本發(fā)明屬于原子譜線檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種原子躍遷的中心頻率檢測(cè)方法及裝置。

背景技術(shù)：

為獲得大自然中比較穩(wěn)定不變的時(shí)間頻率，人們通過(guò)對(duì)某些元素，如：銣、銫等原子施加弱磁場(chǎng)，使其原子的能級(jí)轉(zhuǎn)變?yōu)榱孔踊S狀態(tài)，選擇不受外界磁場(chǎng)干擾的基態(tài)超精細(xì)結(jié)構(gòu)0-0躍遷中心頻率作為參照時(shí)間頻率值。

在現(xiàn)有原子躍遷中心頻率探測(cè)技術(shù)中，比較先進(jìn)的是利用原子頻標(biāo)伺服電路中的調(diào)制探測(cè)技術(shù)，即通過(guò)對(duì)探測(cè)信號(hào)進(jìn)行調(diào)制作用于原子后得到吸收信號(hào)與同頻的參考信號(hào)進(jìn)行同步鑒相，獲得量子糾偏信號(hào)反饋給系統(tǒng)，從而改變探測(cè)系統(tǒng)輸出頻率值，最終使其鎖定于原子基態(tài)超精細(xì)結(jié)構(gòu)0-0躍遷頻率值上。在理想狀態(tài)下，如圖1所示，給探測(cè)系統(tǒng)輸出頻率f加上調(diào)制后探測(cè)信號(hào)變成f1、f2兩個(gè)邊帶，利用同步鑒相原理，當(dāng)f1、f2恰好處于原子譜線中心頻率fo正左右兩側(cè)時(shí)，將會(huì)得到相等的兩個(gè)鑒頻信號(hào)V1＝V2，此時(shí)說(shuō)明對(duì)準(zhǔn)了原子躍遷中心頻率。

現(xiàn)有技術(shù)中由于所加靜磁場(chǎng)的不均勻，各部分原子的共振頻率就會(huì)有差別，實(shí)際的原子譜線是各部分原子譜線的疊加，譜線形狀反映了樣品體積內(nèi)磁場(chǎng)分布的情況，在這種情況下，原子譜線由于施加磁場(chǎng)的不均勻、不對(duì)稱，就會(huì)導(dǎo)致實(shí)際的原子譜線出現(xiàn)畸變，如圖2右半部分所示(圖2左半部分是為理想狀態(tài)下原子譜線的疊加)。

在原子譜線發(fā)生畸變情況下，如圖3所示，當(dāng)f1和f2處于fo的兩側(cè)時(shí)，檢測(cè)到的兩個(gè)電壓V1和V2是不相等的，也就是說(shuō)，在現(xiàn)有技術(shù)中，認(rèn)為對(duì)準(zhǔn)原子躍遷中心頻率fo時(shí)，V1＝V2時(shí)，實(shí)際上并沒(méi)有真實(shí)地反映中心頻率值。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就是為了解決上述背景技術(shù)存在的不足，提供一種原子躍遷的中心頻率檢測(cè)方法。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種原子躍遷的中心頻率檢測(cè)方法，包括以下步驟：

分離出原子中的高能態(tài)原子和低能態(tài)原子，并收集高能態(tài)原子或低能態(tài)原子作為被測(cè)的原子樣品；

將未經(jīng)調(diào)制的原子探測(cè)信號(hào)作用于原子樣品，產(chǎn)生第一鑒頻信號(hào)；

采集所述第一鑒頻信號(hào)的電壓以及與所述電壓一一對(duì)應(yīng)的探測(cè)信號(hào)頻率值，擬合出原子譜線圖；

對(duì)所述原子譜線圖進(jìn)行微商處理得到微商處理圖；

將調(diào)制后的原子探測(cè)信號(hào)作用于原子樣品，產(chǎn)生第二鑒頻信號(hào)；

將所述第二鑒頻信號(hào)與同步參考信號(hào)進(jìn)行同步鑒相；

根據(jù)所述微商處理圖中兩最值點(diǎn)的電壓和斜率，對(duì)所述同步鑒相產(chǎn)生的電壓進(jìn)行補(bǔ)償，產(chǎn)生量子糾偏信號(hào)，使原子探測(cè)信號(hào)頻率鎖定于原子樣品的譜線中心頻率。

