一種同時測量堿金屬氣室內(nèi)兩種氣體壓強的方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)涉及一種同時測量堿金屬氣室內(nèi)兩種氣體壓強的方法。該方法首先將充有兩種不同氣體的堿金屬氣室加熱并控制在穩(wěn)定的溫度；之后，分別測量堿金屬原子D1線和D2線的激光吸收光譜，對測得的譜線進行數(shù)據(jù)處理和擬合得到相應(yīng)的壓力展寬值；最后，根據(jù)已知的單位壓強氣體對應(yīng)的譜線壓力展寬值，計算出兩種氣體的壓強。本方法適用于充制氣壓較大且包含兩種氣體的堿金屬氣室參數(shù)的檢測，如原子磁強計、原子自旋陀螺儀等儀器中采用的氣室。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及一種同時測量堿金屬氣室內(nèi)兩種氣體壓強的方法，可用于原子磁強計、原子自旋陀螺儀等儀器中的堿金屬氣室內(nèi)部氣體參數(shù)的測量。
技術(shù)介紹
堿金屬氣室是原子磁強計、原子陀螺儀等量子測量儀器的核心敏感器件。堿金屬氣室內(nèi)除了堿金屬原子外，通常還需要充制一種或者幾種氣體。以原子磁強計為例，通常需要充制兩種氣體，一種作為緩沖氣體用于降低泡壁碰撞弛豫，另一種作為淬滅氣體用于消除輻射俘獲效應(yīng)。氣室內(nèi)充制氣體的多少直接影響原子的弛豫以及系統(tǒng)其它參數(shù)的選取，因此精確檢測氣室內(nèi)氣體的壓強有著重要的意義。常用的檢測方法是測量堿金屬氣室的激光吸收光譜，由于充制的氣體會引起吸收譜線的壓力展寬，而不同氣體單位壓強引起的譜線展寬已有相關(guān)文獻給出，因此測量譜線展寬值就可以計算出氣體的壓強。通常采用這種方法時，僅測量堿金屬一條精細能級對應(yīng)的譜線，當(dāng)氣室內(nèi)僅有一種氣體時可以實現(xiàn)對氣體壓強較精確的測量，但是當(dāng)充制兩種氣體時就無法區(qū)分兩種氣體各自的壓強，因此通常忽略壓強較小的氣體，這會導(dǎo)致顯著的測量誤差。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)解決的問題是：克服現(xiàn)有常規(guī)方法的不足，基于激光吸收光譜的方法，提供一種可同時測量堿金屬氣室內(nèi)兩種氣體壓強的方法。該方法分別測量堿金屬原子兩條精細能級的吸收譜線，并對兩個譜線進行理論擬合得到相應(yīng)的壓力展寬值，再根據(jù)已知的兩種氣體單位壓強引起的譜線展寬值解算出兩種氣體各自的壓強。本專利技術(shù)的技術(shù)解決方案為：一種同時測量堿金屬氣室內(nèi)兩種氣體壓強的方法，其實現(xiàn)方法及步驟如下：(1)將待測的堿金屬氣室加熱并控制在穩(wěn)定的溫度；(2)采用波長調(diào)諧范圍在堿金屬原子D1線附近的窄線寬半導(dǎo)體激光器，將窄線寬半導(dǎo)體激光器輸出的激光照射于堿金屬氣室并掃頻，測量不同頻率入射激光的透過率，從而計算出光學(xué)深度曲線；然后對光學(xué)深度曲線進行洛倫茲函數(shù)擬合，獲得D1線的譜線壓力展寬值ΓD1；(3)將步驟(2)中采用的激光器更換為波長調(diào)諧在堿金屬原子D2線附近的窄線寬半導(dǎo)體激光器，將窄線寬半導(dǎo)體激光器輸出的激光照射于堿金屬氣室并掃頻，測量不同頻率入射激光的透過率，從而計算出光學(xué)深度曲線；然后對光學(xué)深度曲線進行洛倫茲函數(shù)擬合，得到堿金屬原子D2線的譜線壓力展寬值ΓD2；(4)利用已知的第一種氣體單位壓強引起的堿金屬D1線和D2壓力展寬值Γg1_D1和Γg1_D2，和已知的第二種氣體單位壓強引起的堿金屬D1線和D2壓力展寬值Γg2_D1和Γg2_D2，以及步驟(2)和(3)中獲得的ΓD1和ΓD2，計算出兩種氣體各自的壓強P1和P2，采用的公式為： P 1 Γ g 1 _ D 1 + P 2 Γ g 2 _ D 1 = Γ D 1 P 1 Γ g 1 _ D 2 + P 2 Γ g 2 _ D 2 = Γ D 2 ]]>Γg1_D1、Γg1_D2、Γg2_D1、Γg2_D2這4個參數(shù)指的是單位壓強引起的壓力展寬值，是已知大小的，ΓD1和ΓD2這兩個參數(shù)的值是實際測量得到的壓力展寬值。