[發(fā)明專利]一種緊湊型銫光泵磁力儀的光系組件裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410505604.1
• 申請日: 2014-09-28
• 公開（公告）號(hào): CN104198967B
• 公開（公告）日: 2017-02-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 許慶豐;許貴琳;李明;周捷;謝俊杰;莫翔
• 申請（專利權(quán)）人: 上海通用衛(wèi)星導(dǎo)航有限公司
• 主分類號(hào): G01R33/26
• 分類號(hào): G01R33/26
• 代理公司: 上海藍(lán)迪專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙)31215
• 代理人: 張翔

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于磁探技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種自激式銫-133元素光泵磁力儀的緊湊型光系組件裝置。

背景技術(shù)

磁法勘察一直是地球物理調(diào)查的重要內(nèi)容，廣泛用于航磁測量、海底資源勘探、地震預(yù)測、搜救打撈以及軍用反潛等領(lǐng)域。磁力儀按工作原理可以分為磁通門式、質(zhì)子旋進(jìn)式、光泵式、超導(dǎo)式等不同種類型。相比較而言，基于光泵技術(shù)的高靈敏度磁探儀，靈敏度高、無零點(diǎn)漂移、不須嚴(yán)格定向，環(huán)境梯度容限高，可連續(xù)測量等顯著優(yōu)點(diǎn)，廣泛用于航空及海洋地球物理勘探。

銫光泵磁力儀是利用銫133元素的原子受激發(fā)后，在外磁場作用下超精細(xì)能級(jí)（F=3,F=4能級(jí)）的塞曼效應(yīng)來測量外部磁場的。在加熱或電激發(fā)作用下的銫原子，再以滿足F=3,F=4能級(jí)躍遷頻率的光束照射，原子吸收光的能量，將由低能級(jí)躍遷到高能級(jí)，這一效應(yīng)稱之為光泵作用。處于高能級(jí)的銫原子在外磁場下會(huì)產(chǎn)生能級(jí)分裂，分裂后的原子兩相鄰子能級(jí)間的能量差可用塞曼躍遷頻率f0來表示，f0大小與外磁場成正比。因此，設(shè)法測得f0，就可測得外磁場，而且具有很高的靈敏度。銫光泵磁力儀輸出的f0與外界磁場的比例關(guān)系為f0?=?3.498577?x?H，其中H為外部磁場值，單位為nT。在10000nT?-?100000nT的量程范圍，f0為35khz?-?350Khz。

傳統(tǒng)的光泵磁力儀由光系組件和電子組件組成，光系組件包含光學(xué)部件和銫元素部件，電子組件為放大和處理電路。銫光泵磁力儀的發(fā)展方向?yàn)樾⌒突?shù)字化，電子組件的小型化較為容易，而光系組件的緊湊設(shè)計(jì)則十分困難，傳統(tǒng)的光泵磁力儀光系組件一般有若干個(gè)分離的光學(xué)元件順序疊加構(gòu)成，體積難以縮小，一般要達(dá)到直徑50mm，長度130mm至160mm的外形尺寸。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種緊湊型銫光泵磁力儀的光系組件裝置，它具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕的特點(diǎn)，為銫光泵磁力儀提供了一種小型化的解決方案。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的具體技術(shù)方案是：

一種緊湊型銫光泵磁力儀的光系組件裝置，特點(diǎn)是該裝置包括銫原子燈、透明陶瓷燈桶、陶瓷凹面鏡、組合鏡片、球形銫蒸汽室及硅光電池。球形銫蒸汽室外部繞有勵(lì)磁線圈及加熱線圈。陶瓷凹面鏡外部繞有射頻激勵(lì)線圈及銫燈恒溫線圈。所述銫原子燈、組合鏡片、球形銫蒸汽室、硅光電池依次排列并安裝處于同一軸線上；射頻激勵(lì)線圈上通高頻交流電激發(fā)銫原子燈發(fā)光，經(jīng)過陶瓷凹面鏡聚焦為平行光，經(jīng)過組合鏡片后變?yōu)橛倚龍A偏振光，隨后經(jīng)過銫蒸汽室被氣態(tài)的銫133原子調(diào)制，照射到硅光電池上，變?yōu)殡娦盘?hào)輸出。?

所述的銫原子燈安裝在透明陶瓷燈桶內(nèi)，透明陶瓷燈桶與陶瓷凹面鏡固定在一起，銫原子燈位置位于陶瓷凹面鏡的焦點(diǎn)。?

所述銫蒸汽室外部的勵(lì)磁線圈為沿球形銫蒸汽室外部繞制，線圈磁場的軸向與經(jīng)過銫蒸汽室內(nèi)的光路軸向成45度角，圈數(shù)為5～7。

所述銫蒸汽室外部還繞有加熱線圈，線圈采用雙線并繞方式。

所述組合鏡片由幾片不同功能的鏡片按下述次序粘合而成，按光線入射方向依次為窄帶濾光片、第一玻璃間隔環(huán)、線偏振片、第二玻璃間隔環(huán)、1/4波片。玻璃間隔環(huán)中間為空氣隙。自然光從窄帶濾光片一側(cè)入射后，變?yōu)?94nm的右旋圓偏振光出射。

所述球形銫蒸汽室為球形石英玻璃材料玻璃泡，直徑24.5mm～25.5mm，銫原子燈直徑為9mm～10mm的球型石英玻璃材料玻璃泡。氧化鋁透明陶瓷燈桶內(nèi)徑與銫原子燈直徑相同，壁厚1mm～1.2mm。

本發(fā)明最大特點(diǎn)在于采用凹面鏡聚焦方式代替?zhèn)鹘y(tǒng)的一組凸透鏡、光學(xué)組合鏡片代替?zhèn)鹘y(tǒng)的一組光學(xué)鏡片、球形銫蒸汽室代替?zhèn)鹘y(tǒng)的圓柱形銫蒸汽室，使得整個(gè)光系組件的直徑不超過35mm,長度不超過60mm，比傳統(tǒng)光泵磁力儀縮小一半以上，且性能指標(biāo)相當(dāng)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明的組合鏡片結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但不限定本發(fā)明內(nèi)容。

參閱圖1，本發(fā)明中銫原子燈1受到到高頻交流電的激發(fā)發(fā)光，經(jīng)陶瓷凹面鏡3反射聚焦為平行光，經(jīng)組合鏡片4后變?yōu)橛倚龍A偏振光，再經(jīng)過球形銫蒸汽室8，光線的強(qiáng)度受到子蒸汽吸收的調(diào)制，照射到硅光電池6上，變?yōu)殡娦盘?hào)。在球形銫蒸汽室8外部繞有勵(lì)磁線圈7及加熱線圈5。

本發(fā)明按照光通路的先后，各量子和光學(xué)元件的排列次序?yàn)殇C原子燈1、由陶瓷凹面鏡3反射聚焦，組合鏡片4、球形銫蒸汽室8、硅光電池6。各元件的安裝處于同一軸線上。