基于光學(xué)相干背散射效應(yīng)的原子氣體濃度檢測(cè)裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于光學(xué)相干背散射效應(yīng)的原子氣體濃度檢測(cè)裝置及方法，該原子氣體濃度檢測(cè)裝置包括準(zhǔn)直激光器(1)、格蘭泰勒棱鏡(2)、反射鏡(3)、消偏振分光棱鏡(4)、樣品臺(tái)(5)、傅里葉透鏡(6)、檢偏器(7)、探測(cè)器(8)和計(jì)算機(jī)(9)；準(zhǔn)直激光器(1)、格蘭泰勒棱鏡(2)和反射鏡(3)沿橫向方向依次設(shè)置于同一條直線上；反射鏡(3)和消偏振分光棱鏡(4)沿縱向方向設(shè)置于同一條直線上；樣品臺(tái)(5)設(shè)置于消偏振分光棱鏡(4)的一側(cè)，在消偏振分光棱鏡(4)的另一側(cè)依次設(shè)置傅里葉透鏡(6)、檢偏器(7)和探測(cè)器(8)；探測(cè)器(8)通過數(shù)據(jù)線與計(jì)算機(jī)(9)電連接；探測(cè)器(8)設(shè)置于傅里葉透鏡(6)的焦面上。所述原子氣體濃度檢測(cè)裝置及方法能夠?qū)崿F(xiàn)原子氣體封閉汽室內(nèi)的原子濃度的無損檢測(cè)。
【專利說明】基于光學(xué)相干背散射效應(yīng)的原子氣體濃度檢測(cè)裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及原子氣體檢測(cè)【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種基于光學(xué)相干背散射效應(yīng)的原子氣體濃度檢測(cè)裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]原子氣體是當(dāng)今科學(xué)研究和工業(yè)生產(chǎn)中最為基礎(chǔ)且最為重要的一類基本物質(zhì)，在凝聚態(tài)物理、光電子技術(shù)、時(shí)頻計(jì)量等多個(gè)領(lǐng)域都具有不可替代的巨大作用。原子氣體最重要的應(yīng)用之一就是用作原子頻標(biāo)中物理部分的工作物質(zhì)。
[0003]原子頻標(biāo)是基于原子能級(jí)躍遷的一種時(shí)頻計(jì)量技術(shù)，是目前最為精確的時(shí)頻計(jì)量基準(zhǔn)?，F(xiàn)今，在原子頻標(biāo)物理部分工作物質(zhì)中應(yīng)用最廣泛的就是基于氫、銣、銫等原子氣體。在實(shí)際生產(chǎn)過程中，原子氣體被密封于一個(gè)透明氣泡中。作為原子頻標(biāo)中產(chǎn)生固定頻率的核心部分，原子氣體具有十分關(guān)鍵的地位。氣泡中原子氣體濃度的變化將對(duì)原子頻標(biāo)的穩(wěn)定度、準(zhǔn)確度等關(guān)鍵參數(shù)產(chǎn)生顯著影響，濃度過高可能導(dǎo)致頻譜展寬，而濃度過低則可能導(dǎo)致信號(hào)強(qiáng)度過弱，所以對(duì)封裝好的原子氣體濃度特性進(jìn)行有效的無損檢測(cè)并掌握其濃度特性對(duì)于原子頻標(biāo)的高性能工作有巨大幫助。但是由于氣泡的密閉性，現(xiàn)有技術(shù)中還沒有很好的技術(shù)手段對(duì)原子氣體的濃度進(jìn)行非破壞性檢測(cè)。
[0004]光學(xué)相干背散射效應(yīng)是一種基于散射介質(zhì)中背向散射光相干行為的光學(xué)效應(yīng)。當(dāng)一束平行光入射到一個(gè)散射系統(tǒng)中時(shí)，光波在多重散射的作用下可以形成散射回路，經(jīng)過多次統(tǒng)計(jì)平均測(cè)量可以在光束傳輸方向的背向觀測(cè)到一個(gè)光強(qiáng)極大值。由于這個(gè)光強(qiáng)極大值的產(chǎn)生源于多重散射波的相干效應(yīng)，因此該現(xiàn)象被稱為相干背散射，而背向的光強(qiáng)極大值為相干背散射核。通過對(duì)背散射核的擬合分析可以得到散射體系中散射體的粒子數(shù)密度、有效折射率、表面反射率等多個(gè)重要特征參數(shù)?？紤]到原子氣體彌散在氣泡當(dāng)中，是一個(gè)典型的散射體系，因此其同樣具有相干背散射效應(yīng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的之一是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，提供一種基于光學(xué)相干背散射效應(yīng)的原子氣體濃度檢測(cè)裝置。
