本發(fā)明涉及堿金屬原子，特別是涉及一種氣態(tài)堿金屬原子密度控制系統(tǒng)及控制方法。

背景技術(shù)：

1、堿金屬原子，如銣（rb）和銫（cs），因其獨(dú)特的能級(jí)結(jié)構(gòu)，在量子傳感器、原子鐘及高精度物理實(shí)驗(yàn)中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。這些堿金屬原子被廣泛用于磁強(qiáng)計(jì)、原子鐘和慣性傳感器等精密測(cè)量領(lǐng)域。然而，堿金屬原子在氣態(tài)條件下的精確控制一直面臨技術(shù)挑戰(zhàn)，尤其是在高真空環(huán)境和復(fù)雜系統(tǒng)中如何精確調(diào)控原子密度，是實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)量的關(guān)鍵。

2、目前，控制堿金屬原子密度的常見方法是溫度調(diào)控。堿金屬的蒸氣壓與溫度成正比，通過調(diào)節(jié)溫度來控制堿金屬蒸氣壓。但這種方法響應(yīng)慢、阻擋測(cè)量介質(zhì)、精度低，控制難度大，增加了系統(tǒng)復(fù)雜性，并可能引入熱噪聲，難以滿足現(xiàn)代儀器對(duì)穩(wěn)定性和精確性的需求。此外，隨著量子技術(shù)需求的增加，對(duì)原子源的小型化、集成化和高精度化的要求也在提高，對(duì)傳統(tǒng)密度控制方法構(gòu)成了更大的挑戰(zhàn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、基于此，有必要針對(duì)上述背景技術(shù)中的問題，提供一種氣態(tài)堿金屬原子密度控制系統(tǒng)及控制方法，至少能夠避免通過溫度控制堿金屬原子密度，提高堿金屬原子在氣態(tài)條件下的控制精度。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本申請(qǐng)的一方面提供一種氣態(tài)堿金屬原子密度控制系統(tǒng)，包括：

3、原子氣室，原子氣室中設(shè)置有堿金屬原子源，其中，堿金屬原子源的電壓與原子氣室中的氣態(tài)堿金屬原子密度相關(guān)；

4、激光發(fā)射模塊，用于發(fā)射入射激光，入射激光入射至原子氣室以穿過原子氣室中的氣態(tài)堿金屬原子；

5、激光探測(cè)模塊，用于接收穿過原子氣室中的氣態(tài)堿金屬原子后從原子氣室出射的出射激光；

6、計(jì)算模塊，獲取入射激光的第一光強(qiáng)和出射激光的第二光強(qiáng)，基于第一光強(qiáng)和第二光強(qiáng)計(jì)算原子氣室中的氣態(tài)堿金屬原子的實(shí)時(shí)密度；

7、控制模塊，用于基于原子氣室中的氣態(tài)堿金屬原子的實(shí)時(shí)密度與預(yù)設(shè)密度的差值控制堿金屬原子源的電壓，以控制原子氣室中的氣態(tài)堿金屬原子密度。

8、在一個(gè)實(shí)施例中，堿金屬原子源包括第一電極、離子存儲(chǔ)層、離子傳輸層、第二電極和電壓控制器，其中，離子存儲(chǔ)層和離子傳輸層設(shè)置在第一電極與第二電極之間，電壓控制器用于控制第一電極和第二電極之間的電壓。

9、在一個(gè)實(shí)施例中，控制堿金屬原子源的電壓包括控制電壓的方向，基于控制電壓的方向控制堿金屬原子的釋放或回收。

10、在一個(gè)實(shí)施例中，控制模塊基于原子氣室中的氣態(tài)堿金屬原子的實(shí)時(shí)密度與預(yù)設(shè)密度的差值控制堿金屬原子源的電壓，以控制原子氣室中的氣態(tài)堿金屬原子密度包括：當(dāng)原子氣室中的氣態(tài)堿金屬原子的實(shí)時(shí)密度小于預(yù)設(shè)密度時(shí)，實(shí)時(shí)密度與預(yù)設(shè)密度的差值為負(fù)，控制堿金屬原子源的電壓為正向電壓，以增大氣態(tài)堿金屬原子的實(shí)時(shí)密度；當(dāng)原子氣室中的氣態(tài)堿金屬原子的實(shí)時(shí)密度大于預(yù)設(shè)密度時(shí)，實(shí)時(shí)密度與預(yù)設(shè)密度的差值為正，控制堿金屬原子源的電壓為負(fù)向電壓，以減小氣態(tài)堿金屬原子的實(shí)時(shí)密度。

11、在一個(gè)實(shí)施例中，控制堿金屬原子源的電壓包括控制電壓的幅值，基于控制電壓的幅值控制堿金屬原子的釋放速率或回收速率。

12、在一個(gè)實(shí)施例中，實(shí)時(shí)密度與預(yù)設(shè)密度的差值與堿金屬原子源的電壓幅值正相關(guān)，當(dāng)實(shí)時(shí)密度與預(yù)設(shè)密度的差值超出預(yù)設(shè)范圍時(shí)，增大堿金屬原子源的電壓的幅值。

