题目：碱金属气室原子密度与气体压强测量方法研究

基于SERF原子自旋效应的原子磁强计能够实现超高灵敏度的磁场测量，获得目前世界上最高的磁场测量灵敏度。作为SERF原子磁强计的敏感表头，碱金属气室内部充有碱金属原子与缓冲气体的混合蒸气，气室的性能从本质上决定了磁场测量所能达到的灵敏度极限。充入缓冲气体能够减缓气室的弛豫，提高磁强计的灵敏度。因此，要提高原子磁强计的灵敏度需要对气室内的碱金属原子密度和缓冲气体的压强进行精确的测量。本文以碱金属气室内混合蒸气为研究对象，围绕原子密度和缓冲气体压强的测量方法开展了相关研究，具体研究工作如下：

1、对碱金属吸收光谱的展宽原理进行了深入研究，提出了一种基于压力展宽的碱金属蒸气原子密度与缓冲气体压强的测量方法，对原理性公式进行了推导并通过Matlab仿真分析了该方法的特点，计算了Lorentzian线型与Voigt线型的峰值和线宽的差值，分别小于0.05%和0.1%。

2、通过数值仿真分析对碱金属气室内部的原子密度和缓冲气体压强的分布进行了研究。以测量实验的条件和模型为参照，建立了实验中碱金属气室及其所用的加热装置的机械结构模型，分析了所涉及的物理现象并阐述了相关定理，最后运用仿真软件对气室内的温度、碱金属蒸气的原子密度和缓冲气体压强的分布进行了模拟计算。结果表明，在气室温度趋于稳态后，检测光路路径的温度梯度约为0.6 K，原子密度波动0.9×1013个/cm3，气体压强波动不明显。

3、对基于原子吸收光谱的碱金属蒸气原子密度与缓冲气体压强测量系统进行了总体设计，搭建了测量实验平台，实现了对原子吸收光谱信号的采集、传输、处理、分析等功能。对实验中所用的激光器、加热装置等进行了性能测试；利用该系统对碱金属气室样品的原子吸收光谱进行了采样测量，并将碱金属蒸气原子密度与经验公式法估算结果进行了对比，得出相对误差为0.3%~7.68%，缓冲气体压强的测量结果与充入初始量进行了对比，相对误差为1.18%-11.43%。

气室温度约为421 K时，稳态时碱金属气室内部光路路径部分的原子密度仿真结果为8.1~8.2×1013个/cm3，实验测量结果为7.82×1013和8.05×1013个/cm3，二者的相对误差分别为3.85%和0.59%，该误差小于直接由气室外壁温度带入经验公式计算得到的原子密度的误差。利用本系统并不仅限于对方形碱金属气室样品的原子密度和缓冲气体压强的参数进行测量，还可以实现对常用的圆柱和球形碱金属气室的相关参数进行测量，为碱金属气室制备技术和抗弛豫机理的研究提供依据。