[发明专利]一种可精确控制原子密度的碱金属蒸汽池

权利要求书

1.一种可精确控制原子密度的碱金属蒸汽池，其特征在于，包括蒸汽池本体(1)、探测装置(2)、计算单元(3)和伺服控制系统(4)；

所述蒸汽池本体(1)内设置有吸吐原子板(5)、碱金属源分配器(6)和涡旋泵(7)，吸吐原子板(5)用于吸附蒸汽池本体(1)内的碱金属原子、碱金属源分配器(6)用于向蒸汽池本体(1)内喷吐碱金属原子，涡旋泵(7)用于抽取蒸汽池本体(1)内的碱金属原子；

所述探测装置(2)包括光源(8)和探测器(9)，所述光源(8)发出的频率扫描激光经所述蒸汽池本体(1)中的碱金属原子吸收后被所述探测器(9)接收，探测器(9)将其转化为扫描电信号并发送至所述计算单元(3)；

所述计算单元(3)用于对探测器(9)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(4)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(5)、碱金属源分配器(6)和涡旋泵(7)，进而控制蒸汽池本体(1)中的碱金属原子密度。

2.根据权利要求1所述的一种可精确控制原子密度的碱金属蒸汽池，其特征在于，所述蒸汽池本体(1)一端设置有前置耦合头(10)，另一端设置有后置耦合头(11)，所述光源(8)发出的频率扫描激光经光纤和前置耦合头(10)入射到蒸汽池本体(1)中，从蒸汽池本体(1)另一端射出的激光经后置耦合头(11)和光纤后被探测器(9)接收。

3.根据权利要求1所述的一种可精确控制原子密度的碱金属蒸汽池，其特征在于，所述伺服控制系统(4)包括密度预设装置(12)、第一伺服控制器(13)，第二伺服控制器(14)，第三伺服控制器(15)和减法器(16)，密度预设装置(12)用于输入密度设定值，所述减法器(16)的输入端与所述密度预设装置(12)和计算单元(3)的输出端连接，所述减法器(16)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(13)，第二伺服控制器(14)，第三伺服控制器(15)，所述第一伺服控制器(13)的输出端与碱金属源分配器(6)的控制端连接，所述第二伺服控制器(14)的输出端与涡旋泵(7)的控制端连接，第三伺服控制器(15)的输出端与所述吸吐原子板(5)的控制端连接。

4.根据权利要求1所述的一种可精确控制原子密度的碱金属蒸汽池，其特征在于，工作时所述伺服控制系统(4)先进入粗调模式，第一伺服控制器(13)和第二伺服控制器(14)同时开始工作，通过控制碱金属源分配器(6)的喷吐速率和涡旋泵(7)的抽取速率粗调蒸汽池本体(1)内原子密度；在粗调模式工作一段时间后进入细调模式，在第一伺服控制器(13)和第二伺服控制器(14)同时工作的情况下，第三伺服控制器(15)也开始工作，通过控制吸吐原子板(5)的吸附能力来细调蒸汽池本体(1)内原子密度。

5.根据权利要求1所述的一种可精确控制原子密度的碱金属蒸汽池，其特征在于，还包括显示屏(23)，显示屏(23)与所述计算单元(3)的输出端连接，用于实时显示计算得到的原子密度。

6.根据权利要求1所述的一种可精确控制原子密度的碱金属蒸汽池，其特征在于，光学深度的计算公式为其中，I_in表示输入碱金属蒸汽池前的激光强度，I_out表示从碱金属蒸汽池输出的激光的强度，所述洛伦兹拟合所用的公式为其中，v₀为碱金属的跃迁频率，k为比例系数，W_Z表示洛伦兹函数的半高全宽，原子密度的计算公式为：L_max表示光学深度的最大值，r_e表示电子半径，c为光速，f为谐振强度，d为碱金属气室长度。