專利名稱：用于改善原子譜線探測過程中微波功率頻移的系統的制作方法
技術領域：
本發明屬于原子譜線檢測領域技術領域，特別涉及一種用于改善原子譜線探測過程中微波功率頻移的系統。
背景技術：
原子譜線檢測系統中當輸至量子物理部分的微波功率變化時，系統的頻率也會發生變化，其大小隨著具體原子譜線檢測系統的結構和所用微波功率的大小不同而不同。由 于集成濾光共振單元的體積較大，并且內部各部分原子所受到的磁場強度是不均勻的，內部原子基態0-0躍遷的中心頻率是稍有不同的，實際上是各部分原子躍遷譜線的疊加。假定有這樣一個模型，集成濾光共振單元中原子可以分成兩部分，原子I和原子2，每一部分原子有共同的0-0躍遷中心頻率，但這兩部分原子由于受磁場強度不同，其中心頻率也稍有不同，它們各有自己的躍遷譜線101和201，如圖I所示，實際上觀察到的共振譜線是譜線101和201的疊加，如圖I中曲線301，疊加后的譜線中心頻率不但依賴于譜線101和201本身的中心頻率，而且還依賴于譜線101和201的相對強度。當輸至量子物理部分的的微波功率變化時，譜線101和201相對變化量就不一致(如圖I中曲線102、曲線202所示)，因而疊加后的譜線中心頻率就會發生變化，如圖I中曲線302，造成微波功率頻移。微波功率頻移會影響原子譜線檢測精度。而且微波功率愈大，這種變化率也愈大；顯然，要減小微波功率頻移，提高原子譜線檢測的精度，最簡單的辦法是減小所用的微波功率。但是減小微波功率會使共振信號的信噪比下降，不利于原子譜線檢測系統的信噪比提聞。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種能夠用于改善原子譜線探測過程中微波功率頻移的系統，且具有結構簡單、易操作的特點。為解決上述技術問題，本發明提供了一種用于改善原子譜線探測過程中微波功率頻移的系統，包括光源、中央處理器、用于對所述光源輻射的光束進行處理的集成濾光共振模塊、用于對所述集成濾光共振模塊傳輸的光信號進行檢測的光電檢測單元、用于對所述集成濾光共振模塊提供能源信號的微波源、用于對所述微波源輸出功率值進行探測的功率探測模塊、用于控制系統磁場強度的磁場控制模塊及用于對所述磁場控制模塊進行調節控制的電流控制模塊；所述集成濾光共振模塊依次與所述光源、所述微波源、所述光電檢測單元、所述磁場控制模塊連接；所述中央處理器依次與所述光電檢測單元、功率探測模塊、電流控制模塊連接；所述功率探測模塊與所述微波源連接；所述電流控制模塊與所述磁場控制豐吳塊連接。進一步地，所述集成濾光共振模塊包括用于對所述光源輻射的光束進行濾光、共振的濾光共振單元、諧振腔；所述濾光共振單元呈泡狀結構，并置于與所述諧振腔內。進一步地，所述濾光共振單元中工作物質由A元素及其同位素組成，所述光源用于輻射光束的元素是所述A元素。進一步地，所述濾光共振單元內部呈真空狀態，用于減小微波功率頻移。進一步地，所述微波源微波頻率設置在所述A元素原子基態超精細結構0-0躍遷中心頻率附近；所述微波源通過所述中央處理器對其進行頻率調節控制，用于完成對整個原子譜線的掃頻；所述微波源輸出的信號一部分傳輸至所述集成濾光共振模塊，一部分傳輸至所述功率探測模塊。進一步地，所述功率探測模塊對所述微波源輸出的信號進行檢測，并將檢測結果傳輸至所述中央處理器，所述中央處理器再將所述檢測結果反饋至所述微波源，進而控制所述微波源輸出信號的穩定。進一步地，所述光電檢測單元是由至少一個光電池組成的對所述集成濾光共振模塊處理后的光信號進行檢測的檢測系統，并通過所述檢測系統將檢測結果傳輸至所述中央處理器。