[发明专利]一种基于混合光抽运的碱金属气室内部温度的精密测量方法

说明书

本发明涉及一种基于混合光抽运的碱金属气室内部温度的精密测量方法，首先，将充有K、Rb原子的碱金属气室加热到较低的启动温度，测得K、Rb原子的激光吸收光谱并通过理论公式进行拟合计算，得到启动温度下K、Rb原子的密度，联立Raoult’s定律，得出启动温度以及启动温度下K、Rb原子的饱和蒸气压，计算K、Rb原子的摩尔分数比；将气室加热至待测温度，由于在SERF态下共振点附近，Rb原子密度很大，吸收十分强烈，通过曲线拟合获得Rb原子密度存在较大的偏差，因此通过光谱吸收法得到K原子的密度，结合K原子的摩尔分数，计算得到待测温度，可应用于基于混合光抽运的原子磁强计、原子自旋陀螺仪等仪器中所采用碱金属气室的内部温度的精确测量。

技术领域

本发明涉及一种基于混合光抽运的碱金属气室内部温度的精密测量方法，可应用于基于混合光抽运的原子磁强计、原子自旋陀螺仪等仪器中所采用碱金属气室的内部温度的精确测量。

背景技术

碱金属气室是原子磁强计、原子陀螺仪等量子测量仪器的核心敏感器件。碱金属气室内部温度的精确检测是实现碱金属内部温度高精度控制的前提。原子磁强计的灵敏度和原子陀螺的漂移与碱金属原子的极化率密切相关，而碱金属原子的极化率受温度影响。因此，提出一种检测碱金属气室内部温度的方法具有重要的意义。

常用的检测方法采用热电阻等接触式温度测量方法，只能测量烤箱以及碱金属气室壁的温度，不能精确得到碱金属气室内部的温度，无法实现碱金属气室内温度的精确控制，这会对碱金属原子的极化率造成很大的影响，进而影响原子磁强计的灵敏度和原子陀螺的漂移。

发明内容

本发明解决的问题是：克服现有常规方法的不足，提供一种基于混合光抽运的碱金属气室内部温度的精密测量方法，提高了碱金属气室内部温度测量的精度。

提出一种在启动温度精确测量两种碱金属原子的摩尔分数，在待测温度精确测量较低密度的碱金属原子密度，结合较低密度原子的摩尔分数，得到待测的工作温度。以基于K-Rb-²¹Ne的原子陀螺仪为例。首先，将充有K、Rb原子的碱金属气室加热到较低的启动温度，测得K、Rb原子的激光吸收光谱并通过理论公式进行拟合计算，得到启动温度下K、Rb原子的密度，联立Raoult’s定律，得出启动温度以及启动温度下K、Rb原子的饱和蒸气压，计算K、Rb原子的摩尔分数比；将气室加热至待测温度，由于在SERF态下共振点附近，Rb原子密度很大，吸收十分强烈，通过曲线拟合获得Rb原子密度存在较大的偏差，因此通过光谱吸收法得到K原子的密度，结合K原子的摩尔分数，计算得到待测温度。可应用于基于混合光抽运的原子磁强计、原子自旋陀螺仪等仪器中所采用碱金属气室的内部温度的精确测量。

其具体实现方法及步骤如下：

(1)加热充有K、Rb碱金属原子的气室至较低100-120℃的温度，作为启动温度T1；

(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DBR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}