金属气室的温度状态评估，有利于为惯性以及磁场的测量装置灵敏度的提升提供保障或技术支持。本专利技术技术方案如下：一种碱金属气室内部热分布与热稳定测量装置，其特征在于，包括位于碱金属气室左侧方向的驱动激光器，在所述驱动激光器与所述碱金属气室之间设置有消偏振分光棱镜，所述碱金属气室的右侧方向设置有出射阵列式光电探测器，所述消偏振分光棱镜将所述驱动激光器发射的检测激光分成两束，其中一束经过所述碱金属气室的内部被测点到达所述出射阵列式光电探测器，另一束到达入射阵列式光电探测器，所述入射阵列式光电探测器得到所述被测点的入射光强信号值Ii，所述出射阵列式光电探测器得到所述被测点的出射光强信号值Io，通过包含有Ii，Io，以及所述被测点温度T的关系式解算得到所述被测点的温度值T。所述包含有Ii，Io，以及所述被测点温度T的关系式如下：其中，Ii为入射光强信号，Io为出射光强信号，μ为气室玻璃光强透过率，L为气室长度，T为被测温度，c为光速，f为碱金属原子的谐振强度，re为碱金属原子的电子自旋旋磁比，td为碰撞时间，△＝ν-ν0-δ，其中ν为驱动激光器发出激光频率，ν0为碱金属自然共振频率，δ为频移，线宽γ＝γn+γc，其中γn为自然线宽，γc为碰撞引起的展宽，A和B为两个或两种参数，A和B根据碱金属的种类取不同的预设参数值。所述入射阵列式光电探测器和所述出射阵列式光电探测器分别连接信号采集与处理器，所述信号采集与处理器根据Ii和Io得到所述被测点的温度值T。所述驱动激光器连接分光棱镜，所述分光棱镜连接扩束器，所述分光棱镜将所述驱动激光器发射的检测激光分成两束，其中一束依次经过扩束器，λ/2波片，以及偏振格兰棱镜传输至所述消偏振分光棱镜，另一束通过激光耦合器到达波长计。所述扩束器将检测激光扩束成扩束光，所述扩束光经所述λ/2波片和所述偏振格兰棱镜后变为线偏振光，所述线偏振光被所述消偏振分光棱镜分成光强一致的两束光。所述入射阵列式光电探测器和所述出射阵列式光电探测器均由同样的单点光电探测器等间距排列合成。所述入射阵列式光电探测器的测量范围和所述出射阵列式光电探测器的测量范围均与扩束光横截面相匹配。所述碱金属气室的外围设置有烤箱，所述烤箱用于将所述碱金属气室加热到一定温度，并使所述碱金属气室保持热稳定状态，以便所述出射阵列式光电探测器检测出出射光强信号值Io，所述热稳定状态使得所述信号采集与处理器接收到的所述出射阵列式光电探测器各点信号处于稳定状态并被观察到。所述驱动激光器发射的检测激光，其波长值与所述碱金属气室内所含有的碱金属所对应的吸收线值相匹配，并保持稳定。所述碱金属气室内既包含碱金属原子又包含惰性或缓冲气体。本专利技术的技术效果如下：本专利技术一种碱金属气室内部热分布与热稳定测量装置，通过双探测器与NPBS(Non-polarizingBeamsplitter)消偏振分光棱镜的组合设置，能够利用光学原理测量玻璃气室内部温度，为基于原子自旋效应的惯性和磁场测量装置的灵敏度提供支持。本专利技术的优点在于：能够直观的观测出碱金属气室内部温度稳定的时间，并且能够实时测量出碱金属气室各个位置热分布的状态。装置测量系统构建简单，测量方法便捷。附图说明图1是实施本专利技术一种碱金属气室内部热分布与热稳定测量装置结构示意图。附图标记列示如下：1-驱动激光器；2-分光棱镜；3-扩束器；4-λ/2波片(二分之一波片，产生附加光程差或相位差为λ/2)；5-偏振格兰棱镜；6-NPBS(Non-polarizingBeamsplitter，消偏振分光棱镜)；7-碱金属气室；8-烤箱；9-出射阵列式光电探测器；10-激光耦合器；11-波长计；12-入射阵列式光电探测器；13-信号采集与处理器(或称数据采集与处理器)；14-检测激光；15-扩束光；Ii-入射光或入射光强信号或入射光强信号值；Io-出射光或出射光强信号或出射光强信号值。具体实施方式下面结合附图(图1)对本专利技术进行说明。图1是实施本专利技术一种碱金属气室内部热分布与热稳定测量装置结构示意图。如图1所示，一种碱金属气室内部热分布与热稳定测量装置，包括位于碱金属气室7左侧方向的驱动激光器1，在所述驱动激光器1与所述碱金属气室7之间设置有消偏振分光棱镜6(NPBS，Non-polarizingBeamsplitter，消偏振分光棱镜)，所述碱金属气室7的右侧方向设置有出射阵列式光电探测器9，所述消偏振分光棱镜6将所述驱动激光器1发射的检测激光14分成两束，其中一束经过所述碱金属气室7的内部被测点到达所述出射阵列式光电探测器9，另一束到达入射阵列式光电探测器12，所述入射阵列式光电探测器1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种碱金属气室内部热分布与热稳定测量装置，其特征在于，包括位于碱金属气室左侧方向的驱动激光器，在所述驱动激光器与所述碱金属气室之间设置有消偏振分光棱镜，所述碱金属气室的右侧方向设置有出射阵列式光电探测器，所述消偏振分光棱镜将所述驱动激光器发射的检测激光分成两束，其中一束经过所述碱金属气室的内部被测点到达所述出射阵列式光电探测器，另一束到达入射阵列式光电探测器，所述入射阵列式光电探测器得到所述被测点的入射光强信号值I

