[发明专利]一种用于CPT磁力仪的气室工作温度自动标定系统及方法

权利要求书

1.一种基于气室工作温度自动标定系统实现的自动标定方法，其特征在于步骤如下：

步骤一：通过上位机控制气室温控模块，进而将原子气室的初始温度设置为T₀；T₀的范围为40℃≤T₀≤45℃；

步骤二：调节激光器电流源和激光器温控电路，使激光器输出功率恒定、频率与原子跃迁共振的激光；

步骤三：通过上位机控制微波信号源输出调制信号的中心频率ω_center和扫描范围[ω_center-ω_band,ω_center+ω_band]；ω_center的范围为

3417.334MHz≤ω_center≤3417.354MHz，ω_band取值为50kHz；

步骤四：利用光电探测器测量从原子气室出射的激光，将光强转化为电压值后，由数据采集卡采集并发送到上位机，由上位机判断光谱中是否存在CPT信号峰曲线，如果不存在CPT信号峰，则将微波信号源的中心频率ω_center增加到ω_center+Δω，迭代此过程，直至出现CPT信号峰，且信号峰中心频率与微波信号源中心频率相同；Δω的范围为0.1Hz≤Δω≤10Hz；

步骤五：通过上位机拟合得到CPT信号峰的幅度H和半高宽V，记录幅宽比H/V的数值；步骤六：通过上位机控制气室温控模块多次改变原子气室的温度，步进为ΔT,得到多个CPT信号峰曲线以及多个信号幅宽比，并根据所有信号幅宽比拟合得到信号幅宽比曲线，信号幅宽比曲线的最大值对应的温度即为原子气室的最优工作温度，从而完成CPT磁力仪的气室工作温度的自动标定；

ΔT的范围为0.1℃≤ΔT≤0.5℃；

所述自动标定方法基于CPT磁力仪的气室工作温度自动标定系统实现，该自动标定系统包括：激光生成模块、微波信号源、四分之一波片、原子气室、气室温控模块、数据采集模块以及上位机；

上位机控制微波信号源给激光生成模块提供调制信号，令激光生成模块产生激光，通过四分之一波片转换为圆偏振光后送入原子气室，上位机控制气室温控模块对原子气室进行加热，同时，通过数据采集模块采集原子气室的实时温度和光强，得到CPT信号峰曲线，进而确定信号幅宽比；上位机控制气室温控模块多次改变原子气室的温度，得到多个CPT信号峰曲线以及多个信号幅宽比，并根据所有信号幅宽比确定原子气室的最优工作温度，完成用于CPT磁力仪的气室工作温度自动标定；

所述调制信号的扫描范围为[ω_center-ω_band,ω_center+ω_band]，其中，ω_center为微波信号源产生的调制信号的中心频率，ω_band为扫描半边范围，所述CPT信号峰曲线表示激光与原子相互作用后的透射光谱，以光强为纵坐标，以调制信号的频率为横坐标，信号幅宽比是指CPT信号峰曲线的幅度与半高宽的比值；

所述激光生成模块包括激光器、激光器电流源和激光器温控电路，激光器电流源为激光器提供恒定工作电流，激光器温控电路控制激光器的恒定工作温度，所述调制信号提供给激光器，令激光生成模块产生功率恒定、频率与原子跃迁共振的激光；

所述气室温控模块包括加热片、温度传感器和温度控制器，上位机通过温度控制器控制加热片工作，对原子气室进行加热，同时，温度控制器通过温度传感器采集原子气室的温度并通过数据采集模块反馈给上位机；

所述加热片包覆在原子气室外壁上，所述温度传感器设置在加热片中心位置处；

所述数据采集模块包括光电探测器和数据采集卡，光电探测器测量从原子气室出射激光的光强，转化为电信号后通过数据采集卡提供给上位机，原子气室的温度也通过数据采集卡提供给上位机；

所述激光器、四分之一波片、原子气室和光电探测器位于同一轴线上；

加热片采用双层柔性加热膜，通过反向施加电流抵消电流产生的磁场；

所述激光器采用VCSEL激光器，即垂直表面发射半导体激光器。