CN106595945A - 一种基于饱和吸收光谱的多种混合气体压力测量装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于饱和吸收光谱的多种混合气体压力测量装置及方法，通过测得的碱金属气室内存在多种气体时的碱金属原子的激光吸收光谱，拟合得到碱金属气室内多种混合气体的混叠压力展宽和频移，再根据已知的单种、单位压力气体对应的压力展宽和频移，联立计算得到多种气体各自的压力。当存在n种碱金属时，最多可以测量4n种混合气体的压力。本发明适用碱金属气室内含有两种以及两种以上混合气体时，压力的精密测量，如基于原子无自旋交换碰撞弛豫(Spin Exchange Relaxation Free Regime)的惯性和磁场测量装置中的碱金属气室部分。

Description

一种基于饱和吸收光谱的多种混合气体压力测量装置及方法

技术领域

本发明涉及一种基于饱和吸收光谱的多种混合气体压力测量装置及方法，本方法适用基于原子无自旋交换碰撞弛豫(Spin Exchange Relaxation Free Regime)的超高灵敏惯性和磁场测量装置碱金属气室部分中含有多种气体时，气体各自的精密压力测量。

背景技术

碱金属气室是基于原子无自旋交换碰撞弛豫(Spin Exchange Relaxation FreeRegime)的超高灵敏惯性和磁场测量装置的核心敏感器件。为了阻止碱金属原子和气室壁的碰撞导致碱金属电子自旋弛豫，会在碱金属气室内充入惰性气体作为缓冲；为了实现自发辐射光子的吸收，会在碱金属气室内充入淬灭气体。这样，碱金属气室内就包含有两种气体，碱金属气室内两种气体的含量会对原子的弛豫以及系统其它参数的选取有很大的影响，因此精密测量两种混合气体各自的压力具有重要的意义。

针对密闭容器中混合气体组分分析，目前可用的检测方法有一种基于支持向量机的混合气体红外光谱组分浓度和种类分析的新方法，该方法利用核函数将组分气体特征吸收谱线重叠严重的混合气体光谱在高维空间变换后，建立SVM回归校正模型，进行混合气体浓度分析，进而进行压力测量。此外还有一种核主成分分析(KPCA)特征提取结合支持向量回归机(SVR)的红外光谱混合气体组分定量分析新方法。首先将特征吸收谱线严重重叠的混合气体光谱通过非线性变换映射到高维特征空间，然后在特征空间中再利用主成分分析法提取主成分，提取出的主成分作为SVR的输入建立校正模型，实现了吸收光谱严重重叠的混合气体的定量分析。然而上述两种方法计算过程较为繁琐，会带来较大的误差。

发明内容

本发明解决的问题是：克服现有常规方法的不足，提供一种基于饱和吸收光谱的多种混合气体压力测量装置及方法，实现了碱金属气室内存在多种气体时各自气体的压力测量，且测量装置和方法简单、精度高。

本发明的技术解决方案之一为：一种基于饱和吸收光谱的多种混合气体压力测量装置，包括激光器1、分光棱镜2、液晶可变波片3、线性偏振器件4、偏振分光棱镜5、斩波器6、线性偏振器件7、气室8、第一光电探测器9、波长计10、第二光电探测器11、锁相放大器12和数据采集系统13；将充有n种碱金属原子、4n种气体的气室8加热至稳定的温度，激光器1首先采用可调谐范围在第1种碱金属原子D1线附近的激光器，其输出的激光经过分光棱镜2后分成两束光，一束光进入波长计10测量其波长，并传输至数据采集系统13，另一束光传输至液晶可变波片3后，一束光传输至数据采集系统13，另一束光通过线性偏振器件4起偏后，传输至偏振分光棱镜5分成两束光，一束光进入第二光电探测器11后进行信号采集后将信号传输至数据采集系统13，另一束光进入斩波器6进行调制，经过调制的光通过线性偏振器件2进入气室8，通过第一光电探测器9将采集的信号传输至锁相放大器12进行解调，最后进入数据采集系统13，最后，将进入数据采集系统13的数据进行处理，计算得到光学深度曲线OD(v)。

