[發明專利]基于SERF的雙抽運光束三軸原子矢量磁場測量裝置

有效

• 申請號: 201910848336.6
• 申請日: 2019-09-09
• 公開（公告）號: CN110568382B
• 公開（公告）日: 2020-08-18
• 發明（設計）人: 丁銘;馬丹躍;陸吉璽;李思然;王坤;張少文;韓邦成
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01R33/02
• 分類號: G01R33/02;G01R33/032;G01R33/00
• 代理公司: 北京海虹嘉誠知識產權代理有限公司 11129
• 代理人: 吳小燦;張濤

基于SERF的雙抽運光束三軸原子矢量磁場測量裝置，能夠在同一個氣室的不同部分進行抽運，從而有利于在一個氣室下同時實現高靈敏度三軸原子矢量磁場的測量，包括堿金屬氣室，其特征在于，所述堿金屬氣室為L形結構，所述L形結構包括左上方塊、右上方塊和左下方塊，右下方為右下空缺部，所述右上方塊的X軸方向為第一路抽運光束照射通道，所述左下方塊的Z軸方向為第二路抽運光束照射通道，所述左上方塊不受抽運光束照射，所述第一路抽運光束和所述第二路抽運光束交匯于所述右下空缺部。

技術領域

本發明涉及原子磁強計技術，特別是一種基于SERF的雙抽運光束三軸原子矢量磁場測量裝置，通過設置L形結構的堿金屬氣室，能夠在同一個氣室的不同部分進行抽運，從而有利于在一個氣室下同時實現高靈敏度三軸原子矢量磁場的測量。SERF是Spin-Exchange-Relaxation-Free的縮寫，即無自旋交換弛豫，SERF為本領域通用術語。

背景技術

近年來，隨著人類在激光技術和原子操控等關鍵理論和技術取得進展，量子技術應用得到空前關注，成為世界各國研究的熱點。在磁場測量領域，無自旋交換弛豫原子磁強計可顯著提高磁場測量精度和靈敏度，已成為目前磁測量靈敏度最高的磁強計。根據測量的磁場信息是否包含方向信息，可以將原子磁強計分為標量磁強計和矢量磁強計兩大類。其中矢量磁強計可以測量磁場空間分量，獲得空間中某點磁場更加完整的信息。三軸矢量原子磁強計能夠同時提供磁場三軸矢量方向、幅度信息以及總的標量磁場幅值，被廣泛應用于基礎物理學、深空/深地探測、腦磁心磁探測、生物極弱磁測量等領域，已成為新一代磁強計的發展方向。

利用無自旋交換原子磁強計實現三軸矢量化磁場測量，利用一個氣室，使用分頻調制方法可同時實現三軸靈敏度測量，但該方法在原子自旋方向磁場靈敏度較低。采用橫向調制或縱向調制的方法，利用兩個氣室或者分不同時刻測量可實現高靈敏度三軸矢量磁場測量，但容易引入正交誤差且不可連續測量。由于磁強計響應對原子極化方向磁場的不敏感性，無法利用一個氣室同時實現三軸矢量磁場的超高靈敏度測量。目前現有的方法在一個氣室下同時實現超高靈敏度三軸矢量磁場的測量難以實現。

發明內容

本發明針對現有技術中存在的缺陷或不足，提供一種基于SERF的雙抽運光束三軸原子矢量磁場測量裝置，通過設置L形結構的堿金屬氣室，能夠在同一個氣室的不同部分進行抽運，從而有利于在一個氣室下同時實現高靈敏度三軸原子矢量磁場的測量。

本發明的技術方案如下：

基于SERF的雙抽運光束三軸原子矢量磁場測量裝置，包括堿金屬氣室，其特征在于，所述堿金屬氣室為L形結構，所述L形結構包括左上方塊、右上方塊和左下方塊，右下方為右下空缺部，所述右上方塊的X軸方向為第一路抽運光束照射通道，所述左下方塊的Z軸方向為第二路抽運光束照射通道，所述左上方塊不受抽運光束照射，所述第一路抽運光束和所述第二路抽運光束交匯于所述右下空缺部。

所述第一路抽運光束為第一路圓偏振光束，所述第二路抽運光束為第二路圓偏振光束，所述第一路圓偏振光束和所述第二路圓偏振光束均來源于同一抽運激光器發射的原始抽運光束，所述原始抽運光束通過第一偏振分光棱鏡分成兩路初始光束。

所述抽運激光器發射的激光波長在堿金屬原子D1線的中心。

所述堿金屬氣室的外圍設置有無磁電加熱烤箱，所述無磁電加熱烤箱的外圍設置有三軸磁補償線圈，所述三軸磁補償線圈的外圍設置有磁屏蔽桶，所述三軸磁補償線圈連接有信號發生器。

所述右上方塊的上方設置有第一1/4波片，所述第一1/4波片的上方設置有第二偏振分光棱鏡，所述第二偏振分光棱鏡的上方設置有反射鏡，所述反射鏡的左前方設置有第二凸透鏡，所述第二凸透鏡的左前方設置有第一凸透鏡，所述第一凸透鏡的左前方設置有第一偏振分光棱鏡，所述第一偏振分光棱鏡的左前方設置有第一1/2波片，所述第一1/2波片的左前方設置有抽運激光器，所述抽運激光器發射原始抽運光束。