[發明專利]用于光泵磁力儀的原子磁傳感器

有效

• 申請號: 201410121110.3
• 申請日: 2014-03-26
• 公開（公告）號: CN103869264A
• 公開（公告）日: 2014-06-18
• 發明（設計）人: 郭弘;彭翔;羅斌;吳騰;公韋
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: G01R33/032
• 分類號: G01R33/032
• 代理公司: 國防專利服務中心 11043
• 代理人: 江亞平;錢立亞

技術領域

本發明涉及光泵磁力儀技術領域，尤其涉及一種用于光泵磁力儀的原子磁傳感器。

背景技術

磁力儀是磁力測量儀器的統稱。高靈敏度磁力測量技術在生物醫學、地球物理、空間探索以及軍事與國防等領域都有著廣泛且重要的應用。目前，國內外磁力測量研究水平差異顯著。國外先進水平的磁力儀在靈敏度指標等方面已遠超過我國，因此，自主研制高靈敏度磁力儀，具有戰略意義。光泵原子磁力儀是目前最成熟的高靈敏度磁力儀之一，其中激光光泵原子磁力儀由于單色性好、選擇特性優良等優勢，能夠極大程度地提升性能指標，因而成為國內外研究熱點。

傳統的激光光泵原子磁力儀基于原子的光磁雙共振原理，通常由激光光源、原子磁傳感器、磁共振信號檢測電路三部分構成。激光光源產生特定波長(頻率)、強度與頻譜寬度的激光光束，激光中心頻率為使得原子磁傳感器內原子產生光泵浦作用的光頻率值。原子磁傳感器包括若干偏振器件、一個原子氣室、一對亥姆霍茲線圈以及光電探測器：偏振器件通常為波片與偏振分束棱鏡等光學器件的組合，使得激光光源產生的激光光束具有特定的偏振方向；原子氣室是充有一定壓強的原子氣體的玻璃泡，激光光束入射至原子氣室，與氣室內原子相互作用產生光泵浦后透射出氣室；同時纏繞于原子氣室周圍的亥姆赫茲線圈，產生具有一定頻率且方向垂直于激光光束傳播方向的交變磁場，當交變磁場的頻率恰好等于原子塞曼磁子能級躍遷頻率時，產生磁共振；光電探測器置于原子氣室后側，實時探測透過原子氣室的光信號，并將光信號轉換為電信號。磁共振信號檢測電路對光電探測器探測得到的電信號進行處理，通過濾波、放大、鎖相等，反饋控制亥姆霍茲線圈，跟蹤鎖定磁共振產生時對應的頻率，同時推算出外界磁場大小，實現磁場測量。

傳統的激光光泵原子磁力儀雖然能夠實現磁場測量，但由于光頻移現象的存在，光頻移指在一定的激光光束作用下，原子的能級會發生一定的移動，移動的大小與激光的頻率以及功率相關。由于激光光泵磁力儀主要通過測量原子的相鄰磁子能級之間的頻率間隔來實現對外磁場大小的測量，因此，激光的頻率噪聲以及功率噪聲將會通過光頻移，致使某一磁子能級產生隨機的移動，改變相鄰磁子能級之間的頻率間隔，直接影響探測得到的磁場值，因此，傳統的激光光泵原子磁力儀磁場測量結果存在誤差。

發明內容

本發明要解決的技術問題是：提供了一種用于激光光泵磁力儀的原子磁傳感器，消除激光光泵原子磁力儀中的光頻移現象引起的磁場測量結果誤差。

為解決上述技術問題：本發明提出了一種用于激光光泵磁力儀的原子磁傳感器，包括第一半波片、第一偏振分束棱鏡、第三半波片、第三偏振分束棱鏡、四分之一玻片、亥姆霍茲線圈、原子氣室、反射鏡、棱鏡、光電探測器。

光源模塊發射激光光束，激光光束經過第一半波片與第一偏振分束棱鏡后，透射激光變為線偏振光，線偏振光光束依次經過第三半波片、第三偏振分束棱鏡、四分之一玻片后，線偏振光轉變為圓偏振光，圓偏振光垂直入射至原子氣室，與氣室內原子相互作用產生光泵浦后透射出氣室，同時纏繞于原子氣室周圍的亥姆赫茲線圈，產生具有一定頻率且方向垂直于激光光束傳播方向的交變磁場；透射出原子氣室的透射光入射至反射鏡，被反射鏡反射的圓偏振光再一次入射至原子氣室，其入射方向通過轉動反射鏡進行調節，調節經過反射鏡反射后的圓偏振光與入射到反射鏡的圓偏振光之間存在一定距離；反射圓偏振光經過原子氣室后，經過四分之一玻片，經過四分之一玻片后變為線偏振光，線偏振光經過第三偏振分束棱鏡后被反射，反射光經過棱鏡后入射至光電探測器。

進一步，所述原子磁傳感器還包括第二半波片與第二偏振分束棱鏡；激光光束經過第一半波片與第一偏振分束棱鏡后，透射激光變為線偏振光，線偏振光光束經過第二半波片與第二偏振分束棱鏡后，產生透射光與反射光，且透射光與反射光的偏振方向互相垂直，其中，反射光用于功率穩定，透射光經過第三半波片與第三偏振分束棱鏡。

進一步，所述反射鏡調節經過反射鏡反射后的圓偏振光與入射到反射鏡的圓偏振光之間的距離等于發射激光光斑大小。

本發明具有以下有益效果：