[0006]本發(fā)明的目的之二是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，提供一種基于光學(xué)相干背散射效應(yīng)的原子氣體濃度檢測(cè)方法。
[0007]本發(fā)明提供的基于光學(xué)相干背散射效應(yīng)的原子氣體濃度檢測(cè)裝置包括:
[0008]準(zhǔn)直激光器，用于向格蘭泰勒棱鏡輸出準(zhǔn)直激光束；
[0009]格蘭泰勒棱鏡，用于將來自準(zhǔn)直激光器的準(zhǔn)直激光束轉(zhuǎn)換為線偏振準(zhǔn)直激光束；
[0010]反射鏡，用于改變來自格蘭泰勒棱鏡的線偏振準(zhǔn)直激光束的傳輸方向并使其向消偏振分光棱鏡傳輸；
[0011 ] 消偏振分光棱鏡，用于改變來自反射鏡的線偏振準(zhǔn)直激光束的傳輸方向并使其向置于樣品臺(tái)上的原子氣泡傳輸，還用于透射來自原子氣泡的背向散射光；[0012]樣品臺(tái)，用于放置原子氣泡；
[0013]傅里葉透鏡，用于將背向散射光會(huì)聚于其焦平面上即探測(cè)器所在位置處；
[0014]檢偏器，用于檢驗(yàn)來自傅里葉透鏡的背向散射光是否為偏振光，以提高信噪比；
[0015]探測(cè)器，用于通過二維掃描的方式獲得來自檢偏器的背向散射光強(qiáng)度分布的數(shù)據(jù)并將該數(shù)據(jù)發(fā)送至計(jì)算機(jī)；以及
[0016]計(jì)算機(jī)，用于對(duì)來自探測(cè)器的背向散射光強(qiáng)度分布的數(shù)據(jù)進(jìn)行保存、曲線擬合和計(jì)算得到原子氣泡內(nèi)的原子氣體的濃度；
[0017]所述準(zhǔn)直激光器、所述格蘭泰勒棱鏡和所述反射鏡沿橫向方向依次設(shè)置于同一條直線上；所述反射鏡和所述消偏振分光棱鏡沿縱向方向設(shè)置于同一條直線上；所述樣品臺(tái)設(shè)置于所述消偏振分光棱鏡的一側(cè)，在所述消偏振分光棱鏡的另一側(cè)沿遠(yuǎn)離所述樣品臺(tái)的方向依次設(shè)置所述傅里葉透鏡、所述檢偏器和所述探測(cè)器，且所述樣品臺(tái)、所述消偏振分光棱鏡、所述傅里葉透鏡、所述檢偏器和所述探測(cè)器沿橫向方向位于同一條直線上；所述探測(cè)器通過數(shù)據(jù)線與所述計(jì)算機(jī)電連接；
[0018]所述探測(cè)器設(shè)置于所述傅里葉透鏡的焦面上；
[0019]所述檢偏器的偏振方向與所述格蘭泰勒棱鏡的偏振方向一致。
[0020]優(yōu)選地，所述準(zhǔn)直激光器的工作波長(zhǎng)為600_800nm。
[0021]優(yōu)選地,所述準(zhǔn)直激光器輸出的準(zhǔn)直激光束的發(fā)散角小于10_4rad。
[0022]優(yōu)選地，所述準(zhǔn)直激光器的輸出方式為連續(xù)輸出或脈沖輸出。
[0023]優(yōu)選地，所述樣品臺(tái)與射向原子氣泡的線偏振準(zhǔn)直激光束之間的夾角為15°至45°。
[0024]優(yōu)選地，所述傅里葉透鏡的焦距為200_400mm。
[0025]本發(fā)明提供的基于光學(xué)相干背散射效應(yīng)的原子氣體濃度檢測(cè)方法采用所述的原子氣體濃度檢測(cè)裝置，該原子氣體濃度檢測(cè)方法包括如下步驟:
[0026]通過準(zhǔn)直激光器向格蘭泰勒棱鏡輸出準(zhǔn)直激光束；
[0027]通過格蘭泰勒棱鏡將來自準(zhǔn)直激光器的準(zhǔn)直激光束轉(zhuǎn)換為線偏振準(zhǔn)直激光束；
