一种抗磁恒温原子气室电场测量探头及方法与流程

本发明涉及微波测量装置，具体涉及一种抗磁恒温原子气室电场测量探头及方法。

背景技术：

1、原子气室作为原子陀螺、原子磁力仪和原子钟等量子仪表的核心部件，高性能微小型原子气室是制约上述量子仪表性能的重要因素之一。量子仪表微小型、高精度、集成化的发展需求，指明了碱金属原子气室小型化、集成化的发展趋势。

2、原子气室的性能是影响里德堡原子电场测量灵敏度的和准确度的关键因素。原子气室的工作温度对于里德堡原子eit效应的强度和线宽都有明显的影响。随着工程加工工艺的逐步发展，对于原子气室恒温工作环境提供了可能性。

3、目前，传统的原子气室没有温度控制系统，由于激光发热和电场测量时电极板发热都会使原子气室工作环境温度发生变化，从而对里德堡原子的eit效应光谱线高和线宽产生影响，进而影响电场测量的准确度和灵敏度。

4、为此，我们提出一种抗磁恒温原子气室电场测量探头及方法。

技术实现思路

1、针对现有技术的上述不足，本发明提供了一种抗磁恒温原子气室电场测量探头及方法。

2、为达到上述发明目的，本发明所采用的技术方案为：

3、一种抗磁恒温原子气室电场测量探头，包括壳体，壳体包括加热抗磁装置和降温装置，加热抗磁装置和降温装置交错设置形成壳体的壳壁；原子气室，原子气室设于壳体内，原子气室的表面包覆有一层导热层；温度传感器，温度传感器设于原子气室内对原子气室的温度进行监测；控制器，控制器和温度传感器电性连接，加热抗磁装置和降温装置也和控制器电性连接；加热抗磁装置与导热层接触对原子气室加热；降温装置也与导热层接触对原子气室降温；降温装置包括多个散热单元，每个散热单元均包括绝缘散热片、外导电片、内导电片、n型半导体、p型半导体和绝缘散热板，每个散热单元包括两片外导电片，两片外导电片分别与n型半导体和p型半导体的一导电端接触设置形成导电触点，内导电片与n型半导体和p型半导体的另一导电端接触设置形成导电触点，绝缘散热板设于内导电片和导热层之间并与内导电片和导热层接触设置，绝缘散热片的内侧与外导电片接触设置。

4、设置一个加热抗磁装置、降温装置、控制器和温度传感器，通过温度传感器监测原子气室的温度信号，控制器根据温度传感器接收到的温度信号控制加热抗磁装置和降温装置的通断电，以此实现原子气室的恒温，使得原子气室的温度始终处在最佳状态，通过恒温控制使eit效应光谱的峰高和线宽达到最优，提升了里德堡原子测量的灵敏度和准确度，降温装置的原理为电流流经n型半导体和p型半导体形成的触点，当电子从低能量的p型半导体流向高能量的n型半导体时，电子会从低能级向高能级跳跃，此时表现为电子需要吸热，从而在与内导电片接触的绝缘散热板形成冷面吸收原子气室表面的导热层的热量；当电子从高能量的n型半导体流向低能量的p型半导体时，电子会从高能级向低能级跳跃，这时表现为电子需要放热，从而在绝缘散热片处形成热面散发热量。

5、进一步限定，加热抗磁装置包括导热板、第一电阻丝和第二电阻丝，第一电阻丝和第二电阻丝均嵌设于导热板中，第一电阻丝和第二电阻丝的通电方向相反；通过电加热的方式对原子气室进行加热效率更高，设置第一电阻丝和第二电阻丝并且将第一电阻丝和第二电阻丝的通电方向相反设置可以通过两根电阻丝产生不同方向的磁场相互抵消，减小加热抗磁装置在加热时磁场对内部原子气室的影响。

6、进一步限定，导热板和导热层均为石墨烯板；采用石墨烯板导热效率更高。

7、进一步限定，绝缘散热板为绝缘陶瓷。

8、进一步限定，外导热片和内导热片均为铜片；采用铜片可保证导热效率和导电效率，并且材料稳定性高。

9、进一步限定，绝缘散热片的外侧设有散热翅片；设置散热翅片能够提升绝缘散热片的散热效率。

10、一种抗磁恒温原子气室电场测量探头的恒温方法，其步骤如下：

11、s1.温度传感器接收原子气室的温度信号t1并将其传输至控制器；

12、s2.控制器接收温度传感器的温度信号t1并将其与设定好的温度t做差；

13、s3：当t1-t＜-n时，n为不为0的任一自然数，控制器则打开加热抗磁装置，第一电阻丝和第二电阻丝通电对原子气室加热并持续进行温度信号t1的监测，直至t1-t＝n时停止加热；

14、s4：当t1-t＞n时，控制器则打开降温装置，n型半导体和p型半导体通电，对原子气室降温并持续进行温度信号t1的监测，直至t1-t＝-n时停止降温；

15、s5.当n≥t1-t≥-n时，加热抗磁装置和降温装置均不工作，温度改变则控制器重复s3或s4步骤以保持恒温。

16、本发明的有益效果为：通过控制器控制加热装置和降温装置的通断对原子气室实现恒温工作环境以此保证里德堡原子测量的灵敏度和准确度，并且磁场对原子气室影响更小，降温效果。

技术特征：

1.一种抗磁恒温原子气室电场测量探头，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种抗磁恒温原子气室电场测量探头，其特征在于，所述加热抗磁装置(3)包括导热板(31)、第一电阻丝(32)和第二电阻丝(33)，所述第一电阻丝(32)和所述第二电阻丝(33)均嵌设于所述导热板(31)中，所述第一电阻丝(32)和所述第二电阻丝(33)的通电方向相反。

3.根据权利要求2所述的一种抗磁恒温原子气室电场测量探头，其特征在于，所述导热板(31)和所述导热层(4)均为石墨烯板。

4.根据权利要求1所述的一种抗磁恒温原子气室电场测量探头，其特征在于，所述绝缘散热板(26)为绝缘陶瓷。

5.根据权利要求1所述的一种抗磁恒温原子气室电场测量探头，其特征在于，所述外导热片和所述内导热片均为铜片。

6.根据权利要求1所述的一种抗磁恒温原子气室电场测量探头，其特征在于，所述绝缘散热片(21)的外侧设有散热翅片(211)。

7.一种抗磁恒温原子气室电场测量探头的恒温方法，采用权利要求1-6中任一项所述的抗磁恒温原子气室电场测量探头，其特征在于，其步骤如下：

技术总结
本发明公开了微波测量装置领域的一种抗磁恒温原子气室电场测量探头，包括：壳体，壳体包括加热抗磁装置和降温装置，加热抗磁装置和降温装置交错设置形成壳体的壳壁；原子气室，原子气室设于壳体内，原子气室的表面包覆有一层导热层；温度传感器；控制器，控制器和温度传感器电性连接，加热抗磁装置和降温装置也和控制器电性连接；加热抗磁装置与导热层接触对原子气室加热；降温装置也与导热层接触对原子气室降温；本发明的有益效果为：通过控制器控制加热装置和降温装置的通断对原子气室实现恒温工作环境以此保证里德堡原子测量的灵敏度和准确度，并且磁场对原子气室影响更小，降温效果。

技术研发人员：丁超,谈竹奎,张英,胡珊珊,肖冬萍,张淮清,宋宏天,蒲曾鑫,黄宇,樊磊,刘喆,白洁,刘建刚,田承越,胡厚鹏,张俊玮,金鑫,王保帅,何浩
受保护的技术使用者：贵州电网有限责任公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/31