進(jìn)一步地，所述第二鑒頻信號(hào)與同步參考信號(hào)進(jìn)行同步鑒相的過(guò)程為：對(duì)所述第二鑒頻信號(hào)進(jìn)行選頻放大，獲得與所述參考信號(hào)同頻的檢測(cè)信號(hào)，對(duì)所述檢測(cè)信號(hào)與所述參考信號(hào)進(jìn)行同步鑒相。

進(jìn)一步地，所述分離出原子中的高能態(tài)原子和低能態(tài)原子通過(guò)原子高低能態(tài)分離裝置實(shí)現(xiàn)，所述原子高低能態(tài)分離裝置包括

發(fā)射模塊，用于提供原子束；

磁選態(tài)模塊，用于提供磁場(chǎng)對(duì)原子束中的高能態(tài)原子和低能態(tài)原子進(jìn)行分離；

收集池，用于收集磁選態(tài)模塊分離出的高能態(tài)原子；

真空系統(tǒng)，用于收集磁選態(tài)模塊分離出的低能態(tài)原子；

磁場(chǎng)測(cè)量模塊，用于測(cè)量磁場(chǎng)強(qiáng)度大??；

控制模塊，用于控制磁選態(tài)模塊提供的磁場(chǎng)的強(qiáng)磁強(qiáng)度，且在第一時(shí)間段內(nèi)控制所述磁選態(tài)模塊的磁場(chǎng)強(qiáng)度為第一磁場(chǎng)強(qiáng)度，在第二時(shí)間段內(nèi)控制所述磁選態(tài)模塊的磁場(chǎng)強(qiáng)度為第二磁場(chǎng)強(qiáng)度，所述第一磁場(chǎng)強(qiáng)度和所述第二磁場(chǎng)強(qiáng)度大小相等、方向相反；獲取所述磁場(chǎng)測(cè)量模塊在所述第一時(shí)間段內(nèi)和所述第二時(shí)間段內(nèi)測(cè)得的第三磁場(chǎng)強(qiáng)度和第四磁場(chǎng)強(qiáng)度；根據(jù)所述第一磁場(chǎng)強(qiáng)度、所述第二磁場(chǎng)強(qiáng)度、所述第三磁場(chǎng)強(qiáng)度和所述第四磁場(chǎng)強(qiáng)度，計(jì)算剩余磁場(chǎng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度，所述剩余磁場(chǎng)為所述磁選態(tài)模塊提供的磁場(chǎng)之外的雜散場(chǎng)；根據(jù)所述剩余磁場(chǎng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度和第一預(yù)設(shè)磁場(chǎng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度計(jì)算第二預(yù)設(shè)磁場(chǎng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度，并控制所述磁選態(tài)模塊提供的磁場(chǎng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度等于所述第二預(yù)設(shè)磁場(chǎng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度，所述第二預(yù)設(shè)磁場(chǎng)和所述剩余磁場(chǎng)疊加得到的磁場(chǎng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度與所述第一預(yù)設(shè)磁場(chǎng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度相等，所述第一預(yù)設(shè)磁場(chǎng)用于使所述原子束中的高能態(tài)原子和低能態(tài)原子分離開(kāi)，且使所述高能態(tài)原子和所述低能態(tài)原子分別進(jìn)入所述收集池和所述真空系統(tǒng)。

一種原子躍遷的中心頻率檢測(cè)裝置，包括：

原子高低能態(tài)分離裝置，用于分離出原子中的高能態(tài)原子和低能態(tài)原子；

諧振腔，用于收集原子高低能態(tài)分離裝置分離出的高能態(tài)原子或低能態(tài)原子，作為被測(cè)的原子樣品；

慢掃頻源，用于輸出變化的頻率信號(hào)；

低頻率信號(hào)發(fā)生器，用于輸出調(diào)制信號(hào)和同步參考信號(hào)；

探測(cè)系統(tǒng)，用于對(duì)慢掃頻源輸出的頻率信號(hào)進(jìn)行處理，得到未經(jīng)調(diào)制的原子探測(cè)信號(hào)，并將未經(jīng)調(diào)制的原子探測(cè)信號(hào)作用于諧振腔產(chǎn)生第一鑒頻信號(hào)；或在低頻率信號(hào)發(fā)生器的輸出調(diào)制信號(hào)的調(diào)制下得到調(diào)制后的原子探測(cè)信號(hào)，并將調(diào)制后的原子探測(cè)信號(hào)作用于諧振腔產(chǎn)生第二鑒頻信號(hào)；