進一步的，所述電流控制模塊通過所述中央處理器控制其輸出電流強度；所述磁場控制模塊通過所述電流控制模塊控制其磁場強度，進而提供完成所述集成濾光共振模塊中原子分裂及量子化軸所需要的磁場。進一步地，所述磁場控制模塊包括漆包線；所述漆包線纏繞在所述諧振腔外壁上。進一步地，所述A元素是87Rb,所述A元素同位素是85Rb。本發明提供的一種用于改善原子譜線探測過程中微波功率頻移的系統，通過集成濾光共振模塊對光源輻射的光束進行處理，處理后的信號通過光電檢測單元進行檢測，并將檢測結果傳輸至中央處理器。同時，微波源輸出的信號一部分傳輸至集成濾光共振模塊，另一部分傳輸至功率探測模塊，并通過功率探測模塊對其功率值進行探測，并將探測結果傳輸至光電檢測單元，然后通過光電檢測單元反饋至微波源，進而控制微波源輸出信號的 穩定。本發明具有結構簡單、易操作、測量精度高的特點。
圖I為現有技術中微波功率平移現象原理結構示意圖。圖2為本發明實施例提供的一種用于改善原子譜線探測過程中微波功率頻移的系統原理結構示意圖。圖3為本發明實施例提供的一種用于改善原子譜線探測過程中微波功率頻移的系統測量過程中所測得的磁場強度、中心頻率、微波功率三者的數值關系曲線。
具體實施例方式下面結合附圖，對本發明提供的具體實施方式
作進一步詳細說明。參見圖2，本發明實施例提供的一種用于改善原子譜線探測過程中微波功率頻移的系統，包括光源401、中央處理器407、用于對光源401輻射的光束進行處理的集成濾光共振模塊402、用于對集成濾光共振模塊402傳輸的光信號進行檢測的光電檢測單元406、用于對集成濾光共振模塊402提供能源信號的微波源403、用于對微波源403輸出功率值進行探測的功率探測模塊405、用于控制系統磁場強度的磁場控制模塊404及用于對磁場控制模塊404進行調節控制的電流控制模塊408。其中，集成濾光共振模塊402依次與光源401、微波源403、光電檢測單元406、磁場控制模塊404連接。中央處理器407依次與光電檢測單元406、功率探測模塊405、電流控制模塊408連接。功率探測模塊405與微波源403連接；電流控制模塊408與磁場控制模塊404連接。本實施例中，集成濾光共振模塊402包括用于對光源401輻射的光束進行濾光、共振的濾光共振單元、諧振腔。優選的，濾光共振單元呈泡狀結構，并置于與所述諧振腔內。濾光共振單元中工作物質由A元素及其同位素組成，光源401用于輻射光束的元素也是A元素。優選的，A元素是87Rb, A元素同位素是85Rb。同時，為了減小微波功率頻移，在濾光共振單元中并未充入任何緩沖氣體。本實施例中，微波源403微波頻率設置在上述A元素原子基態超精細結構0-0躍遷中心頻率附近，并通過中央處理器407對其進行頻率調節控制，用于完成對整個原子譜線的掃頻。同時，微波源403輸出的信號一部分是傳輸至集成濾光共振模塊402，另一部分傳輸至功率探測模塊405。功率探測模塊405將所探測到的微波源403輸出功率 值傳輸至中央處理器407，中央處理器407再將檢測結果反饋至所述微波源403，進而調節控制微波源407輸出功率信號的穩定。本實施例中，光電檢測單元406是由至少一個光電池組成的對集成濾光共振模塊402處理后的光信號進行檢測的檢測系統，并將檢測結果傳輸至中央處理器407，進而通過傳統技術獲得原子譜線的中心頻率值。同時，中央處理器407還對電流控制模塊408輸出的電流強度進行控制；進而控制磁場控制模塊404磁場強度，最終提供集成濾光共振模塊402中完成原子分裂及量子化軸所需要的磁場。優選的，磁場控制模塊404包括漆包線。其中，漆包線纏繞在諧振腔圓柱形外壁上。