[發明專利]一種基于SERF磁力儀的磁場微波場一體化測量裝置

有效

• 申請號: 202110597232.X
• 申請日: 2021-05-31
• 公開（公告）號: CN113341235B
• 公開（公告）日: 2022-06-28
• 發明（設計）人: 石猛;張文彬;肖愛民;董文博;張建泉
• 申請（專利權）人: 中國科學院空間應用工程與技術中心
• 主分類號: G01R29/08
• 分類號: G01R29/08
• 代理公司: 北京輕創知識產權代理有限公司 11212
• 代理人: 翟磊

本發明涉及一種基于SERF磁力儀的磁場微波場一體化測量裝置，包括處理器、第一激發部件、第一信號獲取部件、以及充入堿金屬原子的原子氣室，首先，第一激發部件將原子氣室中的堿金屬原子從基態激發至里德堡態，然后，當待檢測微波使處于里德堡態的堿金屬原子吸收光譜發生變化時，第一信號獲取部件獲取光譜信號，最后，處理器用于根據光譜信號計算待檢測微波的場強。利用里德堡原子的量子相干特性，具有遠優于傳統的偶極矩天線測量微波的場強的優勢，能夠使測量精度達到達到uV/cm量級，利用SERF磁力儀系統可以比傳統磁力儀更高的精度，實現fT量級的磁場量程。利用同一堿金屬原子氣室，在另外方向加入泵浦光，結合SERF磁力儀優勢，實現了高精度磁場和微波場同時測量。

技術領域

本發明涉及精密測量技術領域，尤其涉及一種基于SERF磁力儀的磁場微波場一體化測量裝置。

背景技術

電磁場測量是精密測量科學中最重要的物理參量之一。其中，電磁場測量中的弱磁測量在資源勘探、磁性物質檢測、生物醫學和航空航天領域有重要的應用價值。

SERF磁力儀比起傳統的霍爾效應傳感器、磁通門磁力儀等具有高靈敏度、小體積、低成本等優勢。SERF磁力儀利用原子氣室內的原子自旋保持超高的相干性，對于磁場具有異常的靈敏性，其測量磁場的精度能到fT量級。

微波場也屬于電磁場，微波場的測量在通信、雷達、工業生產、遙感和天文觀測等領域具有重要應用。目前測量高精度的微波主要依靠傳統偶極天線測量，測量精度很難達到uV/cm量級。利用里德堡原子的量子相干特性(電磁感應透明EIT和Autler-Townes效應)測量微波電場的強度，具有遠優于傳統的偶極矩天線測量的微波電場強度的優勢。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是針對現有技術的不足，提供了一種基于SERF磁力儀的磁場微波場一體化測量裝置。

本發明的一種基于SERF磁力儀的磁場微波場一體化測量裝置的技術方案如下：

包括處理器、第一激發部件、第一信號獲取部件、以及充入堿金屬原子的原子氣室；

所述第一激發部件用于將所述原子氣室中的堿金屬原子從基態激發至里德堡態；

所述第一信號獲取部件用于：當待檢測微波使處于里德堡態的堿金屬原子發生變化時，獲取第一信號數據；

所述處理器用于根據所述第一信號數據計算所述待檢測微波的場強。

本發明的一種基于SERF磁力儀的磁場微波場一體化測量裝置的有益效果如下：

首先，第一激發部件將原子氣室中的堿金屬原子從基態激發至里德堡態，然后，當待檢測微波使處于里德堡態的堿金屬原子發生變化時，第一信號獲取部件獲取第一信號數據，最后，處理器用于根據第一信號數據計算待檢測微波的場強，利用里德堡原子的量子相干特性測量微波的場強，具有遠優于傳統的偶極矩天線測量微波的場強的優勢，能夠使測量精度達到達到uV/cm量級，以滿足精確測量的要求。

在上述方案的基礎上，本發明的一種基于SERF磁力儀的磁場微波場一體化測量裝置還可以做如下改進。

進一步，所述第一激發部件包括第一激光器、和第二激光器；

所述第一激光器用于發出第一激光，并通過所述第一激光將所述原子氣室中處于基態的堿金屬原子激發至中間態；

所述第二激光器用于發出第二激光，并通過所述第二激光將所述原子氣室中處于中間態的堿金屬原子激發至里德堡態。

進一步，所述第一激發部件還包括第一偏振分束棱鏡、第一半波片和第一半透半反鏡、第二偏振分束棱鏡、第二半波片和第二半透半反鏡；