[發明專利]一種高激勵磁場下的原子磁力儀及使用方法

有效

• 申請號: 201710122839.6
• 申請日: 2017-03-03
• 公開（公告）號: CN106872911B
• 公開（公告）日: 2019-04-05
• 發明（設計）人: 丁志超;袁杰;龍興武
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科學技術大學
• 主分類號: G01R33/02
• 分類號: G01R33/02
• 代理公司: 長沙七源專利代理事務所(普通合伙) 43214
• 代理人: 鄭雋

1.一種原子磁力儀的使用方法，該原子磁力儀包含：由895nm DFB半導體激光器、一號凸透鏡、二號凸透鏡、一號線偏振片和λ/4玻片組成的抽運光路、由852nm DFB半導體激光器、三號凸透鏡、四號凸透鏡、二號線偏振片、沃拉斯特棱鏡和平衡探測器組成的探測光路、亥姆霍茲線圈、加熱裝置、原子氣室、鎖定放大器、信號處理系統；所述原子氣室中充有¹³³Cs原子與緩沖氣體；所述抽運光路沿z軸方向傳播，用于極化原子氣室中的¹³³Cs原子，以大幅提高x軸方向磁化強度M_x，從而提高原子磁力儀的靈敏度；所述探測光路沿x軸方向傳播，用于探測x軸方向磁化強度M_x；所述亥姆霍茲線圈由銅線繞制，用于產生x軸方向激勵磁場；所述加熱裝置包含銅夾具、無磁電阻加熱片以及無磁溫度傳感器，其中銅夾具用于固定原子氣室，無磁電阻加熱片用于對原子氣室進行加熱，以適當提高原子氣室內¹³³Cs原子蒸汽密度，從而提高原子磁力儀的靈敏度，無磁溫度傳感器用于測量原子氣室的溫度；所述鎖定放大器用于同向與正交解調探測光路探測的M_x信號，并輸出M_R信號，其解調的參考頻率由信號處理系統調節；所述信號處理系統包含數據采集卡與計算機，負責信號的采集、產生與處理，用于驅動與控制亥姆霍茲線圈提供激勵磁場，同時用于驅動與控制加熱裝置，使其加熱原子氣室，并保持原子氣室溫度的穩定；其特征在于，該使用方法包括以下步驟：

步驟一，信號處理系統產生遠離磁共振頻率的高頻振蕩電流，輸入到加熱裝置中的無磁電阻加熱片，對原子氣室進行加熱，并采集加熱裝置中的無磁溫度傳感器測量得到原子氣室的溫度值，通過反饋控制，調節高頻振蕩電流的幅值，以穩定原子氣室的溫度；

步驟二，打開895nm DFB半導體激光器，將其調節到¹³³Cs原子D1線躍遷共振頻率，輸出抽運光，抽運光沿著z軸方向的抽運光路傳播，開始極化原子氣室中的¹³³Cs原子；同時，打開852nm DFB半導體激光器，將其調節到¹³³Cs原子D2線躍遷共振頻率，輸出探測光，探測光沿著x軸方向的探測光路傳播，開始探測x軸方向磁化強度M_x；鎖定放大器同向與正交解調探測光路中平衡探測器輸出的信號，信號處理系統采集鎖定放大器解調后輸出的M_R信號；

步驟三，信號處理系統驅動亥姆霍茲線圈產生x軸方向的激勵磁場，鎖定放大器的參考頻率取激勵磁場的頻率ω₁，同時，信號處理系統通過調節激勵磁場的頻率ω₁，觀測采集得到的M_R信號關于ω₁的響應曲線是否有凹陷；若沒有，適當增加激勵磁場的幅值B₁，使M_R信號關于ω₁的響應曲線出現凹陷，并記錄凹陷中心對應的頻率ω₀₁和此時激勵磁場的幅值B₁₁；

步驟四，信號處理系統驅動亥姆霍茲線圈產生x軸方向的激勵磁場，激勵磁場的幅值取步驟三得到的值B₁₁，激勵磁場的頻率和鎖定放大器的參考頻率取步驟三得到的值ω₀₁，同時，信號處理系統調節激勵磁場的幅值，使采集得到的M_R信號的信噪比最大，記錄此時激勵磁場的幅值B₁₂；

步驟五，信號處理系統驅動亥姆霍茲線圈產生x軸方向的激勵磁場，激勵磁場的幅值取步驟四得到的值B₁₂；鎖定放大器的參考頻率取激勵磁場的頻率ω₁；同時，信號處理系統通過調節激勵磁場的頻率ω₁，跟蹤采集得到的M_R信號的中心頻率ω₀，即磁共振頻率|γB|；根據得到的中心頻率，提取得到原子氣室處的磁場B＝|ω₀/γ|。