補(bǔ)償檢測(cè)模塊，用于采集所述第一鑒頻信號(hào)的電壓以及與所述電壓一一對(duì)應(yīng)的探測(cè)信號(hào)頻率值，擬合出原子譜線圖，對(duì)原子譜線圖進(jìn)行微商處理得到微商處理圖；在同步參考信號(hào)作用下對(duì)第二鑒頻信號(hào)進(jìn)行同步鑒相；根據(jù)所述微商處理圖中兩最值點(diǎn)的電壓和斜率，對(duì)所述同步鑒相產(chǎn)生的電壓進(jìn)行補(bǔ)償，得到量子糾偏信號(hào)作用于慢掃頻源。

進(jìn)一步地，所述補(bǔ)償檢測(cè)模塊包括

選放模塊，用于對(duì)第二鑒頻信號(hào)進(jìn)行選頻放大獲得與參考信號(hào)同頻的檢測(cè)信號(hào)；

同步相檢模塊，用于對(duì)第二鑒頻信號(hào)與參考信號(hào)進(jìn)行同步鑒相；

微商處理模塊，用于采集所述第一鑒頻信號(hào)的電壓以及與所述電壓一一對(duì)應(yīng)的探測(cè)信號(hào)頻率值，擬合出原子譜線圖，并對(duì)所述原子譜線圖進(jìn)行微商處理得到微商處理圖；

中央處理器模塊，用于根據(jù)所述微商處理圖中兩最值點(diǎn)的電壓和斜率，對(duì)所述同步鑒相產(chǎn)生的電壓進(jìn)行補(bǔ)償，得到量子糾偏信號(hào)。

進(jìn)一步地，所述原子高低能態(tài)分離裝置包括

發(fā)射模塊，用于提供原子束；

磁選態(tài)模塊，用于提供磁場(chǎng)對(duì)原子束中的高能態(tài)原子和低能態(tài)原子進(jìn)行分離；

磁場(chǎng)測(cè)量模塊，用于測(cè)量磁場(chǎng)強(qiáng)度大??；

收集池，用于收集磁選態(tài)模塊分離出的高能態(tài)原子；

真空系統(tǒng)，用于收集磁選態(tài)模塊分離出的低能態(tài)原子；

控制模塊，用于控制磁選態(tài)模塊提供的磁場(chǎng)的強(qiáng)磁強(qiáng)度，且在第一時(shí)間段內(nèi)控制所述磁選態(tài)模塊的磁場(chǎng)強(qiáng)度為第一磁場(chǎng)強(qiáng)度，在第二時(shí)間段內(nèi)控制所述磁選態(tài)模塊的磁場(chǎng)強(qiáng)度為第二磁場(chǎng)強(qiáng)度，所述第一磁場(chǎng)強(qiáng)度和所述第二磁場(chǎng)強(qiáng)度大小相等、方向相反；獲取所述磁場(chǎng)測(cè)量模塊在所述第一時(shí)間段內(nèi)和所述第二時(shí)間段內(nèi)測(cè)得的第三磁場(chǎng)強(qiáng)度和第四磁場(chǎng)強(qiáng)度；根據(jù)所述第一磁場(chǎng)強(qiáng)度、所述第二磁場(chǎng)強(qiáng)度、所述第三磁場(chǎng)強(qiáng)度和所述第四磁場(chǎng)強(qiáng)度，計(jì)算剩余磁場(chǎng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度，所述剩余磁場(chǎng)為所述磁選態(tài)模塊提供的磁場(chǎng)之外的雜散場(chǎng)；根據(jù)所述剩余磁場(chǎng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度和第一預(yù)設(shè)磁場(chǎng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度計(jì)算第二預(yù)設(shè)磁場(chǎng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度，并控制所述磁選態(tài)模塊提供的磁場(chǎng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度等于所述第二預(yù)設(shè)磁場(chǎng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度，所述第二預(yù)設(shè)磁場(chǎng)和所述剩余磁場(chǎng)疊加得到的磁場(chǎng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度與所述第一預(yù)設(shè)磁場(chǎng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度相等，所述第一預(yù)設(shè)磁場(chǎng)用于使所述原子束中的高能態(tài)原子和低能態(tài)原子分離開(kāi)，且使所述高能態(tài)原子和所述低能態(tài)原子分別進(jìn)入所述收集池和所述真空系統(tǒng)。

