CN109425442B - 一种原子气室内部温度简易标定方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于标定方法，具体涉及一种原子气室内部温度简易标定方法。它包括：第一，选取气室，根据气室尺寸和标定温度范围，选取气压合适的气室进行温度标定；第二，测试，测量检测光出射和入射光功率之比；第三，对线偏振的检测光的频率进行选取和固定，第四，测试光强比，将气室加热并稳定在待标定的温度点，通入线偏振检测激光，测试出射光强与入射光强之比；第五，计算碱金属密度，计算碱金属密度n，第六，推算气室内部温度，利用碱金属密度n与气室内部温度T的通用公式，推算气室内部温度T。本发明的有益效果是：为系统测试提供有效气室内部温度参数；测试方便。

Description

一种原子气室内部温度简易标定方法
技术领域
本发明属于标定方法，具体涉及一种原子气室内部温度简易标定方法。
背景技术
量子传感技术是利用原子的量子特性的新一代高性能传感技术，包括原子陀螺、原子磁强计、原子钟等。基于原子自旋特性的原子陀螺和原子磁强计利用光抽运碱金属蒸气的方式使原子获得宏观自旋指向，从而进行精密的角运动或磁场测量。测量的精度与气室的尺寸、气体配比和原子密度，以及磁场、激光操控方法等密切相关。为取得高灵敏度，一般需要将气室加热至100℃以上，以获得足够高的碱金属蒸气密度。碱金属蒸气密度与气室内部温度密切相关，特定的内部温度对应特定的碱金属密度，是气室乃至系统状态的一个重要参数。
为优化原子气室性能，需要对气室的一系列关键参数进行测试。量子测系统包括被测气室及其加热、探温、磁场、光场调控等硬件系统，由于温度探头不可能置于气室内部，而是置于气室外部的高导热加热体上，不可避免地与气室内部温度有一定差异，因此，需要对气室内部温度进行标定。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提供一种原子气室内部温度简易标定方法。
本发明是这样实现的：一种原子气室内部温度简易标定方法，包括下述步骤：
第一，选取气室
根据气室尺寸和标定温度范围，选取气压合适的气室进行温度标定；
第二，测试
气室置于核自旋弛豫测试装置中，确保通光光路不受多余碱金属遮挡，在室温下，利用线偏振检测光射入气室，测量检测光出射和入射光功率之比；
第三，对线偏振的检测光的频率进行选取和固定
选取吸收最大处作为测量频率，通过气室的气压和温度，计算吸收截面σ(ν)；
第四，测试光强比
将气室加热并稳定在待标定的温度点，通入线偏振检测激光，测试出射光强与入射光强之比；
第五，计算碱金属密度
计算碱金属密度n
第六，推算气室内部温度
利用碱金属密度n与气室内部温度T的通用公式，推算气室内部温度T。
如上所述的一种原子气室内部温度简易标定方法，其中，所述第二步中的检测光出射和入射光功率之比用
Figure BDA0001385686050000021
表示。
如上所述的一种原子气室内部温度简易标定方法，其中，所述第四步中的出射光强与入射光强之比用r＝Iout/Iin表示。
如上所述的一种原子气室内部温度简易标定方法，其中，第五步中，通过下述公式计算碱金属密度n，
r/r0＝exp(-nσ(ν)z)。
如上所述的一种原子气室内部温度简易标定方法，其中，重复上述四、五、六步，对不同温度点进行标定。
本发明的有益效果是：(1)本发明的标定方法建立起温度传感器测试温度与气室内部碱金属蒸气温度的对应关系，将为系统测试提供有效气室内部温度参数；(2)本发明的标定方法对于不同气体配比，但形状相同的气室，无需重新测量温度参数，可以直接通过温度传感器读数和标定结果读取，为测试提供极大方便。
具体实施方式
一种原子气室内部温度简易标定方法，包括下述步骤：
第一，需要选取合适的标定气室，由于气室内缓冲气体对碱金属吸收峰具有展宽的作用，选取气压需要适合有效标定。气压低的气室谱线窄，在吸收峰频率的吸收截面很大，光强衰减很大，当进行高温度标定时，出射光很弱，不利于与背景噪声区分，导致测量的信噪比很低，不利用有效标定。同理，气压过高的气室对低温点的标定也有问题。因此，根据气室尺寸和标定温度范围，选取气压合适的气室进行温度标定，对系统有效的温度标定十分重要。
第二，气室置于核自旋弛豫测试装置中，确保通光光路不受多余碱金属遮挡，在室温下，利用线偏振检测光射入气室，测量检测光出射和入射光功率之比
Figure BDA0001385686050000041
这一比值主要与气室玻璃的透射率有关，在标定测量时，应将这一气室玻璃透射率考虑进去。
第三，对线偏振的检测光的频率进行选取和固定。由于吸收截面与频率相关，选取特定频率以确定吸收截面。一般可以选取吸收最大处作为测量频率。通过气室的气压和大致温度，可以计算吸收截面σ(ν)。
第四，将气室加热并稳定在待标定的温度点，通入线偏振检测激光，测试与出射光强与入射光强之比r＝Iout/Iin。
第五，根据
r/r0＝I(z)/I(0)＝exp(-nσ(ν)z)
计算碱金属密度n。
第六，通过碱金属密度n与气室内部温度T的确定关系公式，推算气室内部温度T。
重复上述四、五、六步，对不同温度点进行标定。

Claims (3)

1.一种原子气室内部温度简易标定方法，其特征在于，包括下述步骤：
第一，选取气室
根据气室尺寸和标定温度范围，选取气压合适的气室进行温度标定；
第二，测试
气室置于核自旋弛豫测试装置中，确保通光光路不受多余碱金属遮挡，在室温下，利用线偏振检测光射入气室，测量检测光出射和入射光功率之比；
第三，对线偏振的检测光的频率进行选取和固定
选取吸收最大处作为测量频率，通过气室的气压和温度，计算吸收截面σ(ν)；
第四，测试光强比
将气室加热并稳定在待标定的温度点，通入线偏振检测激光，测试出射光强与入射光强之比；
第五，计算碱金属密度
计算碱金属密度n
第六，推算气室内部温度
利用碱金属密度n与气室内部温度T的通用公式，推算气室内部温度T；
所述第二步中的检测光出射和入射光功率之比用
Figure FDA0002364920900000011
表示；
所述第四步中的出射光强与入射光强之比用r＝Iout/Iin表示。
2.如权利要求1所述的一种原子气室内部温度简易标定方法，其特征在于：第五步中，通过下述公式计算碱金属密度n，
r/r0＝exp(-nσ(ν)z)。
3.如权利要求2所述的一种原子气室内部温度简易标定方法，其特征在于：重复上述四、五、六步，对不同温度点进行标定。
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