本发明专利技术公开了一种基于微重力环境下的原子谱线探测装置，包括光源201、中央处理器207、磁场控制模块204、原子共振吸收模块202、微波源205、光检测单元206及温度检测单元203。其中，光源201与原子共振吸收模块202连接；磁场控制模块204依次与原子共振吸收模块202、温度检测单元203、中央处理器207连接；微波源205依次与原子共振吸收模块202、中央处理器207连接；光检测单元206依次与原子共振吸收模块202、中央处理器207连接；温度检测单元203与原子共振吸收模块202连接。本发明专利技术能够实现在微重力环境下对原子谱线的测量操作，且在共振吸收单元内壁增设石蜡层能够减小原子与壁碰撞产生的频移。同时，本发明专利技术结构简单、测量精确。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于原子物理
，特别涉及一种基于微重力环境下的原子谱线探测>J-U装直。
技术介绍
传统的原子谱线探测装置中，由于原子速度过快，导致测量过程中有太多引起频率移动的因素。同时，应用非均匀磁场囚禁原子，也导致了非均匀谱线展宽等诸多问题。而在微重力条件下，可使用极慢速度的原子(比原子传统技术中速度减慢10-100倍)，可使谱线降至0.05-0. IHz0慢原子还有利于进一步减小很多引起频率移动的因素，如:剩余多普勒频移，谱线牵引频移，剩余二次塞曼效应，相对论效应和碰撞频移等。在微重力条件下原子处于自由悬浮状态，无须用非均匀磁场囚禁原子，有利于消除非均匀谱线展宽。同时，在远离地面的空间，将无震动引入的噪声干扰，电磁场干扰也比地面为小。所以，微重力环境是一个理想的进行精密物理测量的实验场地。这就使得设计出一种应用于微重力环境下的原子谱线探测装置成为了一种新的技术难题。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种应用于微重力环境下的原子谱线探测装置，并且具有结构简单、测量精确的特点。为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种基于微重力环境下的原子谱线探测装置，包括光源、中央处理器、用于调节磁场的磁场控制模块、用于量子跃迁的原子共振吸收模块、用于给所述原子共振吸收模块提供能量的微波源、用于对所述原子共振吸收模块处理后的光信号进行检测的光检测单元及用于对系统工作温度进行检测的温度检测单元；所述光源与所述原子共振吸收模块连接；所述磁场控制模块依次与所述原子共振吸收模块、所述温度检测单元、所述中央处理器连接；所述微波源依次与所述原子共振吸收模块、所述中央处理器连接；所述光检测单元依次与所述原子共振吸收模块、所述中央处理器连接；所述温度检测单元与所述原子共振吸收模块连接。进一步地，所述原子共振吸收模块包括共振吸收单元、谐振腔；所述谐振腔是TElll模式的微波谐振腔，所述共振吸收单元置于所述谐振腔内部；所述共振吸收单元中原子基态超精细0-0跃迁频率是原子谱线检测的中心参考频率；所述共振吸收单元中的工作物质由一种元素及其同位素组成；所述共振吸收单元内壁设置有一层防护层，用于减小所述共振吸收单元内部原子与内壁碰撞而产生的频移。进一步地，所述谐振腔包括圆柱腔体、耦合环、调谐器件及磁场线圈；所述共振吸收单元置于所述圆柱腔体内部；所述耦合环一端与外部电缆芯线固定连接，另一端通过螺纹紧固机构与所述圆柱腔体腔盖固定连接；所述磁场线圈横向密绕在所述圆柱腔体外壁上；所述调谐器件是螺钉，与所述圆柱腔体固定连接，通过改变所述螺钉在所述圆柱腔体中的长度来对腔频进行调节。进一步地，所述元素是87Rb,所述同位素是85Rb ;所述87Rb含量是27. 8%，所述85Rb含量是72. 2%。进一步地，所述防护层是石蜡。进一步地，所述原子共振吸收模块还包括温控电阻、至少一块光电池；所述温控电阻通过电路板设置在所述谐振腔上方用于监控所述圆柱腔体的工作温度；所述光电池设置在所述圆柱腔体中心轴线的两侧。进一步地，通过改变系统的工作环境温度，测量获得原子谱线的中心频率值，进而获得由于温度变化而造成的原子中心频率变化的关系A，及通过所述磁场控制模块改变所述谐振腔外磁场强度，获得不同磁场电流与所造成的原子中心频率变化的关系B，并将所述关系A、所述关系B保存至所述中央处理器中。进一步地，所述温度检测单元通过测得系统中工作温度值C，并传输至所述中央处理器，所述中央处理器根据所述关系A、所述关系B调节所述磁场控制模块中磁场电流，进而通过改变原子中心频率来补偿由于温度变化而造成的原子中心频率变化，最终控制原子中心频率维持不变。进一步地，所述中央处理器控制所述微波源频率输出，所述微波源输出频率在所述原子基态超精细0-0跃迁频率附近，用于完成整个原子谱线的扫频。