進(jìn)一步地，所述第一預(yù)設(shè)磁場(chǎng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度H₀、收集池與所述磁選態(tài)模塊的中心軸之間的距離r_DH、真空系統(tǒng)與所述磁選態(tài)模塊的中心軸之間的距離r_DL滿足以下關(guān)系：

其中，l₃為收集池和真空系統(tǒng)與所述磁選態(tài)模塊的距離，δ₀為原子束與所述磁選態(tài)模塊的中心軸之間的夾角，r₀為所述磁選態(tài)模塊的半徑；l₁為偏角器與所述磁選態(tài)模塊的距離，l₂為所述磁選態(tài)模塊的長(zhǎng)度，m為原子質(zhì)量，v₀為原子束從偏角器發(fā)出時(shí)的初始速度，μ_B為波爾磁子。

進(jìn)一步地，所述δ₀的最大值為δ_max為

其中，r₀為四磁極選態(tài)器的半徑；l₁為偏角器與四磁極選態(tài)器的距離，m為原子質(zhì)量，v₀為原子束從偏角器發(fā)出時(shí)的初始速度，μ_B為波爾磁子，H₀為所述第一預(yù)設(shè)磁場(chǎng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度。

進(jìn)一步地，所述原子高低能態(tài)分離裝置還包括準(zhǔn)直孔和偏角器，所述準(zhǔn)直孔與偏角器依次設(shè)置在原子束的路徑上，所述偏角器用于控制原子束進(jìn)入磁選態(tài)模塊時(shí)原子束與磁選態(tài)模塊中心軸之間的夾角δ₀。

更進(jìn)一步地，所述磁選態(tài)模塊為四磁極選態(tài)器，所述四磁極選態(tài)器包括四個(gè)電磁鐵，四個(gè)電磁鐵的磁極相對(duì)設(shè)置，相對(duì)設(shè)置的四個(gè)磁極包括2個(gè)N極磁極和2個(gè)S極磁極，且所述N極磁極和所述S極磁極間隔設(shè)置。

本發(fā)明在分離高低能態(tài)原子時(shí)控制磁選態(tài)模塊工作時(shí)提供的磁場(chǎng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度等于第二預(yù)設(shè)磁場(chǎng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度，不僅可以使高低能態(tài)的原子分離，而且保證了分離的精度，使收集的高低能態(tài)原子更純凈，更便于后續(xù)原子譜線中心頻率的檢測(cè)；分離出高低態(tài)原子后，通過(guò)對(duì)擬合出的原子譜線圖進(jìn)行微商處理得到微商處理圖，并根據(jù)同步鑒相產(chǎn)生的電壓以及微商處理圖中兩最值點(diǎn)的電壓和斜率，對(duì)同步鑒相產(chǎn)生的電壓進(jìn)行補(bǔ)償，產(chǎn)生量子糾偏信號(hào)；這樣做使得即使原子譜線產(chǎn)生了畸變，依然能準(zhǔn)確的檢測(cè)出原子譜線的中心頻率。

附圖說(shuō)明

圖1為理想情況下的原子譜線圖；

圖2為理想狀況和畸變狀況下的原子譜線疊加情況對(duì)比示意圖；

圖3為畸變狀況下的原子譜線圖；

圖4為本發(fā)明檢測(cè)裝置的原理示意圖。

圖5為本發(fā)明補(bǔ)償檢測(cè)模塊的原理示意圖。

圖6為本發(fā)明原子高低能態(tài)分離裝置的原理示意圖。

圖7為本發(fā)明四磁極選態(tài)器的原理示意圖。

圖8為本發(fā)明原子高低能態(tài)分離示意圖。

圖9為本發(fā)明剩余磁場(chǎng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度計(jì)算方式示意圖。

