一种极化均匀的单光束SERF原子磁强计系统.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115754841A(43)申请公布日2023.03.07(21)申请号202211412046.5(22)申请日2022.11.11(71)申请人北京航空航天大学地址100191北京市海淀区学院路37号(72)发明人翟跃阳曹俐唐钧剑张耀华(74)专利代理机构北京海虹嘉诚知识产权代理有限公司11129专利代理师吴小灿(51)Int.Cl.G01R33/032(2006.01)G01R33/00(2006.01)权利要求书1页说明书4页附图1页(54)发明名称一种极化均匀的单光束SERF原子磁强计系统(57)摘要本发明涉及一种极化均匀的单光束SERF原子磁强计系统，首先通过光阑截取光斑的中心部分以获得较为均匀的高斯分布，接着通过放置在气室后端的反射镜使抽运光再次通过气室，均匀因光吸收衰减的极化率分布，其中极化率信号由光电探测器采集，并经由相敏检波技术提取出来，所述SERF原子磁强计系统具有结构简单、精度高、易于小型化等优点，在弱磁测量特别是生物磁学测量研究中具有广阔的应用前景。CN115754841ACN115754841A权利要求书1/1页1.一种极化均匀的单光束SERF原子磁强计系统，其特征在于，包括在碱金属气室的单光束入射光路上设置的光阑，和在所述碱金属气室的单光束出射端设置的对准所述光阑的反射镜，所述光阑位于所述碱金属气室与1/4波片之间，所述光阑用于从所述1/4波片出射的具有较大尺寸光斑的高斯光束中截取其中心部分以形成光强更加均匀的具有较小尺寸光斑的入射高斯光束，所述反射镜使出射高斯光束原路返回以形成穿越所述碱金属气室的用作检测光的反射高斯光束，所述入射高斯光束和所述反射高斯光束在所述碱金属气室中均起到均匀极化的作用。2.根据权利要求1所述的极化均匀的单光束SERF原子磁强计系统，其特征在于，所述出射高斯光束以0°入射角射入所述反射镜，经过所述反射镜反射后再次进入所述碱金属气室，减少因为碱金属原子的光吸收效应带来的光强衰减，对于因光吸收衰减的极化率分布起到均匀作用。3.根据权利要求1所述的极化均匀的单光束SERF原子磁强计系统，其特征在于，所述较大尺寸光斑的直径是所述较小尺寸光斑直径的2.5倍。4.根据权利要求1所述的极化均匀的单光束SERF原子磁强计系统，其特征在于，所述碱金属气室周围由内而外依次设置有无磁电加热线圈、陶瓷烤箱、三轴磁场线圈和磁屏蔽桶，所述三轴磁场线圈与信号发生器相连。5.根据权利要求1所述的极化均匀的单光束SERF原子磁强计系统，其特征在于，所述1/4波片依次通过偏振分光棱镜、1/2波片和准直器连接分布式布拉格反射DBR激光器，所述偏振分光棱镜的反射高斯光束反射端通过光电探测器依次串联跨阻放大器、低通滤波器、锁相放大器和上位机，所述锁相放大器连接信号发生器。6.根据权利要求5所述的极化均匀的单光束SERF原子磁强计系统，其特征在于，所述准直器与DBR激光器通过保偏光纤连接。7.根据权利要求5所述的极化均匀的单光束SERF原子磁强计系统，其特征在于，所述准直器、1/2波片、偏振分光棱镜、光电探测器、1/4波片、光阑、三轴磁场线圈、陶瓷烤箱、碱金属气室、无磁电加热线圈和反射镜均位于磁屏蔽桶的内腔中。8.根据权利要求4所述的极化均匀的单光束SERF原子磁强计系统，其特征在于，所述无磁电加热线圈采用双绞线绕线，并且使用200kHz的交流电驱动，以最大限度减少对磁场测量的干扰，所述三轴磁场线圈用于补偿三轴的剩余磁场和施加旋转调制磁场。9.根据权利要求5所述的极化均匀的单光束SERF原子磁强计系统，其特征在于，所述光电探测器采集到的信号经跨阻放大器放大后进入低通滤波器，经过低通滤波器滤波后进入锁相放大器解调出磁强计响应信号的一阶谐波分量，然后进入上位机完成信号的采集和处理。2CN115754841A说明书1/4页一种极化均匀的单光束SERF原子磁强计系统技术领域[0001]本发明涉及原子磁强计技术领域，特别是一种极化均匀的单光束SERF原子磁强计系统。背景技术[0002]于本世纪初被提出的无自旋交换弛豫(SERF，Spin‑ExchangeRelaxation‑Free)原子磁强计，目前已经超越了超导量子干涉仪(SQUIDs，SuperconductingQuantumInterferenceDevice)，实现了人类在低频范围内的磁场测量的最高理论灵敏度。并且由于SERF原子磁强计是基于光和原子相互作用且不需要在低温下运行的传感器，因此具有小型化的潜力，可以生物磁测量中高分辨率的需求。[0003]SERF原子磁强计最初是基于双光束的构型，即使用一束圆偏振光将碱金属原子极化，同时用一束线偏振光检测外部磁场引起的原子进动。然而该种构型一般体积较大，光