申请/专利权人：中国科学技术大学

申请日：2018-01-25

公开（公告）日：2024-03-29

公开（公告）号：CN108121015B

主分类号：G01V7/04

分类号：G01V7/04

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.03.29#授权;2018.06.29#实质审查的生效;2018.06.05#公开

摘要：本公开提供了一种原子布居数探测系统，此系统包含荧光激发器和一对荧光收集器。当原子团下落到真空装置的探测区时，会先后穿过原子荧光激发器发射出的两束激光，使得原子团分别发出荧光，通过原子荧光收集器可把荧光信号收集起来并转为电流信号从而得到原子布居数。本公开的原子荧光激发器采用柱透镜扩束加棱镜反射的方式，以及原子荧光收集器使用了菲涅尔透镜和采用对称探测的方法，使得光路简化，大大缩小了尺寸和重量，提高了荧光收集效率，且不依赖于装置的摆放方位就能克服科里奥利力效应带来的系统误差，非常利于原子干涉重力仪的小型化、可移动化和精度提升。

主权项：1.一种原子布居数探测系统，包括荧光激发器和一对荧光收集器；用于原子干涉重力仪，所述原子干涉重力仪包括探测区；所述荧光激发器包括：主激发器和副激发器，所述主激发器包括：激光出射部件、反射部件、光阑部件和扩束部件；所述扩束部件为一组柱透镜，用于对激光出射部件射出的两束激光进行扩束；所述一对荧光收集器关于所述探测区中心对称设置，所述荧光收集器包括聚焦部件和采集部件，所述聚焦部件为菲涅尔透镜组，用于聚焦荧光；其中，所述激光出射部件包括：第一光纤准直器、第二光纤准直器；所述反射部件包括：直角反射棱镜；所述一组柱透镜包括：平凹柱透镜和平凸柱透镜；所述光阑部件包括：双矩形孔光阑；所述第一光纤准直器、第二光纤准直器相互平行且竖直固定，分别出射一束激光；所述平凹柱透镜位于所述第一、第二光纤准直器的出射光路上，其凹面朝向所述第一、第二光纤准直器，其光轴平面与两束激光的光斑中心重合；所述直角反射棱镜摆放于所述平凹柱透镜下方，其斜面与激光传播方向呈45°，两束激光的光斑在所述斜面上的投影关于所述斜面的中心对称；所述双矩形孔光阑的两矩形孔的对角线交点分别位于两束激光的轴线上；所述平凸柱透镜的平面面对所述双矩形孔光阑，其光轴平面与两束激光的光斑中心重合，两束激光的光斑在所述平凸柱透镜的平面上的投影关于所述平面的中心对称；所述副激发器为平面反射镜，挡光黑条粘贴于所述平面反射镜上，其位置位于所述第一光纤准直器发射的上层激光在所述平面反射镜的投影的下半部分。

全文数据：一种原子布居数探测系统技术领域[0001]本公开属于量子精密测量领域中的绝对重力加速度测量领域，特别涉及一种原子布居数探测系统。背景技术[0002]原子干涉重力仪是量子精密测量的重点发展方向，具有潜在的高灵敏度和分辨率，在重力标定、资源勘探、惯性导航、地球物理研究等众多领域有极重要的价值。如何实现高精度可搬运原子干涉仪是目前的一个重要研究方向。[0003]原子干涉仪测量重力的过程包括三维冷却陷俘、初态制备、拉曼干涉以及末态探测。其中末态探测就是原子布居数的探测。[0004]原子经过冷却陷俘，温度可以达到μΚ量级，但仍然具有一定的横向速度，原子团下落过程中会膨胀扩散。下落过程中，在拉曼光作用下，由于原子的多普勒效应，只有竖直方向上的速度小于一定的值的原子才能保留下来，也就是原子的竖直方向上的速度会进一步降低。最终原子团到达探测区时的形状为类似圆盘的椭球状气体。[0005]拉曼干涉后，原子处于F=I和F=2的叠加态。若初态是制备到F=I态，当原子团下落到探测区时，可通过探测处于F=2态的原子数与总原子数之比得到跃迀概率。