圖10為本發(fā)明原子譜線f-V關(guān)系示意圖。

圖11為本發(fā)明的微商處理圖。

圖中：1-原子高低能態(tài)分離裝置；1.1-發(fā)射模塊；1.2-準(zhǔn)直孔；1.3-偏角器；1.4-磁選態(tài)模塊；1.5-磁場(chǎng)測(cè)量模塊；1.6-控制模塊；1.7-收集池；1.8-真空系統(tǒng)；2-探測(cè)系統(tǒng)；3-諧振腔；4-慢掃頻源；5-低頻率信號(hào)發(fā)生器；6-補(bǔ)償檢測(cè)模塊；6.1-選放模塊；6.2-同步相檢模塊；6.3-微商處理模塊；6.4-中央處理器模塊。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明，便于清楚地了解本發(fā)明，但它們不對(duì)本發(fā)明構(gòu)成限定。

如圖4所示，本發(fā)明一種原子躍遷的中心頻率檢測(cè)裝置，包括：

原子高低能態(tài)分離裝置1，用于分離出原子中的高能態(tài)原子和低能態(tài)原子；

諧振腔3，用于收集原子高低能態(tài)分離裝置分離出的高能態(tài)原子或低能態(tài)原子，作為被測(cè)的原子樣品；

慢掃頻源4，用于輸出變化的頻率信號(hào)，慢掃頻源為壓控晶振；

低頻率信號(hào)發(fā)生器5，用于產(chǎn)生兩路同頻信號(hào)，其中一路對(duì)探測(cè)信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，產(chǎn)生探測(cè)信號(hào)兩個(gè)對(duì)稱邊帶頻率；另一路作為補(bǔ)償檢測(cè)模塊的同步參考信號(hào)。

探測(cè)系統(tǒng)2，用于對(duì)慢掃頻源輸出的頻率信號(hào)進(jìn)行處理，得到未經(jīng)調(diào)制的原子探測(cè)信號(hào)，并將未經(jīng)調(diào)制的原子探測(cè)信號(hào)作用于諧振腔產(chǎn)生第一鑒頻信號(hào)；或在低頻率信號(hào)發(fā)生器的輸出調(diào)制信號(hào)的調(diào)制下得到調(diào)制后的原子探測(cè)信號(hào)，并將調(diào)制后的原子探測(cè)信號(hào)作用于諧振腔產(chǎn)生第二鑒頻信號(hào)；

補(bǔ)償檢測(cè)模塊6，用于采集所述第一鑒頻信號(hào)的電壓以及與所述電壓一一對(duì)應(yīng)的探測(cè)信號(hào)頻率值，擬合出原子譜線圖，對(duì)原子譜線圖進(jìn)行微商處理得到微商處理圖；用于在同步參考信號(hào)作用下對(duì)第二鑒頻信號(hào)進(jìn)行同步鑒相；根據(jù)所述微商處理圖中兩最值點(diǎn)的電壓和斜率，對(duì)所述同步鑒相產(chǎn)生的電壓進(jìn)行補(bǔ)償，得到量子糾偏信號(hào)作用于慢掃頻源，使其輸出頻率發(fā)生變化，從而最終使探測(cè)系統(tǒng)輸出的探測(cè)信號(hào)頻率鎖定于原子樣品中的原子譜線中心頻率，同時(shí)慢掃頻率源給出標(biāo)準(zhǔn)頻率輸出，也就是間接的反映了能級(jí)躍遷的具體躍遷頻率值。

上述方案中，如圖5所示，補(bǔ)償檢測(cè)模塊6包括：

選放模塊6.1，用于對(duì)第二鑒頻信號(hào)進(jìn)行選頻放大獲得與參考信號(hào)同頻的檢測(cè)信號(hào)；

同步相檢模塊6.2，用于對(duì)選頻放大處理后的第二鑒頻信號(hào)與參考信號(hào)進(jìn)行同步鑒相；

微商處理模塊6.3，用于采集所述第一鑒頻信號(hào)的電壓以及與所述電壓一一對(duì)應(yīng)的探測(cè)信號(hào)頻率值，擬合出原子譜線圖，并對(duì)所述原子譜線圖進(jìn)行微商處理得到微商處理圖；

中央處理器模塊6.4，用于根據(jù)所述微商處理圖中兩最值點(diǎn)的電壓和斜率，對(duì)所述同步鑒相產(chǎn)生的電壓進(jìn)行補(bǔ)償，得到量子糾偏信號(hào)。

