[發明專利]一種用于光泵原子磁力儀的磁探頭

在審

• 申請號: 202011453073.8
• 申請日: 2020-12-11
• 公開（公告）號: CN112782620A
• 公開（公告）日: 2021-05-11
• 發明（設計）人: 陳大勇;張金海;繆培賢;史彥超;崔敬忠;劉志棟;陳江;涂建輝;楊煒;馮浩
• 申請（專利權）人: 蘭州空間技術物理研究所
• 主分類號: G01R33/032
• 分類號: G01R33/032
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 代麗

本發明公開了一種用于光泵原子磁力儀的磁探頭，通過采用無磁化、高性能光束傳輸系統、高性能光電轉換以及模塊化設計，在保證磁探頭高性能的同時，便于系統的升級及技術迭代更新，具有產業化發展的技術前景。

技術領域

本發明屬于原子磁力儀、原子陀螺儀、量子精密測量等技術領域，具體涉及一種用于光泵原子磁力儀的磁探頭。

背景技術

磁場作為磁性物體的一種重要特征，是最早被人類認識的物理現象之一，小到分子、原子，大到地球、星際空間，都蘊含著豐富多樣的磁場信息。因此對磁場的測量已成為認識物理世界的一項重要技術手段。近幾十年來，對磁場的高精度測量已廣泛的應用于地球科學、軍事、生物醫學和基礎物理科學等領域。

目前、國際上常用測量地磁場的高性能磁力儀類型按工作原理可分為磁通門磁力儀、質子磁力儀、原子磁力儀、超導磁力儀、光泵原子磁力儀，其中光泵原子磁力儀是目前測量地磁場強度下磁場實用性能最佳的磁力儀，具有無零點漂移、采樣率高、可連續測量，無需嚴格定向、無需校準標定等優點。在測量地磁場時，它既可以測量地磁場總場，又可以測量地磁場的梯度；它既可以測量磁場的慢速變化，也可以測量快速瞬變的磁場。光泵原子磁力儀最為核心和關鍵的組件是磁探頭，磁探頭中如何實現無磁化、高性能泵浦光的產生及傳輸系統是最為核心的關鍵技術。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種用于光泵原子磁力儀的磁探頭，能夠滿足光泵原子磁力儀的無磁化、高性能要求。

本發明提供了一種用于光泵原子磁力儀的磁探頭，包括安裝基板、光譜燈、光束傳輸系統及原子氣室組件，所述光譜燈、光束傳輸系統及原子氣室組件順序安裝在安裝基板上；所述光束傳輸系統，用于對所述光譜燈產生的光束進行準直、壓縮及濾光處理；所述原子氣室組件，用于對所述光束傳輸系統輸出的光束經過原子氣室后進行匯聚和準直處理后進行輸出。

進一步地，所述光束傳輸系統包括順序排列的菲涅爾透鏡組、光束光斑壓縮系統、導光管及光束濾光傳輸系統；

其中，所述菲涅爾透鏡組用于對所述光譜燈的出射光束的準直處理；所述光束光斑壓縮系統采用倒置望遠鏡系統對準直后的光束進行壓縮；所述導光管為導光光纖；所述光束濾光傳輸系統包括光束準直系統、帶寬為2nm干涉濾光片及工作波長為堿金屬D1線的圓偏振片。

進一步地，所述原子氣室組件包括無磁加熱系統、射頻激勵線圈、堿金屬原子氣室、光束匯聚透鏡組及導光管；所述無磁加熱系統位于所述射頻激勵線圈的外側，所述堿金屬原子氣室位于所述射頻激勵線圈的中間，光束穿過所述堿金屬原子氣室后經過所述光束匯聚透鏡組及導光管傳輸。

進一步地，所述安裝基板采用無磁性材料制作。

進一步地，所述安裝基板還包括磁潔凈光電轉換系統，所述磁潔凈光電轉換系統用于將將攜帶磁共振信號的光信號轉換成電信號。

有益效果：

1、本發明通過采用無磁化、高性能光束傳輸系統、高性能光電轉換以及模塊化設計，在保證磁探頭高性能的同時，便于系統的升級及技術迭代更新，具有產業化發展的技術前景。

2、本發明通過采用磁潔凈光電轉換系統作到了凈化磁探頭的電磁環境，磁探頭兩次光學導管設計，在拓展磁探頭適用性范圍同時，規避了光泵原子磁力儀控制電路系統以及控制平臺等系統剩余磁場對磁探頭的影響。

附圖說明

圖1為本發明提供的一種用于光泵原子磁力儀的磁探頭的結構圖俯視圖。

圖2為本發明提供的一種用于光泵原子磁力儀的磁探頭的結構圖左視圖。

圖3為本發明提供的一種用于光泵原子磁力儀的磁探頭的銫原子氣室尺寸。