[其他]環形激光磁力儀

無效

• 申請號: 85100124
• 申請日: 1985-04-01
• 公開（公告）號: CN85100124A
• 公開（公告）日: 1986-07-30
• 發明（設計）人: 張書練;馮鐵蓀;田千;鄒大挺
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G01R33/032
• 分類號: G01R33/032;G01V3/40
• 代理公司: 清華大學專利事務所
• 代理人: 付尚新

本發明屬于弱磁場及地球磁場分量測量儀器。

磁力儀廣泛應用于地質、地球物理、軍事等部門。目前的分量磁力儀主要有磁通門磁力儀和磁秤兩種。前者由套有兩個不對稱線圈的坡莫合金環（或棒）構成，由感應電動勢的諧波測量地磁場。磁秤由一根鐵磁材料組成，由該材料在地磁場中受力大小來探測地磁場大小。這兩種分量磁力儀精度和穩定度不高，靈敏度的再提高也遇到困難。

本發明的目的旨在于制造一種高穩定性或高靈敏度或兩者兼有的分量磁力儀，用于地磁場測量。

本發明的核心是把對角速度敏感的四頻環形激光的敏感性做根本改變，發展成為一個弱磁場傳感器。

環形激光磁力儀探頭結構參閱附圖1。

四個角反射鏡〔M1〕、〔M2〕、〔M3〕、〔M4〕置于一個矩形的四個角上，其反射面法線和直角平分線重合。兩支He-Ne激光增益管〔A1〕、〔A2〕的毛細管軸線和矩形兩對邊重合，〔B〕是一塊長4.817毫米的石英晶體，〔C〕是一根長幾厘米至十幾個厘米的火石玻璃、鋱玻璃等磁光材料棒〔lll〕Gd₃Ga₅O₁₂襯底上液相外延的（BiTm）₃（FeGa）₅O₁₂等單晶薄膜，〔M5〕、〔M6〕是兩片全反射鏡，分別將逆時針行進的光和順時針行進的光反射到〔M7〕上。〔M7〕是半透半反鏡用來混合逆時針行進的光和順時針行進的光，并把混合后的光分為兩束。〔D1〕、〔D2〕是由一片四分之一波片和一塊偏振鏡組成的濾波器。〔E1〕、〔E2〕是光電接收器。〔G1〕、〔G2〕是放大器。〔H〕為微處理機系統。

其工作原理如下：

上述四個角反射鏡構成矩形激光諧振腔，激光增益管〔A1〕、〔A2〕提供對光的放大，石英晶體〔B〕使環路內形成左旋園偏振光和右旋園偏振光，右旋園偏振光和左旋園偏振光分別又有兩束：一束沿環路順時針運行的光和一束沿環路逆時針運行的光，它們對磁場來說定義為正旋光和負旋光，正、負旋光通過處于磁場中的大長度（l）磁光材料〔C〕時有不同的光程差，光程差的大小正比于地球磁場在材料C內光路上的投影h。按環路光程一定是波長整數倍原理，正、負旋光將有不同的波長，也即有不同的頻率，此頻率差正比于地球磁場h。測得了頻率差也就知道了h的大小。它既包含在右旋順時針光，右旋逆時針光的頻率差中，也包含在左旋順時針光、左旋逆時針光的頻率差中。

頻率差的測量是由下述結構實現的：

逆時針行進的光從〔M3〕出射后到達〔M5〕又到達〔M7〕，順時針行進的光從〔M3〕出射后到達〔M6〕又到達〔M7〕，從〔M7〕出射的兩束光都含有四種成份的激光：左旋順時針園偏振光，左旋逆時針園偏振光，右旋順時針園偏振光，右旋逆時針園偏振光。濾波器〔D1〕、〔D2〕分別允許右旋光（包括一正旋光和一負旋光）和左旋光（包括一正旋光和一負旋光）通過，兩出射光在其通過的路徑上形成“光拍”，“光拍”的頻率即正、負旋光的頻率差，表征地磁場分量h的大小。兩光拍分別由光電接收器〔E1〕、〔E2〕接收，經過放大器〔G1〕、〔G2〕放大后送入微處理機記數，并把左旋光的記數和右旋光的記數求和，最后換算成磁場的大小。左旋光計數和右旋光計數求和不僅提高了靈敏度，而且消除了朗謬爾流的影響和地球自轉引入的零點偏移。

環形激光磁力儀靈敏度原理公式由下式給出：

F_h＝〔 2/(π) (C)/(（L）) Vl〕h

式中：F_h-環形激光磁力儀輸出的記數;

C-光速;

L-環路的光程長度;

V-費爾德常數;

l-法拉弟磁光材料的長度;

h-被測場在法拉弟磁光材料內光路上的投影量。

本發明為使環激光不敏感諸如角速度、溫度等因素，只敏感地磁場，還有以下實施措施：

1.為了穩定激光諧振腔長，二角反射鏡固定在一塊微晶玻璃塊上，另外兩角反射鏡先貼在壓電陶瓷上，又把壓電陶瓷固定在上述微晶玻璃塊上，和上述兩角反射鏡組成矩形激光諧振腔。在壓電陶瓷上加一可變電壓，由此電壓控制壓電陶瓷的伸長縮短來穩定諧振腔長因環境溫度變化而引起的改變。電壓的大小由閉路的左旋園偏振光和右旋園偏振光光強差穩頻法給出。

2.各角反射鏡均為硬介質膜。為了消除園偏振光S、P分量的反射率差造成園偏振光的橢園度，各角反射鏡為25層、27層或29層膜系，而不是目前各種激光器上采用的層數較少的膜系。