微結構堿金屬氣室堿金屬蒸汽原子密度的檢測裝置和方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及微結構堿金屬氣室的檢測技術。
【背景技術】
[0002] 隨著科學技術發展，目前出現了微結構堿金屬氣室的制作工藝，微結構堿金屬氣 室是芯片原子鐘、微結構原子磁力儀、微型原子陀螺等新原理量子傳感器件的核心部件，其 性能的狀態直接影響對應產品的性能指標，尤其將來在磁成像陣列系統中，微結構堿金屬 氣室中單個氣室將作為磁陣列成像敏感單元起到關鍵性作用。但由于堿金屬元素比較活 潑，常溫條件下極易與空氣中的氧氣和水等產生化學反應而失去作用，且易汽化，從而導致 微結構堿金屬氣室在制作過程中，各氣室堿金屬蒸汽原子密度有一定差異，且會出現一定 溫度下，堿金屬蒸汽原子密度未達到飽和蒸汽壓的情況，為了保證微結構氣室中各個氣室 單元在使用中的一致性，以便后續各個單元處理，防止成像單元出現盲點等問題，因此在微 結構堿金屬氣室制作后，需要對微結構堿金屬氣室進行檢測篩選。隨著微結構堿金屬氣室 的高集成化發展，現有單個氣室排查的檢測方式只能逐個對氣室進行檢查，導致光路調制 耗時且檢測成本高，不能保證各氣室單元檢測的一致性，導致測量結果不準確，因此不利于 微結構堿金屬氣室的檢測。
【發明內容】
[0003] 本發明是為了解決現有堿金屬氣室檢測裝置只能逐個對氣室進行檢查，導致光路 調制耗時且檢測成本高，而且由于不能保證各氣室單元檢測的一致性，導致測量結果不準 確，從而提供微結構堿金屬氣室堿金屬蒸汽原子密度的檢測裝置和采用該裝置檢測微結構 堿金屬氣室堿金屬蒸汽原子密度方法。
[0004] 微結構堿金屬氣室堿金屬蒸汽原子密度的檢測裝置，包括激光器、準直系統、衰減 器、擴束鏡、采集信號處理電路、標準氣室組件、凸透鏡和光電管陣列，
[0005] 準直系統將激光器出射的光束準直透射到衰減器，衰減器將光束透射到擴束鏡， 擴束鏡將光束準直透射到微結構堿金屬氣室或標準氣室組件，微結構堿金屬氣室或標準氣 室組件的氣室單元將光束透射到凸透鏡，凸透鏡將光束聚集到光電管陣列的光電管，每個 光電管的信號輸出端連接采集信號處理電路中相應光電管的信號輸入端，采集信號處理電 路的控制信號輸出端連接激光器的控制信號輸入端。
[0006] 激光器為包含堿金屬原子吸收譜線的可調制激光器。
[0007] 上述光電管陣列與凸透鏡的距離為1，I = f (I-Ii2A1),其中f為凸透鏡的焦距，h2為光電管陣列中光電管單元的邊長，Ii1為堿金屬氣室單元的邊長。
[0008] 上述光電管陣列為與微結構堿金屬氣室相匹配的光電管陣列。
[0009] 采用上述微結構堿金屬氣室堿金屬蒸汽原子密度的檢測裝置檢測微結構堿金屬 氣室堿金屬蒸汽原子密度的方法，該方法包括以下步驟：
[0010] 步驟一、在激光器的調制信號輸入端輸入掃描波形；
[0011] 步驟二、調節衰減器，使輸入到標準氣室組件(6)的每個氣室單元的光功率為 1 μ ff-50 μ ff ；
[0012] 步驟三、將標準氣室組件放置于擴束鏡和凸透鏡之間的平行光區域；
[0013] 步驟四、采集信號處理電路對標準氣室組件測試后，用微結構堿金屬氣室替換標 準氣室組件，得出各堿金屬氣室單元的堿金屬蒸汽原子密度。
[0014] 上述步驟一中輸入三角波疊加正弦波的掃描波形。
[0015] 上述步驟一中輸入三角波的頻率為Hz數量級，疊加的正弦波為KHz數量級。
[0016] 上述輸入到標準氣室組件（6)的每個氣室單元的光功率為4 μ W。