上述方案中，如圖6所示，原子高低能態(tài)分離裝置1包括：

發(fā)射模塊1.1，用于提供原子束；

磁選態(tài)模塊1.4，用于提供磁場(chǎng)對(duì)原子束中的高能態(tài)原子和低能態(tài)原子進(jìn)行分離；

磁場(chǎng)測(cè)量模塊1.5，用于測(cè)量磁場(chǎng)強(qiáng)度大??；

收集池1.7，用于收集磁選態(tài)模塊分離出的高能態(tài)原子；

真空系統(tǒng)1.8，用于收集磁選態(tài)模塊分離出的低能態(tài)原子；

控制模塊1.6，為微處理器或者可編程邏輯控制器，用于控制磁選態(tài)模塊提供的磁場(chǎng)的強(qiáng)磁強(qiáng)度，且在第一時(shí)間段內(nèi)控制所述磁選態(tài)模塊的磁場(chǎng)強(qiáng)度為第一磁場(chǎng)強(qiáng)度，在第二時(shí)間段內(nèi)控制所述磁選態(tài)模塊的磁場(chǎng)強(qiáng)度為第二磁場(chǎng)強(qiáng)度，所述第一磁場(chǎng)強(qiáng)度和所述第二磁場(chǎng)強(qiáng)度大小相等、方向相反；獲取所述磁場(chǎng)測(cè)量模塊在所述第一時(shí)間段內(nèi)和所述第二時(shí)間段內(nèi)測(cè)得的第三磁場(chǎng)強(qiáng)度和第四磁場(chǎng)強(qiáng)度；根據(jù)所述第一磁場(chǎng)強(qiáng)度、所述第二磁場(chǎng)強(qiáng)度、所述第三磁場(chǎng)強(qiáng)度和所述第四磁場(chǎng)強(qiáng)度，計(jì)算剩余磁場(chǎng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度，所述剩余磁場(chǎng)為所述磁選態(tài)模塊提供的磁場(chǎng)之外的雜散場(chǎng)；根據(jù)所述剩余磁場(chǎng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度和第一預(yù)設(shè)磁場(chǎng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度計(jì)算第二預(yù)設(shè)磁場(chǎng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度，并控制所述磁選態(tài)模塊提供的磁場(chǎng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度等于所述第二預(yù)設(shè)磁場(chǎng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度，所述第二預(yù)設(shè)磁場(chǎng)和所述剩余磁場(chǎng)疊加得到的磁場(chǎng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度與所述第一預(yù)設(shè)磁場(chǎng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度相等，所述第一預(yù)設(shè)磁場(chǎng)用于使所述原子束中的高能態(tài)原子和低能態(tài)原子分離開(kāi)，且使所述高能態(tài)原子和所述低能態(tài)原子分別進(jìn)入所述收集池和所述真空系統(tǒng)。

上述方案中，原子高低能態(tài)分離裝置1還包括準(zhǔn)直孔1.2和偏角器1.3，所述準(zhǔn)直孔1.2與偏角器1.3依次設(shè)置在原子束的路徑上，所述偏角器用于控制原子束進(jìn)入磁選態(tài)模塊時(shí)原子束與磁選態(tài)模塊中心軸之間的夾角δ₀。

磁選態(tài)模塊1.4優(yōu)選為四磁極選態(tài)器，如圖7所示，四磁極選態(tài)器包括四個(gè)電磁鐵，四個(gè)電磁鐵的磁極相對(duì)設(shè)置，相對(duì)設(shè)置的四個(gè)磁極包括2個(gè)N極磁極和2個(gè)S極磁極，且N極磁極和S極磁極間隔設(shè)置。圖中，四個(gè)電磁鐵的磁極的截面圍成一個(gè)圓形，r₀為該圓形的圓心到四個(gè)磁極的距離；四磁極選態(tài)器的中心軸與該圓形所在平面垂直，且穿過(guò)該圓形的圓心，四個(gè)電磁鐵的磁極的截面與四個(gè)電磁鐵的長(zhǎng)度方向垂直。下面各公式中的參數(shù)均以四磁極選態(tài)器為主進(jìn)行描述。