实验中，可先探测F=2态的原子数，紧接着清除掉已探测的原子，这样只剩下F=I态的原子继续下落，通过反抽运光把F=I态原子栗到F=2态后，再探测此态的原子数。为实现上述过程，需要两束相同频率、相同光强的激光平行打入探测区，让原子分别产生荧光，以及在两次探测之间打一束反抽运光。[0006]目前原子干涉仪普遍用的的荧光激发器是把一束激光扩束成一个圆光斑，进入探测区之前再截取两小段矩形光斑作为探测光，导致大部分光功率都被浪费掉了。另一种常用的方法是把激光扩束成一个圆光斑后通过波片和PBS分成上下两束再进行截取，这种方法比起上一种虽然会节约了一部分光功率，但也大为增加荧光激发器的光路复杂性和体积。[0007]当原子产生荧光后，需要用透镜把荧光收集并聚焦到光电管上，使得荧光信号转换为电流信号。由于电流和光功率大小呈正比，在一次测量中，可通过探测两次电流大小之比得到跃迀概率。[0008]为保证荧光信号的对比度，荧光收集的空间立体角越大越好，则收集系统的第一个透镜口径要尽可能大且离探测区中心近。对于石英玻璃材质的透镜而言，口径越大，厚度越厚，能做到的最短焦距就越长，收集套筒能做到的最小长度就越长或者需要多片透镜组合，使得收集系统的重量和体积大为增加，不利于原子干涉仪的小型化。[0009]由于惯性，惯性系中直线运动的质点相对于旋转体系产生的直线运动会有偏移，为了在旋转体系里描述这个偏移，需要在运动方程中引入一个假想的力，这就是科里奥利力。而在原子干涉重力仪中，到达探测区的原子团具有一定的横向速度。如图1所示，假设地球自转角速度为，重力仪安放在北炜Φ处，而原子团的一部分在西方向具有速度分量图1中（a:由科里奥利力，原子会有一个往地轴运动的趋势。图1中⑹：会在重力方向产生一个分力，为。这就会导致我们所测的重力值偏大，偏大的值3同理，当原子团的另一部分在东方向具有速度分量时，会导致我们所测的重力值偏小。也易得，原子团在南北方向具有速度分量不会影响到所测重力值。[0010]为了测到准确的绝对重力值，科里奥利力带来的系统误差必须被消除或压制到一个足够小的值。假设原子团质心速度在东西方向分量为〇,而向东运动和向西运动的原子数相等且荧光能以相同的立体角进入到荧光收集器，则由科里奥利力带来的重力偏移可以相互抵消。而目前的荧光收集器往往采用单边探测的方法，如图2所示，荧光收集器2摆放在原子团1的东边，原子团1当中向西运动和向东运动的部分发出的荧光的进入到荧光收集器的立体角分别为Ω4ΡΩ2，其中对于荧光接收器而言，感受到的原子团水平方向的整体速度是向东的，导致所测重力值偏小。如果是南北方向摆放，东西两部分原子荧光可具有相等的收集效率，消除科里奥利力影响。但这种方法需要严格南北摆放，严重影响了原子干涉重力仪的快速搬动和恢复，不适合在非实验室环境甚至是移动平台上使用。[0011]公开内容[0012]一要解决的技术问题[0013]本公开的目的在于克服现有技术存在的上述缺点，提供了一种原子布居数的探测系统，包括荧光激发器和荧光收集器。[0014]二技术方案[0015]本公开提供了一种原子布居数探测系统，包括荧光激发器和一对荧光收集器；用于原子干涉重力仪，所述原子干涉重力仪包括探测区；所述荧光激发器包括:主激发器和副激发器，所述主激发器包括:激光出射部件、反射部件、光阑部件和扩束部件;所述扩束部件为一组柱透镜，用于对激光出射部件射出的两束激光进行扩束;所述一对荧光收集器关于所述探测区中心对称设置，所述荧光收集器包括聚焦部件和采集部件，所述聚焦部件为菲涅尔透镜组，用于聚焦荧光。[0016]在本公开的一些实施例中，所述菲涅尔透镜包括第一菲涅尔透镜、第二菲涅尔透镜，所述采集部件为以下三种组合的其中一种:第一组合:平凸柱透镜、上光电管和下光电管;第二组合:上光电管和下光电管;第三组合:光电管。