在實際應用過程中，首先通過中央處理器407對電流控制模塊408輸出的電流強度進行控制調節，獲得至少三個不同電流值II、12、13 (選擇一定范圍內電流值越多，將越有利于本實施例的實施)，由于磁場控制模塊404是由漆包線纏繞在圓柱型諧振腔所構成的磁場結構，電流控制模塊408又與磁場控制模塊404連接，所以電流控制模塊408通過中央處理器407調節控制所產生的電流強度變化直接影響了磁場控制模塊404所產生的磁場強度，因此，通過上述變化規律可建立磁場強度C (C1、C2、C3)與電流大小I (II、12、13)之間的數值關系。然后按照如下操作步驟，找出在微波功率值P變化的情況下，不會對系統中原子譜線中心頻率產生影響的磁場強度。步驟①中央處理器407先控制微波源403輸出一個功率值P1，同時調節電流控制模塊408輸出電流大小,進而作用于磁場控制模塊404,獲得一個磁場強度數值Cl,此時中央處理器407在原子基態超精細結構0-0躍遷中心頻率附近，調節控制微波源403輸出微波頻率大小進行掃頻。同時，通過與集成濾光共振模塊202連接的光電探測單元406獲得相應的光檢信號，然后按照傳統技術獲得對應的原子譜線的中心頻率值fll。步驟②保證功率值Pl不變，順序改變磁場大小為C2、C3值，按照步驟SI操作方法獲得對應的原子譜線中心頻率值Π2、Π3。進而獲得一組在微波功率為Pl值時的系統磁場強度C與中心頻率f的變化關系。步驟③順序改變微波功率值為P2、P3，按照步驟SI與步驟S2操作方法獲得多組系統磁場強度C與中心頻率f的變化關系。步驟④將上述P1、Cl、fll的數值關系，P2、C2、fl2的數值關系，P3、C3、f 13的數
值關系繪制成如圖3所示關系曲線。從圖3中，可以確定一個磁場強度CO，在該值上，微波功率值P1、P2、P3的變化將不會對系統中心頻率產生影響。因此，磁場強度CO，即為減小微波功率頻移的磁場強度值。本發明提供的一種用于改善原子譜線探測過程中微波功率頻移的系統，通過集成濾光共振模塊對光源輻射的光束進行處理，處理后的信號通過光電檢測單元進行檢測，并將檢測結果傳輸至中央處理器。同時，微波源輸出的信號一部分傳輸至集成濾光共振模塊，另一部分傳輸至功率探測模塊，并通過功率探測模塊對其功率值進行探測，并將探測結果傳輸至光電檢測單元，然后通過光電檢測單元反饋至微波源，進而控制微波源輸出信號的 穩定。本發明具有結構簡單、易操作、測量精度高的特點。最后所應說明的是，以上具體實施方式
僅用以說明本發明的技術方案而非限制，盡管參照實例對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發明的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發明技術方案的精神和范圍，其均應涵蓋在本發明的權利要求范圍當中。
權利要求
1.一種用于改善原子譜線探測過程中微波功率頻移的系統，包括光源(401)、中央處理器(407)，其特征在于，還包括用于對所述光源(401)輻射的光束進行處理的集成濾光共振模塊(402)、用于對所述集成濾光共振模塊(402)傳輸的光信號進行檢測的光電檢測單元(406)、用于對所述集成濾光共振模塊(402)提供能源信號的微波源(403)、用于對所述微波源(403)輸出功率值進行探測的功率探測模塊(405)、用于控制系統磁場強度的磁場控制模塊(404 )及用于對所述磁場控制模塊(404 )進行調節控制的電流控制模塊(408 ); 所述集成濾光共振模塊(402)依次與所述光源(401)、所述微波源(403)、所述光電檢測單元(406)、所述磁場控制模塊(404)連接； 所述中央處理器(407)依次與所述光電檢測單元(406)、功率探測模塊(405)、電流控制模塊(408)連接； 所述功率探測模塊(405)與所述微波源(403)連接； 所述電流控制模塊(408)與所述磁場控制模塊(404)連接。
