[发明专利]铯混合氦原子的无极灯及其用于铯激发态光谱的方法

说明书

本发明涉及铯混合氦原子的无极灯，包括：充有铯原子混合氦原子的气室；射频耦合线圈，所述射频耦合线圈均匀缠绕在气室外壁，用于在气室中产生射频场；射频功放模块，与所述射频耦合线圈连接，用于提供激励氦原子在第一激发态到基态之间跃迁谱线产生荧光的射频功率；屏蔽盒，屏蔽盒的两端设有通光孔，所述气室设置在屏蔽盒中，气室的端面对准屏蔽盒的通光孔；所述气室采用高透光材料制成，气室除端面外的外侧壁上设有对氦原子在第一激发态到基态之间跃迁谱线所发荧光高反射的涂层。本发明还涉及铯混合氦原子无极灯用于铯激发态光谱的方法。本发明具有结构简单、成本低、效率高的优点。

技术领域

本发明涉及光谱技术和光学器件技术领域，尤其涉及一种铯混合氦原子的无极灯及其用于铯激发态光谱方法。

背景技术

碱金属铯原子在精密激光光谱、冷原子物理、原子干涉仪、原子钟、磁力仪、原子陀螺仪、原子滤光器等多种领域具有非常广泛的应用。铯金属的熔点很低，只有 28.4°C，可以封装在很简单便宜的玻璃气室中，得到足够的蒸汽压，直接用于上述各领域。铯原子的另一个优点是，其基态到第一激发态6P态的852nm、894nm 和基态到第二激发态7P态的456nm、459nm对应的跃迁波长都有半导体激光可以直接应用。

然而，对于铯原子基态到第三激发态8P态的387.615nm、388.861nm，没有对应的半导体激光可以利用，极大地限制了铯原子的拓展应用。为此，现有技术中公开可以用氦原子无极灯发射出来的388.865nm荧光作为独立的光源，来激发另一个独立的铯玻璃气室中的铯原子。现有技术中用作独立光源激发氦原子的氦原子无极灯体积较大，长度接近1米，氦原子无极灯和铯玻璃气室相互独立，结构繁杂庞大，效率低下。这种做法，由于两者总有较大空间距离，相对铯而言，氦原子无极灯的荧光过于发散，效率极其低下这种方法主要存在两方面的技术困难：第一点技术困难是，长度近1米的氦原子无极灯与被泵浦的独立铯原子玻璃泡，其间距在几个厘米左右，相对于原子之间的微米间距，属于一个宏观量，相差四个数量级；第二点技术困难是，长度近1米的氦原子无极灯与被泵浦的独立铯原子玻璃泡间距在几个厘米左右时，氦原子发出的388.865nm荧光作用到铯泡正中心毫米大小有效区时，效率仅有千分之几。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种结构简单、成本低、效率高的铯氦混杂型的铯混合氦原子无极灯，同时提供一种铯混合氦原子的无极灯用于铯激发态光谱方法。

为了实现上述的目的，本发明采用了以下的技术方案：

铯混合氦原子无极灯，包括：充有铯原子混合氦原子的气室；射频耦合线圈，所述射频耦合线圈均匀缠绕在气室外壁，用于在气室中产生射频场；射频功放模块，与所述射频耦合线圈连接，用于提供激励氦原子在第一激发态到基态之间跃迁谱线产生荧光的射频功率；屏蔽盒，屏蔽盒的两端设有通光孔，所述气室设置在屏蔽盒中，气室的端面对准屏蔽盒的通光孔；所述气室采用高透光材料制成，气室除端面外的外侧壁上设有对氦原子在第一激发态到基态之间跃迁谱线所发荧光高反射的涂层。

作为优选技术方案，所述气室为圆柱形的玻璃气室，气室的长度为4cm～6cm，气室的直径为1cm～3cm。

作为优选技术方案，射频功放模块提供给玻璃气室的射频功率为32MHz。

作为优选技术方案，直流稳压电源为射频功放模块供电，所述电源电压的调节范围在3V-10V。

铯混合氦原子无极灯用于铯激发态光谱的方法，包括如上任一项所述的铯混合氦原子无极灯，所述铯混合氦原子无极灯通过射频功放模块激励使氦原子跃迁产生荧光，所述荧光与铯原子从基态到第三激发态的跃迁波长对应并直接把气室中的铯原子激发到激发态。