[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

摘要

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。

主权项

1.一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，其特征在于：包括以下步骤：(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，将分布式布拉格反射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}(3)利用密度与光学深度最大值OD_{max_K_T1}、OD_{max_Rb_T1}、吸收截面最大值σ_{max_K_T1}、σ_{max_Rb_T1}和气室长度l的关系，分别得到较低的启动温度T1下两种碱金属原子密度，计算K、Rb碱金属原子密度n_{K_T1}、n_{Rb_T1}的公式如下：其中，n_{K_T1}、n_{Rb_T1}分别为启动温度T1下碱金属气室中K、Rb原子的密度；OD_{max_K_T1}、OD_{max_Rb_T1}为K、Rb原子的光学深度最大值；σ_{max_K_T1}、σ_{max_Rb_T1}为K、Rb原子的吸收截面最大值，l为碱金属气室的长度；(4)通过测得的启动温度T1下的碱金属原子密度，并利用启动温度T1 下单种碱金属原子饱和时的原子密度n_{sd_K_T1}、n_{sd_Rb_T1}，得到两种碱金属原子精确的摩尔分数N_K、N_Rb，摩尔分数的计算公式如下：N_K+N_Rb＝1；其中，T1温度下K、Rb单种碱金属原子饱和时的原子密度n_sd为：其中，A和B是与原子种类有关的常数，T1是启动温度，通过该步骤中的上述四个公式，计算出启动温度T1，带入原式即得到K、Rb的摩尔分数；n_{sd_K_T1}、n_{sd_Rb_T1}为启动温度T1下单种碱金属原子饱和时的原子密度；(5)加热充有K、Rb碱金属原子的气室至工作温度T2，工作温度T2为190℃‑200℃，根据步骤(2)(3)中所述的方法，得到工作温度T2下的K原子的密度n_{K_T2}，通过：计算出工作温度T2，即碱金属气室内部温度，其中，N_K通过步骤(4)获得，是已知的。