多普勒展宽测温验证实验中的精确控温系统研究

玻尔兹曼常量的定值和温度基本单位开尔文的重新定义将使国际协议温标向热力学温标融合过渡。基于铯原子直接吸收光谱的多普勒展宽测温可实现实用、芯片级热力学温度测量,其实验原理验证依赖高准确度的控温环境。该文搭建面向室温验证范围的恒温腔体,利用制冷循环水浴提供基础温度,使用自研PID程序调控比例-积分控制参数,输出电压动态改变加热功率,采用接触电加热方式实现精确温度调节与稳定。结果表明:在25℃实验条件下,该系统温度均匀性小于8 mK,12 h内稳定性优于0.2 mK,整体控温标准不确定度11.02 mK(k=1)。研究为实现芯片级、在线免校准的热力学温度传感器实验验证奠定一定的基础。

直接吸收光谱多普勒展宽测温中的激光功率稳定研究

国际单位制中温度基本单位"开尔文"的重新定义致使温度测量逐步实现国际协议温度标准与热力学温度标准的融合。基于铯133原子直接吸收光谱的多普勒展宽测温可实现芯片尺度室温范围的热力学温度测量,但其拟合残差及不确定度受限于测量激光的功率稳定性,针对此问题,提出在外腔扫描式激光器的频率稳定基础上,利用声光调制器以及高速比例-积分控制器构建闭环功率稳定系统,提升并评价了测量激光光束的功率稳定性。实验证明测量光束在10mW微弱功率条件下相对噪声强度达到-126dB/Hz,30min内功率稳定性达到0.008%。上述激光功率稳定性有效减小了拟合残差以及不确定度,为实现芯片尺度、在线免标定的热力学温度传感奠定基础。