[發明專利]磁測探頭及便攜式銫原子激光光泵磁力儀

在審

• 申請號: 201710050771.5
• 申請日: 2017-01-23
• 公開（公告）號: CN106597323A
• 公開（公告）日: 2017-04-26
• 發明（設計）人: 徐云飛;王維東;王兆英;梁尚清;房飛云;胡瑤
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01R33/032
• 分類號: G01R33/032;G01R33/26
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司33200
• 代理人: 邱啟旺

技術領域

本發明屬于精密測量領域，涉及一種磁測探頭及一種便攜式銫原子激光光泵磁力儀，用于獲得磁感應強度的數值。

背景技術

便攜式銫原子激光光泵磁力儀是一種把原子激光抽運和電子自旋共振原理相結合的新型測量裝置。與傳統磁力儀相比，銫原子激光光泵磁力儀的光源采用了激光。與燈泵浦相比，激光泵浦有二個明顯的優點：一是功耗大大下降，容易小型化；而是激光功率更穩定，探測精度會更高。銫原子激光光泵磁力儀在實用化和小型化方向更具發展前途。

近代以來，磁場測量方法不斷涌現，磁場測量精度不斷提高，使得磁場測量技術的應用逐漸豐富，磁場測量尤其是磁場精密測量自然成為國內外研究的重點方向之一。我國對弱磁探測儀器的研究正在取得一些進步，但跟國外商品化高靈敏度的商用儀器仍然存在著一定的差距。自行研制新型實用的磁力儀就顯得尤為重要。

作為自然界廣泛存在的物理場-磁場，其測量技術在諸多領域起著重要的作用，其主要應用領域有四個方面：無損檢測、疾病診斷、資源勘探及地震預測。無損檢測是指通過探測待測物體附近的磁場分布，反映物體本身與磁場信息相關的特性(如缺陷大小，缺陷位置等)。疾病預防是指測量生物體某些部位產生的微弱磁場信號，如心磁(50pT左右)，腦磁(1pT左右)，并利用光學探頭陣列對區域進行成像，可以判斷該部位生理狀態，以便于醫學的診斷和疾病的預防。資源勘探是指通過對區域磁場等間隔取樣測量，繪制磁力線圖，可以判斷是否有存在鐵礦石，同時確定鐵磁性礦石的具體分布情況。地震預測是指通過探測局部地磁場的異常對地震進行預測。正因為磁場的精確測量可以帶來諸多應用，所以設計了便攜式銫原子激光光泵磁力儀。

發明內容

本發明的目的以原子物理為基礎，提供一種磁測探頭及一種便攜式銫原子激光光泵磁力儀。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：一種磁測探頭，包括VCSEL單模激光器、準直鏡、圓偏振器、銫原子氣室、加熱線圈、射頻線圈和光電探測器(10)；所述VCSEL單模激光器、準直鏡、圓偏振器、銫原子氣室、光電探測器(10)依次布置于同一光路上，VCSEL單模激光器4的出射端面與準直鏡5之間的距離等于準直鏡5的焦距；所述銫原子氣室的中心軸與光路具有0～15°夾角；所述加熱線圈、射頻線圈依次布置于銫原子氣室外圍，且中心軸與所述光路垂直。

一種便攜式銫原子激光光泵磁力儀，包括磁測探頭、中繼控制器和輸出模塊；所述中繼控制器包括DDS射頻信號模塊、電流控制模塊和信號處理模塊，其中，DDS射頻信號模塊與射頻線圈相連，電流控制模塊與加熱線圈相連，DDS射頻信號模塊及光電探測器10分別與信號處理模塊相連，信號處理模塊最后與輸出模塊相連。

本發明的有益效果是：便攜式銫原子激光光泵磁力儀相比于傳統的燈泵磁力儀具有結構更緊湊等特點，便于攜帶以及野外測量。且通過雙絞線加熱的形式，實現了無磁加熱。將來可廣泛應用于礦物勘探、地震預測、疾病預防等領域；便攜式銫原子激光光泵磁力儀相比于其它(例如磁通門)磁力儀靈敏度更高，可以實現更精密的測量。

附圖說明

圖1是磁測探頭的構造圖。

圖2是磁力儀系統圖。

圖3是中繼控制器的構造圖。

圖中，磁測探頭1、中繼控制器2、輸出模塊3、VCSEL單模激光器4、準直鏡5、圓偏振器6、銫原子氣室7、加熱線圈8、射頻線圈9、光電探測器10。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明作進一步說明。

如圖1所示，所述磁測探頭1包括VCSEL單模激光器4、準直鏡5、圓偏振器6、銫原子氣室7、加熱線圈8、射頻線圈9、光電探測器10；

所述VCSEL單模激光器4、準直鏡5、圓偏振器6、銫原子氣室7、光電探測器10依次布置于同一光路上，VCSEL單模激光器4的出射端面與準直鏡5之間的距離等于準直鏡5的焦距，VCSEL單模激光器4射出的激光經準直鏡5后得到準直光，經過圓偏振器6轉變成圓偏振光。圓偏振光經過銫原子氣室7后打在光電探測器10上。所述加熱線圈8、射頻線圈9依次布置于銫原子氣室7外圍，且其軸與光路垂直；根據光電探測器10接收的光信息即可計算得到磁場強度。

由于探頭縱向尺寸很小，垂直入射到銫原子氣室端面時發生的光反饋很容易影響到單模激光器的性能，所以銫原子氣室7的中心軸設置成與光路呈0～15°夾角。