[发明专利]一种基于混合碱金属原子光吸收的温度测量系统及方法

说明书

本发明公开了一种基于混合碱金属原子光吸收的温度测量系统，通过第一激光光路和第二激光光路对两种混合碱金属原子光吸收同时测量，光与原子相互作用机理可使测量灵敏度提升，混合碱金属原子通过光吸收实现两束激光同时测量温度，并且可避免较高碱金属原子密度时，光学深度大导致的原子光吸收不均匀，或者激光被全部吸收从而无法出射气室，可有效降低所需激光功率。本发明中采用光强归一化的光路设计，避免了激光传输过程中，由于光学器件以及环境变化引起的光强波动对输出信号的影响，使激光可远程传输从而实现原子的远程操控。本发明还提供了一种基于混合碱金属原子光吸收的温度测量方法。

技术领域

本发明属于温度测量领域，特别是涉及一种基于混合碱金属原子光吸收的温度测量系统及方法。

背景技术

高精度温度测量在航空航天等领域具有重要的应用需求，火箭、空间站、卫星的发射过程以及太空运行中均需要测量高温变化，因此亟需小型化、高灵敏度、高测量精度的温度传感器。随着光学技术和量子操控技术的发展，近年来原子传感精密测量领域得到了国内外的广泛关注，其中利用光与原子相互作用机理敏感温度场量是原子传感发展的方向之一。

目前，中高温测温应用领域缺少高灵敏度、低成本的小型化温度传感器，为了提高测量精度，适应精密测量领域的需求，设计基于原子层面的温度测量系统是亟需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的通过光学手段反映出碱金属原子密度数随温度的变化，能够直接获得被测区域的热力学温度，采用混合碱金属原子方式，有效降低系统激光功率并提高温度测量的均匀性，利用激光手段可以实现原子的远程操控，为原子传感在温度测量领域的创新发展提供了解决方案。

本发明提供了一种基于混合碱金属原子光吸收的温度测量系统，其包括：第一激发激光器，其发出第一激光，第二激发激光器，其发出第二激光；

消色差1/2波片，其用于旋转第一激光或第二激光的偏振面；

起偏器，其用于使第一激光变为第一线偏振激光，将第二激光变为第二线偏振激光；

等比例分光棱镜，所述等比例分光棱镜将所述第一线偏振激光和第二线偏振激光分别分为光强相同的反射和透射两束光；

混合碱金属气室，所述混合碱金属气室充入一定比例的两种混合碱金属原子；

所述第一线偏振激光经分光后的两束光经过光路输出后分别进入到第二光电探测器和第四光电探测器；所述等比例分光棱镜将所述第二线偏振激光分为光强相同的反射和透射两束光，所述第二线偏振激光经分光后的两束光经过光路输出后分别进入到第一光电探测器和第三光电探测器；

光强归一化模块，所述光强归一化模块与所述第一光电探测器、第二光电探测器、第三光电探测器和第四光电探测器相连接，获得归一化后电压信号；

信号处理器，所述光强归一化模块连接到信号处理器。

其中，在所述混合碱金属气室设置有缓冲气体。

其中，所述两种混合碱金属为钾-铷或铯-铷。

其中，进一步包括磁屏蔽壳体，其设置在所述混合碱金属气室的外侧，所述磁屏蔽壳体屏蔽外界磁场。

其中，进一步包括三维磁线圈，其环绕所述混合碱金属气室的主体结构，所述三维磁线圈设置于所述磁屏蔽壳体的内部。

其中，进一步包括第一高速光开关，其对第一激光的开关进行控制；第二高速光开关，其对第二激光的开关进行控制；光开关驱动器(16)可对第一高速光开关(3)和第二高速光开关(4)进行开关或高频调制控制。

其中，所述混合碱金属气室采用耐高温、通光性好的材料制成，所述材料为GE180铝硅酸盐玻璃。