[0028]利用反射鏡的反射作用改變來自格蘭泰勒棱鏡的線偏振準(zhǔn)直激光束的傳輸方向并使其向消偏振分光棱鏡傳輸；
[0029]利用消偏振分光棱鏡的反射作用改變來自反射鏡的線偏振準(zhǔn)直激光束的傳輸方向并使其向置于樣品臺(tái)上的原子氣泡傳輸；
[0030]入射到原子氣泡內(nèi)的線偏振準(zhǔn)直激光束與原子氣泡內(nèi)的原子氣體作用形成背向散射光；
[0031]來自原子氣泡的背向散射光經(jīng)消偏振分光棱鏡透射后向傅里葉透鏡傳輸，通過傅里葉透鏡將背向散射光會(huì)聚于探測(cè)器所在位置處；
[0032]利用檢偏器檢驗(yàn)來自傅里葉透鏡的背向散射光是否為偏振光，以提高信噪比；
[0033]利用探測(cè)器通過二維掃描的方式獲得來自檢偏器的背向散射光強(qiáng)度分布的數(shù)據(jù)并將該數(shù)據(jù)發(fā)送至計(jì)算機(jī)；
[0034]利用計(jì)算機(jī)對(duì)來自探測(cè)器的背向散射光強(qiáng)度分布的數(shù)據(jù)進(jìn)行保存、曲線擬合和計(jì)算得到原子氣泡內(nèi)的原子氣體的濃度。
[0035]優(yōu)選地，所述計(jì)算機(jī)對(duì)來自所述探測(cè)器的背向散射光強(qiáng)度分布的數(shù)據(jù)進(jìn)行尋峰，并將通過峰值點(diǎn)的一列數(shù)據(jù)進(jìn)行洛倫茲曲線擬合；
[0036]原子氣體濃度的表達(dá)式為:[0037]P =1/(1 O )，[0038]其中，I為傳輸平均自由程；σ為散射截面；[0039]散射截面σ的表達(dá)式為:[0040]σ =(η2-1)2,[0041]其中，η為原子氣體的有效折射率；[0042]洛倫茲曲線的半高寬的表達(dá)式為:[0043]W=0.7/(kl)，[0044]其中，W為洛倫茲曲線的半高寬；k為等效光波矢。[0045]本發(fā)明具有如下有益效果:[0046]本發(fā)明的原子氣體濃度濃度檢測(cè)裝置及方法利用光學(xué)相干背散射效應(yīng)，通過光學(xué)
相干背散射信號(hào)的測(cè)量分析得到原子氣體的濃度特性，從而能夠?qū)崿F(xiàn)原子氣體封閉汽室內(nèi)的原子濃度的無損檢測(cè)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0047]圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的基于光學(xué)相干背散射效應(yīng)的原子氣體濃度檢測(cè)裝置的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0048]下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的
【發(fā)明內(nèi)容】
作進(jìn)一步的描述。
[0049]如圖1所示，本實(shí)施例提供的基于光學(xué)相干背散射效應(yīng)的原子氣體濃度檢測(cè)裝置包括準(zhǔn)直激光器1、格蘭泰勒棱鏡2、反射鏡3、消偏振分光棱鏡4、樣品臺(tái)5、傅里葉透鏡6、檢偏器7、探測(cè)器8和計(jì)算機(jī)9。
[0050]準(zhǔn)直激光器1、格蘭泰勒棱鏡2和反射鏡3沿橫向方向依次設(shè)置于同一條直線上。反射鏡3和消偏振分光棱鏡4沿縱向方向設(shè)置于同一條直線上。樣品臺(tái)5設(shè)置于消偏振分光棱鏡4的一側(cè)，在消偏振分光棱鏡4的另一側(cè)沿遠(yuǎn)離樣品臺(tái)5的方向依次設(shè)置傅里葉透鏡6、檢偏器7和探測(cè)器8，且樣品臺(tái)5、消偏振分光棱鏡4、傅里葉透鏡6、檢偏器7和探測(cè)器8沿橫向方向位于同一條直線上。探測(cè)器8設(shè)置于傅里葉透鏡6的焦面上。探測(cè)器8通過數(shù)據(jù)線與計(jì)算機(jī)9電連接。
