测量结果更准确。
[0049]可选地，该装置还包括:
[0050]相干辐射源，用于间隔地产生满足玻尔条件的电磁波频率信号作用于共振吸收泡102。相干辐射源以一定时间间隔△ t间隔输出满足玻尔条件的电磁波频率信号作用于共振吸收泡102(跃迀区)，可以延长跃迀区共振吸收时间，有利于提高原子反转数的测量精度，跃迀区的长度也可以做得很短，避免了传统技术上的为了延长原子跃迀的时间而延长跃迀区长度。相干辐射源与共振吸收泡102相连。
[0051 ] 可选地，该装置还包括:
[0052]用于对光源101和共振吸收泡102进行恒温控制的温控单元，温控单元分别与光源101和共振吸收泡102电连接，对光源101和共振吸收泡102进行恒温控制有利于原子受激辐射和抽运的进行。
[0053]下面以铷原子为例，对本发明提供的装置的原理进行说明:
[0054]以87Rb原子为例，87Rb原子激发态包括52P3/2和52P1/2态，设定87Rb原子从52P3/2和52P1/2态回到基态辐射出两条抽运光线为D1线和D2线。那么D1和D2线均包括a线和b线。在本实施例中将原子的激发态与基态中能级较高的超精细结构之间的跃迀谱线的超精细结构成分、以及原子的激发态与基态中能级较低的超精细结构之间的跃迀谱线的超精细结构成分分别设为a线和b线。
[0055]光源101中的87Rb原子从52P3/2和52P1/2态回到基态辐射出D1线和D2线两条抽运光线。因每条抽运光线都含有a线和b线，故共有四条谱线。
[0056]充有85Rb的滤光泡107中，85Rb的光谱线同样有D1线和D2线，且每条线包含有两条超精细成分A线和B线。
[0057]将光源101中87Rb原子的抽运光照射滤光泡107中85Rb，过滤87Rb原子的抽运光两个超精细结构成分中的一个。具体地，被滤除的超精细结构成分为a线。参见图2，对比87Rb和85Rb的光谱线可知，在87Rb和85Rb的D1线中，a线和A线相距较近，b线和B线相距较远，D2线情况基本一样。故当87Rb的抽运光经选态制备模块2后，D1、D2线中的a线被85Rb滤光泡107吸收掉，只会剩下两条b线，如图3所示。
[0058]经过滤光泡107被滤除掉a线的抽运光到达共振吸收泡102后，共振吸收泡102中的87Rb原子若处在基态F= 1的能级上就会被b线抽运到52P3/2或52P1/2能级上去，但激发态生命很短，它们很快又会自发辐射返回基态。由于在激发态期间，碰撞使得激发态充分混杂，返回基态时落到F = 2能级及F=1能级的几率几视为相等。但由于抽运光的存在，只要落到F=1能级上又会被b线抽运到52P3/2或52Ρι/2能级上去；而由于没有抽运光的激发，落在F = 2能级上的原子却是稳定地停在这个能级上。正因为这个过程的存在，抽运光作用的最后结果必然是把基态F= 1能态的原子抽运到基态F = 2能级上，经过光抽运基态F = 2和F= 1能级的粒子数差约增加了 1000倍。
[0059]在87Rb原子光抽运过程中，在没有射频场作用时，由于抽运光的作用，F=1能级上的粒子数N1存在一定的量值。当有射频场作用后，共振吸收泡102内原子在IF = 2，mF = 0>和|F=1，mF = 0>这两个能级间发生磁共振，这样就有一部分原子从|F = 2，mF = 0>跃迀到|F =l，mF = 0>能级上，从而导致N1粒子数的增加。但只要有一个原子辐射一个微波量子的能量从|F = 2，mF = 0>跃迀到|F=l，mF = 0>能级上，就马上又会吸收一个从光源101经滤光泡107作用后照射到共振吸收泡102中的光量子的能量，从而被激发到激发态，从而使得通过87Rb共振吸收泡102的抽运光光强变弱。因此通过检测经过共振吸收泡102的抽运光的光强，可以确定原子反转数的值。
[0060]另外，在本发明中，如果不设置85Rb滤光泡107仍有光抽运效果。因为，87Rb抽运光在经过87Rb共振吸收泡102的前半部分时会被会被滤掉a线，只是滤除的效果较弱，通过87Rb共振吸收泡102的后半部分时实现光抽运。因此，本发明中滤光泡107为可选单元，设置滤光泡107可以提尚光抽运的效果。
