[發明專利]基于橢圓光的單光Mx原子磁力儀

在審

• 申請號: 201811285968.8
• 申請日: 2018-10-31
• 公開（公告）號: CN109342980A
• 公開（公告）日: 2019-02-15
• 發明（設計）人: 鄭文強;蘇圣然;何祥;章國憶;林強
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: G01R33/24
• 分類號: G01R33/24
• 代理公司: 杭州之江專利事務所(普通合伙) 33216
• 代理人: 林蜀

基于橢圓光的單光Mx原子磁力儀，包括激光發生器、偏振片、四分之一波片、放置于磁屏蔽桶的原子氣室、纏繞在原子氣室外的射頻線圈、偏振分束器、光電探頭、電流電壓轉換器、鎖相放大器、反饋調節器、直接數字式頻率合成器。本發明通過橢圓光單光，實現泵浦與探測，是一種既能簡化光路，又能用差分探測的方式消除光功率噪聲的原子磁力儀。

技術領域

本發明涉及磁場精密測量儀器，特別涉及基于橢圓光的單光Mx原子磁力儀。

技術背景

磁場的精密測量，在軍事偵察，礦產勘測，生物磁場探測等領域均有著重要的應用。不同的應用情景下，對磁力儀的帶寬，靈敏度，空間分辨率等技術指標有著不同的要求。堿金屬原子磁力儀，利用光與原子的相互作用，探測堿金屬原子最外層價電子在磁場下的進動情況，來實現磁場的精密測量。典型的Mx原子磁力儀，光路包括泵浦光以及探測光。泵浦光選用圓偏振光，當原子吸收泵浦光子時，光子的角動量也傳遞給了原子系統，從而原子系統宏觀角動量發生變化。在外磁場的作用下，宏觀角動量體現為磁矩。通常的原子系統選用堿金屬元素。因為其最外層只有一個價電子，模型簡單。并且有相應的半導體激光器，能夠發出對應能級頻率的光。泵浦光將堿金屬原子系統極化后，其在不同磁場下的進動情況不同。因此，通過光與原子的相互作用，來探測其極化方向的進動，從而進行磁場的測量。對原子極化的探測，可選用線偏振光和圓偏振光。線偏振光在通過極化的原子氣體時，偏振面會發生旋轉。圓偏振光在通過極化的原子氣體時，不同的極化程度，光吸收率不同。Mx磁力儀可以工作在一定強度的本底磁場下，相對于零磁場本底的磁力儀（如無自旋交換弛豫磁力儀），有更廣泛的應用場景。并且，Mx磁力儀的輸出信號頻率與外加射頻信號同頻，不需要額外的調制過程。典型的Mx磁力儀，有兩種搭建方式：

第一種是雙光束Mx磁力儀。兩束光互相垂直，一束為圓偏振光，泵浦原子系統。另一束為線偏振光，通過測量其偏振面的旋轉，來測量磁場。圓偏振光，頻率對應電子的躍遷能級，從而更好的泵浦。線偏振光，通常為失諧光，來獲得更好的信號幅度，并減弱原子系統對探測光的吸收。對于偏振面旋轉的探測，通常選用平衡探測器。這種探測方式能夠很好的消除光功率抖動帶來的噪聲。雙光Mx磁力儀的原理清晰，可分別調節兩束光的參數，差分探測的方式能夠很好的消除光功率噪聲。但因為有兩束光，機構相對復雜，不容易做的很小。

第二種是單光束Mx磁力儀。只有一束圓偏振光，通過調節光與磁場的方向，讓這束圓偏振光，既能起到泵浦的作用，又能起到探測的作用，簡化了光路。但單光探測的方式，容易受光功率噪聲的影響。并且輸出信號有較大的直流量，在后續的信號處理中增加了工作量。

發明內容

為解決現有技術的不足，提供基于橢圓光的單光Mx原子磁力儀，這種磁力儀結構合理，使用方便，能很好地對磁場進行精密測量。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

基于橢圓光的單光Mx原子磁力儀，包括激光發生器、偏振片、四分之一波片、放置于磁屏蔽桶的原子氣室、纏繞在原子氣室外的射頻線圈、偏振分束器、光電探頭、電流電壓轉換器、鎖相放大器、反饋調節器、直接數字式頻率合成器；