[发明专利]一种基于混合光抽运的原子密度精确测量方法

摘要

本发明涉及一种基于混合光抽运的原子密度精确测量方法，将充有K、Rb的碱金属气室加热到启动温度，测得K、Rb的激光吸收光谱，得到启动温度下K、Rb的密度，联立拉乌尔定律，得出启动温度和启动温度下K、Rb的饱和蒸气压和摩尔分数比；加热气室至工作温度，在SERF态下共振点附近，Rb密度很大，吸收十分强烈，通过曲线拟合获得Rb密度有较大的偏差，因此通过光谱吸收法得到K的密度，结合已知的K的摩尔分数，计算得到工作温度；结合Rb的摩尔分数，得到工作温度下Rb的饱和蒸气压，进而得到工作温度下Rb的密度。本发明适用于混合光抽运中，饱和吸收光谱在原子数密度很大，在共振峰两侧很大的范围吸收很强，通过拟合曲线难以得到密度的情况。

主权项

1.一种基于混合光抽运的原子密度精确测量方法，其特征在于包括以下步骤：(1)加热充有K、Rb碱金属原子的气室至较低的启动温度T1，启动温度T1范围为100‑120℃；(2)采用波长调谐范围在K、Rb原子D1线附近的分布式布拉格反射激光器DBRL，将DBRL激光器输出的激光照射于碱金属气室并进行扫频，测量不同频率入射激光的透过率，从而计算出K、Rb两种碱金属原子的光学深度曲线，然后对光学深度曲线进行洛伦兹函数拟合，获得K、Rb碱金属原子光学深度曲线的压力展宽Γ_{K_T1}、Γ_{Rb_T1}，进而得到K、Rb碱金属原子吸收截面积最大值σ_{max_K_T1}、σ_{max_Rb_T1}，计算K、Rb碱金属原子吸收截面积的公式分别如下：σ_{max_K_T1}＝2/πΓ_{K_T1}σ_{max_Rb_T1}＝2/πΓ_{Rb_T1}(3)利用密度与光学深度最大值OD_{max_K_T1}、OD_{max_Rb_T1}、吸收截面最大值σ_{max_K_T1}、σ_{max_Rb_T1}和气室长度l的关系，分别得到较低的启动温度T1下两种碱金属原子密度，计算K、Rb碱金属原子密度n_{K_T1}、n_{Rb_T1}的公式如下：其中，n_{K_T1}、n_{Rb_T1}分别为启动温度T1下碱金属气室中K、Rb原子的密度；OD_{max_K_T1}、OD_{max_Rb_T1}为K、Rb原子的光学深度最大值；σ_{max_K_T1}、σ_{max_Rb_T1}为K、Rb原子的吸收截面最大值，l为碱金属气室的长度；(4)通过测得的启动温度T1下的碱金属原子密度，并利用启动温度T1下单种碱金属原子饱和时的原子密度n_{sd_K_T1}、n_{sd_Rb_T1}，得到两种碱金属原子精确的摩尔分数N_K、N_Rb，摩尔分数的计算公式如下：N_K+N_Rb＝1；其中，T1温度下K、Rb单种碱金属原子饱和时的原子密度n_sd为：其中，A和B是与原子种类有关的常数，T1是启动温度，通过该步骤中的上述四个公式，计算出启动温度T1，带入原式即得到K、Rb的摩尔分数；n_{sd_K_T1}、n_{sd_Rb_T1}为启动温度T1下单种碱金属原子饱和时的原子密度；(5)加热充有K、Rb碱金属原子的气室至工作温度T2，工作温度T2为190℃‑200℃，根据步骤(2)(3)中所述的方法，得到工作温度T2下的K原子的密度n_{K_T2}，通过：计算出工作温度T2，即碱金属气室内部温度，其中，N_K通过步骤(4)获得，是已知的；(6)通过：得到Rb原子工作温度T2下饱和时的原子密度n_{sd_Rb_T2}，通过：得到工作温度T2下Rb原子的密度n_{Rb_T2}。