[發明專利]基于微型原子氣室的原子磁力儀

在審

• 申請號: 201811332779.1
• 申請日: 2018-11-09
• 公開（公告）號: CN109521376A
• 公開（公告）日: 2019-03-26
• 發明（設計）人: 蔣志遠;劉小赤;屈繼峰
• 申請（專利權）人: 中國計量科學研究院
• 主分類號: G01R33/032
• 分類號: G01R33/032
• 代理公司: 北京華進京聯知識產權代理有限公司 11606
• 代理人: 趙永輝

本申請提供一種基于微型原子氣室的原子磁力儀，是基于微型原子氣室的Bell?Bloom原子磁力儀，第一玻璃片、硅片以及第二玻璃片共同包圍形成了堿金屬氣室，并通過微機電系統工藝制備成玻璃?硅?玻璃三層結構。每個第二內壁的表面鍍有反射膜，且每個反射膜與第一硅表面夾角為銳角，可以使得進入堿金屬氣室的入射光被第二內壁上的反射膜反射，使得泵浦光在堿金屬氣室內沿水平方向傳播，并到達另一個第二內壁的反射膜上后離開堿金屬氣室。同時，一束探測光通過第二玻璃片直接垂直進入堿金屬氣室，使得經反射膜反射的入射光與探測光實現兩束光的正交，并進入到光電探測器進行探測，從而形成Bell?bloom結構光泵原子磁力儀的構型。

技術領域

本申請涉及原子氣室領域，特別是涉及一種基于微型原子氣室的原子磁力儀。

背景技術

高靈敏度磁力儀已經成為了很多科研領域中至關重要的工具，從生物醫藥到地球物理，再到基本對稱性的驗證，都離不開磁力儀的幫助。原子磁力儀有著天然的優勢，對工作環境沒有限制，并且具備發展成為芯片級別集成器件的潛力。隨著芯片級原子器件的發展，基于MEMS工藝的微型原子氣室已經廣泛被應用。在光泵浦作用下，特定偏振狀態的光被工作原子吸收，原子對光的吸收在滿足能量守恒的同時還受到選擇定則的約束，原子熱平衡狀態在光泵浦作用下被打破而產生一定的自旋取向，在光傳播方向上形成宏觀磁矩。宏觀磁矩使原子在磁場中受到力矩作用，其圍繞磁場作拉莫爾進動，進動頻率與磁場成正比。

利用射頻線圈產生的射頻頻率與拉莫爾頻率產生共振的方法，或者利用對激光波長、強度或偏振態的調制頻率與拉莫爾頻率產生共振的方法，通過信號檢測系統獲取拉莫爾頻率，根據其與磁場的正比例關系，得到磁場大小。對于Bell-Bloom結構光泵原子磁力儀可以接近無自旋弛豫交換原理的磁力儀的靈敏度，并且可以在地磁范圍內工作。但是，傳統的Bell-Bloom結構光泵原子磁力儀一般使用比較大的厘米量級的堿金屬原子氣室，體積較大，空間分辨率有限，且制造和可集成度低。

發明內容

基于此，有必要針對傳統的Bell-Bloom結構光泵原子磁力儀體積較大、制造和可集成度低的問題，提供一種基于微型原子氣室的原子磁力儀。

本申請提供一種基于微型原子氣室的原子磁力儀包括第一激光器、第二激光器、四分之一玻片、偏振片、光調制器、微型原子氣室、亥姆霍茲線圈、極化分束器、反射鏡以及平衡光電探測器。所述第一激光器用于發出泵浦光。所述第二激光器用于發出探測光，且使得泵浦光與探測光平行設置。所述四分之一玻片設置于泵浦光方向上，用于將泵浦光轉變為圓偏振光。所述偏振片設置于探測光方向上，用于將探測光轉變為比較理想的線偏振光。所述光調制器設置于泵浦光方向上，用于將圓偏振光進行幅度調制。

所述微型原子氣室包括第一玻璃片、硅片以及第二玻璃片。所述第一玻璃片具有第一玻璃表面。所述硅片具有兩個相對設置的第一內壁與兩個相對設置的第二內壁，所述第一內壁與所述第二內壁相鄰連接，且所述硅片具有第一硅表面與第二硅表面，所述第一硅表面與所述第二硅表面相對設置，所述硅片設置于所述第一玻璃表面，每個所述第二內壁的表面設置有反射膜，且每個所述反射膜與所述第一硅表面夾角為銳角，所述第二玻璃片具有第二玻璃表面與第三玻璃表面，所述第三玻璃表面與所述第二玻璃表面相對設置，所述第二玻璃片設置于所述第二硅表面，且兩個所述第一內壁、兩個所述第二內壁、所述第一玻璃表面以及所述第二玻璃表面共同包圍形成一個密閉的堿金屬氣室，用以充入堿金屬氣體和緩沖氣體。

所述第三玻璃表面與所述光調制器相對設置，且所述第三玻璃表面與所述第二聲光調制器相對設置，使得圓偏振光與線偏振光平行射入所述微型原子氣室，經過所述微型原子氣室的所述第二內壁反射，泵浦光實現了在所述微型原子氣室內與探測光的正交，實現了Bell-Bloom原理的構型。