[實用新型]微重力基態譜線探測裝置

有效

• 申請號: 201220603558.5
• 申請日: 2012-11-15
• 公開（公告）號: CN203275662U
• 公開（公告）日: 2013-11-06
• 發明（設計）人: 雷海東
• 申請（專利權）人: 江漢大學
• 主分類號: G01T1/00
• 分類號: G01T1/00
• 代理公司: 北京華沛德權律師事務所 11302
• 代理人: 劉麗君

技術領域

本實用新型屬于原子物理技術領域，特別涉及一種微重力基態譜線探測裝置。

背景技術

傳統的原子譜線探測裝置中，由于原子速度過快，導致測量過程中有太多引起頻率移動的因素。同時，應用非均勻磁場囚禁原子，也導致了非均勻譜線展寬等諸多問題。而在微重力條件下，可使用極慢速度的原子(比原子傳統技術中速度減慢10-100倍)，可使譜線降至0.05-0.1Hz。慢原子還有利于進一步減小很多引起頻率移動的因素，如:剩余多普勒頻移，譜線牽引頻移，剩余二次塞曼效應，相對論效應和碰撞頻移等。在微重力條件下原子處于自由懸浮狀態，無須用非均勻磁場囚禁原子，有利于消除非均勻譜線展寬。同時，在遠離地面的空間，將無震動引入的噪聲干擾，電磁場干擾也比地面為小。所以，微重力環境是一個理想的進行精密物理測量的實驗場地。這就使得設計出一種應用于微重力環境下的原子譜線探測裝置成為了一種新的技術難題。

實用新型內容

本實用新型所要解決的技術問題是提供一種應用于微重力環境下的原子譜線探測裝置，并且具有結構簡單、測量精確的特點。

為解決上述技術問題，本實用新型提供了一種微重力基態譜線探測裝置，包括：光源、中央處理器、用于調節磁場的磁場控制模塊、用于量子躍遷的原子共振吸收模塊、用于給所述原子共振吸收模塊提供能量的微波源、用于對所述原子共振吸收模塊處理后的光信號進行檢測的光檢測單元及用于對系統工作溫度進行檢測的溫度檢測單元；所述光源與所述原子共振吸收模塊連接；所述磁場控制模塊依次與所述原子共振吸收模塊、所述溫度檢測單元、所述中央處理器連接；所述微波源依次與所述原子共振吸收模塊、所述中央處理器連接；所述光檢測單元依次與所述原子共振吸收模塊、所述中央處理器連接；所述溫度檢測單元與所述原子共振吸收模塊連接。

進一步地，所述原子共振吸收模塊包括：共振吸收單元、諧振腔；所述諧振腔是TE111模式的微波諧振腔，所述共振吸收單元置于所述諧振腔內部；所述共振吸收單元中原子基態超精細0-0躍遷頻率是原子譜線檢測的中心參考頻率；所述共振吸收單元中的工作物質由一種元素及其同位素組成；所述共振吸收單元內壁設置有一層防護層。

進一步地，所述諧振腔包括：圓柱腔體、耦合環、調諧器件及磁場線圈；所述共振吸收單元置于所述圓柱腔體內部；所述耦合環一端與外部電纜芯線固定連接，另一端通過螺紋緊固機構與所述圓柱腔體腔蓋固定連接；所述磁場線圈橫向密繞在所述圓柱腔體外壁上；所述調諧器件與所述圓柱腔體固定連接，通過改變所述調諧器件在所述圓柱腔體中的長度來對腔頻進行調節。

進一步地，所述調諧器件是螺釘。

進一步地，所述防護層是石蠟。

進一步地，所述原子共振吸收模塊還包括：溫控電阻、至少一塊光電池；所述溫控電阻通過電路板設置在所述諧振腔上方，用于監控所述圓柱腔體的工作溫度；所述光電池設置在所述圓柱腔體中心軸線的兩側。

進一步地，所述光電池數量是2，并對稱設置在所述圓柱腔體中心軸線的兩側。

進一步地，所述中央處理器控制所述微波源頻率輸出，所述微波源輸出頻率在所述原子基態超精細0-0躍遷頻率附近，用于完成整個原子譜線的掃頻。

進一步地，所述光源用于輻射光束的元素與所述共振吸收單元中的工作物質是同一種元素。

進一步地，所述螺紋緊固機構是螺釘連接。

本實用新型提供的一種微重力基態譜線探測裝置，包括光源、中央處理器、磁場控制模塊、原子共振吸收模塊、微波源、光檢測單元及溫度檢測單元。工作過程中，通過光源輻射出光束至原子共振吸收模塊，原子共振吸收模塊通過共振吸收單元、諧振腔完成量子躍遷過程，并將處理后的光信號傳輸至光檢測單元，光檢測單元對所傳輸的光信號進行檢測，并將檢測結果傳輸至中央處理器。其中，共振激勵微波源為原子共振吸收模塊量子躍遷提供能量。共振激勵微波源受中央處理器控制改變其頻率輸出，共振激勵微波源輸出頻率在原子基態超精細結構0-0躍遷中心頻率附近，以完成整個原子譜線的掃頻。磁場控制模塊完成原子共振吸收模塊中的原子分裂及量子化軸所需要的磁場，其強度受中央處理器控制。溫度檢測單元探測到原子共振吸收模塊的工作環境溫度后，傳輸至中央處理器，中央處理器根據內部存儲的參數數據A、B，對磁場控制模塊中磁場電流進行調節控制，進而通過改變原子中心頻率來補償由于溫度變化而造成的原子中心頻率變化，最終控制原子中心頻率維持不變。且具有結構簡單、測量精確的特點。

附圖說明

圖1為本實用新型實施例提供的微重力基態譜線探測裝置原理結構框圖。

圖2為本實用新型實施例提供的微重力基態譜線探測裝置中原子共振吸收模塊結構示意圖。