【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及原子光谱领域和精密测量，尤其涉及一种基于掺杂材料原子气室的低频电场测量装置及测量方法。
技术介绍
1、khz量级的低频波段电磁波能够穿透一定厚度的水体和土壤，同时低频电磁波能够在地面与地球电离层之间形成的空间波导中传播，且传播衰减小、幅值和相位稳定，成为了通信领域重要的研究对象。传统的低频电磁波的电场测量采用金属电极测量，金属电极会对低频电场产生干扰，从而影响测量结果的准确性。
2、基于里德堡原子的电场接收方式能够将空间电场信息通过与里德堡能级间的共振耦合转换到探测光的变化上，通过电磁感应透明效应和在电场中的autler-townes分裂效应、交流stark效应、原子超外差等技术手段可以精确测量电场强度、相位等信息。
3、然而，在制备里德堡原子的过程中，里德堡原子会部分发生电离导致原子气室的内壁上附着一些剩余电荷。当原子气在测量khz量级的低频电场时，受到外界低频电场的作用，原子内壁集聚的剩余电荷会产生极化效应并发生重新排布，形成等电势屏蔽层，阻挡了外界电场与气室内里德堡原子的相互作用，造成测量失败。
技术实现思路
1、为解决上述现有技术中存在的技术问题，本专利技术的目的在于提供一种基于掺杂材料原子气室的低频电场测量装置及方法，避免制备里德堡原子时在气室内产生等电势屏蔽层，影响对低频电场测量装置的测量。
2、为实现上述专利技术目的，本专利技术提供了一种基于掺杂材料原子气室的低频电场测量装置，包括：
3、碱金属原子气室，包
4、探测光激光器，用于发射探测光；
5、耦合光激光器，用于发射耦合光；
6、第一二向色镜，设置在所述第一激光透光端面的外侧，所述探测光激光器与所述第一二向色镜设置在所述碱金属原子气室的同侧；所述第一二向色镜反射所述探测光，并透射所述耦合光；
7、第二二向色镜，设置在所述第二激光透光端面的外侧，所述耦合光激光器与所述第二二向色镜设置在所述碱金属原子气室的同侧；所述第二二向色镜反射所述耦合光，并透射所述探测光；
8、所述探测光与所述耦合光通过所述第一二向色镜和所述第二二向色镜反向共线，并在所述碱金属原子气室内重合；
9、光电探测器，设置在所述第二二向色镜的外侧，用于接收所述探测光，并光信号转化为电信号；
10、辐照光源，设置在所述碱金属原子气室的外侧，照射所述掺杂端面激发光生电荷。
11、根据本专利技术的一个技术方案，所述半透明掺杂材料为金红石相二氧化钛单晶、氧化锌单晶材料。
12、根据本专利技术的一个技术方案，所述金红石相二氧化钛单晶通过非金属元素掺杂或在缺氧条件下的加热处理的方式获得。
13、根据本专利技术的一个技术方案，所述第一激光透光端面、所述第二激光透过端面与所述掺杂端面围成封闭的腔体，并通过密封封装方式封装，形成所述碱金属原子气室。
14、根据本专利技术的一个技术方案，所述辐照光源为激光光源或非相干光源。
15、根据本专利技术的一个方面，提供了一种基于掺杂材料原子气室的低频电场测量方法，用于上述基于掺杂材料原子气室的低频电场测量装置，包括以下步骤：
16、步骤s1、获取探测光的eit光谱；
17、步骤s2、通过探测光和耦合光激发碱金属原子气室内的碱金属原子至里德堡态；
18、步骤s3、向所述碱金属原子气室施加待测电场，通过所述辐照光源照射所述掺杂端面，直至光电探测器输出稳定的电信号；
19、步骤s4、根据所述光电探测器输出的电信号和所述探测光的eit光谱计算所述待测电场的场强大小。
20、根据本专利技术的一个技术方案，所述待测电场的场强计算公式为：
21、
22、其中，δfstark为在电场作用下，原子电磁感应透明光谱的位移量，α为原子极化率，其取值与主量子数n7成正比，|e|为施加在里德堡原子上的电场强度。
23、本专利技术与现有技术相比，具有如下有益效果：
24、本专利技术提出了一种基于掺杂材料原子气室的低频电场测量装置及测量方法，测量装置包括碱金属原子气室、两个二向色镜、探测光激光器和耦合光激光器、光电探测器和辐照光源，碱金属原子气室上设置掺杂端面，掺杂端面由半透明掺杂材料制成。本专利技术，利用探测激光器和耦合光激光器发出的激光通过两个二向色镜在碱金属原子气室内以反向共线的方式重合，将碱金属原子气室内的碱金属原子激发至里德堡态，利用里德堡原子与外部被测电场耦合产生stark效应，实现对外部低频电场场强大小的测量。
25、本专利技术，通过辐照光源掺杂端面生成光生电荷，在碱金属原子气室内形成局部电场，从而消除碱金属原子气室内等电势层形成的电场屏蔽效应，无需在碱金属原子气室内设置金属电极，简化了碱金属原子气室的加工工艺，降低了碱金属原子气室的加工难度和加工成本。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种基于掺杂材料原子气室的低频电场测量装置，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于掺杂材料原子气室的低频电场测量装置，其特征在于，所述半透明掺杂材料为金红石相二氧化钛单晶、氧化锌单晶材料。
3.根据权利要求2所述的基于掺杂材料原子气室的低频电场测量装置，其特征在于，所述金红石相二氧化钛单晶通过非金属元素掺杂或在缺氧条件下的加热处理的方式获得。
4.根据权利要求1所述的基于掺杂材料原子气室的低频电场测量装置，其特征在于，所述第一激光透光端面、所述第二激光透过端面与所述掺杂端面(2)围成封闭的腔体，并通过密封封装方式封装，形成所述碱金属原子气室(1)。
5.根据权利要求4所述的基于掺杂材料原子气室的低频电场测量装置，其特征在于，所述辐照光源(8)为激光光源或非相干光源。
6.一种利用如权利要求1至5任一项权利要求所述的基于掺杂材料原子气室的低频电场测量装置的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
7.根据权利要求6所述的基于掺杂材料原子气室的低频电场测量方法，其特征在于，所述待测电场的场强计算公式为：
...【技术特征摘要】
1.一种基于掺杂材料原子气室的低频电场测量装置，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于掺杂材料原子气室的低频电场测量装置，其特征在于，所述半透明掺杂材料为金红石相二氧化钛单晶、氧化锌单晶材料。
3.根据权利要求2所述的基于掺杂材料原子气室的低频电场测量装置，其特征在于，所述金红石相二氧化钛单晶通过非金属元素掺杂或在缺氧条件下的加热处理的方式获得。
4.根据权利要求1所述的基于掺杂材料原子气室的低频电场测量装置，其特征在于，所述第一激光透光端面、所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：杜艺杰，董涛，吕子瑶，金世超，苏昱玮，殷杰，刘志慧，徐月，邸航，何军，
申请(专利权)人：航天恒星科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。