[0051]準(zhǔn)直激光器I用于向格蘭泰勒棱鏡2輸出準(zhǔn)直激光束。在本實(shí)施例中，準(zhǔn)直激光器I的工作波長(zhǎng)為600-800nm ;準(zhǔn)直激光器I的輸出方式為連續(xù)輸出或脈沖輸出；準(zhǔn)直激光器I輸出的準(zhǔn)直激光束的發(fā)散角小于10_4rad。格蘭泰勒棱鏡2用于將來自準(zhǔn)直激光器I的準(zhǔn)直激光束轉(zhuǎn)換為線偏振準(zhǔn)直激光束。反射鏡3用于改變來自格蘭泰勒棱鏡2的線偏振準(zhǔn)直激光束的傳輸方向并使其向消偏振分光棱鏡4傳輸。消偏振分光棱鏡4用于改變來自反射鏡3的線偏振準(zhǔn)直激光束的傳輸方向并使其向置于樣品臺(tái)5上的原子氣泡(圖中未示出)傳輸。樣品臺(tái)5用于放置原子氣泡(圖中未示出)。在本實(shí)施例中，樣品臺(tái)5與射向原子氣泡的線偏振準(zhǔn)直激光束之間的夾角α為15°至45°，如圖1所示。消偏振分光棱鏡4還用于透射來自原子氣泡的背向散射光。傅里葉透鏡6用于將背向散射光會(huì)聚于其焦平面上即探測(cè)器8所在位置處。在本實(shí)施例中，傅里葉透鏡6的焦距為200-400mm。檢偏器7用于檢驗(yàn)來自傅里葉透鏡6的背向散射光是否為偏振光，以提高信噪比，且檢偏器7的偏振方向與格蘭泰勒棱鏡2的偏振方向一致。探測(cè)器8用于通過二維掃描的方式獲得來自檢偏器7的背向散射光強(qiáng)度分布的數(shù)據(jù)并將該數(shù)據(jù)發(fā)送至計(jì)算機(jī)9。計(jì)算機(jī)9用于對(duì)來自探測(cè)器8的背向散射光強(qiáng)度分布的數(shù)據(jù)進(jìn)行保存、曲線擬合和計(jì)算得到原子氣泡內(nèi)的原子氣體的濃度。
[0052]本實(shí)施例提供的基于光學(xué)相干背散射效應(yīng)的原子氣體濃度檢測(cè)方法采用上述原子氣體濃度檢測(cè)裝置，該原子氣體濃度檢測(cè)方法包括如下步驟:
[0053]S1:通過準(zhǔn)直激光器I向格蘭泰勒棱鏡2輸出準(zhǔn)直激光束；在本實(shí)施例中，準(zhǔn)直激光器I的工作波長(zhǎng)為600-800nm，準(zhǔn)直激光器I的輸出方式為連續(xù)輸出或脈沖輸出，準(zhǔn)直激光器I輸出的準(zhǔn)直激光束的發(fā)散角小于10_4rad ；
[0054]S2:通過格蘭泰勒棱鏡2將來自準(zhǔn)直激光器I的準(zhǔn)直激光束轉(zhuǎn)換為線偏振準(zhǔn)直激光束；
[0055]S3:利用反射鏡3的反射作用改變來自格蘭泰勒棱鏡2的線偏振準(zhǔn)直激光束的傳輸方向并使其向消偏振分光棱鏡4傳輸；
[0056]S4:利用消偏振分光棱鏡4的反射作用改變來自反射鏡3的線偏振準(zhǔn)直激光束的傳輸方向并使其向置于樣品臺(tái)5上的原子氣泡(圖中未示出)傳輸；在本實(shí)施例中，樣品臺(tái)5與射向原子氣泡的線偏振準(zhǔn)直激光束之間的夾角為15°至45° ;
[0057]S5:入射到原子氣泡內(nèi)的線偏振準(zhǔn)直激光束與原子氣泡內(nèi)的原子氣體作用形成背向散射光；
[0058]S6:來自原子氣泡的背向散射光經(jīng)消偏振分光棱鏡4透射后向傅里葉透鏡6傳輸,通過傅里葉透鏡6將背向散射光會(huì)聚于其焦面上，即通過傅里葉透鏡6將背向散射光會(huì)聚于探測(cè)器8所在位置處；在本實(shí)施例中，傅里葉透鏡6的焦距為200-400mm ；
[0059]S7:利用檢偏器7檢驗(yàn)來自傅里葉透鏡6的背向散射光是否為偏振光，以提高信噪比；在本實(shí)施例中，檢偏器7的偏振方向與格蘭泰勒棱鏡2的起偏方向一致；[0060]S8:利用探測(cè)器8通過二維掃描的方式獲得來自檢偏器7的背向散射光強(qiáng)度分布的數(shù)據(jù)并將該數(shù)據(jù)發(fā)送至計(jì)算機(jī)9 ；[0061]S9:利用計(jì)算機(jī)9對(duì)來自探測(cè)器8的背向散射光強(qiáng)度分布的數(shù)據(jù)進(jìn)行保存、曲線擬合和計(jì)算得到原子氣泡內(nèi)的原子氣體的濃度。