[发明专利]一种基于交叉吸收峰速度选择的原子气室测温系统和方法

说明书

一种基于交叉吸收峰速度选择的原子气室测温系统和方法，通过控制两台分别作为检测光和泵浦光的激光器，使饱和吸收光谱中的交叉吸收峰移位，通过交叉吸收峰移动过程中的强度变化测量气室温度，无需引入测量磁场，且物理模型相对简单，简化了运算程序。

技术领域

本发明涉及基于光谱学的原子气室测温技术，特别是一种基于交叉吸收峰速度选择的原子气室测温系统和方法，通过控制两台分别作为检测光和泵浦光的激光器，使饱和吸收光谱中的交叉吸收峰移位，通过交叉吸收峰移动过程中的强度变化测量气室温度，无需引入测量磁场，且物理模型相对简单，简化了运算程序。

背景技术

原子气室作为量子精密测量的核心敏感器件，广泛应用于原子钟、原子磁力仪和核磁共振陀螺等精密仪器中。原子气室通常需要在高温下工作，气室的温度对于气室的原子密度、饱和蒸气压、原子自旋交换碰撞弛豫率都有很大影响，因此精确测量气室温度具有十分重要的意义。传统的热敏电阻或交流电桥测温本质上都是接触式测量气室外壁的温度，无法直接得到气室内部的温度，考虑到气体的低热导率，这种测温方式可能会造成很大误差；另外，量子精密测量对环境磁场有较高要求，通常需要进行磁屏蔽，而热敏电阻的测温电路会不可避免的引入磁场，造成一定影响。因此，光谱测温方式在这个应用场景下有着不可替代的优势。光谱测温的原理是利用激光通过气体时的吸收谱强弱来测量气体的温度，具有灵敏度高、选择性强、非侵入无污染，响应速度快，实时性强等优点。现有的光谱测温方式都是通过测量原子或分子吸收光谱的多普勒展宽完成，但由于碱金属原子多个精细能级的交叉等因素的影响，使得建立谱线的物理模型十分困难，难以用此方法对气体进行实时精确的测量。

发明内容

本发明针对现有技术的缺陷或不足，提供一种基于交叉吸收峰速度选择的原子气室测温系统和方法，通过控制两台分别作为检测光和泵浦光的激光器，使饱和吸收光谱中的交叉吸收峰移位，通过交叉吸收峰移动过程中的强度变化测量气室温度，无需引入测量磁场，且物理模型相对简单，简化了运算程序。

本发明的技术解决方案如下：

一种基于交叉吸收峰速度选择的原子气室测温系统，其特征在于，包括设置在待测温原子气室左侧的第一半透半反镜片和设置在所述待测温原子气室右侧的第一反射镜，所述第一反射镜通过第二偏振分光棱镜分别连接示波器和泵浦光激光器，所述第一半透半反镜片通过第一偏振分光棱镜连接检测光激光器，所述第一半透半反镜片通过光谱对照气室连接所述示波器，所述示波器连接计算机。

所述泵浦光激光器依次通过第二隔离器和第二半波片连接所述第二偏振分光棱镜，所述第二偏振分光棱镜与所述示波器之间设置有第一光电探测器。

所述检测光激光器依次通过第一隔离器和第一半波片连接所述第一偏振分光棱镜。

所述光谱对照气室的左侧设置有第二半透半反镜片，所述光谱对照气室的右侧设置有分光窗口，所述分光窗口通过第二反射镜连接所述第二半透半反镜片，所述第二半透半反镜片与所述示波器之间设置有第二光电探测器。

所述待测温原子气室位于加热筒内。

所述检测光激光器和所述泵浦光激光器均为半导体激光器，所述半导体激光器为DFB激光器。

所述分光窗口为不镀膜的玻璃窗口。

所述检测光激光器和所述泵浦光激光器分别独立调谐而导致检测光频率与饱和吸收的泵浦光频率不相等，使饱和吸收光谱中的交叉吸收峰移位，通过交叉吸收峰移动过程中的强度变化得出原子气室温度。

一种基于交叉吸收峰速度选择的原子气室测温方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤A，调节泵浦光与检测光的两个激光光源，在示波器上看到待测温原子气室中的原子能级跃迁的精细能级谱线；

步骤B，调节泵浦光，使交叉吸收峰在光谱上移动，遍历光谱的多普勒展宽范围，用示波器记录并保存下移动过程中多个位置光谱数据；