[發(fā)明專利]一種單原子的探測(cè)方法及裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410459113.8
• 申請(qǐng)日: 2014-09-10
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104375158B
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-09-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 梁生;劉子豪;盛新志;王向凱;劉騰飛
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京交通大學(xué)
• 主分類號(hào): G01T1/00
• 分類號(hào): G01T1/00
• 代理公司: 北京凱特來(lái)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司11260
• 代理人: 鄭立明,鄭哲

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及原子探測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種單原子的探測(cè)方法及裝置。

背景技術(shù)

單原子探測(cè)可以獲得待測(cè)環(huán)境下的原子個(gè)數(shù)、動(dòng)能和種類等信息，單原子探測(cè)在礦石分析、物質(zhì)成分分析以及核物理學(xué)等工程和科學(xué)研究領(lǐng)域具有重要的意義，如超純物質(zhì)中雜質(zhì)的確定、原子和分子漲落現(xiàn)象的研究、超低豐度稀有放射性同位素的探測(cè)等。因此對(duì)于單原子探測(cè)方法的研究具有重要的意義，而隨著對(duì)原子理論的深入了解，一些對(duì)單原子探測(cè)的技術(shù)已經(jīng)得到實(shí)際的應(yīng)用與檢驗(yàn)。

目前，主要使用如下兩種方法進(jìn)行單原子的探測(cè)：

1)共振電離光譜法。美國(guó)橡樹(shù)嶺實(shí)驗(yàn)室的G.S.Hurst等人于1977年使用把共振電離光譜(Resonance Ionization Spectroscopy)技術(shù)與高靈敏度的正比計(jì)數(shù)器結(jié)合起來(lái),在1019個(gè)氬原子和1018個(gè)甲烷分子的環(huán)境中檢測(cè)到了單個(gè)銫(Cs)原子。共振電離光譜法(RIS)本質(zhì)上是一種光電離方法。這種方法的步驟是,先用一個(gè)或幾個(gè)具有特定能量的光子把處于基態(tài)的待測(cè)種類原子選擇性地激發(fā)到選定的量子態(tài),然后再把這些受激原子變成電子——離子對(duì),之后選用適當(dāng)?shù)碾婋x探測(cè)器(如正比計(jì)數(shù)器、通道式電子倍增器等)測(cè)量產(chǎn)生的離子對(duì)數(shù),這樣,就可以完成對(duì)待測(cè)原子的定性和定量的測(cè)量。實(shí)現(xiàn)電離的途徑有兩種:直接光電離和經(jīng)里得堡(Redberg)態(tài)(即高激發(fā)態(tài))的電離。

2)熒光法。前蘇聯(lián)的V.S.Letkhov等人用激光誘發(fā)共振螢光方法,美國(guó)的J.六.Gelbwachs等人用激光誘發(fā)飽和非共振螢光方法檢測(cè)到了單個(gè)鈉原子。

熒光法大體上可分為：共振螢光、非共振螢光和雙光子螢光等三種類型。目前已成功地于用單原子檢測(cè)的有共振螢光和非共振螢光方法。其中美國(guó)的J.A.Gelbwach等人改進(jìn)螢光技術(shù),把飽和光學(xué)吸收和非共振發(fā)射光譜結(jié)合起來(lái),提出了飽和非共振光譜(簡(jiǎn)稱SONRES)方法探測(cè)原子。這種方法的特點(diǎn)是:螢光波長(zhǎng)和激發(fā)波長(zhǎng)不同,因而散射光對(duì)螢光信號(hào)沒(méi)有干擾。同時(shí)由于是飽和激發(fā)，所以光源的不穩(wěn)定性對(duì)測(cè)量無(wú)影響故靈敏度很高。

但是，上述單原子探測(cè)方法，依然存在一些不足，首先，以上的列舉的方法無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)于單原子的在線檢測(cè)，就是不能直接實(shí)現(xiàn)對(duì)于單原子的即時(shí)檢測(cè)。同時(shí)，已有的單原子檢測(cè)技術(shù)無(wú)法給出原子的運(yùn)動(dòng)信息，如出現(xiàn)的時(shí)間以及運(yùn)動(dòng)的時(shí)間，還有對(duì)應(yīng)檢測(cè)的靈敏度也較低。而對(duì)于上述方法對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，儀器的對(duì)應(yīng)硬件成本較高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種單原子的探測(cè)方法及裝置，可以實(shí)現(xiàn)單原子的在線檢測(cè)，同時(shí)該裝置結(jié)構(gòu)也較為簡(jiǎn)單，硬件成本也較低。

本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種單原子的探測(cè)方法，該方法包括：

分別探測(cè)Bus光纖端與Drop光纖端光子的初始速率，并計(jì)算其差值N₀(Bus)-N₀(Drop)；

一段時(shí)間之后再次分別探測(cè)Bus光纖端與Drop光纖端光子的速率，并計(jì)算其差值N₁(Bus)-N₁(Drop)；

計(jì)算所述差值N₁(Bus)-N₁(Drop)與所述差值N₀(Bus)-N₀(Drop)的差值，將計(jì)算結(jié)果D與預(yù)先設(shè)置的靈敏度變量S相比較，從而判斷是否有單原子通過(guò)。

一種單原子的探測(cè)裝置，該裝置包括：

單光子計(jì)數(shù)器，用于探測(cè)光子的速率；具體的：用于分別探測(cè)Bus光纖端與Drop光纖端光子的初始速率，及一段時(shí)間之后再次分別探測(cè)Bus光纖端與Drop光纖端光子的速率；

差值計(jì)算模塊，用于計(jì)算Bus光纖端與Drop光纖端光子初始速率的差值N₀(Bus)-N₀(Drop)、一段時(shí)間之后探測(cè)到的Bus光纖端與Drop光纖端光子速率的差值N₁(Bus)-N₁(Drop)，以及計(jì)算所述差值N₁(Bus)-N₁(Drop)與所述差值N₀(Bus)-N₀(Drop)的差值D；

判斷模塊，用于根據(jù)所述差值D與預(yù)先設(shè)置的靈敏度變量S相比較，從而判斷是否有單原子通過(guò)。