[0017]在本公开的一些实施例中，所述聚焦部件中：第一菲涅尔透镜和第二菲涅尔透镜共光轴，所述探测区中心位于所述光轴上;所述第二菲涅尔透镜的刻槽面与第一菲涅尔透镜的刻槽面相对;当采集部件采用第一组合时，所述平凸柱透镜竖直摆放，其凸面与所述第二菲涅尔透镜相对，其平面中心位于所述光轴上;所述上光电管、下光电管贴于所述平凸柱透镜的平面，且关于所述光轴对称；当采集部件采用第二组合时，所述上光电管、下光电管均垂直于所述光轴上下摆放，且关于所述光轴对称；当采集部件采用第三组合时，所述光电管垂直于所述光轴摆放，感光面中心位于所述光轴上;所述采集部件的三种组合所选的光电管感光面积不同。[0018]在本公开的一些实施例中，所述激光出射部件射出的两束激光在所述探测区中称为上层激光与下层激光；当采集部件采用第一组合或第二组合时，所述上层激光所激发的原子团的荧光被聚焦到所述下光电管，所述下层激光所激发的原子团的荧光被聚焦到所述上光电管；当采集部件采用第三组合时，所述上、下层激光所激发的原子团的荧光均被聚焦到所述光电管。[0019]在本公开的一些实施例中，所述激光出射部件包括:第一光纤准直器、第二光纤准直器;所述反射部件包括:直角反射棱镜;所述一组柱透镜包括:平凹柱透镜和平凸柱透镜；所述光阑部件包括:双矩形孔光阑。[0020]在本公开的一些实施例中，所述第一光纤准直器、第二光纤准直器相互平行且竖直固定，分别出射一束激光;所述平凹柱透镜位于所述第一、第二光纤准直器的出射光路上，其凹面朝向所述第一、第二光纤准直器，其光轴平面与两束激光的光斑中心重合;所述直角反射棱镜摆放于所述平凹柱透镜下方，其斜面与激光传播方向呈45°，两束激光的光斑在所述斜面上的投影关于所述斜面的中心对称;所述双矩形孔光阑的两矩形孔的对角线交点分别位于两束激光的轴线上;所述平凸柱透镜的平面面对所述双矩形孔光阑，其光轴平面与两束激光的光斑中心重合，两束激光的光斑在所述平凸柱透镜的平面上的投影关于所述平面的中心对称。[0021]在本公开的一些实施例中，所述副激发器为平面反射镜，挡光黑条粘贴于所述平面反射镜上，其位置位于所述第一光纤准直器发射的上层激光在所述平面反射镜的投影的下半部分。[0022]在本公开的一些实施例中，所述直角反射棱镜为一立方体沿着对角线切割而成，其斜面镀反射膜;所述双矩形孔光阑为氧化发黑的铝片。[0023]在本公开的一些实施例中，激光在所述平凹柱透镜和平凸柱透镜之间的光程等于平凹柱透镜和平凸柱透镜的焦距和。[0024]在本公开的一些实施例中，所述双矩形孔光阑的两个矩形孔中心分别与两束激光的光斑中心重合，两个矩形孔的中心间距等于所述第一光纤准直器和第二光纤准直器的中心间距。[0025]三有益效果[0026]从上述技术方案可以看出，本公开具有以下有益效果：[0027]1由于采用了同一组柱透镜对两束激光扩束和光阑截取光束的方案，减小了径向体积，大大简化了光路结构，符合原子干涉重力计的小型化和可移动化需求。[0028]2由于菲涅尔透镜所具备的口径大、焦距短、厚度薄特点，加上第一菲涅尔透镜尽可能地靠近探测区中心，原子荧光能以一个很大的立体角进入到荧光收集系统并聚焦到光电管上，得到一个非常大的收集效率，且相对采用玻璃透镜组的方法，采用菲涅尔透镜组的荧光收集器可以做得非常小巧。[0029]3两个荧光收集器关于探测区中心对称摆放，使得原子团同一水平面上的各个原子荧光收集效率关于探测区中心在此水平面上的投影位置对称，从而保证了原子团中有着东、西速度分量的原子荧光收集效率相等，也就消除了科里奥利力带来的系统误差，并且不依赖于原子干涉重力仪的摆放方向，大大方便了原子干涉重力仪在不同位置甚至移动平台上进行重力加速度测量。