专利名称：基于能级跃迁的粒子数反转量评估系统及其控制方法
技术领域：
本发明属于粒子数反转量测量技术领域，特别涉及一种基于能级跃迁的粒子数反转量评估系统及其控制方法。
背景技术：
原子进行能级跃迁时，通常我们会用基态以及激发态来表征其跃迁性，如从基态到激发态，那么原子则要吸收能量，但由于激发态不稳定，故原子又会从激发态返回到基态，从而放出能量。想要进一步研究原子的跃迁性能，我们通常要给简并的原子态加上一个用于原子分裂的磁场，那么原子的基态就会分裂为超精细结构的两个能级，而原子的共振跃迁实际上是超精细结构两个能级共同反应的。在许多领域，我们要用到原子超精细结构的这两个能级的共振频率，那么就需要对其性能有一定的了解，以进一步研发相应的探测
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发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种基于能级跃迁的粒子数反转量评估系统及其控制方法，以弥补现有技术中的不足。为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于能级跃迁的粒子数反转量评估系统及其控制方法，其评估系统包括光源、能级跃迁发生模块、光电检测单元；所述光源与所述能级跃迁发生模块连接；所述能级跃迁发生模块与所述光电检测单元连接。进一步地，所述能级跃迁发生模块包括共振吸收单元、磁场控制单元及供能单元；所述共振吸收单元依次与所述光源、所述磁场控制单元、所述供能单元连接；所述光电检测单元与所述共振吸收单元连接。进一步地，所述共振吸收单元与所述光源之间设置有滤光单元。进一步地，所述共振吸收单元是由玻璃材质构成呈泡状腔体结构的共振吸收泡；所述共振吸收泡内部含有元素A及气体M。进一步地，所述磁场控制单元包括漆包线、恒流源；所述漆包线缠绕在所述共振吸收泡外壁上；所述恒流源通过所述漆包线为所述共振吸收泡提供磁场。进一步地，所述供能单元是微波射频源。进一步地，所述滤光单元是由玻璃材质构成呈泡状腔体结构的滤光泡；所述滤光泡内部含有元素B。进一步地，所述光源用于发射光束的元素是A。进一步地，所述元素A是87Rb ;所述元素B是85Rb ;所述气体M是氢气或氦气。其控制方法包括如下步骤S1:基于所述能级跃迁发生模块构建三能级模型，包括第一能级、第二能级、第三能级；S2 :定义所述第一能级、所述第三能级之间原子跃迁几率是T ;定义所述第一能级、所述第二能级之间跃迁几率是W ;定义所述第一能级与所述第二能级的总粒子数是N ;定义所述第一能级的粒子数是N1 ;定义所述第二能级粒子数是N2 ;定义原子豫驰时间是T ；
权利要求
1.一种基于能级跃迁的粒子数反转量评估系统，其特征在于，包括光源、能级跃迁发生模块、光电检测单元； 所述光源与所述能级跃迁发生模块连接； 所述能级跃迁发生模块与所述光电检测单元连接。
2.根据权利要求1所述基于能级跃迁的粒子数反转量评估系统，其特征在于，所述能级跃迁发生模块包括共振吸收单元、磁场控制单元及供能单元； 所述共振吸收单元依次与所述光源、所述磁场控制单元、所述供能单元连接； 所述光电检测单元与所述共振吸收单元连接。
3.根据权利要求2所述基于能级跃迁的粒子数反转量评估系统，其特征在于所述共振吸收单元与所述光源之间设置有滤光单元。
4.根据权利要求3所述基于能级跃迁的粒子数反转量评估系统，其特征在于所述共振吸收单元是由玻璃材质构成呈泡状腔体结构的共振吸收泡； 所述共振吸收泡内部含有元素A及气体M。
5.根据权利要求4所述基于能级跃迁的粒子数反转量评估系统，其特征在于，所述磁场控制单元包括漆包线、恒流源； 所述漆包线缠绕在所述共振吸收泡外壁上； 所述恒流源通过所述漆包线为所述共振吸收泡提供磁场。
6.根据权利要求5所述基于能级跃迁的粒子数反转量评估系统，其特征在于所述供能单元是微波射频源。
7.根据权利要求6所述基于能级跃迁的粒子数反转量评估系统，其特征在于所述滤光单元是由玻璃材质构成呈泡状腔体结构的滤光泡； 所述滤光泡内部含有元素B。
8.根据权利要求7所述基于能级跃迁的粒子数反转量评估系统，其特征在于所述光源用于发射光束的元素是A。
9.根据权利要求4-8任一项所述基于能级跃迁的粒子数反转量评估系统，其特征在于 所述元素A是87Rb ;所述元素B是85Rb ;所述气体M是氢气或氦气。
10.一种用于控制权利要求1所述评估系统的控制方法，其特征在于，包括 S1:基于所述能级跃迁发生模块构建三能级模型，包括第一能级、第二能级、第三能级； S2:定义所述第一能级、所述第三能级之间原子跃迁几率是T ;定义所述第一能级、所述第二能级之间跃迁几率是W ;定义所述第一能级与所述第二能级的总粒子数是N ;定义所述第一能级的粒子数是N1;定义所述第二能级粒子数是N2;定义原子豫驰时间是τ ； S3:由公式=
全文摘要
本发明公开了一种基于能级跃迁的粒子数反转量评估系统及其控制方法，其中，评估系统包括光源、能级跃迁发生模块、光电检测单元；光源与能级跃迁发生模块连接；能级跃迁发生模块与光电检测单元连接。其控制方法包括基于能级跃迁发生模块构建三能级模型，包括第一能级、第二能级、第三能级；并对于能级跃迁发生模块达到动态平衡后，d△N/dt＝0，及N1=0得出公式最终根据所得公式对微波射频源是否设置分析讨论，并通过光电检测单元检测共振吸收泡透射光强进而反映粒子数反转量。本发明实现了对粒子数反转量的评估测量，且具有结构简单、易操作、准确度高的特点。
文档编号G01T1/16GK103018764SQ20121055120
公开日2013年4月3日 申请日期2012年12月17日 优先权日2012年12月17日
发明者雷海东 申请人:江汉大学