本发明技术解决方案之二：一种基于饱和吸收光谱的多种混合气体压力测量方法，步骤如下：

(1)采用波长调谐范围在第1种碱金属原子D1、D2线附近的激光器，将激光器输出的激光照射处于稳定的温度下的碱金属气室并扫频，测量不同频率入射激光的输入、输出，根据激光输入、输出以及光学深度的关系，计算出光学深度曲线，然后用洛伦兹函数对光学深度曲线进行拟合，获得4n种气体引起的第1种碱金属原子的D1线压力展宽Γ_{1_D1}和频移δ_{1_D1}，以及4n种气体引起的第1种碱金属原子的D2线压力展宽Γ_{1_D2}和频移δ_{1_D2}；

(2)采用波长调谐范围在第2种碱金属原子D1、D2线附近的激光器，将激光器输出的激光照射于处于稳定的温度下的碱金属气室并扫频，测量不同频率的入射激光的输入、输出，根据激光输入、输出以及光学深度的关系，计算出光学深度曲线，然后用洛伦兹函数对光学深度曲线进行拟合，获得4n种气体引起的第2种碱金属原子D1线的谱线压力展宽Γ_{2_D1}和频移δ_{2_D1}，以及4n种气体引起的第2种碱金属原子D2线的谱线压力展宽Γ_{2_D2}和频移δ_{2_D2}；

(3)采用波长调谐范围在第i(i＝1,2…n)种碱金属原子D1、D2线附近的激光器，将激光器输出的激光照射处于稳定的温度下的碱金属气室并扫频，测量不同频率的入射激光的输入、输出，根据激光输入、输出以及光学深度的关系，计算出光学深度曲线，然后用洛伦兹函数对光学深度曲线进行拟合，获得4n种气体引起的第i种碱金属原子D1线压力展宽Γ_{i_D1}和频移δ_{i_D1}，以及4n种气体引起的第i种碱金属原子D2线压力展宽Γ_{i_D2}和频移δ_{i_D2}；直至得到第n种碱金属原子由于4n种气体引起的D1线压力展宽Γ_{n_D1}和频移δ_{n_D1}以及D2线压力展宽Γ_{n_D2}和频移δ_{n_D2}；

(4)根据已知的稳定的温度下，第1种气体单位压力下引起的第1种碱金属原子D1线压力展宽Γ_{11_D1}和频移δ_{11_D1}，第1种气体单位压力下引起的第1种碱金属原子D2线压力展宽Γ_{11_D2}和频移δ_{11_D2}；第2种气体单位压力下引起的第1种碱金属原子D1线压力展宽Γ_{21_D1}和频移δ_{21_D1}，第2种气体单位压力下引起的第1种碱金属原子D2线压力展宽Γ_{21_D2}和频移δ_{21_D2}；直至第4n种气体单位压力下引起的第1种碱金属原子D1线压力展宽Γ_{4n1_D1}和频移δ_{4n1_D1}，第4n种气体单位压力下引起的第1种碱金属原子D2线压力展宽Γ_{4n1_D2}和频移δ_{4n1_D2}；

(5)根据已知的稳定的温度下，第1种气体单位压力下引起的第2种碱金属原子D1线压力展宽Γ_{12_D1}和频移δ_{12_D1}，第1种气体单位压力下引起的第2种碱金属原子D2线压力展宽Γ_{12_D2}和频移δ_{12_D2}；第2种气体单位压力下引起的第2种碱金属原子D1线压力展宽Γ_{22_D1}和频移δ_{22_D1}，第2种气体单位压力下引起的第2种碱金属原子D2线压力展宽Γ_{22_D2}和频移δ_{22_D2}；直至第4n种气体单位压力下引起的第2种碱金属原子D1线压力展宽Γ_{4n2_D1}和频移δ_{4n2_D1}，第4n种气体单位压力下引起的第2种碱金属原子D2线压力展宽Γ_{4n2_D2}和频移δ_{4n2_D2}；

(6)直至得到，根据已知的稳定的温度下，第1种气体单位压力下引起的第n种碱金属原子D1线压力展宽Γ_{1n_D1}和频移δ_{1n_D1}，第1种气体单位压力下引起的第n种碱金属原子D2线压力展宽Γ_{1n_D2}和频移δ_{1n_D2}；第2种气体单位压力下引起的第n种碱金属原子D1线压力展宽Γ_{2n_D1}和频移δ_{2n_D1}，第2种气体单位压力下引起的第n种碱金属原子D2线压力展宽δ_{2n_D2}和频移δ_{2n_D2}；直至第4n种气体单位压力下引起的第n种碱金属原子D1线压力展宽Γ_{4nn_D1}和频移δ_{4nn_D1}，第4n种气体单位压力下引起的第n种碱金属原子D2线压力展宽Γ_{4nn_D2}和频移δ_{4nn_D2}；

