[發(fā)明專利]一種基于法拉第效應的一體化堿金屬氣體密度檢測裝置

有效

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• 申請日: 2019-10-29
• 公開（公告）號: CN110631955B
• 公開（公告）日: 2022-01-25
• 發(fā)明（設計）人: 張寧;韓邦成;陸吉璽;丁銘;孫暢;趙俊鵬;楊可;馬丹躍;邢博錚
• 申請（專利權）人: 之江實驗室
• 主分類號: G01N9/24
• 分類號: G01N9/24
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 賈玉霞

本發(fā)明公開了一種基于法拉第效應的一體化堿金屬氣體密度檢測裝置，針對SERF相關傳感測量應用所必需的氣室內堿金屬氣體密度測量需求，對測量表頭中磁場、加熱和檢測等關鍵部件進行了一體化設計，利用緊密配合和可拆卸結構提高了一體化裝置的可操作性，減少了檢測表頭體積，提高了堿金屬氣體密度檢測和調試效率。本發(fā)明將為原子自旋SERF態(tài)相關傳感測量系統(tǒng)提供高效可靠的一體化堿金屬氣體密度檢測裝置。

技術領域

本發(fā)明屬于氣體密度檢測領域，具體涉及一種基于法拉第效應的一體化堿金屬氣體密度檢測裝置。

背景技術

基于無自旋交換弛豫(Spin-Exchange Relaxation-Free，SERF)態(tài)的超高靈敏傳感測量研究在基礎物理、腦科學、生命科學和資源探測等方面有廣泛的應用前景。原子自旋SERF態(tài)的相關研究以堿金屬氣體為原子源開展，常采用薄壁通光玻璃氣室來承載堿金屬氣體。氣室中堿金屬氣體的密度將決定傳感測量系統(tǒng)各項抽運和檢測參數，因此，對氣室密度進行高效檢測具有重要的科學意義和實用價值，同時也能夠促進相關陣列式傳感器的進一步發(fā)展。當氣室沖入堿金屬氣體并完成封裝后難以直接檢測氣體壓力或密度等參數，在科學研究和實際應用中常采用光學方法進行間接檢測。本裝置所采用的光學檢測方法主要原理是法拉第效應，即當線偏振檢測光通過磁場中的堿金屬氣體介質時，其偏振面會發(fā)生旋轉，通過偏振分光棱鏡將檢測光分為兩束傳播和偏振方向都相互垂直的線偏振光，并由不同的光電探測器檢測其強度差異，從而推算出檢測光偏振面的旋轉角度，由此得到氣室中堿金屬氣體的密度。現有堿金屬氣體密度檢測工作常用開放式實驗研究平臺進行，核心檢測裝置依附于其他系統(tǒng)組件且集成性差，可檢測的氣室尺寸和氣體密度范圍受限。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于針對現有的原子自旋SERF態(tài)相關傳感應用中氣室堿金屬密度檢測裝置體積大、結構松散的問題，提出一種基于法拉第效應的一體化堿金屬氣體密度檢測裝置，減小氣室密度檢測表頭體積，簡化檢測光路，增強檢測裝置各器部件配合度和可操作性，為SERF態(tài)下相關傳感應用提供一體化堿金屬氣體密度檢測裝置。

本發(fā)明的目的通過如下技術方案來實現：

一種基于法拉第效應的一體化堿金屬氣體密度檢測裝置，其特征在于，該裝置包括氣室組件、波片組件以及檢測組件，所述的氣室組件由內而外依次嵌套有偏置線圈、加熱膜、烤箱、氣室，所述的偏置線圈和烤箱固連，所述的加熱膜緊貼于烤箱的外壁，所述的烤箱在相對位置均開設通光孔形成檢測光通路，所述的氣室由氣室固定件與烤箱固連；所述的波片組件由旋轉調整架、半波片和鏡架固定件組成，所述的半波片嵌套固連在旋轉調整架上，所述的旋轉調整架可相對所述的鏡架固定件轉動；所述的檢測組件包括棱鏡固定架、偏振分光棱鏡、光電探測器和電控接口，所述的偏振分光棱鏡固定在棱鏡固定架內，用于將線偏振檢測光分為折射檢測光和透射檢測光，且在偏振分光棱鏡的兩個垂直方向上均設置有光電探測器和電控接口。

進一步地，所述的氣室中的氣體為待測堿金屬氣體，為鉀、銣、銫其中的任意一種或兩種，并根據實際需求可摻雜適量惰性氣體。

進一步地，所述的偏置線圈由線圈骨架和銅芯導線組成，線圈骨架采用聚醚醚酮材料制成，銅芯導線以螺線管方式緊密纏繞，線圈匝數可根據實際情況調節(jié)。

進一步地，所述的烤箱采用氮化硼材料制成，六個烤箱壁在對應位置固連并可重復拆卸。

進一步地，所述的偏置線圈、烤箱和氣室的幾何中心保持重合。

進一步地，所述的加熱膜采用無磁鎳鉻材料作為加熱絲材料，在聚酰亞胺薄膜兩側對稱走線并串聯(lián)，保證通電時電流大小相同、方向相反。

進一步地，所述的波片組件還包括旋鈕，所述的旋轉調整架和半波片通過旋鈕與鏡架固定件鎖定或解鎖，當旋鈕解鎖時，通過旋轉調整架外壁旋轉螺紋帶動半波片實現連續(xù)360°旋轉。

進一步地，所述的偏振分光棱鏡采用堿金屬原子所需檢測光波長的增透膜材料進行鍍膜處理。