2.根據權利要求I所述用于改善原子譜線探測過程中微波功率頻移的系統，其特征在于，所述集成濾光共振模塊(402)包括用于對所述光源(401)輻射的光束進行濾光、共振的濾光共振單元、諧振腔； 所述濾光共振單元呈泡狀結構，并置于與所述諧振腔內。
3.根據權利要求2所述用于改善原子譜線探測過程中微波功率頻移的系統，其特征在于 所述濾光共振單元中工作物質由A元素及其同位素組成，所述光源(401)用于輻射光束的元素是所述A元素。
4.根據權利要求2或3所述用于改善原子譜線探測過程中微波功率頻移的系統，其特征在于 所述濾光共振單元內部呈真空狀態，用于減小微波功率頻移。
5.根據權利要求4所述用于改善原子譜線探測過程中微波功率頻移的系統，其特征在于 所述微波源(403)微波頻率設置在所述A元素原子基態超精細結構0-0躍遷中心頻率附近； 所述微波源(403)通過所述中央處理器(407)對其進行頻率調節控制，用于完成對整個原子譜線的掃頻； 所述微波源(403)輸出的信號一部分傳輸至所述集成濾光共振模塊(402)，一部分傳輸至所述功率探測模塊(405 )。
6.根據權利要求5所述用于改善原子譜線探測過程中微波功率頻移的系統，其特征在于 所述功率探測模塊(405)對所述微波源(403)輸出的信號進行檢測，并將檢測結果傳輸至所述中央處理器(407)，所述中央處理器(407)再將所述檢測結果反饋至所述微波源(403),進而控制所述微波源(403)輸出信號的穩定。
7.根據權利要求6所述用于改善原子譜線探測過程中微波功率頻移的系統，其特征在于 所述光電檢測單元(406 )是由至少一個光電池組成的對所述集成濾光共振模塊(402 )處理后的光信號進行檢測的檢測系統，并通過所述檢測系統將檢測結果傳輸至所述中央處理器(407)。
8.根據權利要求7所述用于改善原子譜線探測過程中微波功率頻移的系統，其特征在于 所述電流控制模塊(408 )通過所述中央處理器(407 )控制其輸出電流強度； 所述磁場控制模塊(404)通過所述電流控制模塊(408)控制其磁場強度，進而提供完成所述集成濾光共振模塊(402)中原子分裂及量子化軸所需要的磁場。
9.根據權利要求8所述用于改善原子譜線探測過程中微波功率頻移的系統，其特征在于 所述磁場控制模塊(404)包括漆包線；所述漆包線纏繞在所述諧振腔外壁上。
10.根據權利要求5-9任一項所述用于改善原子譜線探測過程中微波功率頻移的系統，其特征在于所述A元素是87Rb,所述A元素同位素是85Rb。
全文摘要
本發明公開了一種用于改善原子譜線探測過程中微波功率頻移的系統，包括光源、中央處理器、集成濾光共振模塊、光電檢測單元、微波源、功率探測模塊、磁場控制模塊及電流控制模塊。其中，集成濾光共振模塊依次與光源、微波源、光電檢測單元、磁場控制模塊連接。中央處理器依次與光電檢測單元、功率探測模塊、電流控制模塊連接。功率探測模塊與微波源連接。電流控制模塊與磁場控制模塊連接。本發明通過集成濾光共振模塊對光源輻射的光束進行處理，處理后的信號通過光電檢測單元進行檢測，并將檢測結果傳輸至中央處理器。同時，功率探測模塊對微波源輸出的信號進行探測，并將探測結果傳輸至光電檢測單元，進而通過光電檢測單元反饋至微波源。
文檔編號G01J3/02GK102967366SQ20121046006
公開日2013年3月13日 申請日期2012年11月15日 優先權日2012年11月15日
發明者雷海東 申請人:江漢大學