(7)结合步骤(1)(2)(3)中拟合得到的4n种气体引起的n种碱金属原子D1线和D2线压力展宽和频移，以及步骤(4)(5)(6)中已知的第i种(i＝1,2,…,4n)气体单位压力下引起的第j种(j＝1,2,…,n)碱金属原子的压力展宽和频移，联立计算得到碱金属气室内4n种气体各自的压力P₁，P₂，…，P_4n。采用的公式如下：

P₁，P₂，…，P_4n是混合气体中第1种，第2种，…，第4n种气体的压力，是待求的未知量。

Γ_{11_D1}，Γ_{21_D1}，…，Γ_{4n1_D1}是第1种到第4n种气体单位压力下引起的第1种碱金属原子D1线压力展宽，是已知的。

Γ_{11_D2}，Γ_{21_D2}，…，Γ_{4n1_D2}是第1种到第4n种气体单位压力下引起的第1种碱金属原子D2线压力展宽，是已知的。

Γ_{12_D1}，Γ_{22_D1}，…，Γ_{4n2_D1}是第1种到第4n中气体单位压力下引起的第2种碱金属原子D1线压力展宽，是已知的。

Γ_{12_D2}，Γ_{22_D2}，…，Γ_{4n2_D2}是第1种到第4n中气体单位压力下引起的第2种碱金属原子D2线压力展宽，是已知的。

Γ_{1n_D1}，Γ_{2n_D1}，…，Γ_{4nn_D1}是第1种到第4n中气体单位压力下引起的第n种碱金属原子D1线压力展宽，是已知的。

Γ_{1n_D2}，Γ_{2n_D2}，…，Γ_{4nn_D2}是第1种到第4n中气体单位压力下引起的第n种碱金属原子D2线压力展宽，是已知的。

δ_{11_D1}，δ_{21_D1}，…，δ_{4n1_D1}是第1种到第4n中气体单位压力下引起的第1种碱金属原子D1线频移，是已知的。

δ_{11_D2}，δ_{21_D2}，…，δ_{4n1_D2}是第1种到第4n种气体单位压力下引起的第1种碱金属原子D2线频移，是已知的。

δ_{12_D1}，δ_{22_D1}，…，δ_{4n2_D1}是第1种到第4n中气体单位压力下引起的第2种碱金属原子D1线频移，是已知的。

δ_{12_D2}，δ_{22_D2}，δ_{4n2_D2}是第1种到第4n中气体单位压力下引起的第2种碱金属原子D2线频移，是已知的。

δ_{1n_D1}，δ_{2n_D1}，…，δ_{4nn_D1}是第1种到第4n中气体单位压力下引起的第n种碱金属原子D1线频移，是已知的。

δ_{1n_D2}δ_{2n_D2}δ_{4nn_D2}是第1种到第4n中气体单位压力下引起的第n种碱金属原子D2线频移，是已知的。

Γ_{1_D1}、Γ_{1_D2}，Γ_{2_D1}、Γ_{2_D2}，…，Γ_{n_D1}、Γ_{n_D2}是4n种气体引起的第1种碱金属原子D1线、D2线压力展宽、4n种气体引起的第2种碱金属原子D1线、D2线压力展宽，直到4n种气体引起的第n种碱金属原子D1线、D2线压力展宽，是实际测量得到的。

δ_{1_D1}、δ_{1_D2}，δ_{2_D1}、δ_{2_D2}，…，δ_{n_D1}、δ_{n_D2}是4n种气体引起的第1种碱金属原子D1线、D2线频移、4n种气体引起的第2种碱金属原子D1线、D2线频移，直到4n种气体引起的第n种碱金属原子D1线、D2线频移，是实际测量得到的。

所述的碱金属气室内充有4n种气体，n种碱金属原子。

所述步骤(1)(2)(3)中的输入输出与光学深度之间的关系式为：

I_out＝I_ine^-OD(υ)

其中，υ为入射激光的频率，I_out和I_in分别为碱金属气室出射和入射激光的光强。

所述步骤(1)(2)(3)中的洛伦兹函数为：

其中，υ为激光频率，υ₀为中心频率，Γ为洛伦兹曲线的半高全宽，δ为频移。

所述步骤(4)中，洛伦兹函数与光学深度OD的关系为：

OD＝πr_ecfL(v)