上述原子高低能態(tài)分離裝置分離原子中的高能態(tài)原子和低能態(tài)原子個(gè)原理如下：

如圖8所示，設(shè)原子從四極磁選態(tài)器前面中心軸上距離磁選態(tài)器l₁的準(zhǔn)直孔中(即圖中A點(diǎn))經(jīng)偏角器瀉流出來(lái)，初速為V₀，并與中心軸有一小角度δ₀，根據(jù)牛頓運(yùn)動(dòng)定律，原子在四極選態(tài)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)方程為：

式中，m為原子的質(zhì)量；r為原子的橫向(垂直于圖中Z軸方向)位移；負(fù)磁矩態(tài)原子取“+”，正磁矩態(tài)原子取“-”，且原子在四極選態(tài)磁場(chǎng)內(nèi)部運(yùn)動(dòng)的初始條件為：

所以，原子在四極選態(tài)磁場(chǎng)中的橫向速度v_r(t)和位移r(t)可表示為：

式中，負(fù)磁矩態(tài)原子取“-”，正磁矩態(tài)原子取“+”，在四極選態(tài)磁場(chǎng)出口B處橫向速度和位移為：

式中l(wèi)₂為四極磁選態(tài)器長(zhǎng)度，各個(gè)能態(tài)原子經(jīng)過(guò)聚集距離l₃到達(dá)收集池口所在的C處產(chǎn)生高能態(tài)和相應(yīng)的低能態(tài)原子的橫向位移，即為前述收集池和真空系統(tǒng)與四磁極選態(tài)器的中心軸Z的距離，分別為：

其中，l₃為收集池和真空系統(tǒng)與四磁極選態(tài)器的距離，δ₀為原子束與四磁極選態(tài)器的中心軸之間的夾角，r₀為四磁極選態(tài)器的半徑；l₁為偏角器與四磁極選態(tài)器的距離，l₂為四磁極選態(tài)器的長(zhǎng)度，m為原子質(zhì)量，v₀為原子束從偏角器發(fā)出時(shí)的初始速度，μ_B為波爾磁子。

式(4)中，令v_r(t)＝0，r(t)＝r₀，且取“-”，可得δ₀的最大入射角δ_max為：

其中，r₀為四磁極選態(tài)器的半徑；l₁為偏角器與四磁極選態(tài)器的距離，m為原子質(zhì)量，v₀為原子束從偏角器發(fā)出時(shí)的初始速度，μ_B為波爾磁子，H₀為所述第一預(yù)設(shè)磁場(chǎng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度。如果原子束與四磁極選態(tài)器的中心軸的夾角δ₀過(guò)大，則無(wú)法將高能態(tài)原子和低能態(tài)原子從四磁極選態(tài)器中分離出來(lái)。因此在設(shè)計(jì)偏角器時(shí)不能讓原子偏離中心軸線δ_max的角度，δ_max一般情況取值范圍為0°-5°。

由可見(jiàn)：由于式(6)中δ_max的取值范圍甚小，因此為提高精度，除了控制產(chǎn)生的磁極選態(tài)磁場(chǎng)外，需要將系統(tǒng)存在剩余的雜散場(chǎng)扣除。為此設(shè)計(jì)一個(gè)總磁場(chǎng)H_Σ模型，如圖9所示，圖中，H_I為第一磁場(chǎng)強(qiáng)度，-H_I為第二磁場(chǎng)強(qiáng)度、H_∑為第三磁場(chǎng)強(qiáng)度、H'_Σ為第四磁場(chǎng)強(qiáng)度，根據(jù)上述四個(gè)參數(shù)即可計(jì)算出剩余磁場(chǎng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度H_γ。H_Σ由向量H_I及H_γ疊加而成：其中H_I是人為加上的用于“磁極選態(tài)”的磁場(chǎng)，其大小及方向是固定的(可反向)；H_γ由系統(tǒng)的剩余磁場(chǎng)構(gòu)成，其大小及方向均未知，向量H_I與向量H_γ相差角度為α。當(dāng)H_I正(負(fù))方向時(shí)，與剩場(chǎng)H_γ疊加后的有效磁場(chǎng)分別為H_Σ和