相对于单边收集荧光，对称收集荧光也使得总的收集效率提高一倍，提高了原子干涉重力仪荧光信号的信噪比，有利于提高重力测量灵敏度。附图说明[0030]图1为地球自转所带来的科里奥利力影响示意图，其中假设原子开始自由落体时，有一个水平方向上向西的初速度，（a从北极上空观察，原子所受科里奥利力指向地轴，（b从平行于赤道面方向观察，此科里奥利力在重力方向有分力。[0031]图2为原子团中有着东、西速度分量的原子荧光对于单边收集的立体角示意图。[0032]图3为本公开实施例的原子布居数探测系统结构俯视图（带安装框架）。[0033]图4为本公开实施例的原子布居数探测系统结构俯视图（无安装框架，聚焦部件为组合①）。[0034]图5为本公开实施例的荧光激发器示意图。[0035]图6为本公开实施例的荧光收集器示意图（聚焦部件为组合①）。[0036]图7为本公开另一实施例的荧光收集器示意图（聚焦部件为组合②）。[0037]图8为本公开又一实施例的荧光收集器示意图（聚焦部件为组合③）。[0038]【符号说明】[0039]【现有技术】[0040]1-原子团；2-荧光收集器。[0041]【本公开】[0042]10-真空结构中的探测区；11-原子团；12-原子团；13、14_探测区的光学窗口；201-荧光激发器主激发器;202-荧光激发器副激发器;21、22-光纤准直器;23-平凹柱透镜;24-直角反射棱镜;25-矩形孔光阑；26-平凸柱透镜；27-反射镜；28-挡光黑条;30、30’-荧光收集器框架）；31、31’-第一菲涅尔透镜;32、32’-第二菲涅尔透镜;33、33’-平凸柱透镜;34、34’-上光电管;35、35’-下光电管;36、36’-上光电管;37、37’-下光电管;38、38’-光电管。具体实施方式[0043]下面将结合实施例和实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。[0044]本公开实施例提供了一种原子布居数探测系统，包括:荧光激发器和荧光收集器。[0045]如图5和图6所示，原子干涉重力仪包括探测区10,该原子布居数探测系统用于对探测区10内的原子团11和原子团12进行末态探测。在本实施例中，原子团11和12为类似圆盘的椭球状气体，在一个示例中，椭球的三条轴分别为15mm、15mm、2mm。[0046]本实施例的荧光激发器，如图3所示，包括:主激发器201和副激光器202。主激发器201和副激光器202分别设置于探测区的两个相对的侧面。[0047]同时参见图4和图5所示，主激发器201包括:光纤准直器21和22、平凹柱透镜23、直角反射棱镜24、双矩形孔光阑25、平凸柱透镜26;副激发器202包括:平面反射镜27、挡光黑条28。[0048]光纤准直器21和光纤准直器22所选型号相同，二者相互平行且竖直固定，二者中心间距为14_，分别出射一束探测激光，激光光斑的直径均为4_。[0049]平凹柱透镜23位于光纤准直器21和22的出射光路上，其焦距负=-9.7mm，中心厚度1η=2πιπι，其凹面向上，即朝向光纤准直器21和22,其光轴平面与两束激光光斑中心重合。激光光斑穿过平凹柱透镜23后，只在一个方向扩散。[0050]直角反射棱镜24为一边长25.4mm的立方体沿着对角线切割而成，其斜面镀反射膜。直角反射棱镜24摆放于平凹柱透镜23下方，其斜面与激光传播方向呈45°，两束激光光斑在直角反射棱镜24斜面上的投影关于该斜面的中心对称，该斜面中心与平凹柱透镜23平面的距离1ι=41謹。[0051]双矩形孔光阑25为一挖出两个2mmX15mm的矩形孔的氧化发黑的铝片。