其中，r_e为电子半径，c是真空光速，f是谐振强度。

本发明的原理在于：碱金属气室内存在气体时，碱金属原子的吸收谱线会出现压力展宽和频移，压力展宽和频移的大小与气体的压力存在函数关系。碱金属气室内存在多种气体时，可以测得到碱金属气室内多种混合气体引起的单种碱金属原子的混叠压力展宽和频移，再根据已知的单种、单位压力气体引起的单种碱金属原子的压力展宽和频移，联立计算得到多种气体各自的压力。当存在n种碱金属时，最多可以测量4n种混合气体的压力。以碱金属气室内存在n种碱金属原子、4n种气体为例，通过测量n种碱金属原子在稳定的温度下D1和D2线的激光吸收谱线，并对激光吸收谱线进行数据处理和理论拟合得到混叠的压力展宽和频移，然后，根据已知的单种、单位压力气体引起的单种碱金属原子压力展宽和频移，计算得到碱金属气室内4n种气体的压力。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)本发明通过测量存在n种碱金属原子、4n种气体的碱金属气室中碱金属原子的两个精细能级D1线压力展宽、频移和D2线压力展宽和频移，根据所充已知的单种气体、单位压力下引起单种碱金属的谱线压力展宽和频移，联立计算出4n种气体的各自压力，实现了碱金属气室内存在多种气体时各自压力测量，且测量装置和方法简单、精度高。

(2)本发明适用碱金属气室内含有两种以及两种以上混合气体时，压力的精密测量，如基于原子无自旋交换碰撞弛豫(Spin Exchange Relaxation Free Regime)的惯性和磁场测量装置中的碱金属气室部分。

附图说明

图1为本发明中激光吸收光谱测量的实验装置示意图；

图2为本发明的测量方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明。

如图1所示，本发明一种基于饱和吸收光谱的多种混合气体压力测量装置，包括激光器1、分光棱镜2、液晶可变波片3、线性偏振器件4、偏振分光棱镜5、斩波器6、线性偏振器件7、气室8、第一光电探测器9、波长计10、第二光电探测器11、锁相放大器12和数据采集系统13；

如图2所示，本发明的具体实施步骤如下：

(1)将充有n种碱金属原子、4n种气体的气室8加热至稳定的温度，激光器1首先采用可调谐范围在第1种碱金属原子D1线附近的激光器，其输出的激光经过分光棱镜2后分成两束光，一束光进入波长计10测量其波长，并传输至数据采集系统13，另一束光传输至液晶可变波片3后，又分成两束光，一束光传输至数据采集系统13，另一束光通过线性偏振器件4起偏后，传输至偏振分光棱镜5分成两束光，一束光进入光电探测器11后进行信号采集后将信号传输至数据采集系统13，另一束光进入斩波器6进行调制，经过调制的光通过线性偏振器件7进入气室8，通过光电探测器9将采集的信号传输至锁相放大器12进行解调，最后进入数据采集系统13。

(2)重复步骤(1)，将激光器1输出的激光依次在n种碱金属原子D1线和D2线附近扫频，记录相应的激光频率v以及光电探测器的输出I_in和I_out，从而实现吸收谱线的测量。根据实验数据计算出碱金属气室8的光学深度曲线OD(v)公式如下：

利用洛伦兹函数对OD(v)进行数据拟合，拟合公式如下：

其中，υ为激光频率，υ₀为中心频率，Γ为洛伦兹曲线的半高全宽，即碱金属原子D1线或者D2线压力展宽，δ为频移。

(3)结合上述说明中拟合得到的4n种气体引起的n种碱金属原子D1线和D2线压力展宽和频移，以及已知的第i种(i＝1,2,…,4n)气体单位压力下引起的第j种(j＝1,2,…,n)碱金属原子压力展宽和频移，联立计算得到碱金属气室内4n种气体各自的压力P₁，P₂，…，P_4n。采用的公式如下：

