[发明专利]一种小型化冷原子真空压力传感系统

说明书

本发明公开了一种小型化冷原子真空压力传感系统。所述系统包括Li原子发射器、光束整形检测装置、冷原子真空压力感应腔、真空隔离腔。利用三角形纳米光栅对入射激光进行衍射产生六道不同光束，其中三道相互垂直的向内光束通过反射镜垂直反射，两次经过反射镜上的四分之一波片，产生偏振相反的对射光束。三道向内光束与其对射光束作为冷却光束与通电马鞍形反亥姆霍兹线圈形成三维磁光阱，对入射Li原子进行冷却捕获。通过测量囚禁冷原子的碰撞损失率得到待测超高/极高真空环境的真空压力。本发明有效解决了当前实验室冷原子真空标准系统规模大，不易携带的问题，提出了一种小型化冷原子真空压力传感系统，构建了集成芯片级系统，易于工程化应用。

技术领域

本发明涉及真空计量及仪器仪表技术领域，具体涉及一种小型化冷原子真空压力传感系统。

背景技术

冷原子在超高(UHV)和极高(XHV)真空领域中是理想的计量工具，当前主要开发的实验室级冷原子真空标准(CAVS)规模相对较大，占据光学平台约2㎡面积，其原因在于进行激光冷却和捕获原子要使用较多大型元件，首先，原子只能被困在特高压环境中，通常需要带有离子泵或吸气泵的大型真空室；其次，激光冷却的核心，三维磁光阱(3D-MOT)需要沿三个空间轴从六个方向对原子进行冷却并实现最终捕获；第三，实验环境需要保持良好的磁场稳定性，通常通过使用能够消除局部磁场和梯度的大型线圈来实现。实验级冷原子真空标准虽然相较于当前主流的热阴极电离规超高/极高真空测量方法缩小了体积，且自身可作为初级真空标准，无需校准，但其实验条件苛刻，不够小巧，仍然存在不易携带的问题，在使用上有诸多不便。

发明内容

有鉴于此，本发明目的旨在对现有技术进行创新，提供一种小型化冷原子真空压力系统，该小型化冷原子真空压力系统有效解决当前超高/极高真空压力测量中对实验条件与环境的严格要求，其整体长度20cm，且占据面积小，构建了集成芯片级系统，便于携带，易于工程化应用。

为实现以上目的，本发明采用如下技术方案：

一种小型化冷原子真空压力传感系统，其特征在于，所述真空压力传感系统为便携可移动的集成芯片系统，真空压力传感系统包括Li原子发射器、光束整形检测装置、冷原子真空压力感应腔、真空隔离腔。

进一步地，所述Li原子发射器用于Li原子的加热与出射；所述光束整形检测装置通过半反半透镜(11)将入射激光(18)与磁光阱中冷原子返回的荧光(22)进行分离，通过四分之一波片(9)与准直透镜(8)使入射激光变换为准直圆偏振光(19)；所述冷原子真空压力感应腔通过三角形纳米光栅(4)对准直圆偏振光束进行衍射产生六道不同光束，其中三道相互垂直的向内光束(20)通过反射镜(6)垂直反射，两次经过反射镜上的四分之一波片(9)，产生偏振相反的对射光束(21)。三道向内光束(20)与其各自对射光束(21)作为冷却光束与通电马鞍形反亥姆霍兹线圈(5)形成三维磁光阱系统，对入射Li原子进行冷却并捕获至磁光阱中，通过测量囚禁冷原子的碰撞损失率由此得到待测超高/极高真空环境的真空压力；所述真空隔离腔(17)用于将待测超高/极高真空环境与冷原子真空压力感应腔进行隔离。

进一步地，所述Li原子发射器包括底座(1)、Li原子金属源(2)、控制金属源流动的机械快门(3)。所述底座(1)用于冷原子真空压力装置的固定；所述Li原子金属源(2)为3D打印钛制成的低释气碱金属分配器；所述机械快门(3)用于控制Li原子流动，以防止金属源中热原子与冷原子产生碰撞导致不必要的喷射，更加准确测量磁光阱中冷原子寿命。