【技术特征摘要】
1.一种碱金属气室内部热分布与热稳定测量装置，其特征在于，包括位于碱金属气室左侧方向的驱动激光器，在所述驱动激光器与所述碱金属气室之间设置有消偏振分光棱镜，所述碱金属气室的右侧方向设置有出射阵列式光电探测器，所述消偏振分光棱镜将所述驱动激光器发射的检测激光分成两束，其中一束经过所述碱金属气室的内部被测点到达所述出射阵列式光电探测器，另一束到达入射阵列式光电探测器，所述入射阵列式光电探测器得到所述被测点的入射光强信号值Ii，所述出射阵列式光电探测器得到所述被测点的出射光强信号值Io，通过包含有Ii，Io，以及所述被测点温度T的关系式解算得到所述被测点的温度值T。


2.根据权利要求1所述的碱金属气室内部热分布与热稳定测量装置，其特征在于，所述包含有Ii，Io，以及所述被测点温度T的关系式如下：



其中，Ii为入射光强信号，Io为出射光强信号，μ为气室玻璃光强透过率，L为气室长度，T为被测温度，c为光速，f为碱金属原子的谐振强度，re为碱金属原子的电子自旋旋磁比，td为碰撞时间，△＝ν-ν0-δ，其中ν为驱动激光器发出激光频率，ν0为碱金属自然共振频率，δ为频移，线宽γ＝γn+γc，其中γn为自然线宽，γc为碰撞引起的展宽，A和B为两个或两种参数，A和B根据碱金属的种类取不同的预设参数值。


3.根据权利要求1所述的碱金属气室内部热分布与热稳定测量装置，其特征在于，所述入射阵列式光电探测器和所述出射阵列式光电探测器分别连接信号采集与处理器，所述信号采集与处理器根据Ii和Io得到所述被测点的温度值T。


4.根据权利要求1所述的碱金属气室内部热分布与热稳定测量装置，其特征在于，所述驱动激光器连接分光棱镜，所述分光棱镜...

【专利技术属性】
技术研发人员：周斌权，房建成，韩邦成，尚慧宁，尹凯峰，
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