两矩形孔的对角线交点距离为14mm，对角线交点分别位于两束激光的轴线上。双矩形孔光阑的作用是把过大的激光光斑裁剪到合适的形状，同时也截取了光斑光强较均匀的中心部分。[0052]平凸柱透镜26的焦距f2=75·6mm，中心厚度h2=5mm，其平面面对双矩形孔光阑25，其光轴平面与两束激光光斑中心重合。两激光光斑在平凸柱透镜26的平面上的投影关于该平面的中心对称，该平面中心与直角反射棱镜24的斜面中心距离I2=19.6mm。[0053]副激发器202为一直径25.4mm的平面反射镜27，挡光黑条28粘贴于平面镜27上，其位置位于光纤准直器21发射的激光（以下称上层激光在平面镜27的投影的下半部分。[0054]直角反射棱镜24的斜面中心、平凸柱透镜26的平面中心、探测区10中心、平面镜27的面中心均在同一条直线上。[0055]根据上述结构，可得两束激光在平凹柱透镜23和平凸柱透镜26之间的光程相等，刚好为平凹柱透镜23和平凸柱透镜26的焦距之和，SP，两束中心相距14mm的圆形激光被主激发器扩束、截取成两束2_X15mm的矩形激光，进入到探测区10,使得原子自发辐射发出荧光。显然，原子团11和原子团12的中心距离也为14mm。[0056]本实施例的荧光激发器，当完成干涉过程的原子下落至探测区10时，先穿过上层激光，F=2态的原子自发辐射产生荧光，由于挡光黑条28的存在，F=2态的原子在完成探测后就被吹离探测区中心。F=2态原子被吹走后，竖直方向上打入一束与拉曼光重合的反抽运光，把F=I态的原子栗浦到F=2态上。剩下的原子继续下落到下层激光时，自发辐射产生荧光。[0057]如图3所示，本实施例的原子布居数探测系统包括两个荧光收集器，分别设置于探测区的另外两个相对的侧面，关于探测区10中心对称。[0058]如图6所示，对聚焦部件为组合①的荧光收集器，以其中一侧进行说明。荧光收集器包括:框架30,以及设置于框架30内的第一菲涅尔透镜31、第二菲涅尔透镜32、平凸柱透镜33、上光电管34、下光电管35。[0059]第一菲涅尔透镜31和第二菲涅尔透镜32型号相同，直径50.8mm，厚度1.5mm，焦距32mm。两个菲涅尔透镜共轴，探测区10中心位于该光轴上，将此光轴作为系统光轴。为了获得更大的立体角，第一菲涅尔透镜31的平面距离探测区10的中心距离尽可能小，由探测区10尺寸所限，该距离为29mm。第二菲涅尔透镜32的刻槽面与第一菲涅尔透镜31的刻槽面相对。[0060]由于光源也就是原子团11和12为椭球状，需要平凸柱透镜33在把水平方向上的像差进一步缩小。平凸柱透镜33竖直摆放，其凸面与第二菲涅尔透镜32相对。平凸柱透镜33的平面中心位于系统光轴上，与第二菲涅尔透镜32平面一端的距离记为la。[0061]上光电管34、下光电管35所选型号为滨松S1337-66BR，感光面积为5.8X5.8mm2，贴于平凸柱透镜33的平面，即光电管感光面与第二菲涅尔透镜32平面一端的距离也等于la。上、下光电管34、35关于系统光轴对称。每个光电管中心与系统光轴的距离记为lb。[0062]如图6所示，上层激光所激发的原子团11的荧光被聚焦到下光电管35在图6中，该光路以实线画出），下层激光所激发的原子团12的荧光被聚焦到上光电管34在图6中，该光路以虚线画出）。[0063]通过Zemax软件进行优化，在本实施例中，当Ia=29.7mm，lb=7mm时，像差最小，使得光电管能接收到尽可能大的光功率。对于15X15X2mm3椭球状原子团11、原子团12的任意一个，荧光收集效率为14.7%。若改成点光源，其他参数不变，则荧光收集效率为21.1%。