范栋 习振华 贾文杰 成永军 李得天

(兰州空间技术物理研究所真空技术与物理重点实验室, 兰州 730000)

为进一步提高真空量值的复现性和准确性, 最新研究采用量子技术实现对真空量值的测量与表征.该方法利用Fabry-Perot 谐振腔实现腔内气体折射率的精密测量, 并反演出气体密度, 进而获得对应的真空量值,其中气体折射率的测量是影响真空量值准确性的关键.本文基于第一性原理, 利用从头计算理论计算了在已知压力和温度条件下的氦气折射率, 给出腔内气体压力与折射率关系的表达式, 并利用基于Fabry-Perot 激光谐振腔的真空测量装置, 通过双腔谐振激光拍频精确测量了充气前后谐振激光频率的变化, 测出了氦气折射率, 并分析了测量不确定度.将理论计算值与实验测量值进行了对比分析, 得出了制约准确度提高的主要因素, 并提出了修正方法.

1 引 言

2018 年, 国际单位制(International System of Units, SI)中7 个基本量全部由物理常数定义[1].面对国际计量体系的历史性变革, 诸多计量参数对应的基于经典物理学的实物标准向“自然标准”即量子标准发展, 利用量子跃迁等现象复现计量单位, 用相同装置实现任何时间、任何地点量值复现,消除宏观参数不稳定产生的影响, 将准确度提高数个量级.目前, 时间、长度、电学等方面的量子基准已逐步建立.与此同时, 采用光学干涉、冷原子碰撞损失、吸收光谱等基于物质本征物理性质复现真空量值的新方法、新概念具备突……