【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于里德堡原子数目测量领域，尤其涉及一种基于光脉冲减速效应的里德堡原子数目测量装置及其方法。
技术介绍
1、里德堡测量电场装置的性能主要受光路优化、原子气室材质结构、环境温度以及气室内原子配比、密度等参数制约，从本质上来看，即原子气室内激发的里德堡原子数目。激光光谱的波峰高度相对差，展宽等影响测量精度的因素与里德堡原子数目有关。
2、现有的里德堡原子数量测量方法是根据理想气体状态方程，综合里德堡阻塞效应、气体原子分布等因素，建立了双光子共振激发的里德堡原子数目理论计算模型得到估计数目。当碱金属原子蒸气浓度过低时，激发的里德堡原子数目会更少，光谱的信噪比低，不利于测量。当碱金属原子蒸气浓度过高时，里德堡原子数量虽然会增多，但又需要考虑原子碰撞导致的展宽问题。所以现有的测量方案都需要对原子气室内的充入的碱金属原子蒸气浓度进行控制从而保证有合适的里德堡原子参与测量，得到最优化eit光谱。
3、里德堡原子数量理论模型计算方法是根据里德堡原子激发存在阻塞效应，即在里德堡阻塞半径r的球域内仅可激发一个里德堡原子，通过空间堆积排布来估计原子气室内激发的里德堡原子数目。其技术的缺点在于里德堡阻塞半径r也会受激光参数波动的影响，且由于原子的热运动，空间堆积方式也会有所不同，这会对里德堡原子数目的估计产生误差波动。
技术实现思路
1、针对现有技术中的上述不足，本专利技术提供的一种基于光脉冲减速效应的里德堡原子数目测量装置及其方法解决了里德堡原子在空间的排列堆积方式会影
2、为了达到上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案为：一种基于光脉冲减速效应的里德堡原子数目测量装置，包括第一激光器、与第一激光器连接的第一grin透镜、与第一grin透镜连接的第一原子气室、与第一原子气室连接的偏振分束器、与偏振分束器连接的第二原子气室、与第二原子气室连接的第二grin透镜以及分别与第二grin透镜连接的第二激光器和光电探测器；所述偏振分束器上安装有第三grin透镜；所述光电探测器与第三grin透镜连接。
3、本专利技术的有益效果为：本装置为一种基于光脉冲减速效应测量里德堡原子数目的气室结构，可以通过光脉冲的延迟来进行计算里德堡原子数目，不需要考虑里德堡阻塞效应以及原子在空间的排列堆积方式以达到测量里德堡原子数目的需求，从而保证有合适的里德堡原子参与测量，得到最优化eit光谱。
4、进一步地，所述第一激光器，用于发出弱探测光；
5、所述第一grin透镜，用于将弱探测光精准投射入至第一原子气室；
6、所述第一原子气室，用于放置原子，利用弱探测光，使原子从基态跃迁至第一激发态，得到第一激发态下的原子，并根据第一激发态下的原子，利用强耦合光，使原子共振于第一激发态与里德堡态之间；
7、所述偏振分束器，用于对弱探测光进行分光传输，得到第一弱探测光和第二弱探测光；
8、所述第三grin透镜，用于发射第二弱探测光，得到第二出射光；
9、所述第二原子气室，用于放置原子，利用第一弱探测光，使原子从基态跃迁至第一激发态，得到第一激发态下的原子，并根据第一激发态下的原子，利用强耦合光，使原子共振于第一激发态与里德堡态之间，以及将第一弱探测光传输至第二grin透镜；
10、所述第二grin透镜，用于发射第一弱探测光，得到第一出射光；
11、所述第二激光器，用于发出强耦合光；
12、所述光电探测器，用于接收第一出射光和第二出射光，并转换为电信号，得到第一电信号和第二电信号，根据第一电信号和第二电信号，得到第二原子气室的里德堡原子数目。
13、上述进一步方案的有益效果为：本装置为一种基于光脉冲减速效应测量里德堡原子数目的气室结构，可以通过光脉冲的延迟来进行计算里德堡原子数目，不需要考虑里德堡阻塞效应以及原子在空间的排列堆积方式以达到测量里德堡原子数目的需求，从而保证有合适的里德堡原子参与测量，得到最优化eit光谱。
14、本专利技术提供了一种里德堡原子数目测量方法，包括以下步骤：
15、s1、利用光电探测器接收第二grin透镜和第三grin透镜出射的第一出射光和第二出射光，并分别转换为电信号，得到第一电信号和第二电信号；
16、s2、根据第一电信号和第二电信号，分别利用示波器，转换为第一波形图和第二波形图；
17、s3、根据第一波形图和第二波形图，得到电磁诱导透明eit光谱峰的时间延迟；
