[发明专利]一种增强型原子荧光收集装置和收集方法

说明书

本申请公开了一种增强型原子荧光收集装置和收集方法，所述装置包括外壳，外壳上设置有荧光探测孔、原子束准直孔和激光束准直孔；外壳的内壁上设置有椭球形反射面和半球形反射面；其无需额外透镜装置，节省了空间，降低了系统复杂度，节约了成本；其增加了原子束的准直功能，可用于对原子束准直要求较高的原子物理实验；其能够有效屏蔽环境杂散光干扰；其能够进行多个探测区级联，增强收集方法的灵活性；其适用于原子束频标、喷泉原子钟、冷原子物理等实验系统。

技术领域

本申请涉及光学仪器制造及应用技术领域，尤其涉及一种增强型原子荧光收集装置和收集方法。

背景技术

目前，在原子物理相关实验中，经常采用热原子束或原子团进行原子的荧光探测实验。原子炉经加热后产生原子束，原子束进入荧光收集系统或装置内，与激光作用后辐射出光子，经收集装置收集，探测得到原子荧光谱线。然而，探测到的荧光谱线强度、信噪比及分辨率直接决定于收集装置的荧光收集效率。

造成原子荧光收集效率低的因素主要有：原子自身发出荧光强度较低以及荧光收集系统或装置收集效率不高。上述两种因素都将导致荧光谱线信噪比较低，影响谱线探测分辨率。此外，现有的大多数荧光探测器尝试采用较小的感光表面以提升响应速度，其典型值约为1mm²~1cm²，同时探测器的增益有限，这变相提高了对荧光收集装置收集效率的要求。

现有技术的原子荧光收集系统主要包括激光器、原子炉、真空装置以及由多个半球反射面组成的光学透镜组。由激光器与原子炉发出的激光和原子束在真空装置中作用产生原子荧光，经光学透镜组反射与整形，汇聚于探测装置感光单元上进行探测。

可见，现有技术的原子荧光收集装置及实现方法在结构和效果方面有以下问题：（1）荧光收集装置中光学透镜组透镜数目多，体积大，装置灵活性差；（2）装置通光孔较大，缺少杂散光抑制机制，易受到背景杂光的干扰；（3）现有的原子荧光收集装置多采用半球形反射面，从光学原理上分析可得到，球心发出的光经反射后将回到球心，不能实现辐射光子的有效收集。即传统的荧光收集方法多采用真空装置配合光学透镜组进行荧光收集，激光与原子束作用于真空装置，光学透镜组用于荧光的汇聚和整型，各部分功能分离，一定程度上增加了原子荧光收集系统的复杂度。收集系统中，真空装置与光学透镜组设置距离较大，荧光立体发散角变小，导致荧光收集不全。此外，多数方法无法进行原子束准直，无法适用于对原子束准直要求较高的原子物理实验。

发明内容

本申请提出一种增强型原子荧光收集装置和收集方法，以解决现有技术中所存在的上述问题，使其减小体积，减小杂光干扰，提高灵活性，减小背景光等杂光干扰，实现辐射光子的有效收集。

本申请提供一种增强型原子荧光收集装置，包括外壳（1），外壳（1）上设置有荧光探测孔（2）、原子束准直孔（3）和激光束准直孔（4）；外壳（1）的内壁上设置有椭球形反射面（5）和半球形反射面（6）。

本申请的增强型原子荧光收集装置，采用椭球形反射面（5）和半球形反射面（6）的反射内壁收集原子荧光，与已有的半球形收集装置相比，从原理上有效提升了荧光收集效率；且不需要透镜，降低了系统复杂度；理论上辐射出的光子在收集装置内，最多只需要两次反射，就可以从荧光探测孔（2）出射，被探测器（9）探测。

本申请增强型原子荧光收集装置，还可以优选的，荧光探测孔（2）设置在外壳（1）的顶壁上。

此时，荧光探测孔（2）位于光路平面上方，避免了原子荧光干扰其他探测区，起到了隔离作用。

还可以优选的，原子束准直孔（3）和激光束准直孔（4）对称设置在外壳（1）的前侧壁和后侧壁上。

这样，在前后两个方向上都可进行荧光收集，便于探测区级联，增强了装置的灵活性。

还可以优选的，椭球形反射面（5）的焦点F1与半球形反射面（6）的球心重合，椭球形反射面（5）的焦点F2位于荧光探测孔（2）上方。