一種基于壓力展寬的堿金屬蒸氣原子密度測量方法
【專利摘要】一種基于壓力展寬的堿金屬蒸氣原子密度測量方法，本發(fā)明涉及一種堿金屬原子數(shù)密度測量方法。該方法首先制作充有正壓氣體的堿金屬氣室，并均勻加熱；其次，以穩(wěn)定功率的激光照射氣室并掃頻，測出堿金屬的吸收曲線，進行取負對數(shù)處理得到光學(xué)深度曲線；最后，對得到的數(shù)據(jù)進行洛倫茲非線性擬合，取洛倫茲曲線的半峰值全寬，得到壓力展寬的參數(shù)，繼而得到充入氣體的氣壓，然后根據(jù)洛倫茲曲線的峰值，得到堿金屬蒸氣的原子數(shù)密度，實現(xiàn)對堿金屬氣室的原子密度及氣體壓強的測量。
【專利說明】—種基于壓力展寬的堿金屬蒸氣原子密度測量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種原子密度測量方法，特別是一種基于壓力展寬的堿金屬蒸氣原子密度測量方法，可用于定性定量分析堿金屬原子的物理特性實驗。
【背景技術(shù)】
[0002]原子蒸氣的數(shù)密度對于解釋原子碰撞實驗、原子物理特性的測量實驗以及原子的光抽運等應(yīng)用具有重要的意義。特別是堿金屬原子，由于其最外層只有一個電子的簡單結(jié)構(gòu)，使其成為物理乃至光學(xué)的重點研究對象。傳統(tǒng)的堿金屬蒸氣密度測量方法是測量堿金屬蒸氣的溫度，繼而根據(jù)經(jīng)驗密度公式獲得，簡單但誤差很大。根據(jù)非展寬的吸收譜線積分法測量堿金屬蒸氣的原子密度，由于低溫下多普勒展寬系數(shù)較小，曲線線寬很窄，對激光器的性能要求高；若對其高溫加熱，堿金屬蒸氣的溫度難以精確穩(wěn)定控制和預(yù)測，誤差較大。基于法拉第效應(yīng)的原子密度測量方法，在提取先偏光的旋轉(zhuǎn)角時需要進行法拉第調(diào)制，而進行調(diào)制的法拉第晶體易受溫度影響而產(chǎn)生漂移，且實驗較為復(fù)雜。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003]本發(fā)明的技術(shù)解決問題是:克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種基于壓力展寬的堿金屬蒸氣原子密度測量方法，對測量的氣室內(nèi)充入數(shù)個大氣壓的氣體，利用壓力展寬的原理，改變光譜吸收曲線，避免光吸收譜線線寬窄而導(dǎo)致測量誤差大的問題，提高原子密度的測
量精度。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)解決方案為:一種基于壓力展寬的堿金屬蒸氣原子密度測量方法，其特征在于:首先，制作充有正壓的氣體的堿金屬氣室，并均勻加熱至堿金屬蒸氣飽和；其次，以穩(wěn)定功率的激光照射氣室并掃頻，測出堿金屬的吸收曲線，并進行處理得到光學(xué)深度；最后，對得到的數(shù)據(jù)進行洛倫茲非線性擬合，取其半峰值全線寬，得到壓力展寬的參數(shù)，繼而得到氣壓，然后根據(jù)洛倫茲曲線的峰值，得到堿金屬蒸氣的原子數(shù)密度。其實現(xiàn)步驟如下:
[0005](I)制作充有正壓氣體的堿金屬氣室并均勻加熱，以穩(wěn)定功率的激光照射氣室并掃頻，測出堿金屬的吸收曲線，取負對數(shù)處理得到光學(xué)深度曲線；
[0006](2)對步驟(I)得到的光學(xué)深度數(shù)據(jù)進行洛倫茲非線性擬合，取擬合的洛倫茲曲線的半峰值全寬，得到壓力展寬的參數(shù)，繼而得到充入氣體的氣壓；
[0007](3)對步驟⑵得到的洛倫茲曲線和壓力展寬的參數(shù)，根據(jù)擬合的洛倫茲曲線的峰值得到堿金屬蒸氣的原子密度。
[0008]所述步驟(3)中，對洛倫茲曲線和壓力展寬的參數(shù)，根據(jù)其峰值得到堿金屬蒸氣的原子數(shù)密度η的方法為:
【權(quán)利要求】
1.一種基于壓力展寬的堿金屬蒸氣原子密度測量方法，其特征在于包括以下步驟: (1)制作充有正壓氣體的堿金屬氣室并均勻加熱，以穩(wěn)定功率的激光照射氣室并掃頻，測出堿金屬的吸收曲線，取負對數(shù)處理得到光學(xué)深度曲線； (2)對步驟(I)得到的光學(xué)深度數(shù)據(jù)進行洛倫茲非線性擬合，取擬合的洛倫茲曲線的半峰值全寬，得到壓力展寬的參數(shù)，繼而得到充入氣體的氣壓； (3)對步驟(2)得到的洛倫茲曲線和壓力展寬的參數(shù)，根據(jù)擬合的洛倫茲曲線的峰值得到堿金屬蒸氣的原子密度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于壓力展寬的堿金屬蒸氣原子密度測量方法，其特征在于:所述步驟(3)中，對洛倫茲曲線和壓力展寬的參數(shù)，根據(jù)其峰值得到堿金屬蒸氣的原子數(shù)密度η的方法為:
【文檔編號】G01N9/24GK103439218SQ201310390976
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年9月2日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月2日
【發(fā)明者】全偉, 鄭慧婕, 房建成, 龍保華, 李洋, 劉翔, 吳雙卿 申請人:北京航空航天大學(xué), 上海航天控制工程研究所