P₁，P₂，…，P_4n是混合气体中第1种，第2种，…，第4n种气体的压力，是待求的未知量。

Γ_{11_D1}，Γ_{21_D1}，…，Γ_{4n1_D1}是第1种到第4n种气体单位压力下引起的第1种碱金属原子D1线压力展宽，是已知的。

Γ_{11_D2}，Γ_{21_D2}，…，Γ_{4n1_D2}是第1种到第4n种气体单位压力下引起的第1种碱金属原子D2线压力展宽，是已知的。

Γ_{12_D1}，Γ_{22_D1}，…，Γ_{4n2_D1}是第1种到第4n中气体单位压力下引起的第2种碱金属原子D1线压力展宽，是已知的。

Γ_{12_D2}，Γ_{22_D2}，…，Γ_{4n2_D2}是第1种到第4n中气体单位压力下引起的第2种碱金属原子D2线压力展宽，是已知的。

Γ_{1n_D1}，Γ_{2n_D1}，…，Γ_{4nn_D1}是第1种到第4n中气体单位压力下引起的第n种碱金属原子D1线压力展宽，是已知的。

Γ_{1n_D2}，Γ_{2n_D2}，…，Γ_{4nn_D2}是第1种到第4n中气体单位压力下引起的第n种碱金属原子D2线压力展宽，是已知的。

δ_{11_D1}，δ_{21_D1}，…，δ_{4n1_D1}是第1种到第4n中气体单位压力下引起的第1种碱金属原子D1线频移，是已知的。

δ_{11_D2}，δ_{21_D2}，…，δ_{4n1_D2}是第1种到第4n种气体单位压力下引起的第1种碱金属原子D2线频移，是已知的。

δ_{12_D1}，δ_{22_D1}，…，δ_{4n2_D1}是第1种到第4n中气体单位压力下引起的第2种碱金属原子D1线频移，是已知的。

δ_{12_D2}，δ_{22_D2}，δ_{4n2_D2}是第1种到第4n中气体单位压力下引起的第2种碱金属原子D2线频移，是已知的。

δ_{1n_D1}，δ_{2n_D1}，…，δ_{4nn_D1}是第1种到第4n中气体单位压力下引起的第n种碱金属原子D1线频移，是已知的。

δ_{1n_D2}δ_{2n_D2}δ_{4nn_D2}是第1种到第4n中气体单位压力下引起的第n种碱金属原子D2线频移，是已知的。

Γ_{1_D1}、Γ_{1_D2}，Γ_{2_D1}、Γ_{2_D2}，…，Γ_{n_D1}、Γ_{n_D2}是4n种气体引起的第1种碱金属原子D1线、D2线压力展宽、4n种气体引起的第2种碱金属原子D1线、D2线压力展宽，直到4n种气体引起的第n种碱金属原子D1线、D2线压力展宽，是实际测量得到的。

δ_{1_D1}、δ_{1_D2}，δ_{2_D1}、δ_{2_D2}，…，δ_{n_D1}、δ_{n_D2}是4n种气体引起的第1种碱金属原子D1线、D2线的频移、4n种气体引起的第2种碱金属原子D1线、D2线频移，直到4n种气体引起的第n种碱金属原子D1线、D2线频移，是实际测量得到的。

总之，本发明当存在n种碱金属时，最多可以测量4n种混合气体的压力，且适用碱金属气室内含有两种以及两种以上混合气体时，压力的精密测量，如基于原子无自旋交换碰撞弛豫(Spin Exchange Relaxation Free Regime)的惯性和磁场测量装置中的碱金属气室部分。

本发明说明书中未做详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (5)

1.一种基于饱和吸收光谱的多种混合气体压力测量装置，其特征在于：包括激光器、分光棱镜、液晶可变波片、线性偏振器件、偏振分光棱镜、斩波器、线性偏振器件、气室、第一光电探测器、波长计、第二光电探测器、锁相放大器和数据采集系统；将充有n种碱金属原子、4n种气体的气室加热至稳定的温度，激光器首先采用可调谐范围在第1种碱金属原子D1线附近的激光器，其输出的激光经过分光棱镜后分成两束光，一束光进入波长计测量其波长，并传输至数据采集系统，另一束光传输至液晶可变波片后，又分为两束光，一束光传输至数据采集系统，另一束光通过线性偏振器件起偏后，传输至偏振分光棱镜分成两束光，一束光进入第二光电探测器后进行信号采集后将信号传输至数据采集系统，另一束光进入斩波器进行调制，经过调制的光通过线性偏振器件进入气室，通过第一光电探测器将采集的信号传输至锁相放大器进行解调，最后进入数据采集系统，最后，将进入数据采集系统的数据进行处理，计算得到光学深度曲线OD(v)。

