[发明专利]一种基于原子碰撞的混合光频移闭环抑制方法

说明书

一种基于原子碰撞的混合光频移闭环抑制方法，通过向SERF惯性测量装置中的K‑Rb混合原子气室充入定量气体，利用所述定量气体实现工作中心频率改变，将K‑Rb混合光频移为零的位置调整到K的D1线频率，同时利用饱和吸收频率稳定系统实现频率稳定，为高精度的SERF惯性测量装置的研制提供了基础。

技术领域

本发明涉及SERF惯性测量装置技术，特别是一种基于原子碰撞的混合光频移闭环抑制方法，通过向SERF惯性测量装置中的K-Rb混合原子气室充入定量气体，利用所述定量气体实现工作中心频率改变，将K-Rb混合光频移为零的位置调整到K的D1线频率，同时利用饱和吸收频率稳定系统实现频率稳定，为高精度的SERF惯性测量装置的研制提供了基础。

背景技术

随着量子光学、原子物理学等领域的飞速发展，精密测量已经迈入量子时代。量子精密测量的基本原理是利用光与原子的相互作用，实现对各种物理量超高精度的测量。高精度惯性测量装置的研究可以为探索前沿基础物理学、神经科学、脑科学、中医机理等领域未知世界提供极限研究的新手段。而光频移是制约惯性测量装置灵敏度的一大要素，因此，抑制光频移具有重要意义。

目前，抑制光频移可以通过将工作点从原子跃迁线共振频率移动到失谐GHz量级频率的方法实现，然而，大失谐条件下很难做到频率稳定，PDH(Pound-Drever-Hall)和F-P(Fabry-Perot)腔稳频方法虽然能够在失谐条件下稳频，但是成本高且难以调节，饱和吸收稳频方法只能将频率稳定在原子跃迁线的共振频率上，在失谐GHz量级处无法实现频率锁定。目前现有的方法无法同时兼顾大失谐稳频和实验简便性。

发明内容

本发明针对现有技术的缺陷或不足，提供一种基于原子碰撞的混合光频移闭环抑制方法，通过向SERF惯性测量装置中的K-Rb混合原子气室充入定量气体，利用所述定量气体实现工作中心频率改变，将K-Rb混合光频移为零的位置调整到K的D1线频率，同时利用饱和吸收频率稳定系统实现频率稳定，为高精度的SERF惯性测量装置的研制提供了基础。

本发明的技术解决方案如下：

一种基于原子碰撞的混合光频移闭环抑制方法，其特征在于，包括向SERF惯性测量装置中的K-Rb混合原子气室充入定量气体，通过所述定量气体实现工作中心频率改变，将K-Rb混合光频移为零的位置调整到K的D1线频率，同时利用饱和吸收频率稳定系统对所述SERF惯性测量装置进行频率稳定。

所述充入定量气体包括以下步骤：

步骤1，按照实验需求确定所述K-Rb混合原子气室中K-Rb原子的密度比Dr和充入²¹Ne和N₂的量；

步骤2，计算K和Rb原子的光频移；

步骤3，计算总光频移；

步骤4，计算需要充入的⁴He的量。

所述步骤2中计算K和Rb原子的光频移采用如下公式：

其中是K原子的光频移；是Rb原子的光频移；r_e为经典原子半径；c为光速；Φ是单位面积单位时间的光子通量；S_p为抽运光的偏振，理想情况下抽运光为圆偏振光，S_p等于1；γ^e是电子的旋磁比；v是抽运光的频率；和分别为K原子D1线、Rb的D1线以及Rb的D2线振荡强度常数；和分别对应K的D1线、Rb的D1线以及Rb的D2线的频率，由于K的D2线频率和K的D1线距离相对很大，在此可以忽略K的D2线光频移对总光频移的影响；和分别为充入气体造成的K原子D1线的中心频移和压力展宽，和分别为充入气体造成的Rb原子D1线和D2线的压力展宽，由于气体对Rb原子D1线和D2线造成的中心频移都相对较小，因此忽略。