[發明專利]一種基于空間光調制器的原子自旋多通道檢測方法及裝置

有效

• 申請號: 202010005303.8
• 申請日: 2020-01-03
• 公開（公告）號: CN111077151B
• 公開（公告）日: 2021-06-01
• 發明（設計）人: 房建成;房秀杰;翟躍陽;魏凱;趙天;馬丹躍;邢博錚;肖志松
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01N21/84
• 分類號: G01N21/84;G01N21/01
• 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

一種基于空間光調制器的原子自旋多通道檢測方法及裝置，通過在原子傳感模塊與第二格蘭泰勒棱鏡之間設置空間光調制器實現，所述空間光調制器將來自所述原子傳感模塊攜帶的旋光角信息進行多通道調制，以得到多通道原子自旋進動信號的檢測結果，對于研制新型超高靈敏慣性和磁場測量裝置的小型化和集成化提供了新的思路，可服務于地質勘探、生物醫療成像、基礎物理研究。

技術領域

本發明涉及量子傳感儀器測量技術，特別是一種基于空間光調制器的原子自旋多通道檢測方法及裝置，通過在原子傳感模塊與第二格蘭泰勒棱鏡之間設置空間光調制器實現，所述空間光調制器將來自所述原子傳感模塊攜帶的旋光角信息進行多通道調制，以得到多通道原子自旋進動信號的檢測結果，對于研制新型超高靈敏慣性和磁場測量裝置的小型化和集成化提供了新的思路，可服務于地質勘探、生物醫療成像、基礎物理研究。

背景技術

隨著量子力學和量子光學的蓬勃發展以及原子操控技術的快速發展，近年來以原子作為敏感介質的傳感技術多次獲得物理學諾貝爾獎，冷原子領域(1997年、2001年諾貝爾物理學獎)、量子光學領域(2005年、2012年諾貝爾物理學獎)，使得基于原子調控理論與技術得到了快速發展，開啟了精密測量領域的新時代。基于原子無自旋交換弛豫(Spin-Exchange Relaxation Free，SERF)效應的慣性測量以及磁場測量技術隨之快速發展，SERF原子陀螺儀潛力遠超轉子陀螺儀和光學陀螺儀，SERF原子磁場測量在2010年已經實現0.16fT/Hz^1/2最高磁場測量靈敏度，由于高靈敏度、小體積、無需制冷等優點有潛力替代SQUID磁強計成為生物磁場探測，磁源定位裝置。

無論是原子超高靈敏慣性測量技術還是原子超高靈敏磁場測量技術，都是通過線偏振光與原子的相互作用提取原子自旋攜帶角速率或磁場信息，原子自旋進動檢測為關鍵技術之一。隨著靈敏度的快速提升以及生物磁場成像的快速發展，開展多通道原子自旋檢測技術研究對基于原子自旋效應的磁場慣性測量裝置的集成化，小型化及其實用化工程化具有重大意義。

原子進動檢測檢測通常采用偏光檢測方法：差分偏振法、法拉第調制法以及光彈調制法。對于多通道原子自旋檢測來說，差分偏振法缺乏調制，信號低頻響應差，無法同時獲取多通道信號；法拉第調制法應用線圈產生可變磁場進行調制，環境條件復雜需要磁屏蔽和溫度控制，無法同時解調多通道信號；光彈調制器，所需控制機械結構復雜，并且解調頻率固定，無法同時解調多通道信號。目前使用上述三種方法進行多通道原子自旋檢測，使用一個檢測解調器件不能保證多通道信號的同時性，使用多個檢測解調器件不僅器件數量和多通道數量要求一致，對其后續信號數據處理設備鎖相放大器等相應裝置數量增加，加大了整體裝置的復雜性，降低了整體工程應用性，不利于裝置的集成化、小型化。目前現有的原子自旋進動檢測方法難以同時實現可工業集成化，多通道信號無延時解調獲取。

發明內容

本發明針對現有技術中存在的缺陷或不足，提供一種基于空間光調制器的原子自旋多通道檢測方法及裝置，通過在原子傳感模塊與第二格蘭泰勒棱鏡之間設置空間光調制器實現，所述空間光調制器將來自所述原子傳感模塊攜帶的旋光角信息進行多通道調制，以得到多通道原子自旋進動信號的檢測結果，對于研制新型超高靈敏慣性和磁場測量裝置的小型化和集成化提供了新的思路，可服務于地質勘探、生物醫療成像、基礎物理研究。

本發明技術方案如下：

一種基于空間光調制器的原子自旋多通道檢測方法，其特征在于，包括以下步驟：在原子傳感模塊與第二格蘭泰勒棱鏡之間設置空間光調制器，所述空間光調制器將來自所述原子傳感模塊攜帶的旋光角信息進行多通道調制，以得到多通道原子自旋進動信號的檢測結果。

所述空間光調制器由計算機生成的灰度圖像驅動液晶扭轉，根據應用需求將調制器鏡面劃分為不同尺寸以進行多通道調制，每個通道圖片灰度根據需要加載將信號調制至不同調制頻率或頻段。

所述計算機生成的灰度圖像為8位灰度圖，所述8位灰度圖具有0至255級灰度。