2.一种基于饱和吸收光谱的多种混合气体压力测量方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)采用波长调谐范围在第1种碱金属原子D1、D2线附近的激光器，将激光器输出的激光照射处于稳定的温度下的碱金属气室并扫频，测量不同频率的入射激光的输入、输出，根据激光输入、输出以及光学深度的关系，计算出光学深度曲线，然后用洛伦兹函数对光学深度曲线进行拟合，获得4n种气体引起的第1种碱金属原子D1线的谱线压力展宽Γ_{1_D1}和频移δ_{1_D1}，以及4n种气体引起的第1种碱金属原子D2线的谱线压力展宽Γ_{1_D2}和频移δ_{1_D2}；

(2)采用波长调谐范围在第2种碱金属原子D1、D2线附近的激光器，将激光器输出的激光照射处于稳定的温度下的碱金属气室并扫频，测量不同频率的入射激光的输入、输出，根据激光输入、输出以及光学深度的关系，计算出光学深度曲线，然后用洛伦兹函数对光学深度曲线进行拟合，获得4n种气体引起的第2种碱金属原子D1线的谱线压力展宽Γ_{2_D1}和频移δ_{2_D1}，以及4n种气体引起的第2种碱金属原子D2线的谱线压力展宽Γ_{2_D2}和频移δ_{2_D2}；

(3)采用波长调谐范围在第i种碱金属原子D1、D2线附近的激光器，i＝1,2…n，将激光器输出的激光照射处于稳定的温度下的碱金属气室并扫频，测量不同频率的入射激光的输入、输出，根据激光输入、输出以及光学深度的关系，计算出光学深度曲线，然后用洛伦兹函数对光学深度曲线进行拟合，获得4n种气体引起的第i种碱金属原子D1线压力展宽Γ_{i_D1}和频移δ_{i_D1}，以及4n种气体引起的第i种碱金属原子D2线压力展宽Γ_{i_D2}和频移δ_{i_D2}；直至得到第n种碱金属原子由于4n种气体引起的D1线压力展宽Γ_{n_D1}和频移δ_{n_D1}以及D2线压力展宽Γ_{n_D2}和频移δ_{n_D2}；

(4)根据已知的稳定的温度下，第1种气体单位压力下引起的第1种碱金属原子D1线压力展宽Γ_{11_D1}和频移δ_{11_D1}，第1种气体单位压力下引起的第1种碱金属原子D2线压力展宽Γ_{11_D2}和频移δ_{11_D2}；第2种气体单位压力下引起的第1种碱金属原子D1线压力展宽Γ_{21_D1}和频移δ_{21_D1}，第2种气体单位压力下引起的第1种碱金属原子D2线压力展宽Γ_{21_D2}和频移δ_{21_D2}；直至第4n种气体单位压力下引起的第1种碱金属原子D1线压力展宽Γ_{4n1_D1}和频移δ_{4n1_D1}，第4n种气体单位压力下引起的第1种碱金属原子D2线压力展宽Γ_{4n1_D2}和频移δ_{4n1_D2}；

(5)根据已知的稳定的温度下，第1种气体单位压力下引起的第2种碱金属原子D1线压力展宽Γ_{12_D1}和频移δ_{12_D1}，第1种气体单位压力下引起的第2种碱金属原子D2线的压力展宽Γ_{12_D2}和频移δ_{12_D2}；第2种气体单位压力下引起的第2种碱金属原子D1线压力展宽Γ_{22_D1}和频移δ_{22_D1}，第2种气体单位压力下引起的第2种碱金属原子D2线压力展宽Γ_{22_D2}和频移δ_{22_D2}；直至第4n种气体单位压力下引起的第2种碱金属原子D1线压力展宽Γ_{4n2_D1}和频移δ_{4n2_D1}，第4n种气体单位压力下引起的第2种碱金属原子D2线压力展宽Γ_{4n2_D2}和频移δ_{4n2_D2}；

(6)直至得到，根据已知的稳定的温度下，第1种气体单位压力下引起的第n种碱金属原子D1线压力展宽Γ_{1n_D1}和频移δ_{1n_D1}，第1种气体单位压力下引起的第n种碱金属原子D2线的压力展宽Γ_{1n_D2}和频移δ_{1n_D2}；第2种气体单位压力下引起的第n种碱金属原子D1线压力展宽Γ_{2n_D1}和频移δ_{2n_D1}，第2种气体单位压力下引起的第n种碱金属原子D2线压力展宽δ_{2n_D2}和频移δ_{2n_D2}；直至第4n种气体单位压力下引起的第n种碱金属原子D1线压力展宽Γ_{4nn_D1}和频移δ_{4nn_D1}，第4n种气体单位压力下引起的第n种碱金属原子D2线压力展宽Γ_{4nn_D2}和频移δ_{4nn_D2}；

