[发明专利]一种单原子的探测方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及原子探测技术领域，尤其涉及一种单原子的探测方法及装置。

背景技术

单原子探测可以获得待测环境下的原子个数、动能和种类等信息，单原子探测在矿石分析、物质成分分析以及核物理学等工程和科学研究领域具有重要的意义，如超纯物质中杂质的确定、原子和分子涨落现象的研究、超低丰度稀有放射性同位素的探测等。因此对于单原子探测方法的研究具有重要的意义，而随着对原子理论的深入了解，一些对单原子探测的技术已经得到实际的应用与检验。

目前，主要使用如下两种方法进行单原子的探测：

1)共振电离光谱法。美国橡树岭实验室的G.S.Hurst等人于1977年使用把共振电离光谱(Resonance Ionization Spectroscopy)技术与高灵敏度的正比计数器结合起来,在1019个氩原子和1018个甲烷分子的环境中检测到了单个铯(Cs)原子。共振电离光谱法(RIS)本质上是一种光电离方法。这种方法的步骤是,先用一个或几个具有特定能量的光子把处于基态的待测种类原子选择性地激发到选定的量子态,然后再把这些受激原子变成电子——离子对,之后选用适当的电离探测器(如正比计数器、通道式电子倍增器等)测量产生的离子对数,这样,就可以完成对待测原子的定性和定量的测量。实现电离的途径有两种:直接光电离和经里得堡(Redberg)态(即高激发态)的电离。

2)荧光法。前苏联的V.S.Letkhov等人用激光诱发共振萤光方法,美国的J.六.Gelbwachs等人用激光诱发饱和非共振萤光方法检测到了单个钠原子。

荧光法大体上可分为：共振萤光、非共振萤光和双光子萤光等三种类型。目前已成功地于用单原子检测的有共振萤光和非共振萤光方法。其中美国的J.A.Gelbwach等人改进萤光技术,把饱和光学吸收和非共振发射光谱结合起来,提出了饱和非共振光谱(简称SONRES)方法探测原子。这种方法的特点是:萤光波长和激发波长不同,因而散射光对萤光信号没有干扰。同时由于是饱和激发，所以光源的不稳定性对测量无影响故灵敏度很高。

但是，上述单原子探测方法，依然存在一些不足，首先，以上的列举的方法无法实现对于单原子的在线检测，就是不能直接实现对于单原子的即时检测。同时，已有的单原子检测技术无法给出原子的运动信息，如出现的时间以及运动的时间，还有对应检测的灵敏度也较低。而对于上述方法对应的结构较复杂，仪器的对应硬件成本较高。

发明内容

本发明的目的是提供一种单原子的探测方法及装置，可以实现单原子的在线检测，同时该装置结构也较为简单，硬件成本也较低。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种单原子的探测方法，该方法包括：

分别探测Bus光纤端与Drop光纤端光子的初始速率，并计算其差值N₀(Bus)-N₀(Drop)；

一段时间之后再次分别探测Bus光纤端与Drop光纤端光子的速率，并计算其差值N₁(Bus)-N₁(Drop)；

计算所述差值N₁(Bus)-N₁(Drop)与所述差值N₀(Bus)-N₀(Drop)的差值，将计算结果D与预先设置的灵敏度变量S相比较，从而判断是否有单原子通过。

一种单原子的探测装置，该装置包括：

单光子计数器，用于探测光子的速率；具体的：用于分别探测Bus光纤端与Drop光纤端光子的初始速率，及一段时间之后再次分别探测Bus光纤端与Drop光纤端光子的速率；

差值计算模块，用于计算Bus光纤端与Drop光纤端光子初始速率的差值N₀(Bus)-N₀(Drop)、一段时间之后探测到的Bus光纤端与Drop光纤端光子速率的差值N₁(Bus)-N₁(Drop)，以及计算所述差值N₁(Bus)-N₁(Drop)与所述差值N₀(Bus)-N₀(Drop)的差值D；

判断模块，用于根据所述差值D与预先设置的灵敏度变量S相比较，从而判断是否有单原子通过。