[發明專利]一種基于多程環形光腔的光泵原子磁力儀

在審

• 申請號: 201910667527.2
• 申請日: 2019-07-23
• 公開（公告）號: CN110261797A
• 公開（公告）日: 2019-09-20
• 發明（設計）人: 李瑩穎;徐馥芳;羅玉昆;馬明祥;胡青青
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍軍事科學院國防科技創新研究院
• 主分類號: G01R33/032
• 分類號: G01R33/032
• 代理公司: 長沙七源專利代理事務所(普通合伙) 43214
• 代理人: 劉伊旸;周曉艷

1.一種基于多程環形光腔的光泵原子磁力儀，其特征在于，包括多程環形光腔模塊、探測光路模塊、磁場控制模塊和信號分析控制模塊；

所述多程環形光腔模塊包括原子氣室(11)、入射腔鏡(12)、出射腔鏡(13)和第一反射鏡(14)，所述入射腔鏡(12)和出射腔鏡(13)分別設置在原子氣室(11)的探測激光入射光路和探測激光出射光路上，所述第一反射鏡(14)用于實現探測激光在入射腔鏡(12)和出射腔鏡(13)之間的來回反射，通過入射腔鏡(12)、出射腔鏡(13)和第一反射鏡(14)間方位的配合實現探測激光多次往返通過原子氣室(11)；

所述探測光路模塊包括探測激光器(21)、第二偏振分光鏡(24)、第一光電探測器(25)和第二光電探測器(26)，所述探測激光器(21)用于向入射腔鏡(12)發射探測激光，所述第二偏振分光鏡(24)用于將從出射腔鏡(13)射出的探測激光分為兩束光功率相等的激光A和激光B，所述第一光電探測器(25)和第二光電探測器(26)分別設置在激光A和激光B的光路上并用于將光信號轉化為電壓信號；

所述磁場控制模塊包括圍繞原子氣室(11)設置的磁場線圈(31)以及用于控制磁場線圈(31)產生磁場強度的磁場驅動源(32)，通過所述磁場線圈(31)實現對原子的屏蔽外部環境磁場以及施加功能磁場；

所述信號分析控制模塊與第一光電探測器(25)、第二光電探測器(26)、磁場驅動源(32)分別連接，通過分析來自兩個光電控制器的信號解算出原子自旋感受到的磁場強度數據并發出磁場控制信號。

2.根據權利要求1所述的基于多程環形光腔的光泵原子磁力儀，其特征在于，所述信號分析控制模塊包括差分電路(41)和數據處理服務器(42)，所述差分電路(41)與第一光電探測器(25)、第二光電探測器(26)的信號輸出端連接，并用于對來自兩個光電探測器的輸出信號做差分運算，所述數據處理服務器(42)與差分電路(41)、磁場驅動源(32)分別連接，并用于接收來自差分電路(41)的運算結果進行磁場信號解算且發出對應的磁場控制信號。

3.根據權利要求2所述的基于多程環形光腔的光泵原子磁力儀，其特征在于，還包括用于為原子氣室(11)提供泵浦光的泵浦光路模塊，所述泵浦光路模塊包括用于發射泵浦激光的泵浦激光器(51)以及用于將線偏振激光轉化為圓偏振激光的四分之一波片(55)。

4.根據權利要求3所述的基于多程環形光腔的光泵原子磁力儀，其特征在于，在所述原子氣室(11)內，泵浦激光的光路與探測激光的光路垂直設置。

5.根據權利要求4所述的基于多程環形光腔的光泵原子磁力儀，其特征在于，所述泵浦光路模塊還包括設置在四分之一波片(55)和原子氣室(11)之間的擴束鏡(56)，泵浦激光由所述擴束鏡(56)擴束后輻照整個原子氣室。

6.根據權利要求4所述的基于多程環形光腔的光泵原子磁力儀，其特征在于，所述泵浦光路模塊還包括第三偏振分光鏡(52)和泵浦激光控制器(53)，所述第三偏振分光鏡(52)用于將從泵浦激光器(51)射出的泵浦激光分為主光束和參考光束，其中主光束作為射入原子氣室(11)的泵浦光，參考光束反饋給泵浦激光控制器(53)實現對泵浦激光頻率和功率的選擇及穩定；

所述探測光路模塊還包括第一偏振分光鏡(22)和探測激光控制器(23)，所述第一偏振分光鏡(22)用于將從探測激光器(11)射出的探測激光分為主光束和參考光束，其中主光束射入原子氣室(11)中探測原子自旋的進動狀態，參考光束反饋給探測激光控制器(23)實現對探測激光頻率和功率的選擇及穩定。

7.根據權利要求4所述的基于多程環形光腔的光泵原子磁力儀，其特征在于，所述原子氣室(11)的泵浦激光出射光路與第一反射鏡(14)的位置重合，所述泵浦光路模塊還包括光隔離器(57)，所述光隔離器(57)設置在原子氣室(11)的泵浦激光出射光路上且位于原子氣室(11)和第一反射鏡(14)之間，用于避免泵浦光因反射作用返回原子氣室進而造成原子自旋極化損失。