[0062]在上述步驟S9中，計(jì)算機(jī)9對(duì)來自探測(cè)器8的背向散射光強(qiáng)度分布的數(shù)據(jù)進(jìn)行尋峰，并將通過峰值點(diǎn)的一列數(shù)據(jù)進(jìn)行洛倫茲曲線擬合。[0063]原子氣體濃度的表達(dá)式為:[0064]P =1/(1 O),公式(I)[0065]公式(I)中，I為傳輸平均自由程；σ為散射截面。[0066]散射截面σ的表達(dá)式為:[0067]σ =(η2-1)2,公式⑵[0068]公式(2)中，η為原子氣體的有效折射率。[0069]洛倫茲曲線的半高寬的表達(dá)式為:[0070]W=0.7/(kl)，公式(3)[0071]公式⑶中，W為洛倫茲曲線的半高寬冰為等效光波矢。
[0072]應(yīng)當(dāng)理解，以上借助優(yōu)選實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行的詳細(xì)說明是示意性的而非限制性的。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在閱讀本發(fā)明說明書的基礎(chǔ)上可以對(duì)各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的精神和范圍。
【權(quán)利要求】
1.基于光學(xué)相干背散射效應(yīng)的原子氣體濃度檢測(cè)裝置，其特征在于，該原子氣體濃度檢測(cè)裝置包括:準(zhǔn)直激光器(I)，用于向格蘭泰勒棱鏡(2)輸出準(zhǔn)直激光束；格蘭泰勒棱鏡(2)，用于將來自準(zhǔn)直激光器(I)的準(zhǔn)直激光束轉(zhuǎn)換為線偏振準(zhǔn)直激光束；反射鏡(3)，用于改變來自格蘭泰勒棱鏡(2)的線偏振準(zhǔn)直激光束的傳輸方向并使其向消偏振分光棱鏡(4)傳輸；消偏振分光棱鏡(4)，用于改變來自反射鏡(3)的線偏振準(zhǔn)直激光束的傳輸方向并使其向置于樣品臺(tái)(5)上的原子氣泡傳輸，還用于透射來自原子氣泡的背向散射光；樣品臺(tái)(5)，用于放置原子氣泡；傅里葉透鏡(6)，用于將背向散射光會(huì)聚于其焦平面上即探測(cè)器(8)所在位置處；檢偏器(7)，用于檢驗(yàn)來自傅里葉透鏡(6)的背向散射光是否為偏振光，以提高信噪比；探測(cè)器(8)，用于通過二維掃描的方式獲得來自檢偏器(7)的背向散射光強(qiáng)度分布的數(shù)據(jù)并將該數(shù)據(jù)發(fā)送至計(jì)算機(jī)(9);以及計(jì)算機(jī)(9)，用于對(duì)來自探測(cè)器(8)的背向散射光強(qiáng)度分布的數(shù)據(jù)進(jìn)行保存、曲線擬合和計(jì)算得到原子氣泡內(nèi)的原子氣體的濃度；·所述準(zhǔn)直激光器(I)、所述格蘭泰勒棱鏡(2)和所述反射鏡(3)沿橫向方向依次設(shè)置于同一條直線上；所述反射鏡(3)和所述消偏振分光棱鏡(4)沿縱向方向設(shè)置于同一條直線上；所述樣品臺(tái)(5)設(shè)置于所述消偏振分光棱鏡(4)的一側(cè)，在所述消偏振分光棱鏡(4)的另一側(cè)沿遠(yuǎn)離所述樣品臺(tái)(5)的方向依次設(shè)置所述傅里葉透鏡(6)、所述檢偏器(7)和所述探測(cè)器(8)，且所述樣品臺(tái)(5)、所述消偏振分光棱鏡(4)、所述傅里葉透鏡(6)、所述檢偏器(7)和所述探測(cè)器(8)沿橫向方向位于同一條直線上；所述探測(cè)器(8)通過數(shù)據(jù)線與所述計(jì)算機(jī)(9)電連接；所述探測(cè)器(8)設(shè)置于所述傅里葉透鏡(6)的焦面上；所述檢偏器(7)的偏振方向與所述格蘭泰勒棱鏡(2)的偏振方向一致。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光學(xué)相干背散射效應(yīng)的原子氣體濃度檢測(cè)裝置，其特征在于，所述準(zhǔn)直激光器(I)的工作波長(zhǎng)為600-800nm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光學(xué)相干背散射效應(yīng)的原子氣體濃度檢測(cè)裝置，其特征在于，所述準(zhǔn)直激光器(I)輸出的準(zhǔn)直激光束的發(fā)散角小于10-4rad。