[发明专利]基于差分吸收法的原子密度及布居数的测量装置及方法

说明书

本发明提供了一种基于差分吸收法的原子密度及布居数的测量装置及方法，采用两个脉冲光源，一个作为信号光，一个作为光学泵浦光。两束光合束后沿两条光路传播，其中一路放置原子池，作为信号光路，一路不放置原子池，作为吸收谱线的校准光路。两路光经探测器转化为电信号后相减，能够去除吸收谱线中由于光路及光源不稳定性带来的影响，提高测量精确度。本发明利用吸收谱线的每个精细吸收峰分别确定处于各个能级的原子密度，填补了原子各能级布居数测定的空白。同时，本发明还能够进一步用于测量光学泵浦制备原子初态的检测。

技术领域

本发明涉及量子精密测量技术领域，具体地，涉及一种基于差分吸收法的原子密度及布居数的测量装置及方法。

背景技术

原子系综由于其很好的相干性，作为重要的研究介质广泛应用于原子分子与光物理领域。同时，原子密度的精确测量以及原子各能态的准确布居数操控和测量是原子物理、量子物理、非线性光学等领域中的基础，具有极为重要的研究意义。近年来，热原子系综以其独有的易于集成特性，是广大研究者的重点研究对象。而热原子的原子密度测量及其原子能态布居数操控和测量是热原子系综研究的基石。

针对热原子密度测量，也存在许多方案，但大都针对特定情况，例如压力展宽下的热原子系综。对于原子运动引起多普勒展宽效应占主导的热原子系综，精确测量其原子密度并未有很好的解决方案，这一问题的瓶颈在于光场及光路不稳定性造成原子密度测量的巨大偏差。另外，热原子各能态布居数操控和测量也不尽如人意。常用的原子各能态布居数操控手段为光学泵浦，但成熟的泵浦效率测量方法并不多，难以准确的获得光学泵浦对原子在各能态的布居数的影响。因此，发明一种能够稳定精确测量热原子密度和原子各能态布居数的系统及方法变得尤为重要。

与本申请相关的现有技术是CN108121015A，提供了一种原子布居数探测系统，此系统包含荧光激发器和一对荧光收集器。当原子团下落到真空装置的探测区时，会先后穿过原子荧光激发器发射出的两束激光，使得原子团分别发出荧光，通过原子荧光收集器可把荧光信号收集起来并转为电流信号从而得到原子布居数。该技术适用于冷原子系总，在热原子系综中的应用受限。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于差分吸收法的原子密度及布居数的测量装置及方法。

根据本发明提供的一种基于差分吸收法的原子密度及布居数的测量装置，包括第一相干光源、第一隔离器、第一脉冲调制器、第二相干光源、第二隔离器、第二脉冲调制器、分束器、原子蒸汽池、第一滤光片、第一光电探测器、反射镜、可调衰减片、第二滤光片、第二光电探测器、减法器、数据采集单元；

第一相干光源产生的第一光场经过第一隔离器、第一脉冲调制器后到达分束器，第二相干光源产生的第二光场经过第二隔离器、第二脉冲调制器后达到分束器；

第一光场、第二光场经由分束器复合后，均分成第一复合光场、第二复合光场，第一复合光场依次经过原子蒸汽池和滤光片后进入第一探测器探测，形成第一信号；第二复合光场依次经过反射镜，可调衰减片和滤光片后进入第二探测器探测，形成第二信号；

第一信号、第二信号分别经过减法器相减后传输到数据采集单元。

优选地，所述第一相干光源、第二相干光源均为连续可调谐的激光光源，所述可调谐的范围是能够覆盖原子的能级跃迁频率；

所述第一相干光源、第二相干光源的工作波长不相同。

本发明提供的一种采用上述装置的基于差分吸收法的原子密度及布居数的测量方法，包括：

扫描步骤：扫描第一相干光源的频率，所述频率的扫描范围覆盖基态所有能级的跃迁频率，将第二相干光源的频率设定为其中的一个跃迁频率；