[发明专利]一种可精确控制原子密度的碱金属蒸汽池

说明书

本发明属于碱金属原子蒸汽池领域，提出了一种可精确控制原子密度的碱金属蒸汽池，包括蒸汽池本体、探测装置、计算单元和伺服控制系统；蒸汽池本体内设置有吸吐原子板、碱金属源分配器和涡旋；探测装置包括光源和探测器，光源发出的频率扫描激光经蒸汽池本体后被探测器接收并发送至计算单元；计算单元根据探测信号计算得到原子密度后发送至伺服控制系统；伺服控制系统用于将实时原子密度信息和预设原子密度进行对比提取误差信号，通过多通道伺服反馈来控制蒸汽池中的碱金属原子密度。本发明解决了碱金属蒸汽池内原子密度的实时显示及精确控制的难题，稳定速度快、精度高，可以广泛应用于碱金属蒸汽池领域。

技术领域

本发明属于碱金属原子蒸汽池领域，具体涉及一种可精确控制原子密度的碱金属蒸汽池。

背景技术

碱金属蒸汽池被广泛应用原子物理、激光光学、传感器、精密测量等诸多前沿领域，用于提供稳定碱金属蒸汽源与激光进行相互作用，碱金属蒸汽系统的密度稳定性直接决定了研究结果的可靠性和依赖于结果的应用的性能。因此在诸多相关领域的研究迫切需要可以提供能精确稳定的原子密度的碱金属蒸汽池。

对于碱金属蒸汽池中原子密度的控制，传统的方法是利用经验密度公式对原子气室温度进行控制，从而控制原子的密度，这种方法虽然简单，但是测量原子蒸汽池的温度误差大，相对精度低；而且温度的控制需要相当大的能耗，尤其是降温过程，而且控制动态范围小。光致原子解吸和激光加热碱金属源也只能单向增加碱金属原子密度，对于实现可控密度原子蒸汽池本体来讲是较为局限的。因此，需要提出一种新的装置，以对碱金属蒸汽池中原子密度实现可调控制。

发明内容

本发明克服现有技术存在的不足，所要解决的技术问题为：提供一种可精确控制原子密度的碱金属蒸汽池，以实现碱金属蒸汽池内原子密度的精确调节。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种可精确控制原子密度的碱金属蒸汽池，包括蒸汽池本体、探测装置、计算单元和伺服控制系统；

所述蒸汽池本体内设置有吸吐原子板、碱金属源分配器和涡旋泵，吸吐原子板用于吸附蒸汽池本体内的碱金属原子、碱金属源分配器用于向蒸汽池本体内喷吐碱金属原子，涡旋泵用于抽取蒸汽池本体内的碱金属原子；

所述探测装置包括光源和探测器，所述光源发出的频率扫描激光经所述蒸汽池本体中的碱金属原子吸收后被所述探测器接收，探测器将其转化为扫描电信号并发送至所述计算单元；

所述计算单元用于对探测器发送的扫描电信号进行处理得到光学深度曲线，然后对光学深度曲线进行洛伦兹拟合，并计算得到原子密度后发送至所述伺服控制系统；

所述伺服控制系统用于将实时原子密度信息和预设原子密度进行对比，提取误差信号，然后采用多通道伺服反馈方式分别反馈至所述吸吐原子板、碱金属源分配器和涡旋泵，进而控制蒸汽池本体中的碱金属原子密度。

所述蒸汽池本体一端设置有前置耦合头，另一端设置有后置耦合头，所述光源发出的频率扫描激光经光纤和前置耦合头入射到蒸汽池本体中，从蒸汽池本体另一端射出的激光经后置耦合头和光纤后被探测器接收。

所述伺服控制系统包括密度预设装置、第一伺服控制器，第二伺服控制器，第三伺服控制器和减法器，密度预设装置用于输入密度设定值，所述减法器的输入端与所述密度预设装置和计算单元的输出端连接，所述减法器用于将实时原子密度信息和预设原子密度进行比对，提取出误差信号后发送给所述第一伺服控制器，第二伺服控制器，第三伺服控制器，所述第一伺服控制器的输出端与碱金属源分配器的控制端连接，所述第二伺服控制器的输出端与涡旋泵的控制端连接，第三伺服控制器的输出端与所述吸吐原子板的控制端连接。