[0061]本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
[0062]以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种原子反转数测量装置，其特征在于，所述装置包括: 光源，用于提供抽运光； 共振吸收泡，装有待抽运原子和缓冲气体； 磁场单元，用于为所述共振吸收泡提供外加磁场，所述外加磁场用于所述共振吸收泡内的待抽运原子发生分裂； 射频单元，用于为所述共振吸收泡提供外加射频场，所述外加射频场用于所述共振吸收泡内的待抽运原子发生基态磁共振跃迀； 检测单元，用于检测经过所述共振吸收泡后所述抽运光的电流值，当所述射频单元关闭时，所述电流值为第一电流值，当所述射频单元打开时，所述电流值为第二电流值； 控制单元，用于控制所述检测单元的打开和关闭，并根据所述第一电流值和所述第二电流值计算原子反转数，所述原子反转数用于表示所述共振吸收泡中待抽运原子在所述外加射频场作用下，发生基态能级间跃迀的原子数占原子总数的比例； 所述共振吸收泡、所述检测单元依次设于所述光源提供的所述抽运光的前进路径上，所述控制单元分别与所述检测单元及所述射频单元电连接。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述待抽运原子为87Rb，所述光源为充有87Rb气体的光谱灯。3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括装有所述待抽运原子的同位素原子的滤光泡，所述滤光泡设于所述光源和所述共振吸收泡之间。4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述装置还包括透镜，所述透镜设于所述滤光泡和所述光源之间。5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述检测单元包括光电池。6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述共振吸收泡包括微波腔和放置在所述微波腔内的87Rb吸收泡。7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述磁场单元为通电线圈，通电线圈绕制在所述微波腔外。8.根据权利要求1至7任一项所述的装置，其特征在于，所述装置还包括: 与所述控制单元电连接的定时器，所述控制单元用于控制所述射频单元在相同的时间长度内打开和关闭，并分别在每个所述时间长度内计算所述检测单元测得的电流值的平均值。9.根据权利要求1至7任一项所述的装置，其特征在于，所述装置还包括: 相干辐射源，用于间隔地产生满足玻尔条件的电磁波频率信号作用于所述共振吸收泡。10.根据权利要求1至7任一项所述的装置，其特征在于，所述装置还包括: 用于对所述光源和所述共振吸收泡进行恒温控制的温控单元，所述温控单元分别与所述光源和所述共振吸收泡电连接。
【专利摘要】本发明公开了一种原子反转数测量装置，属于原子频标领域。所述装置包括：光源，用于提供抽运光；共振吸收泡，装有待抽运原子和缓冲气体；磁场单元，用于为所述共振吸收泡提供外加磁场；射频单元，用于为所述共振吸收泡提供外加射频场；检测单元，用于检测经过所述共振吸收泡后所述抽运光的电流值；控制单元，用于控制所述检测单元的打开和关闭，并根据所述第一电流值和所述第二电流值计算原子反转数；所述共振吸收泡、所述检测单元依次设于所述光源提供的所述抽运光的前进路径上，所述控制单元分别与所述检测单元及所述射频单元电连接。
【IPC分类】G01N21/17
【公开号】CN105445199
【申请号】CN201510916526
【发明人】雷海东
【申请人】江汉大学
【公开日】2016年3月30日
【申请日】2015年12月10日