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光學(xué)相干背散射效應(yīng)的原子氣體濃度檢測(cè)裝置，其特征在于，所述準(zhǔn)直激光器(I)的輸出方式為連續(xù)輸出或脈沖輸出。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光學(xué)相干背散射效應(yīng)的原子氣體濃度檢測(cè)裝置，其特征在于，所述樣品臺(tái)(5)與射向原子氣泡的線偏振準(zhǔn)直激光束之間的夾角為15°至45°。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光學(xué)相干背散射效應(yīng)的原子氣體濃度檢測(cè)裝置，其特征在于，所述傅里葉透鏡(6)的焦距為200-400mm。
7.基于光學(xué)相干背散射效應(yīng)的原子氣體濃度檢測(cè)方法，該原子氣體濃度檢測(cè)方法采用權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述的原子氣體濃度檢測(cè)裝置，其特征在于，該原子氣體濃度檢測(cè)方法包括如下步驟:通過準(zhǔn)直激光器(I)向格蘭泰勒棱鏡(2)輸出準(zhǔn)直激光束；通過格蘭泰勒棱鏡(2)將來自準(zhǔn)直激光器(I)的準(zhǔn)直激光束轉(zhuǎn)換為線偏振準(zhǔn)直激光束；利用反射鏡(3)的反射作用改變來自格蘭泰勒棱鏡(2)的線偏振準(zhǔn)直激光束的傳輸方向并使其向消偏振分光棱鏡(4)傳輸；利用消偏振分光棱鏡(4)的反射作用改變來自反射鏡(3)的線偏振準(zhǔn)直激光束的傳輸方向并使其向置于樣品臺(tái)(5)上的原子氣泡傳輸；入射到原子氣泡內(nèi)的線偏振準(zhǔn)直激光束與原子氣泡內(nèi)的原子氣體作用形成背向散射光;來自原子氣泡的背向散射光經(jīng)消偏振分光棱鏡(4)透射后向傅里葉透鏡(6)傳輸，通過傅里葉透鏡(6)將背向散射光會(huì)聚于探測(cè)器(8)所在位置處；利用檢偏器(7)檢驗(yàn)來自傅里葉透鏡(6)的背向散射光是否為偏振光，以提高信噪比； 利用探測(cè)器(8)通過二維掃描的方式獲得來自檢偏器(7)的背向散射光強(qiáng)度分布的數(shù)據(jù)并將該數(shù)據(jù)發(fā)送至計(jì)算機(jī)(9)；利用計(jì)算機(jī)(9)對(duì)來自探測(cè)器(8)的背向散射光強(qiáng)度分布的數(shù)據(jù)進(jìn)行保存、曲線擬合和計(jì)算得到原子氣泡內(nèi)的原子氣體的濃度。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于光學(xué)相干背散射效應(yīng)的原子氣體濃度檢測(cè)方法，其特征在于，所述計(jì)算機(jī)(9)對(duì)來自所述探測(cè)器(8)的背向散射光強(qiáng)度分布的數(shù)據(jù)進(jìn)行尋峰，并將通過峰值點(diǎn)的一列數(shù)據(jù)進(jìn)行洛倫茲曲線擬合；原子氣體濃度的表達(dá)式為:P =1/(1 σ )，其中，I為傳輸平均自由程；σ為散射截面；散射截面σ的表達(dá)式為:σ =(η2-1)2,其中，η為原子氣體的有效折射率；洛倫茲曲線的半高寬的表達(dá)式為:W=0.7/(kl)，其中，W為洛倫茲曲線的半高寬；k為等效光波矢。
【文檔編號(hào)】G01N21/45GK103528994SQ201310476184
【公開日】2014年1月22日 申請(qǐng)日期:2013年10月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月12日
【發(fā)明者】石凡, 崔永順, 張振偉, 趙環(huán), 王暖讓, 楊仁福, 年豐, 楊春濤, 葛軍, 楊于杰, 馮克明 申請(qǐng)人:北京無線電計(jì)量測(cè)試研究所