本發(fā)明專利技術公開了一種基于微重力環(huán)境下的原子譜線探測裝置，包括光源201、中央處理器207、磁場控制模塊204、原子共振吸收模塊202、微波源205、光檢測單元206及溫度檢測單元203。其中，光源201與原子共振吸收模塊202連接；磁場控制模塊204依次與原子共振吸收模塊202、溫度檢測單元203、中央處理器207連接；微波源205依次與原子共振吸收模塊202、中央處理器207連接；光檢測單元206依次與原子共振吸收模塊202、中央處理器207連接；溫度檢測單元203與原子共振吸收模塊202連接。本發(fā)明專利技術能夠實現(xiàn)在微重力環(huán)境下對原子譜線的測量操作，且在共振吸收單元內(nèi)壁增設石蠟層能夠減小原子與壁碰撞產(chǎn)生的頻移。同時，本發(fā)明專利技術結構簡單、測量精確。
【技術實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術屬于原子物理
，特別涉及一種基于微重力環(huán)境下的原子譜線探測>J-U裝直。
技術介紹
傳統(tǒng)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(tǒng)技術中速度減慢10-100倍)，可使譜線降至0.05-0. IHz0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(tài)，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(huán)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(huán)境下的原子譜線探測裝置成為了一種新的技術難題。
技術實現(xiàn)思路
本專利技術所要解決的技術問題是提供一種應用于微重力環(huán)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，本專利技術提供了一種基于微重力環(huán)境下的原子譜線探測裝置，包括光源、中央處理器、用于調(diào)節(jié)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(tǒng)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TElll模式的微波諧振腔，所述共振吸收單元置于所述諧振腔內(nèi)部；所述共振吸收單元中原子基態(tài)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(zhì)由一種元素及其同位素組成；所述共振吸收單元內(nèi)壁設置有一層防護層，用于減小所述共振吸收單元內(nèi)部原子與內(nèi)壁碰撞而產(chǎn)生的頻移。進一步地，所述諧振腔包括圓柱腔體、耦合環(huán)、調(diào)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(nèi)部；所述耦合環(huán)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(diào)諧器件是螺釘，與所述圓柱腔體固定連接，通過改變所述螺釘在所述圓柱腔體中的長度來對腔頻進行調(diào)節(jié)。進一步地，所述元素是87Rb,所述同位素是85Rb ;所述87Rb含量是27. 8%，所述85Rb含量是72. 2%。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(jiān)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，通過改變系統(tǒng)的工作環(huán)境溫度，測量獲得原子譜線的中心頻率值，進而獲得由于溫度變化而造成的原子中心頻率變化的關系A，及通過所述磁場控制模塊改變所述諧振腔外磁場強度，獲得不同磁場電流與所造成的原子中心頻率變化的關系B，并將所述關系A、所述關系B保存至所述中央處理器中。進一步地，所述溫度檢測單元通過測得系統(tǒng)中工作溫度值C，并傳輸至所述中央處理器，所述中央處理器根據(jù)所述關系A、所述關系B調(diào)節(jié)所述磁場控制模塊中磁場電流，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。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(tài)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是87Rb。本專利技術提供的一種基于微重力環(huán)境下的原子譜線探測裝置，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?shù)墓庑盘栠M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(tài)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(huán)境溫度后，傳輸至中央處理器，中央處理器根據(jù)內(nèi)部存儲的參數(shù)數(shù)據(jù)A、B，對磁場控制模塊中磁場電流進行調(diào)節(jié)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I為本專利技術實施例提供的基于微重力環(huán)境下的原子譜線探測裝置原理結構框圖。圖2為本專利技術實施例提供的基于微重力環(huán)境下的原子譜線探測裝置中原子共振吸收模塊結構示意圖。其中，I-圓柱腔體，2-腔壁，3-耦合環(huán)，4-螺釘，5-磁場線圈，6-共振吸收單元，7-石臘，8-溫控電阻，9-光電池，10-腔蓋，201-光源，202-原子共振吸收模塊，203-溫度檢測單元，204-磁場控制模塊，205-微波源，206-光檢測單元，207-中央處理器。具體實施方式下面結合附圖，對本專利技術實施例提供的具體實施方式作進一步詳細說明。參見圖1，本專利技術實施例提供的一種基于微重力環(huán)境下的原子譜線探測裝置，包括光源201、中央處理器207、用于調(diào)節(jié)磁場的磁場控制模塊204、用于量子躍遷的原子共振吸收模塊202、用于給原子共振吸收模塊202提供能量的共振激勵微波源205、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206及用于對系統(tǒng)工作溫度進行檢測的溫度檢測單元203。其中，光源201與原子共振吸收模塊202連接。磁場控制模塊 204依次與原子共振吸收模塊202、溫度檢測單元203、中央處理器207連接。共振激勵微波源205依次與原子共振吸收模塊202、中央處理器207連接。光檢測單元206依次與原子共振吸收模塊202、中央處理器207連接。溫度檢測單元203與原子共振吸收模塊202連接。參見圖2，本實施例中，原子共振吸收模塊202包括共振吸收單元、諧振腔。共振吸收單元置于諧振腔內(nèi)部。優(yōu)選地，諧振腔是TElll模式的微波諧振腔。諧振腔主要作用是為原子基態(tài)精細結構的微波躍遷提供合適的微波場，其共振頻率選擇在原子基態(tài)精細結構0-0躍遷中心頻率上。同時，諧振腔也起著為共振吸收單元提供熱環(huán)境的作用。本實施例中，微波諧振腔主要由圓柱腔體I、耦合環(huán)3、調(diào)諧器件、磁場線圈5構成。 微波諧振腔采取的耦合方式是環(huán)耦合(即磁耦合)方式，為了提高耦合度，耦合環(huán)3 —端與固定良好的同軸電纜芯線固定連接，另一端通過螺紋緊固機構固定于腔蓋10的中心軸線上。 由于機械加工誤差，實際腔頻與計算結果有一定差異，通過改變調(diào)諧器件在腔中的長度來對腔頻進行微調(diào)(微調(diào)范圍大概有50MHz左右)。優(yōu)選地，調(diào)諧本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術保護點】
一種基于微重力環(huán)境下的原子譜線探測裝置，包括光源（201）、中央處理器（207），其特征在于，還包括：用于調(diào)節(jié)磁場的磁場控制模塊（204）、用于量子躍遷的原子共振吸收模塊（202）、用于給所述原子共振吸收模塊（202）提供能量的微波源（205）、用于對所述原子共振吸收模塊（202）處理后的光信號進行檢測的光檢測單元（206）及用于對系統(tǒng)工作溫度進行檢測的溫度檢測單元（203）；所述光源（201）與所述原子共振吸收模塊（202）連接；所述磁場控制模塊（204）依次與所述原子共振吸收模塊（202）、所述溫度檢測單元（203）、所述中央處理器（207）連接；所述微波源（205）依次與所述原子共振吸收模塊（202）、所述中央處理器（207）連接；所述光檢測單元（206）依次與所述原子共振吸收模塊（202）、所述中央處理器（207）連接；所述溫度檢測單元（203）與所述原子共振吸收模塊（202）連接。
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：雷海東，
申請(專利權)人：江漢大學，
類型：發(fā)明
國別省市：
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