所述的堿金屬氣室內(nèi)充制有兩種氣體，并且氣體引起的壓力展寬值遠大于自然展寬與多普勒展寬。所述步驟(2)中的光學(xué)深度曲線計算公式為： O D ( v ) = - l n I 2 I 1 ]]>其中v為入射激光的頻率，I2和I1分別為堿金屬氣室出射和入射激光的光強。所述步驟(2)中的洛倫茲函數(shù)為： L ( v - v 0 ) = K Γ L / 2 ( v - v 0 ) 2 + ( &G本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種同時測量堿金屬氣室內(nèi)兩種氣體壓強的方法，其特征在于包括以下步驟：(1)將待測的堿金屬氣室加熱并控制在穩(wěn)定的溫度；(2)采用波長調(diào)諧范圍在堿金屬原子D1線附近的窄線寬半導(dǎo)體激光器，將窄線寬半導(dǎo)體激光器輸出的激光照射于堿金屬氣室并掃頻，測量不同頻率入射激光的透過率，從而計算出光學(xué)深度曲線；然后對光學(xué)深度曲線進行洛倫茲函數(shù)擬合，獲得D1線的譜線壓力展寬值ΓD1；(3)將步驟(2)中采用的激光器更換為波長調(diào)諧在堿金屬原子D2線附近的窄線寬半導(dǎo)體激光器，將窄線寬半導(dǎo)體激光器輸出的激光照射于堿金屬氣室并掃頻，測量不同頻率入射激光的透過率，從而計算出光學(xué)深度曲線；然后對光學(xué)深度曲線進行洛倫茲函數(shù)擬合，得到堿金屬原子D2線的譜線壓力展寬值ΓD2；(4)利用已知的第一種氣體單位壓強引起的堿金屬D1線和D2壓力展寬值Γg1_D1和Γg1_D2，和已知的第二種氣體單位壓強引起的堿金屬D1線和D2壓力展寬值Γg2_D1和Γg2_D2，以及步驟(2)和(3)中獲得的ΓD1和ΓD2，計算出兩種氣體各自的壓強P1和P2，采用的公式為：P1Γg1_D1+P2Γg2_D1=ΓD1P1Γg1_D2+P2Γg2_D2=ΓD2]]>Γg1_D1、Γg1_D2、Γg2_D1、Γg2_D2這4個參數(shù)指的是單位壓強引起的壓力展寬值，是已知大小的，ΓD1和ΓD2這兩個參數(shù)的值是實際測量得到的壓力展寬值。...

【技術(shù)特征摘要】
1.一種同時測量堿金屬氣室內(nèi)兩種氣體壓強的方法，其特征在于包括以下步驟：(1)將待測的堿金屬氣室加熱并控制在穩(wěn)定的溫度；(2)采用波長調(diào)諧范圍在堿金屬原子D1線附近的窄線寬半導(dǎo)體激光器，將窄線寬半導(dǎo)體激光器輸出的激光照射于堿金屬氣室并掃頻，測量不同頻率入射激光的透過率，從而計算出光學(xué)深度曲線；然后對光學(xué)深度曲線進行洛倫茲函數(shù)擬合，獲得D1線的譜線壓力展寬值ΓD1；(3)將步驟(2)中采用的激光器更換為波長調(diào)諧在堿金屬原子D2線附近的窄線寬半導(dǎo)體激光器，將窄線寬半導(dǎo)體激光器輸出的激光照射于堿金屬氣室并掃頻，測量不同頻率入射激光的透過率，從而計算出光學(xué)深度曲線；然后對光學(xué)深度曲線進行洛倫茲函數(shù)擬合，得到堿金屬原子D2線的譜線壓力展寬值ΓD2；(4)利用已知的第一種氣體單位壓強引起的堿金屬D1線和D2壓力展寬值Γg1_D1和Γg1_D2，和已知的第二種氣體單位壓強引起的堿金屬D1線和D2壓力展寬值Γg2_D1和Γg2_D2，以及步驟(2)和(3)中獲得的ΓD1和ΓD2，計算出兩種氣體各自的壓強P1和P2，采用的公式為： P 1 Γ g 1 _ D 1 + P 2 Γ g 2 _ D 1 = Γ D 1 P 1 Γ g 1 _ D 2 + ...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：房建成，錢政，陸吉璽，尹彥，胡朝暉，劉剛，
申請(專利權(quán))人：北京航空航天大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：北京;11