(7)结合步骤(1)(2)(3)中拟合得到的4n种气体引起的n种碱金属原子D1线和D2线压力展宽和频移，以及步骤(4)(5)(6)中已知的第i种气体单位压力下引起的第j种碱金属原子的压力展宽和频移，j＝1,2,…,n，联立计算得到碱金属气室内4n种气体各自的压力P₁，P₂，…，P_4n，采用的公式如下：

$\left\{\begin{array}{c}{P}_1{\mathrm{\Γ}}_{11\_D1}+P_2{\mathrm{\Γ}}_{21\_D1}+\mathrm{...}+P_{4n}{\mathrm{\Γ}}_{4n1\_D1}={\mathrm{\Γ}}_{1\_D1}\\ P_1{\mathrm{\δ}}_{11\_D1}+P_2{\mathrm{\δ}}_{21\_D1}+\mathrm{...}+P_{4n}{\mathrm{\δ}}_{4n1\_D1}={\mathrm{\δ}}_{1\_D1}\\ P_1{\mathrm{\Γ}}_{11\_D2}+P_2{\mathrm{\Γ}}_{21\_D2}+\mathrm{...}+P_{4n}{\mathrm{\Γ}}_{4n1\_D2}={\mathrm{\Γ}}_{1\_D2}\\ P_1{\mathrm{\δ}}_{11\_D2}+P_2{\mathrm{\δ}}_{21\_D2}+\mathrm{...}+P_{4n}{\mathrm{\δ}}_{4n1\_D2}={\mathrm{\δ}}_{1\_D2}\\ P_1{\mathrm{\Γ}}_{12\_D1}+P_2{\mathrm{\Γ}}_{22\_D1}+\mathrm{...}+P_{4n}{\mathrm{\Γ}}_{4n2\_D1}={\mathrm{\Γ}}_{2\_D1}\\ P_1{\mathrm{\δ}}_{12\_D1}+P_2{\mathrm{\δ}}_{22\_D1}+\mathrm{...}+P_{4n}{\mathrm{\δ}}_{4n2\_D1}={\mathrm{\δ}}_{2\_D1}\\ P_1{\mathrm{\Γ}}_{12\_D2}+P_2{\mathrm{\Γ}}_{22\_D2}+\mathrm{...}+P_{4n}{\mathrm{\Γ}}_{4n2\_D2}={\mathrm{\Γ}}_{2\_D2}\\ P_1{\mathrm{\δ}}_{12\_D2}+P_2{\mathrm{\δ}}_{22\_D2}+\mathrm{...}+P_{4n}{\mathrm{\δ}}_{4n2\_D2}={\mathrm{\δ}}_{2\_D2}\\ .\\ .\\ .\\ P_1{\mathrm{\Γ}}_{1n\_D1}+P_2{\mathrm{\Γ}}_{2n\_D1}+\mathrm{...}+P_{4n}{\mathrm{\Γ}}_{4nn\_D1}={\mathrm{\Γ}}_{n\_D1}\\ P_1{\mathrm{\δ}}_{1n\_D1}+P_2{\mathrm{\δ}}_{2n\_D1}+\mathrm{...}+P_{4n}{\mathrm{\δ}}_{4nn\_D1}={\mathrm{\δ}}_{n\_D1}\\ P_1{\mathrm{\Γ}}_{1n\_D2}+P_2{\mathrm{\Γ}}_{2n\_D2}+\mathrm{...}+P_{4n}{\mathrm{\Γ}}_{4nn\_D2}={\mathrm{\Γ}}_{n\_D2}\\ P_1{\mathrm{\δ}}_{1n\_D2}+P_2{\mathrm{\δ}}_{2n\_D2}+\mathrm{...}+P_{4n}{\mathrm{\δ}}_{4nn\_D2}={\mathrm{\δ}}_{n\_D2}\end{array}\right.$

