[发明专利]一种基于混合光抽运的原子密度精确测量方法

权利要求书

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DBRL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_{K_T1}、Γ_{Rb_T1}，进而得到K、Rb碱金属原子吸收截面积最大值σ_{max_K_T1}、σ_{max_Rb_T1}，计算K、Rb碱金属原子吸收截面积的公式分别如下：

σ_{max_K_T1}＝2/πΓ_{K_T1}

σ_{max_Rb_T1}＝2/πΓ_{Rb_T1}

(3)利用密度与光学深度最大值OD_{max_K_T1}、OD_{max_Rb_T1}、吸收截面最大值σ_{max_K_T1}、σ_{max_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n_{K_T1}、n_{Rb_T1}的公式如下：

其中，n_{K_T1}、n_{Rb_T1}分别为启动温度T1下碱金属气室中K、Rb原子的密度；OD_{max_K_T1}、OD_{max_Rb_T1}为K、Rb原子的光学深度最大值；σ_{max_K_T1}、σ_{max_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n_{sd_K_T1}、n_{sd_Rb_T1}，得到两种碱金属原子精确的摩尔分数N_K、N_Rb，摩尔分数的计算公式如下：

N_K+N_Rb＝1；

其中，T1温度下K、Rb单种碱金属原子饱和时的原子密度n_sd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T1，带入原式即得到K、Rb的摩尔分数；n_{sd_K_T1}、n_{sd_Rb_T1}为启动温度T1下单种碱金属原子饱和时的原子密度；

(5)加热充有K、Rb碱金属原子的气室至工作温度T2，工作温度T2为190℃-200℃，根据步骤(2)(3)中所述的方法，得到工作温度T2下的K原子的密度n_{K_T2}，通过：

计算出工作温度T2，即碱金属气室内部温度，其中，N_K通过步骤(4)获得，是已知的；

(6)通过：

得到Rb原子工作温度T2下饱和时的原子密度n_{sd_Rb_T2}，通过：

得到工作温度T2下Rb原子的密度n_{Rb_T2}。

2.根据权利要求1所述的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：所述步骤(2)中的光学深度曲线计算公式为：

其中，υ为入射激光的频率，I_out和I_in分别为碱金属气室出射和入射激光的光强。

3.根据权利要求1所述的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：所述步骤(2)中的洛伦兹函数为：

其中，k为比例系数，υ为激光扫描频率，υ₀为中心频率，Γ为谱线压力展宽，即洛伦兹曲线的半高全宽。