[发明专利]原子反转数测量装置

说明书

技术领域

本发明涉及原子跃迁领域，特别涉及一种原子反转数测量装置。

背景技术

原子跃迁是指，在外界作用下，原子从一个状态到另一个状态发生跳跃式变化的过程，原子跃迁发生之前的状态称为初态，跃迁发生之后的状态称为末态。

用于实现原子跃迁的跃迁装置主要包括：光源、共振吸收泡及射频场。共振吸收泡外加的磁场用于共振吸收泡内的原子发生分裂，射频场用于使共振吸收泡内原子发生基态磁共振跃迁。以Rb原子为例，当射频场作用在装有⁸⁷Rb的共振吸收泡时，共振吸收泡内原子在|F＝2，mF＝0>和|F＝1，mF＝0>这两个能级间发生磁共振，这样就有部分原子从|F＝2，mF＝0>跃迁到|F＝1，mF＝0>能级上，导致|F＝1，mF＝0>能级粒子数的增加，增加的|F＝1，mF＝0>能级的粒子的比例定义为反转数。反转数的大小反映射频场的性能，因此测量出反转数的大小对跃迁装置的设计十分重要。

发明内容

为了解决现有技术中的问题，本发明实施例提供了一种原子反转数测量装置。所述技术方案如下：

本发明实施例提供了一种原子反转数测量装置，所述装置包括：

光源，用于提供抽运光；

共振吸收泡，装有待抽运原子和缓冲气体；

磁场单元，用于为所述共振吸收泡提供外加磁场，所述外加磁场用于所述共振吸收泡内的待抽运原子发生分裂；

射频单元，用于为所述共振吸收泡提供外加射频场，所述外加射频场用于所述共振吸收泡内的待抽运原子发生基态磁共振跃迁；

检测单元，用于检测经过所述共振吸收泡后所述抽运光的电流值，当所述射频单元关闭时，所述电流值为第一电流值，当所述射频单元打开时，所述电流值为第二电流值；

控制单元，用于控制所述检测单元的打开和关闭，并根据所述第一电流值和所述第二电流值计算原子反转数，所述原子反转数用于表示所述共振吸收泡中待抽运原子在所述外加射频场作用下，发生基态能级间跃迁的原子数占原子总数的比例；

所述共振吸收泡、所述检测单元依次设于所述光源提供的所述抽运光的前进路径上，所述控制单元分别与所述检测单元及所述射频单元电连接。

在本发明实施例的一种实现方式中，所述待抽运原子为⁸⁷Rb，所述光源为充有⁸⁷Rb气体的光谱灯。

在本发明实施例的另一种实现方式中，所述装置还包括装有所述待抽运原子的同位素原子的滤光泡，所述滤光泡设于所述光源和所述共振吸收泡之间。

在本发明实施例的另一种实现方式中，所述装置还包括透镜，所述透镜设于所述滤光泡和所述光源之间。

在本发明实施例的另一种实现方式中，所述检测单元包括光电池。

在本发明实施例的另一种实现方式中，所述共振吸收泡包括微波腔和放置在所述微波腔内的⁸⁷Rb吸收泡。

在本发明实施例的另一种实现方式中，所述磁场单元为通电线圈，通电线圈绕制在所述微波腔外。

在本发明实施例的另一种实现方式中，所述装置还包括：

与所述控制单元电连接的定时器，所述控制单元用于控制所述射频单元在相同的时间长度内打开和关闭，并分别在每个所述时间长度内计算所述检测单元测得的电流值的平均值。

在本发明实施例的另一种实现方式中，所述装置还包括：

相干辐射源，用于间隔地产生满足玻尔条件的电磁波频率信号作用于所述共振吸收泡。

在本发明实施例的另一种实现方式中，所述装置还包括：

用于对所述光源和所述共振吸收泡进行恒温控制的温控单元，所述温控单元分别与所述光源和所述共振吸收泡电连接。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

通过光源提供抽运光作用在共振吸收泡，光检单元对经过所述共振吸收泡后所述抽运光的电流值进行测量；由于在光抽运过程中，在外加射频场作用下基态原子共振发生能级变化时，会被抽运光抽运到激发态，因此抽运光的变化反映了原子共振时原子的反转数；因此，通过控制射频场的开关，并分别测量射频场的开关状态下抽运光的电流值，即可计算出原子反转数，本发明实施例提供的装置在进行原子反转数测量时，整个测量过程简便便捷。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。