[0017] 本發明所述的微結構堿金屬氣室堿金屬蒸汽原子密度的檢測裝置，激光器為包含 堿金屬原子吸收譜線的可調制激光器，由于氣室單元光程較短，其吸收較弱，為提高信噪 比，要對激光器輸出到氣室的光功率進行調整，因此在激光器后端設置光衰減器，以控制光 功率，提高信噪比。準直系統與擴束鏡實現了將平行光束的光斑照射到微結構堿金屬氣室 或標準氣室組件。由于微結構堿金屬氣室與光電管陣列具有相似性，因此經各堿金屬氣室 出射的光束通過凸透鏡聚焦后分別透射到相應的光電管，采集信號處理電路將檢測信號與 標準氣室的檢測信號進行對比和分析，實現微結構各氣室單元的堿金屬蒸汽原子密度的檢 測，相對于現有逐個氣室的檢測方法，本發明不必每檢測一個氣室就重新調制光路，檢測過 程中調制光路省時且檢測成本低。逐個氣室的檢測方式，由于檢測每個氣室時的外界條件 不能保證相同，因而無法保證各氣室單元檢測的一致性，而本發明是對各氣室單元在相同 的環境下同時檢測，可以保證各氣室單元檢測的一致性，提高了測量結果的準確性。
[0018] 本發明所述的微結構堿金屬氣室堿金屬蒸汽原子密度的檢測方法，為了解決中心 波長難以嚴格穩定對準氣體吸收峰的問題，在激光器的調制信號輸入端輸入三角波形，從 而保證即使激光器的中心波長受溫度、電流波動影響產生漂移，也可以保證在波長變化范 圍內掃描到吸收峰，輸入的正弦波形調制激光器的輸出頻率和輸出光強，使激光器產生諧 波信號，通過諧波的檢測方式計算出堿金屬蒸汽原子密度。采集信號處理電路對標準氣室 和各氣室單元的堿金屬蒸汽原子密度信號采集與計算分析，得出陣列中各氣室單元的堿金 屬蒸汽原子密度。相對于現有逐個氣室的檢測方法，本發明不必每檢測一個氣室就重新調 制光路，檢測過程中調制光路省時、檢測成本低；逐個氣室的檢測方式，由于檢測每個氣室 時的外界條件不能保證相同，因而無法保證各氣室單元檢測的一致性，而本發明是對各氣 室單元在相同的環境下同時檢測，可以保證各氣室單元檢測的一致性，提高了測量結果的 準確性。
[0019] 本發明適用于芯片原子鐘、微結構原子磁力儀、微型原子陀螺等微結構設備的檢 測，特別適用于將圓片級微結構堿金屬氣室作為磁陣列成像敏感單元的成像系統的檢測。
【附圖說明】
[0020] 圖1是【具體實施方式】一所述的微結構堿金屬氣室堿金屬蒸汽原子密度的檢測裝 置的結構示意圖。
[0021] 圖2是【具體實施方式】八所述的20kHz正弦波形圖。
[0022] 圖3是【具體實施方式】八所述的IOOHz的三角波形圖。
[0023] 圖4是【具體實施方式】八所述的IOOHz的三角波疊加20kHz正弦波后的波形圖。
[0024] 圖5是【具體實施方式】八所述的多普勒展寬的銣原子吸收譜。
[0025] 圖6是【具體實施方式】三中的微結構堿金屬氣室的結構示意圖。
[0026] 圖7是【具體實施方式】三中的光電二極管陣列的結構示意圖。
【具體實施方式】
【具體實施方式】 [0027] 一：參照圖1具體說明本實施方式，本實施方式所述的微結構堿金 屬氣室堿金屬蒸汽原子密度的檢測裝置，包括激光器1、準直系統2、衰減器3、擴束鏡4、采 集信號處理電路5、標準氣室組件6、凸透鏡7和光電管陣列8，
[0028] 準直系統2將激光器1出射的光束準直透射到衰減器3,衰減器3將光束透射到擴 束鏡4,擴束鏡4將光束準直透射到微結構堿金屬氣室或標準氣室組件6,微結構堿金屬氣 室或標準氣室組件6的氣室單元將光束透射到凸透鏡7,凸透鏡7將光束聚集到光電管陣 列8的光電管，每個光電管的信號輸出端連接采集信號處理電路5中相應光電管的信號輸 入端，采集信號處理電路5的控制信號輸出端連接激光器1的控制信號輸入端。
[0029] 米集信號處理電路5的每個信號輸入端與每個光電管的信號輸出端 對應。
【具體實施方式】 [0030] 二：本實施方式是對一所述的微結構堿金屬氣室堿金 屬蒸汽原子密度的檢測裝置作進一步說明，本實施方式中，光電管陣列8與凸透鏡7的距離 為1，I = f (I-IVh1),其中f為凸透鏡7的焦距，h2為光電管陣列8中光電管單元的邊長， Ii1為堿金屬氣室單元的邊長。
【具體實施方式】 [0031] 三：參照圖6和圖7具體說明本實施方式，本實施方式是對具體實施 方式一所述的微結構堿金屬氣室堿金屬蒸汽原子密度的檢測裝置作進一步說明，本實施方 式中，光電管陣列8為與微結構堿金屬氣室相匹