[發(fā)明專利]一種基于激光原子磁力計的NMR裝置及測量方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210291150.3
• 申請日: 2012-08-15
• 公開（公告）號: CN102830381A
• 公開（公告）日: 2012-12-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 周欣;劉國賓;孫獻平;劉買利;葉朝輝
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學院武漢物理與數(shù)學研究所
• 主分類號: G01R33/44
• 分類號: G01R33/44
• 代理公司: 武漢宇晨專利事務(wù)所 42001
• 代理人: 王敏鋒

1.一種基于激光原子磁力計的NMR裝置，包括銫原子蒸氣泡（7），其特征在于：包括套設(shè)在銫原子蒸氣泡（7）上的磁屏蔽套筒（5）、設(shè)置在磁屏蔽套筒（5）內(nèi)的三組亥姆霍茲線圈（6）、用于極化銫原子蒸氣泡（7）內(nèi)銫原子的激光極化裝置、用于向銫原子蒸氣泡（7）發(fā)射探測激光的激光發(fā)射裝置、用于檢測穿過銫原子蒸氣泡（7）的探測激光的NMR信號檢測裝置和用于對被測樣品進行預(yù)極化并可將預(yù)極化后的樣品放置到銫原子蒸氣泡（7）上方的氣動進樣裝置。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于激光原子磁力計的NMR裝置，其特征在于：所述的激光極化裝置包括抽運激光器（2）和用于將抽運激光器（2）發(fā)出的激光轉(zhuǎn)換為圓偏振光后傳送到銫原子蒸氣泡（7）的四分之一波片（4）。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于激光原子磁力計的NMR裝置，其特征在于：所述的激光發(fā)射裝置包括探測激光器（1）和用于將探測激光器（1）發(fā)出的激光轉(zhuǎn)換成線偏振探測激光后傳送到銫原子蒸氣泡（7）的偏振棱鏡（3）。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于激光原子磁力計的NMR裝置，其特征在于：所述的NMR信號檢測裝置包括用于對穿過銫原子蒸氣泡（7）的線偏振探測激光進行分束的偏振分束棱鏡（8）、用于檢測分束后的線偏振探測激光并將檢測信號發(fā)送到乘法器（10）的光電探測器（9）、用于調(diào)整抽運激光器（2）的輸出頻率并輸出方波同步信號到乘法器（10）的信號發(fā)生器（11）、用于對檢測信號及方波同步信號進行乘法運算的乘法器（10）和用于對乘法器（10）的輸出進行濾波并傳送到上位機（13）的低通濾波器（12）。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于激光原子磁力計的NMR裝置，其特征在于：所述的氣動進樣裝置包括氣缸（18）、設(shè)置在氣缸（18）內(nèi)且一端設(shè)置有與氣缸（18）內(nèi)壁貼合的活塞的樣品管（17）、套設(shè)在氣缸（18）一端的環(huán)形預(yù)極化磁體（19）和用于控制樣品管（17）在氣缸（18）內(nèi)往復運動的驅(qū)動裝置，所述的磁屏蔽套筒（5）上開設(shè)有通孔，氣缸（18）一端穿過通孔設(shè)置在銫原子蒸氣泡（7）上方。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于激光原子磁力計的NMR裝置，其特征在于：所述的氣缸（18）一端套設(shè)有導引線圈（20），另一端套設(shè)有小角度脈沖線圈（21），所述的驅(qū)動裝置包括提供氣壓源的空氣壓縮機（14）和用于切換空氣壓縮機（14）輸入到氣缸（18）的氣流方向的電磁閥（15）。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于激光原子磁力計的NMR裝置，其特征在于：所述的三組亥姆霍茲線圈（6）包括三對環(huán)形的亥姆霍茲線圈，每對亥姆霍茲線圈的中心線重合，三對亥姆霍茲線圈的中心線相互垂直，其中一對亥姆霍茲線圈的中心線與探測激光的光束方向平行。

8.一種基于激光原子磁力計的NMR的測量方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1、控制銫原子蒸氣泡（7）溫度升至20-60℃，控制抽運激光器（2）的輸出激光頻率與堿金屬銫原子D1線躍遷F=4?->?F’=3共振，并控制探測激光器（1）的輸出激光頻率偏離該共振頻率100MHz~100GHz，對抽運激光器（2）的電流進行調(diào)制，實現(xiàn)同步光抽運；

步驟2、調(diào)整偏振棱鏡（3）和四分之一波片（4）的角度，獲得線偏振探測激光和圓偏振光；

步驟3、調(diào)整偏振分束棱鏡（8）的角度，直至光電探測器（9）輸出的信號為零；

步驟4、通過調(diào)整三組亥姆霍茲線圈（6）的電流，使得磁屏蔽套筒（5）內(nèi)的殘余磁場為最小，得到三組亥姆霍茲線圈（6）的調(diào)整電流；

步驟5、掃描三組亥姆霍茲線圈中的中心線與探測激光平行的一對亥姆霍茲線圈中的電流，從設(shè)定的負電流值到一個絕對值與設(shè)定的負電流值相等的正電流值，疊加在步驟4中所述的調(diào)整電流上，得到低通濾波器（12）輸出的磁場鑒別信號；

步驟6、重復步驟2~步驟5直至單位磁場變化時，低通濾波器（12）輸出電壓響應(yīng)的變化值最大，設(shè)定磁場線性范圍中心的B值為偏置磁場；

步驟7、取適量液體樣品倒入樣品管（17），放入氣缸（18）中；

步驟8、上位機（13）通過繼電器（16）控制電磁閥（15），進而控制空氣壓縮機（14）吹入到氣缸（18）中的方向，使得樣品管（17）浮起到環(huán)形預(yù)極化磁體（19）的內(nèi)部中心；

步驟9、保持樣品管（17）懸浮設(shè)定時間，使其充分預(yù)極化，上位機（13）通過繼電器（16）控制電磁閥（15），進而改變空氣壓縮機（14）吹入到氣缸（18）中的方向，使樣品管（17）向下穿過導引線圈（20），到達銫原子蒸氣泡（7）的上方；

步驟10、控制小角度脈沖線圈（21）中的電流，產(chǎn)生直流或交流脈沖，改變樣品磁矩方向；

步驟11、樣品磁矩與偏置磁場的方向存在5~15度的小夾角，樣品磁矩在物理上受到一個力矩的作用而繞偏置磁場作進動，對磁場施加擾動，獲得時間域的NMR信號；

步驟12、通過時間域的NMR信號獲得頻率域的NMR譜信號。