[發明專利]基于里德堡原子斯塔克效應的電場探測方法及裝置

有效

• 申請號: 201310667908.3
• 申請日: 2013-12-07
• 公開（公告）號: CN103616571A
• 公開（公告）日: 2014-03-05
• 發明（設計）人: 張臨杰;趙建明;鮑善霞;賈鎖堂
• 申請（專利權）人: 山西大學
• 主分類號: G01R29/12
• 分類號: G01R29/12
• 代理公司: 太原科衛專利事務所(普通合伙) 14100
• 代理人: 朱源

1.一種基于里德堡原子斯塔克效應的電場探測方法，其特征在于，包括以下步驟：（a）將兩束激光相對且共線入射至一個內部充有堿金屬原子蒸汽的樣品池中，其中第一束激光的波長與樣品池中堿金屬原子蒸汽的基態至第一激發態的躍遷共振；第二束激光的波長與堿金屬原子蒸汽的第一激發態至里德堡態的躍遷共振；（b）采集經樣品池出射后的第二束激光的信號并將其轉化為相應的電信號；（c）對采集到的電信號進行分析，當樣品池所在位置沒有電場時，采集到的是第二束激光單峰吸收光譜的信號；當樣品池所在位置存在電場時，電場將會導致堿金屬原子的里德堡能級產生斯塔克效應，即里德堡能級發生分裂，能級的分裂與外界電場強度的關系可以表示為????????????????????????????????????????????????，式中ΔW?為里德堡能級發生分裂后的相鄰能級之間的能量大小，α為堿金屬原子的里德堡能級的極化率，E為樣品池所在位置電場的強度；對第二束激光進行掃描，就可以在采集到的信號上觀察到具有斯塔克分裂現象的多峰吸收光譜，根據吸收光譜可以獲知ΔW，結合α就可以求出電場E的強度。

2.一種基于里德堡原子斯塔克效應的電場探測裝置，用于實現如權利要求1所述的方法，其特征在于，包括通過光纖順次連接的第二激光發射裝置（2）、內部充有堿金屬原子蒸汽且側壁上均設有光纖耦合頭（10）的樣品池（4）、設有兩個出射端的光纖耦合/分束器（5）以及第一激光發射裝置（1）；第一激光發射裝置（1）發射激光的波長與樣品池（4）中堿金屬原子蒸汽的基態至第一激發態的躍遷共振；第二激光發射裝置（2）發射激光的波長與堿金屬原子蒸汽的第一激發態至里德堡態的躍遷共振；所述樣品池（4）的兩個光纖耦合頭（10）分別位于樣品池（4）兩個相對的側壁上且共軸；所述連接第二激光發射裝置（2）的光纖的另一端與樣品池（4）上的一個光纖耦合頭（10）相連接；光纖耦合/分束器（5）的一個出射端通過光纖與樣品池（4）另一個光纖耦合頭（10）相連接，光纖耦合/分束器（5）的入射端通過光纖與第一激光發射裝置（1）相連接；光纖耦合/分束器（5）的另一個出射端通過光纖連接有一個光電探測器（8），光電探測器（8）的信號輸出端連接有一個計算機系統（9）。

3.如權利要求2所述的基于里德堡原子斯塔克效應的電場探測裝置，其特征在于，所述第二激光發射裝置（2）與樣品池（4）之間還連接有一個光纖調制器（3）；所述光纖調制器（3）的信號輸入端連接有一個參考信號源（6）；所述參考信號源（6）的一個信號輸出端與光纖調制器（3）的信號輸入端相連接；光電探測器（8）與計算機系統（9）之間還連接有一個鎖相放大器（7），所述鎖相放大器（7）具有兩個信號輸入端，一個信號輸入端與光電探測器（8）的信號輸出端相連接，鎖相放大器（7）的另一個信號輸入端與參考信號源（6）的另一個信號輸出端相連接；鎖相放大器（7）的信號輸出端與計算機系統（9）相連接。

4.如權利要求2或3所述的基于里德堡原子斯塔克效應的電場探測裝置，其特征在于，所述樣品池（4）是采用石英玻璃制成的，樣品池（4）外部呈長方體結構，樣品池（4）安裝有光纖耦合頭（10）的兩個側壁內壁之間的間距為10~12微米。

5.如權利要求2或3所述的基于里德堡原子斯塔克效應的電場探測裝置，其特征在于，所述樣品池（4）中充有銫原子蒸汽；所述第一激光發射裝置（1）發射激光的中心波長為852.36nm；第二激光發射裝置（2）發射激光的中心波長為510nm。

6.如權利要求4所述的基于里德堡原子斯塔克效應的電場探測裝置，其特征在于，所述樣品池（4）中充有銫原子蒸汽；所述第一激光發射裝置（1）發射激光的中心波長為852.36nm；第二激光發射裝置（2）發射激光的中心波長為510nm。

7.如權利要求4所述的基于里德堡原子斯塔克效應的電場探測裝置，其特征在于，所述樣品池（4）裝有光纖耦合頭（10）的側壁的高度和寬度均為4~6cm。

8.如權利要求3所述的基于里德堡原子斯塔克效應的電場探測裝置，其特征在于，所述鎖相放大器（7）采用數字鎖相放大器。