[發(fā)明專利]一種基于銣原子磁光旋轉(zhuǎn)效應(yīng)測(cè)量磁場(chǎng)的方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710652951.0
• 申請(qǐng)日: 2017-08-02
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107656220A
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-02-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊世宇;崔敬忠;繆培賢;廉吉慶;王劍祥;陳大勇;楊煒;涂建輝
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 蘭州空間技術(shù)物理研究所
• 主分類號(hào): G01R33/032
• 分類號(hào): G01R33/032
• 代理公司: 北京理工大學(xué)專利中心11120
• 代理人: 楊志兵,仇蕾安

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于銣原子磁光旋轉(zhuǎn)效應(yīng)測(cè)量磁場(chǎng)的方法，屬于磁場(chǎng)測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

弱磁探測(cè)是一個(gè)非常重要且具有很大發(fā)展前景的研究方向。目前，主要是采用超導(dǎo)量子干涉器件(Superconducting Quantum Interference Device)進(jìn)行弱磁探測(cè)，該檢測(cè)技術(shù)是基友超導(dǎo)量子干涉技術(shù)進(jìn)行的測(cè)量，雖然能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)微弱磁場(chǎng)的準(zhǔn)確測(cè)量，但是該磁力儀裝置復(fù)雜、對(duì)工作環(huán)境要求高、使用維護(hù)成本高，普適性差，不利于弱磁探測(cè)的研究發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種基于銣原子磁光旋轉(zhuǎn)效應(yīng)測(cè)量磁場(chǎng)的方法，所述方法通過(guò)對(duì)待測(cè)磁場(chǎng)中銣原子與光場(chǎng)相互作用產(chǎn)生的磁光旋轉(zhuǎn)效應(yīng)進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)合磁光共振頻率與外磁場(chǎng)之間的關(guān)系，獲得待測(cè)磁場(chǎng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度大小；所述方法操作簡(jiǎn)單，普適性強(qiáng)，在空間與地球物理、深空磁場(chǎng)探測(cè)、軍事反潛、生物醫(yī)學(xué)等方面都有著廣泛的應(yīng)用前景，具有重要的研究?jī)r(jià)值。

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

一種基于銣原子磁光旋轉(zhuǎn)效應(yīng)測(cè)量磁場(chǎng)的方法，所述方法如下；

(1)將充有銣原子、氮?dú)夂蜌鍤獾脑託馐抑糜诖郎y(cè)磁場(chǎng)中，且原子氣室內(nèi)溫度控制在80℃～120℃內(nèi)；

(2)抽運(yùn)激光器產(chǎn)生的抽運(yùn)激光使原子氣室內(nèi)的銣原子進(jìn)行高度極化；

(3)探測(cè)激光器產(chǎn)生的探測(cè)激光與極化后的銣原子相互作用，使極化后的銣原子進(jìn)行拉莫爾進(jìn)動(dòng)，獲得包含磁信息的調(diào)制光學(xué)信號(hào)；

(4)含磁信息的調(diào)制光學(xué)信號(hào)依次經(jīng)過(guò)偏振分束器、光探測(cè)器、放大器后，轉(zhuǎn)換成含有磁信息的電信號(hào)；

(5)含有磁信息的電信號(hào)經(jīng)過(guò)信號(hào)處理單元處理后，獲得進(jìn)動(dòng)頻率f；再根據(jù)如下公式計(jì)算得到待測(cè)弱磁場(chǎng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度；

其中，B為待測(cè)磁場(chǎng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度，f為進(jìn)動(dòng)頻率，γ為銣原子的磁旋比，γ的取值一般為7；抽運(yùn)激光與探測(cè)激光相互垂直，且抽運(yùn)激光與探測(cè)激光的失諧度為2kHz～20kHz，優(yōu)選5kHz～10kHz。

進(jìn)一步的，所述抽運(yùn)激光器輸出的光功率為30mW～50mW。

原子氣室內(nèi)氮?dú)馀c氬氣的體積比為2～6:1。

有益效果：

本發(fā)明所述方法是基于磁光共振技術(shù)進(jìn)行測(cè)量的，即對(duì)磁場(chǎng)中銣原子與光場(chǎng)相互作用產(chǎn)生的磁光旋轉(zhuǎn)效應(yīng)進(jìn)行檢測(cè)，再利用磁光共振頻率與外磁場(chǎng)之間的關(guān)系，通過(guò)高靈敏度低噪聲弱磁檢測(cè)技術(shù)實(shí)現(xiàn)磁場(chǎng)的準(zhǔn)確測(cè)量；另外，本發(fā)明所述方法涉及的測(cè)量裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，能耗低，普適性強(qiáng)，在空間與地球物理、深空磁場(chǎng)探測(cè)、軍事反潛、生物醫(yī)學(xué)等方面都有著廣泛的應(yīng)用前景，具有重要的研究?jī)r(jià)值。

附圖說(shuō)明

圖1為實(shí)施例中所述方法采用的測(cè)量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為實(shí)施例中激光與銣原子之間相互作用示意圖。

圖3為實(shí)施例中極化后的銣原子與探測(cè)激光相互作用后的磁光共振信號(hào)圖。

圖4為采用實(shí)施例所述方法測(cè)得的磁場(chǎng)信號(hào)圖。

其中，1-抽運(yùn)激光器，2-λ/4波片，3-探測(cè)激光器，4-偏振片，5-原子氣室，6-偏振分束器，7-光探測(cè)器，7-1-光探測(cè)器Ⅰ，7-2-光探測(cè)器Ⅱ，8-放大器，9-信號(hào)處理單元。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步闡述，其中，所述方法如無(wú)特別說(shuō)明均為常規(guī)方法，所述原材料如無(wú)特別說(shuō)明均能從公開(kāi)商業(yè)途徑而得。

一種基于銣原子磁光旋轉(zhuǎn)效應(yīng)測(cè)量磁場(chǎng)的方法，所述方法采用的測(cè)量裝置包括抽運(yùn)激光器1、λ/4波片2、探測(cè)激光器3、偏振片4、原子氣室5、偏振分束器6、光探測(cè)器7-1、光探測(cè)器Ⅱ7-2、放大器以8及信號(hào)處理單元9，如圖1所示；具體的測(cè)量操作如下：

(1)將原子氣室5置于待測(cè)磁場(chǎng)中，原子氣室5內(nèi)的氮?dú)馀c氬氣的體積比設(shè)置為2～6:1，原子氣室5內(nèi)保持恒溫環(huán)境且溫度在80℃～120℃范圍內(nèi)；

(2)抽運(yùn)激光器1產(chǎn)生的抽運(yùn)激光經(jīng)過(guò)λ/4波片2后得到圓偏振光，圓偏振光與原子氣室5內(nèi)的銣原子相互作用，并對(duì)銣原子自旋進(jìn)行高度極化，極化后的銣原子呈現(xiàn)出高度的二向色性；

(3)探測(cè)激光器3產(chǎn)生的探測(cè)激光經(jīng)過(guò)偏振片4后得到線偏振光，線偏振光與極化后的銣原子相互作用，使極化后的銣原子進(jìn)行拉莫爾進(jìn)動(dòng)，獲得包含磁信息的調(diào)制光學(xué)信號(hào)；