P₁，P₂，…，P_4n是混合气体中第1种，第2种，…，第4n种气体的压力，是待求的未知量；

Γ_{11_D1}，Γ_{21_D1}，…，Γ_{4n1_D1}是第1种到第4n种气体单位压力下引起的第1种碱金属原子D1线压力展宽，是已知的；

Γ_{11_D2}，Γ_{21_D2}，…，Γ_{4n1_D2}是第1种到第4n种气体单位压力下引起的第1种碱金属原子D2线压力展宽，是已知的；

Γ_{12_D1}，Γ_{22_D1}，…，Γ_{4n2_D1}是第1种到第4n中气体单位压力下引起的第2种碱金属原子D1线压力展宽，是已知的；

Γ_{12_D2}，Γ_{22_D2}，…，Γ_{4n2_D2}是第1种到第4n中气体单位压力下引起的第2种碱金属原子D2线压力展宽，是已知的；

Γ_{1n_D1}，Γ_{2n_D1}，…，Γ_{4nn_D1}是第1种到第4n中气体单位压力下引起的第n种碱金属原子D1线压力展宽，是已知的；

Γ_{1n_D2}，Γ_{2n_D2}，…，Γ_{4nn_D2}是第1种到第4n中气体单位压力下引起的第n种碱金属原子D2线压力展宽，是已知的；

δ_{11_D1}，δ_{21_D1}，…，δ_{4n1_D1}是第1种到第4n中气体单位压力下引起的第1种碱金属原子D1线频移，是已知的；

δ_{11_D2}，δ_{21_D2}，…，δ_{4n1_D2}是第1种到第4n种气体单位压力下引起的第1种碱金属原子D2线频移，是已知的；

δ_{12_D1}，δ_{22_D1}，…，δ_{4n2_D1}是第1种到第4n中气体单位压力下引起的第2种碱金属原子D1线频移，是已知的；

δ_{12_D2}，δ_{22_D2}，δ_{4n2_D2}是第1种到第4n中气体单位压力下引起的第2种碱金属原子D2线频移，是已知的；

δ_{1n_D1}，δ_{2n_D1}，…，δ_{4nn_D1}是第1种到第4n中气体单位压力下引起的第n种碱金属原子D1线频移，是已知的；

δ_{1n_D2}δ_{2n_D2}δ_{4nn_D2}是第1种到第4n中气体单位压力下引起的第n种碱金属原子D2线频移，是已知的；

Γ_{1_D1}、Γ_{1_D2}，Γ_{2_D1}、Γ_{2_D2}，…，Γ_{n_D1}、Γ_{n_D2}是4n种气体引起的第1种碱金属原子D1线、D2线压力展宽、4n种气体引起的第2种碱金属原子D1线、D2线压力展宽，直到4n种气体引起的第n种碱金属原子D1线、D2线压力展宽，是实际测量得到的；

δ_{1_D1}、δ_{1_D2}，δ_{2_D1}、δ_{2_D2}，…，δ_{n_D1}、δ_{n_D2}是4n种气体引起的第1种碱金属原子D1线、D2线频移、4n种气体引起的第2种碱金属原子D1线、D2线频移，直到4n种气体引起的第n种碱金属原子D1线、D2线频移，是实际测量得到的；

所述的碱金属气室内充有4n种气体，n种碱金属原子。

3.根据权利要求2所述的一种基于饱和吸收光谱的多种混合气体压力测量方法，其特征在于：所述步骤(1)(2)(3)中的输入输出与光学深度之间的关系式为：

I_out＝I_ine^-OD(υ)

其中，υ为入射激光的频率，I_out和I_in分别为碱金属气室出射和入射激光的光强。

4.根据权利要求2所述的一种基于饱和吸收光谱的多种混合气体压力测量方法，其特征在于：所述步骤(1)(2)(3)中的洛伦兹函数为：

$L\left(\mathrm{\υ}\right)=\frac{\mathrm{\Γ}/2}{{(\mathrm{\υ}-{\mathrm{\υ}}_0-\mathrm{\δ})}^2+{(\mathrm{\Γ}/2)}^2}$

其中，υ为激光频率，υ₀为中心频率，Γ为洛伦兹曲线的半高全宽，δ为频移。

5.根据权利要求2所述的一种基于饱和吸收光谱的多种混合气体压力测量方法，其特征在于：所述步骤(4)中，洛伦兹函数与光学深度OD的关系为：

OD＝πr_ecfL(v)

其中，r_e为电子半径，c是真空光速，f是谐振强度。