[0064]另一侧荧光收集器与上述荧光收集器结构和工作过程相同，也包括:框架30’，以及设置于框架30’内的第一菲涅尔透镜31’、第二菲涅尔透镜32’、平凸柱透镜33’、上光电管34’、下光电管35’，在此不再赘述。[0065]如图7所示，对于聚焦部件为组合②的荧光收集器与图6情况类似，只是去掉了平凸柱透镜33,并且光电管型号改成滨松S7501，感光面积为11X6mm2。所述上光电管36、下光电管37均垂直于所述光轴上下摆放长边水平摆放），且关于所述光轴对称。通过Zemax软件进行优化，当Ia=29mm，lb=7mm时，像差最小，使得光电管能接收到尽可能大的光功率。对于15X15X2mm3椭球状原子团11、原子团12的任意一个，荧光收集效率为17.1%。若改成点光源，其他参数不变，则荧光收集效率为21.6%。[0066]如图8所示，对于聚焦部件为组合③的荧光收集器与图6情况类似，只是去掉了平凸柱透镜33，并且两个光电管改成只用一个，型号为滨松S2744-08，感光面积为10X20mm2。所述光电管38垂直于所述光轴短边水平摆放），感光面中心位于光轴上（S卩Ib=O。与上述组合①、②不同，组合③的荧光收集器的上下两团原子荧光都被聚焦到同一个光电管38上，可通过时间差来分别提取两团原子荧光信号。通过Zemax软件进行优化，当la=25.8mm时，像差最小，使得光电管能接收到尽可能大的光功率。对于15X15X2mm3椭球状原子团11、原子团12的任意一个，荧光收集效率为17.0%。若改成点光源，其他参数不变，则荧光收集效率为21.7%。[0067]本公开实施例的原子布居数探测系统，由于采用了柱透镜扩束和光阑截取光束的方案，可以用非常小的光功率就能产生所需的矩形光束进行原子荧光激发，加上直角反射棱镜的使用，减小了径向体积，以及反抽运光不是水平方向打入探测区，而是在竖直方向上与拉曼光进行合束，大大简化了光路结构，使得整个荧光激发器保持在一个很小的体积，符合原子干涉重力计的小型化和可移动化需求。[0068]由于菲涅尔透镜所具备的口径大、焦距短、厚度薄特点，加上第一菲涅尔透镜尽可能地靠近探测区中心，原子荧光能以一个很大的立体角进入到荧光收集系统且被聚焦到光电管上，得到一个非常大的收集效率，且相对采用玻璃透镜组的方案，采用菲涅尔透镜组的荧光收集器可以做得非常小巧。又因为两个荧光收集器关于探测区中心对称摆放，使得原子团同一水平面上的各个原子荧光收集效率关于探测区中心在此水平面上的投影位置对称，从而保证了原子团中有着东、西速度分量的原子荧光收集效率相等，也就消除了科里奥利力带来的系统误差，并且不依赖于原子干涉重力仪的摆放方向，大大方便了原子干涉重力仪在不同位置甚至移动平台上进行重力加速度测量。相对于单边收集荧光，对称收集荧光也使得总的收集效率提高一倍，提高了原子干涉重力仪荧光信号的信噪比，有利于提高重力测量灵敏度。[0069]至此，已经结合附图对本实施例进行了详细描述。依据以上描述，本领域技术人员应当对本公开有了清楚的认识。[0070]需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各元件的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换，例如：[0071]1实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本公开的保护范围；[0072]2上述实施例可基于设计及可靠度的考虑，彼此混合搭配使用或与其他实施例混合搭配使用，即不同实施例中的技术特征可以自由组合形成更多的实施例。[0073]以上所述的具体实施例，对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