通過(guò)控制模塊加在磁選態(tài)系統(tǒng)中的磁場(chǎng)H_I的正(反)方向，由于系統(tǒng)剩余磁場(chǎng)無(wú)論是大小還是方向都是固定的，當(dāng)磁場(chǎng)H_I的方向發(fā)生改變時(shí)，系統(tǒng)疊加的綜合磁場(chǎng)必然會(huì)發(fā)生變化，這樣就可以測(cè)量獲得剩余磁場(chǎng)的大小。將式(6)中的H₀的取值扣除H_γ的值再代入(6)式將提高精度，獲得了精確的H₀的取值后，就可以精確的測(cè)量相應(yīng)r_DH,r_DL，進(jìn)而使收集池和真空系統(tǒng)位于最佳的位置，保證分離出的原子精度更高。

本發(fā)明采用上述原子躍遷的中心頻率檢測(cè)裝置實(shí)現(xiàn)原子躍遷中心頻率檢測(cè)的方法的過(guò)程如下：

通過(guò)原子高低能態(tài)分離裝置分離出原子中的高能態(tài)原子和低能態(tài)原子，并采用諧振腔收集高能態(tài)原子或低能態(tài)原子作為被測(cè)的原子樣品；

將未經(jīng)調(diào)制的原子探測(cè)信號(hào)作用于原子樣品，產(chǎn)生第一鑒頻信號(hào)；

采集所述第一鑒頻信號(hào)的電壓以及與所述電壓一一對(duì)應(yīng)的探測(cè)信號(hào)頻率值，擬合出原子譜線圖；

對(duì)所述原子譜線圖進(jìn)行奇數(shù)次微商處理得到微商處理圖；在獲得微商處理圖后，將得到的微商處理圖保存起來(lái)，方便后面調(diào)用，其中，微商冪次越高，檢測(cè)精度越高。

將調(diào)制后的原子探測(cè)信號(hào)作用于原子樣品，產(chǎn)生第二鑒頻信號(hào)；

將所述第二鑒頻信號(hào)與同步參考信號(hào)進(jìn)行同步鑒相，具體為：對(duì)所述第二鑒頻信號(hào)進(jìn)行選頻放大，獲得與所述參考信號(hào)同頻的檢測(cè)信號(hào)，對(duì)所述檢測(cè)信號(hào)與所述參考信號(hào)進(jìn)行同步鑒相。

根據(jù)所述微商處理圖中兩最值點(diǎn)的電壓和斜率，對(duì)所述同步鑒相產(chǎn)生的電壓進(jìn)行補(bǔ)償，產(chǎn)生量子糾偏信號(hào)，使原子探測(cè)信號(hào)頻率鎖定于原子樣品的譜線中心頻率。

如圖10所示，對(duì)于原子譜線圖，f3、f4為斜率最大值點(diǎn)，如果原子吸收說(shuō)線對(duì)稱，那么f3、f4將均勻分布在fo兩側(cè)，經(jīng)過(guò)一階微商處理后得到微商線中的f3、f4變?yōu)閒o兩側(cè)最值點(diǎn)，如圖11所示。

一次微商線圖中，f的變化是通過(guò)量子糾偏信號(hào)作用于慢掃頻源獲得的，中央處理器通過(guò)量子糾偏信號(hào)間接記錄著f的變化，同時(shí)中央處理器亦通過(guò)相檢模塊獲得上圖中縱坐標(biāo)的信息，這樣上圖中f-V的變化被一一對(duì)應(yīng)記錄在中央處理器中。顯然通過(guò)比較，很容易得到一次微商線圖中的f3、f4極值點(diǎn)。此時(shí)如果上圖中原子譜線線型完全對(duì)稱，則在一次微商線圖中fo至f3、fo至f4的曲線斜率值k3、k4相等；反之k3、k4則存在著數(shù)值差異，中央處理器正是利用k3、k4數(shù)值差異來(lái)補(bǔ)償由于原子譜線不對(duì)稱而帶來(lái)的中心頻率鎖定誤差。

本發(fā)明通過(guò)對(duì)擬合出的原子譜線圖進(jìn)行奇數(shù)次微商處理得到微商處理圖，并根據(jù)同步鑒相產(chǎn)生的電壓以及微商處理圖中兩最值點(diǎn)的電壓和斜率，對(duì)同步鑒相產(chǎn)生的電壓進(jìn)行補(bǔ)償，產(chǎn)生量子糾偏信號(hào)；這樣做使得即使原子譜線產(chǎn)生了畸變，依然能準(zhǔn)確的檢測(cè)出原子譜線的中心頻率。

本說(shuō)明書中未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員公知的現(xiàn)有技術(shù)。