进一步地，所述光源用于辐射光束的元素是87Rb。本专利技术提供的一种基于微重力环境下的原子谱线探测装置，包括光源、中央处理器、磁场控制模块、原子共振吸收模块、微波源、光检测单元及温度检测单元。工作过程中，通过光源辐射出光束至原子共振吸收模块，原子共振吸收模块通过共振吸收单元、谐振腔完成量子跃迁过程，并将处理后的光信号传输至光检测单元，光检测单元对所传输的光信号进行检测，并将检测结果传输至中央处理器。其中，共振激励微波源为原子共振吸收模块量子跃迁提供能量。共振激励微波源受中央处理器控制改变其频率输出，共振激励微波源输出频率在原子基态超精细结构0-0跃迁中心频率附近，以完成整个原子谱线的扫频。磁场控制模块完成原子共振吸收模块中的原子分裂及量子化轴所需要的磁场，其强度受中央处理器控制。温度检测单元探测到原子共振吸收模块的工作环境温度后，传输至中央处理器，中央处理器根据内部存储的参数数据A、B，对磁场控制模块中磁场电流进行调节控制，进而通过改变原子中心频率来补偿由于温度变化而造成的原子中心频率变化，最终控制原子中心频率维持不变。且具有结构简单、测量精确的特点。附图说明图I为本专利技术实施例提供的基于微重力环境下的原子谱线探测装置原理结构框图。图2为本专利技术实施例提供的基于微重力环境下的原子谱线探测装置中原子共振吸收模块结构示意图。其中，I-圆柱腔体，2-腔壁，3-耦合环，4-螺钉，5-磁场线圈，6-共振吸收单元，7-石腊，8-温控电阻，9-光电池，10-腔盖，201-光源，202-原子共振吸收模块，203-温度检测单元，204-磁场控制模块，205-微波源，206-光检测单元，207-中央处理器。具体实施方式下面结合附图，对本专利技术实施例提供的具体实施方式作进一步详细说明。参见图1，本专利技术实施例提供的一种基于微重力环境下的原子谱线探测装置，包括光源201、中央处理器207、用于调节磁场的磁场控制模块204、用于量子跃迁的原子共振吸收模块202、用于给原子共振吸收模块202提供能量的共振激励微波源205、用于对所述原子共振吸收模块处理后的光信号进行检测的光检测单元206及用于对系统工作温度进行检测的温度检测单元203。其中，光源201与原子共振吸收模块202连接。磁场控制模块 204依次与原子共振吸收模块202、温度检测单元203、中央处理器207连接。共振激励微波源205依次与原子共振吸收模块202、中央处理器207连接。光检测单元206依次与原子共振吸收模块202、中央处理器207连接。温度检测单元203与原子共振吸收模块202连接。参见图2，本实施例中，原子共振吸收模块202包括共振吸收单元、谐振腔。共振吸收单元置于谐振腔内部。优选地，谐振腔是TElll模式的微波谐振腔。谐振腔主要作用是为原子基态精细结构的微波跃迁提供合适的微波场，其共振频率选择在原子基态精细结构0-0跃迁中心频率上。同时，谐振腔也起着为共振吸收单元提供热环境的作用。本实施例中，微波谐振腔主要由圆柱腔体I、耦合环3、调谐器件、磁场线圈5构成。 微波谐振腔采取的耦合方式是环耦合(即磁耦合)方式，为了提高耦合度，耦合环3 —端与固定良好的同轴电缆芯线固定连接，另一端通过螺纹紧固机构固定于腔盖10的中心轴线上。 由于机械加工误差，实际腔频与计算结果有一定差异，通过改变调谐器件在腔中的长度来对腔频进行微调(微调范围大概有50MHz左右)。优选地，调谐本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于微重力环境下的原子谱线探测装置，包括光源（201）、中央处理器（207），其特征在于，还包括：用于调节磁场的磁场控制模块（204）、用于量子跃迁的原子共振吸收模块（202）、用于给所述原子共振吸收模块（202）提供能量的微波源（205）、用于对所述原子共振吸收模块（202）处理后的光信号进行检测的光检测单元（206）及用于对系统工作温度进行检测的温度检测单元（203）；所述光源（201）与所述原子共振吸收模块（202）连接；所述磁场控制模块（204）依次与所述原子共振吸收模块（202）、所述温度检测单元（203）、所述中央处理器（207）连接；所述微波源（205）依次与所述原子共振吸收模块（202）、所述中央处理器（207）连接；所述光检测单元（206）依次与所述原子共振吸收模块（202）、所述中央处理器（207）连接；所述温度检测单元（203）与所述原子共振吸收模块（202）连接。
【技术特征摘要】
【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：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。