权利要求：1.一种原子布居数探测系统，包括荧光激发器和一对荧光收集器；用于原子干涉重力仪，所述原子干涉重力仪包括探测区；所述荧光激发器包括:主激发器和副激发器，所述主激发器包括:激光出射部件、反射部件、光阑部件和扩束部件;所述扩束部件为一组柱透镜，用于对激光出射部件射出的两束激光进行扩束；所述一对荧光收集器关于所述探测区中心对称设置，所述荧光收集器包括聚焦部件和采集部件，所述聚焦部件为菲涅尔透镜组，用于聚焦荧光。2.如权利要求1所述的原子布居数探测系统，所述菲涅尔透镜包括第一菲涅尔透镜、第二菲涅尔透镜，所述采集部件为以下三种组合的其中一种：第一组合:平凸柱透镜、上光电管和下光电管；第二组合:上光电管和下光电管；第三组合:光电管。3.如权利要求2所述的原子布居数探测系统，所述聚焦部件中：第一菲涅尔透镜和第二菲涅尔透镜共光轴，所述探测区中心位于所述光轴上;所述第二菲涅尔透镜的刻槽面与第一菲涅尔透镜的刻槽面相对；当采集部件采用第一组合时，所述平凸柱透镜竖直摆放，其凸面与所述第二菲涅尔透镜相对，其平面中心位于所述光轴上;所述上光电管、下光电管贴于所述平凸柱透镜的平面，且关于所述光轴对称；当采集部件采用第二组合时，所述上光电管、下光电管均垂直于所述光轴上下摆放，且关于所述光轴对称；当采集部件采用第三组合时，所述光电管垂直于所述光轴摆放，感光面中心位于所述光轴上；所述采集部件的三种组合所选的光电管感光面积不同。4.如权利要求2所述的原子布居数探测系统，所述激光出射部件射出的两束激光在所述探测区中称为上层激光与下层激光；当采集部件采用第一组合或第二组合时，所述上层激光所激发的原子团的荧光被聚焦到所述下光电管，所述下层激光所激发的原子团的荧光被聚焦到所述上光电管；当采集部件采用第三组合时，所述上、下层激光所激发的原子团的荧光均被聚焦到所述光电管。5.如权利要求2所述的原子布居数探测系统，所述激光出射部件包括：第一光纤准直器、第二光纤准直器;所述反射部件包括:直角反射棱镜;所述一组柱透镜包括:平凹柱透镜和平凸柱透镜;所述光阑部件包括:双矩形孔光阑。6.如权利要求5所述的原子布居数探测系统，所述第一光纤准直器、第二光纤准直器相互平行且竖直固定，分别出射一束激光；所述平凹柱透镜位于所述第一、第二光纤准直器的出射光路上，其凹面朝向所述第一、第二光纤准直器，其光轴平面与两束激光的光斑中心重合；所述直角反射棱镜摆放于所述平凹柱透镜下方，其斜面与激光传播方向呈45°，两束激光的光斑在所述斜面上的投影关于所述斜面的中心对称；所述双矩形孔光阑的两矩形孔的对角线交点分别位于两束激光的轴线上；所述平凸柱透镜的平面面对所述双矩形孔光阑，其光轴平面与两束激光的光斑中心重合，两束激光的光斑在所述平凸柱透镜的平面上的投影关于所述平面的中心对称。7.如权利要求1所述的原子布居数探测系统，所述副激发器为平面反射镜，挡光黑条粘贴于所述平面反射镜上，其位置位于所述第一光纤准直器发射的上层激光在所述平面反射镜的投影的下半部分。8.如权利要求5所述的原子布居数探测系统，所述直角反射棱镜为一立方体沿着对角线切割而成，其斜面镀反射膜;所述双矩形孔光阑为氧化发黑的铝片。9.如权利要求5所述的原子布居数探测系统，激光在所述平凹柱透镜和平凸柱透镜之间的光程等于平凹柱透镜和平凸柱透镜的焦距和。10.如权利要求5所述的原子布居数探测系统，所述双矩形孔光阑的两个矩形孔中心分别与两束激光的光斑中心重合，两个矩形孔的中心间距等于所述第一光纤准直器和第二光纤准直器的中心间距。

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