[發(fā)明專(zhuān)利]激光氦光泵磁測(cè)裝置

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410756358.7
• 申請(qǐng)日: 2014-12-09
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104459581A
• 公開(kāi)（公告）日: 2015-03-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周志堅(jiān);王超;程德福;胡睿帆;陳軍;曹曦元
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 吉林大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G01R33/26
• 分類(lèi)號(hào): G01R33/26;G01V3/40
• 代理公司: 長(zhǎng)春吉大專(zhuān)利代理有限責(zé)任公司 22201
• 代理人: 王立文

技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明涉及一種氦光泵磁測(cè)裝置，尤其是應(yīng)用在環(huán)境磁場(chǎng)值精確測(cè)量的激光氦光泵磁測(cè)裝置。

背景技術(shù)：

現(xiàn)有的氦光泵磁力儀是測(cè)量環(huán)境磁場(chǎng)值的主要工具之一，它能夠應(yīng)用在地質(zhì)及礦產(chǎn)資源的勘探，地震預(yù)報(bào)，軍事以及醫(yī)學(xué)中心磁、腦磁監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域。特別是在地磁場(chǎng)的測(cè)量中，氦光泵磁力儀占有十分重要的地位，是到目前為止磁測(cè)精度最高的磁力儀。氦光泵磁力儀既能測(cè)量地磁場(chǎng)總場(chǎng)，又能測(cè)量總場(chǎng)梯度；既能測(cè)緩變的磁場(chǎng)，又能測(cè)瞬變的磁場(chǎng)。性能穩(wěn)定，應(yīng)用廣泛。

目前現(xiàn)有的氦光泵磁力儀是以氦原子在磁場(chǎng)中的塞曼效應(yīng)為基礎(chǔ)，結(jié)合光泵作用與磁共振作用來(lái)實(shí)現(xiàn)測(cè)磁的。

氦氣是一種惰性氣體，在正常條件下氦原子基本都處于1¹S₀即基態(tài)上，但是處于基態(tài)上的原子無(wú)法分裂出塞曼次能級(jí)，所以首先需要通過(guò)19.77電子伏的放電將氦原子激發(fā)到2³S₁即亞穩(wěn)態(tài)上。處于2³S₁的氦原子可以分類(lèi)為三個(gè)塞曼次能級(jí)，但由于符合自然界中隨機(jī)分布原理，處于三個(gè)次能級(jí)上的原子數(shù)目幾乎相等，此時(shí)，各個(gè)能級(jí)間的躍遷幾率幾乎相同，能級(jí)之間將表現(xiàn)不出明顯的能量變化，所以為了能夠探測(cè)出明顯的能量變化，需要使原子盡量都集中在同一個(gè)能級(jí)上，即利用光泵作用實(shí)現(xiàn)原子的光學(xué)取向。而這種光泵作用是通過(guò)處于2³S₁能級(jí)上的原子吸收光能后躍遷到2³P₁能級(jí)，之后再躍遷回2³S₁能級(jí)實(shí)現(xiàn)的，在此過(guò)程中需要外界提供一個(gè)波長(zhǎng)為1083.2nm的光。

目前現(xiàn)有的氦光泵磁力儀，探頭利用氦燈作為光源，將氦燈點(diǎn)亮后發(fā)出的光引入光路，通過(guò)透鏡聚焦，再經(jīng)過(guò)偏振片之后進(jìn)入氦室。氦光泵磁力儀通常是通過(guò)氦燈產(chǎn)生1083.2nm的光，而氦燈產(chǎn)生的光譜線(xiàn)往往較寬，所涵蓋的波長(zhǎng)范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于1083.2nm左右，而僅僅利用1083.2nm會(huì)造成功率上的巨大浪費(fèi)，儀器功耗大，極大地浪費(fèi)了能源。

發(fā)明內(nèi)容：

本發(fā)明的目的就是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種直接有效利用1083.2nm激光，降低儀器功耗的激光氦光泵磁測(cè)裝置

本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

激光氦光泵磁測(cè)裝置，是由激光器及穩(wěn)頻裝置1經(jīng)光耦合頭6與光纖2連接，光纖2經(jīng)光纖固定支架7與氦室及附件3連接，氦室及附件3通過(guò)電纜4與單片機(jī)5連接構(gòu)成。

所述的氦室及其附件3內(nèi)裝有偏振片9、λ/4玻片8、氦室10和光敏檢測(cè)器11構(gòu)成。

所述的激光器及穩(wěn)頻裝置1是由激光器12通過(guò)電纜Ⅱ26、穩(wěn)頻電路25和電纜Ⅰ24與光電檢測(cè)器23連接，ZOM激光頭13發(fā)射出的激光經(jīng)PZT壓電陶瓷及光柵14、反射鏡a15、λ/2玻片16、PBS偏振分束器17、厚雙平鏡18折射進(jìn)入氦室22后透過(guò)反射鏡21照射在光電檢測(cè)器23，透過(guò)厚雙平鏡18的光經(jīng)反射鏡b19、反射鏡20c和反射鏡d21與透過(guò)反射鏡d21的光一同照射在光電檢測(cè)器23上構(gòu)成。

有益效果：使用1083nm氦原子單頻半導(dǎo)體激光器代替氦燈，其發(fā)出的激光波長(zhǎng)范圍集中在1083.1nm到1083.3nm之間，相對(duì)于我們所需的1083.2nm，其譜線(xiàn)范圍很窄，遠(yuǎn)遠(yuǎn)窄于氦燈的譜線(xiàn)范圍。與氦燈相比較，在相同環(huán)境條件下，1083nm氦原子單頻半導(dǎo)體激光器所消耗的功率遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于氦燈所消耗的功率。使用1083nm氦原子單頻半導(dǎo)體激光器代替氦燈，由于發(fā)出的激光光束譜線(xiàn)范圍窄，而且譜線(xiàn)集中，在消耗較小功率的情況下，探頭中光電檢測(cè)器的檢測(cè)信號(hào)變強(qiáng)，有利于后續(xù)信號(hào)處理電路的設(shè)計(jì)，可大幅提高儀器的靈敏度和精度，使被探測(cè)物體的磁信息反應(yīng)更明顯、更有效，有助于對(duì)所測(cè)磁場(chǎng)數(shù)據(jù)的分析和處理，明顯提高光電檢測(cè)信號(hào)強(qiáng)度的同時(shí)大大降低磁測(cè)裝置的功耗。并且可大幅提高儀器的靈敏度和精度等指標(biāo)，進(jìn)而使被探測(cè)物體的磁信息反應(yīng)更加明顯、更加有效，有助于對(duì)所測(cè)得磁場(chǎng)數(shù)據(jù)的分析和處理。

附圖說(shuō)明：

圖1激光氦光泵磁測(cè)裝置結(jié)構(gòu)圖

圖2是圖1氦室及其附件3結(jié)構(gòu)圖

圖3是圖1中激光器及穩(wěn)頻裝置1結(jié)構(gòu)圖