13、在一個(gè)實(shí)施例中，氣態(tài)堿金屬原子密度控制系統(tǒng)還包括：

14、功率穩(wěn)定模塊，設(shè)置在激光發(fā)射模塊與原子氣室之間，功率穩(wěn)定模塊用于穩(wěn)定入射激光的光功率。

15、在一個(gè)實(shí)施例中，激光發(fā)射模塊包括掃頻模式和鎖頻模式：在掃頻模式下，入射激光的波長(zhǎng)范圍覆蓋堿金屬原子的多個(gè)吸收線，以獲取多個(gè)吸收峰，掃頻模式用于堿金屬原子密度的粗調(diào)；在鎖頻模式下，入射激光的波長(zhǎng)范圍為堿金屬原子的單一吸收線，單一吸收線對(duì)應(yīng)于多個(gè)吸收峰的最大吸收峰，鎖頻模式用于堿金屬原子密度的精調(diào)。

16、在一個(gè)實(shí)施例中，原子氣室為真空環(huán)境。

17、本發(fā)明另一方面提供了一種氣態(tài)堿金屬原子密度控制方法，包括以下步驟：

18、獲取原子氣室的入射激光的第一光強(qiáng)和出射激光的第二光強(qiáng)，基于第一光強(qiáng)和第二光強(qiáng)計(jì)算原子氣室中的氣態(tài)堿金屬原子的實(shí)時(shí)密度；

19、基于原子氣室中的氣態(tài)堿金屬原子的實(shí)時(shí)密度與預(yù)設(shè)密度的差值控制堿金屬原子源的電壓，以控制原子氣室中的氣態(tài)堿金屬原子密度。

20、根據(jù)本發(fā)明提供的氣態(tài)堿金屬原子密度控制系統(tǒng)及控制方法，原子氣室中的堿金屬原子源的電壓與原子氣室中的氣態(tài)堿金屬原子密度相關(guān)，獲取原子氣室入射激光和出射激光的光強(qiáng)，通過計(jì)算模塊計(jì)算原子氣室中的氣態(tài)堿金屬原子的實(shí)時(shí)密度，根據(jù)實(shí)時(shí)密度與預(yù)設(shè)密度的差值調(diào)節(jié)堿金屬原子源的電壓，實(shí)現(xiàn)對(duì)原子氣室中的氣態(tài)堿金屬原子密度的控制，提高了堿金屬原子在氣態(tài)條件下的控制精度。

技術(shù)特征：

1.一種氣態(tài)堿金屬原子密度控制系統(tǒng)，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣態(tài)堿金屬原子密度控制系統(tǒng)，其特征在于，所述堿金屬原子源包括第一電極、離子存儲(chǔ)層、離子傳輸層、第二電極和電壓控制器，其中，所述離子存儲(chǔ)層和所述離子傳輸層設(shè)置在所述第一電極與所述第二電極之間，所述電壓控制器用于控制所述第一電極和所述第二電極之間的電壓。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的氣態(tài)堿金屬原子密度控制系統(tǒng)，其特征在于，控制所述堿金屬原子源的電壓包括控制電壓的方向，基于控制電壓的方向控制堿金屬原子的釋放或回收。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的氣態(tài)堿金屬原子密度控制系統(tǒng)，其特征在于，所述控制模塊基于所述原子氣室中的氣態(tài)堿金屬原子的實(shí)時(shí)密度與預(yù)設(shè)密度的差值控制所述堿金屬原子源的電壓，以控制所述原子氣室中的氣態(tài)堿金屬原子密度包括：

5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的氣態(tài)堿金屬原子密度控制系統(tǒng)，其特征在于，控制所述堿金屬原子源的電壓包括控制電壓的幅值，基于控制電壓的幅值控制堿金屬原子的釋放速率或回收速率。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的氣態(tài)堿金屬原子密度控制系統(tǒng)，其特征在于，所述實(shí)時(shí)密度與所述預(yù)設(shè)密度的差值與堿金屬原子源的電壓幅值正相關(guān)，當(dāng)實(shí)時(shí)密度與所述預(yù)設(shè)密度的差值超出預(yù)設(shè)范圍時(shí)，增大所述堿金屬原子源的電壓的幅值。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣態(tài)堿金屬原子密度控制系統(tǒng)，其特征在于，還包括：

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣態(tài)堿金屬原子密度控制系統(tǒng)，其特征在于，所述激光發(fā)射模塊包括掃頻模式和鎖頻模式，

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣態(tài)堿金屬原子密度控制系統(tǒng)，其特征在于，所述原子氣室為真空環(huán)境。

10.一種氣態(tài)堿金屬原子密度控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種氣態(tài)堿金屬原子密度控制系統(tǒng)及控制方法，該控制系統(tǒng)包括：原子氣室，原子氣室中設(shè)置有堿金屬原子源，其中，堿金屬原子源的電壓與原子氣室中的氣態(tài)堿金屬原子密度相關(guān)；激光發(fā)射模塊，用于發(fā)射入射激光，入射激光入射至原子氣室以穿過原子氣室中的氣態(tài)堿金屬原子；激光探測(cè)模塊，用于接收穿過原子氣室中的氣態(tài)堿金屬原子后從原子氣室出射的出射激光；計(jì)算模塊，獲取入射激光的第一光強(qiáng)和出射激光的第二光強(qiáng)，基于第一光強(qiáng)和第二光強(qiáng)計(jì)算原子氣室中的氣態(tài)堿金屬原子的實(shí)時(shí)密度；控制模塊，用于基于原子氣室中的氣態(tài)堿金屬原子的實(shí)時(shí)密度與預(yù)設(shè)密度的差值控制堿金屬原子源的電壓，以控制原子氣室中的氣態(tài)堿金屬原子密度。

技術(shù)研發(fā)人員：陸柏川,賈朔,屈繼峰,王瑾,段俊毅
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15