18、s4、根据电磁诱导透明eit光谱峰的时间延迟，得到第二原子气室的里德堡原子密度；
19、s5、根据第二原子气室的里德堡原子密度，计算第二原子气室的里德堡原子数目。
20、本专利技术的有益效果为：本方法利用基于光脉冲减速效应的里德堡原子数目测量装置，可以通过光脉冲的延迟来进行计算里德堡原子数目，不需要考虑里德堡阻塞效应以及原子在空间的排列堆积方式以达到测量里德堡原子数目的需求，从而保证有合适的里德堡原子参与测量，得到最优化eit光谱。采用了光谱测量脉冲差速度，不需要考虑原子热运动进行额外的空间模型建立，具备更高的实用性和现场适用性。
21、进一步地，所述步骤s4具体为：
22、s401、根据电磁诱导透明eit光谱峰的时间延迟，得到第一出射光的群速度：
23、
24、其中，νg为第一出射光的群速度；l为第二原子气室的长度；c为光在真空中的传播速度；τ为电磁诱导透明eit光谱峰的时间延迟；
25、s402、获取强耦合光的拉比频率：
26、
27、其中，ωc为强耦合光的拉比频率；μ12为原子从基态到第一激发态的跃迁矩阵元；为约化普朗克常数；p为强耦合光的光功率；a为强耦合光的光斑大小；ε0为真空中的介电常数；
28、s403、根据第一出射光的群速度的值和强耦合光的拉比频率，得到第二原子气室的里德堡原子密度：
29、
30、其中，n为第二原子气室的里德堡原子密度；g为第一出射光的光场与原子的耦合常数。
31、上述进一步方案的有益效果为：由于原子的热运动，空间堆积方式也会有所不同，这会对里德堡原子数目的估计产生误差波动，通过电磁诱导透明eit光谱峰的时间延迟则不需要考虑原子热运动。
32、进一步地，所述第二原子气室的里德堡原子数目的表达式为：
33、n＝πr2ln
34、其中，n为第二原子气室的里德堡原子数目；π为圆周率；r为弱探测光与强耦合光的重叠区域半径。
35、上述进一步方案的有益效果为：对原子气室内的充入的碱金属原子蒸气浓度提供参考进行控制从而保证有合适的里德堡原子参与测量，得到最优化eit光谱。
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1.一种基于光脉冲减速效应的里德堡原子数目测量装置，其特征在于，包括第一激光器(1)、与第一激光器(1)连接的第一GRIN透镜(2)、与第一GRIN透镜(2)连接的第一原子气室(3)、与第一原子气室(3)连接的偏振分束器(4)、与偏振分束器(4)连接的第二原子气室(5)、与第二原子气室(5)连接的第二GRIN透镜(6)以及分别与第二GRIN透镜(6)连接的第二激光器(7)和光电探测器(8)；所述偏振分束器(4)上安装有第三GRIN透镜(9)；所述光电探测器(8)与第三GRIN透镜(9)连接。
2.根据权利要求1所述基于光脉冲减速效应的里德堡原子数目测量装置，其特征在于，所述第一激光器(1)，用于发出弱探测光；
3.一种执行权利要求1-2任一所述基于光脉冲减速效应的里德堡原子数目测量装置的里德堡原子数目测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述里德堡原子数目测量方法，其特征在于，所述步骤S4具体为：
5.根据权利要求4所述基里德堡原子数目测量方法，其特征在于，所述第二原子气室(5)的里德堡原子数目的表达式为：
【技术特征摘要】
1.一种基于光脉冲减速效应的里德堡原子数目测量装置，其特征在于，包括第一激光器(1)、与第一激光器(1)连接的第一grin透镜(2)、与第一grin透镜(2)连接的第一原子气室(3)、与第一原子气室(3)连接的偏振分束器(4)、与偏振分束器(4)连接的第二原子气室(5)、与第二原子气室(5)连接的第二grin透镜(6)以及分别与第二grin透镜(6)连接的第二激光器(7)和光电探测器(8)；所述偏振分束器(4)上安装有第三grin透镜(9)；所述光电探测器(8)与第三grin透镜(9)连接...
【专利技术属性】
技术研发人员：丁超，谈竹奎，张英，肖冬萍，王保帅，蒲曾鑫，黄宇，樊磊，黎安俊，李波，王凌旭，肖艳红，田承越，张俊玮，钱斌，胡珊珊，张淮清，宋宏天，林文宇，
申请(专利权)人：贵州电网有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
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