[发明专利]一种基于碱金属原子多普勒展宽效应的热力学温度测量装置

说明书

本发明涉及热学计量测试领域，尤其涉及一种基于碱金属原子多普勒展宽效应的热力学温度测量装置。所述装置包括：可调谐外腔半导体激光器、激光波长调谐与稳频器、激光功率稳定器、控温单元、数据采集器；所述控温单元内设置长光程气体池。本发明的装置，通过精密测量光学频率可实现热力学温度的量子化测量，具有较高的测量精度。

技术领域

本发明涉及热学计量测试领域，尤其涉及一种基于碱金属原子多普勒展宽效应的热力学温度测量装置。

背景技术

温度是最为广泛使用的基本物理量之一，其准确测量事关科学研究、国防安全、能源环境和民生健康等领域。发展准确可靠的温度测量方法一直是热学研究的热点和难点。传统的铂电阻、热电偶、热敏电阻等次级温度计都依赖其物理性质随温度的变化关系。一方面需要经常校准，另一方面在极端环境会发生明显漂移。

随着新开尔文定义的逐步实施，ITS-90国际温标以及由此产生的繁琐量值传递体系将逐步退出历史舞台。重新定义后，与传统的测温技术相比，建立在量子物理现象之上的基于玻尔兹曼常数定义的原级测温方法将不再依赖于感温元件的电学或机械特性，不但具有最高的测量精度，而且无需计量标准来保障其准确度，有望解决航天武器装备系统中热力学温度的在线测量并可提供直接溯源至国际单位制的测量能力。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种基于碱金属原子多普勒展宽效应的热力学温度测量装置，通过精密测量光学频率可实现热力学温度的量子化测量。

本发明提供了一种基于碱金属原子多普勒展宽效应的热力学温度测量装置，包括：可调谐外腔半导体激光器、激光波长调谐与稳频器、激光功率稳定器、控温单元、数据采集器；

所述控温单元内设置长光程气体池；

所述可调谐外腔半导体激光器与激光波长调谐与稳频器之间设置第一保偏光纤分束器，所述第一保偏分束器将激光分为两束，分别输入所述激光波长调谐与稳频器和保偏光纤衰减器；

所述保偏光纤衰减器依次与全光纤光调制器、第二保偏光纤分束器连接；

所述第二保偏光纤分束器将激光分为两束，分别输入激光功率稳定器和第三保偏光纤分束器；

所述激光功率稳定器分别与第二保偏光纤分束器和全光纤声光调制器连接；

所述第三保偏光纤分束器将激光分为两个光束，第一光束经第一光纤准直器和第一光电探测器进入数据采集器；第二光束经第二光纤准直器、控温单元和第二光电探测器进入数据采集器；

所述数据采集器分别与控温单元、激光波长调谐与稳频器、和可调谐外腔半导体激光器连接。

优选地，所述保偏光纤衰减器与全光纤光调制器之间还设置有第三光纤准直器。

优选地，所述第二保偏光纤分束器与激光功率稳定器之间还设置有第三光电探测器。

优选地，所述第一保偏分束器为90:10的保偏分束器，90％的光束输入所述激光波常调谐与稳频器，10％的光束输入所述保偏光纤衰减器。

优选地，所述第二保偏光纤分束器为50:50的保偏分束器，50％的光束输入所述第三光电探测器，50％的光束输入所述第三保偏光纤分束器；所述第三保偏光纤分束器为50:50的保偏分束器，50％的光束输入所述第一光纤准直器，50％的光束输入所述第二光纤准直器。

优选地，所述第一光纤准直器和第一光电探测器之间设置两个透镜。

优选地，所述第二光纤准直器与控温单元之间设置透镜，所述控温单元与第二光电探测器之间设置透镜。

优选地，所述控温单元内，保持长光程气体池处于273.15K的恒温环境。