[發(fā)明專利]一種多通道原子磁場測量裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110909535.0
• 申請日: 2021-08-09
• 公開（公告）號: CN113625205B
• 公開（公告）日: 2022-03-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李瑩穎;張銳;徐馥芳;馬明祥;謝玉波;汪杰;羅玉昆
• 申請（專利權(quán)）人: 中國人民解放軍軍事科學院國防科技創(chuàng)新研究院
• 主分類號: G01R33/032
• 分類號: G01R33/032
• 代理公司: 長沙七源專利代理事務(wù)所(普通合伙) 43214
• 代理人: 周曉艷;張勇

本發(fā)明公開一種基于渦旋波片的多通道原子磁場測量裝置，主要是利用線偏振光束經(jīng)過渦旋波片后產(chǎn)生的徑向線偏振光，對沿光束直徑對稱分布的一對原子氣室進行空間分離的自旋極化和檢測，本發(fā)明多通道原子磁場測量裝置結(jié)構(gòu)精簡；在不增加激光光源和探測器的前提下實現(xiàn)了雙通道的原子磁梯度測量，保持兩通道的共模一致性，有效提高磁場測量的抗干擾能力和磁異常測量靈敏度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于一種磁場測量裝置，具體涉及一種多通道原子磁場測量裝置。

背景技術(shù)

運動的電荷會產(chǎn)生磁場，在人體內(nèi)，伴隨著生命活動，一些組織和器官內(nèi)也會產(chǎn)生微弱的磁場。鐵磁物質(zhì)會使其附近的地磁場出現(xiàn)異常變化，磁異常變化情況與鐵磁目標的形狀和材料組分有關(guān)。由于磁場的傳播受介質(zhì)影響較小，因此磁場測量被廣泛應(yīng)用于醫(yī)療診斷、礦產(chǎn)勘探、地磁導(dǎo)航、目標探測等領(lǐng)域。

堿金屬原子(如鉀、銣、銫)自旋在磁場中會產(chǎn)生磁共振效應(yīng)，共振頻率與磁場幅度成正比，原子自旋共振信號可以通過激光讀出，利用該原理可以構(gòu)建原子磁力儀，實現(xiàn)高靈敏的磁場測量。由于堿金屬原子系綜容易受到光、磁、熱、震動等外界環(huán)境影響，單個原子磁力測量單元極易受到外部環(huán)境干擾，難以發(fā)揮最大測量潛力。

多通道原子磁場測量是提高原子磁探測靈敏度和抗干擾能力的有效解決途徑。目前已有的多通道原子磁場測量裝置普遍通過光路分束實現(xiàn)，需要使用大量分束和矯正光學元件，引入不可控的變量多、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜且成本高昂。

渦旋波片通過控制液晶聚合物的排布結(jié)構(gòu)，可以將不同偏振態(tài)的入射光轉(zhuǎn)換成矢量偏振光束或具有軌道角動量的渦旋光束。假設(shè)入射激光為線偏振態(tài)，當激光偏振方向與渦旋波片0°快軸平行時，經(jīng)過渦旋波片后的，出射光為徑向線偏振光；當激光偏振方向與渦旋波片0°快軸垂直時，經(jīng)過渦旋波片后的，出射光為角向線偏振光。同時，渦旋波片還會改變?nèi)肷涔獍叩哪芰糠植迹瑢藴实腡EM00模的高斯光的光強分布轉(zhuǎn)換成“空心孔型”拉蓋爾-高斯(Laguerre-Gaussian)光束的光強分布。基于以上特性，渦旋波片已經(jīng)成功應(yīng)用在量子操控、光場調(diào)控、大氣光通信、超分辨率成像、光鑷、精密激光加工等領(lǐng)域。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種利用渦旋波片實現(xiàn)多通道原子磁場測量的裝置，具體方案如下：

一種多通道原子磁場測量裝置，包括激光發(fā)生組件、渦旋波片、原子氣室模組E、原子氣室模組F、偏振分光鏡、第一檢測組件、第二檢測組件以及信號處理模塊；所述激光發(fā)生組件用于發(fā)射主光束，主光束供后續(xù)原子極化和自旋探測使用；所述渦旋波片設(shè)置在主光束的光路上，使得透過渦旋波片的光束為徑向線偏振光；所述偏振分光鏡用于將經(jīng)過原子氣室模組E的工作光束分為第一探測光束C和第二探測光束D；第一檢測組件設(shè)置在第一探測光束C的光路上，用于對第一探測光束C進行檢測；所述第二檢測組件設(shè)置在經(jīng)過原子氣室模組F的工作光束的光路上，用于對第二探測光束D經(jīng)過原子氣室模組F后的光束進行檢測；所述原子氣室模組E、原子氣室模組F、第一檢測組件以及第二檢測組件均與信號處理模塊連接。

本發(fā)明中可選的，激光發(fā)生組件包括激光器控制器、激光器、分束鏡、第一反射鏡、第二反射鏡以及第一二分之一波片；所述激光器用于發(fā)射線偏振激光；分束鏡用于將激光器發(fā)射的線偏振激光分為參考光束A和工作光束B；激光器控制器設(shè)置在參考光束A的光路上且與激光器連接，用于穩(wěn)定激光器的光功率和頻率；第一反射鏡、第二反射鏡以及第一二分之一波片順次設(shè)置在工作光束B的光路上，所述第一反射鏡和第二反射鏡用于調(diào)整工作光束B的行進方向，所述第一二分之一波片用于調(diào)整線偏振激光(即工作光束B)與渦旋波片0°快軸之間的夾角。

本發(fā)明可選的，所述渦旋波片和所述原子氣室模組E之間順次設(shè)有擴束鏡和第一四分之一波片，所述擴束鏡用于調(diào)整經(jīng)過渦旋波片的激光光束的光斑尺寸，所述第一四分之一波片用于將入射到原子氣室模組E的激光調(diào)整為長軸沿徑向的橢圓偏振激光。