原子磁力仪探头、原子磁力仪和磁场探测方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114966492A(43)申请公布日2022.08.30(21)申请号202210143716.1(22)申请日2022.02.16(71)申请人北京大学地址100089北京市海淀区颐和园路5号(72)发明人彭翔郭弘申梁(74)专利代理机构广州三环专利商标代理有限公司44202专利代理师陈旭红(51)Int.Cl.G01R33/032(2006.01)权利要求书2页说明书6页附图5页(54)发明名称原子磁力仪探头、原子磁力仪和磁场探测方法(57)摘要本申请公开了原子磁力仪探头、原子磁力仪和磁场探测方法，其中，原子磁力仪探头包括：一个原子光谱灯组件，用于生成至少三束不同方向的泵浦光；至少三个原子气室组件，其中，每个原子气室组件在光轴方向上，依次包括第一透镜、圆偏振片、滤光片、射频线圈、原子气室、第二透镜和光电探测器；不同方向的泵浦光分别入射一个原子气室组件，光电探测器用于测量出射原子气室后的泵浦光，其中出射原子气室后的泵浦光携带有待测磁场信息。通过上述方式，本申请通过多束不同方向的泵浦光可以消除传统原子磁传感器探测盲区；此外，采用单一原子光谱灯同时泵浦多个原子气室组件，可以保证输出信号的一致性，降低各个原子气室组件之间的串扰。CN114966492ACN114966492A权利要求书1/2页1.一种原子磁力仪探头，其特征在于，包括：一个原子光谱灯组件，用于生成至少三束不同方向的泵浦光；至少三个原子气室组件，其中，每个原子气室组件在光轴方向上，依次包括第一透镜、圆偏振片、滤光片、射频线圈、原子气室、第二透镜和光电探测器；不同方向的泵浦光分别入射一个原子气室组件，光电探测器用于测量出射所述原子气室后的泵浦光，其中出射原子气室后的泵浦光携带有待测磁场信息。2.根据权利要求1所述的原子磁力仪探头，其特征在于，所述原子气室组件包括第一原子气室组件、第二原子气室组件和第三原子气室组件；其中，所述第一原子气室组件的光传播方向为第一光轴，第二原子气室组件的光传播方向为第二光轴，第三原子气室组件的光传播方向为第三光轴。3.根据权利要求2所述的原子磁力仪探头，其特征在于，所述第一光轴、所述第二光轴和所述第三光轴之间的夹角互为90°。4.根据权利要求3所述的原子磁力仪探头，其特征在于，当使用MZ方案实现原子磁力仪时，所述第一原子气室组件的光电探测器输出信号信噪比最大时所述第一光轴与待测磁场的夹角为0°或180°，所述第二原子气室组件的光电探测器输出信号信噪比最大时所述第二光轴与待测磁场的夹角为0°或180°，所述第三原子气室组件的光电探测器输出信号信噪比最大时所述第三光轴与待测磁场的夹角为0°或180°。5.根据权利要求2所述的原子磁力仪探头，其特征在于，所述第一光轴、所述第二光轴和所述第三光轴之间的夹角在45°至55°之间。6.根据权利要求5所述的原子磁力仪探头，其特征在于，还包括磁场方向传感器；所述磁场方向传感器用于测量待测磁场方向；当使用MX方案实现原子磁力仪时，所述第一原子气室组件的光电探测器输出信号信噪比最大时所述第一光轴与待测磁场的夹角为45°或135°，所述第二原子气室组件的光电探测器输出信号信噪比最大时所述第二光轴与待测磁场的夹角为45°或135°，所述第三原子气室组件的光电探测器输出信号信噪比最大时所述第三光轴与待测磁场的夹角为45°或135°。7.根据权利要求1所述的原子磁力仪探头，其特征在于，所述原子光谱灯组件采用单电感激励、双电感激励或者电容激励。8.一种原子磁力仪，其特征在于，包括：如权利要求1‑7任一项所述的原子磁力仪探头和数据处理单元，其中，所述数据处理单元包括高频激励源和信号处理模块；所述高频激励源用于产生大功率高频信号以激励所述原子光谱灯组件发光，其中所述大功率高频信号的频率大于1MHz，功率大于1W；所述信号处理模块用于发出指令以驱动所述原子气室组件以及将光信号转换为磁场信号。9.一种磁场探测方法，其特征在于，使用权利要求8所述的原子磁力仪进行磁场探测，所述磁场探测方法包括：原子光谱灯组件生成至少三束不同方向的泵浦光；不同方向的泵浦光分别入射不同的原子气室组件，光电探测器测量出射所述原子气室后的泵浦光，并将所述泵浦光的光信号发送至信号处理模块，其中出射原子气室后的泵浦2CN114966492A权利要求书2/2页光携带有待测磁场信息；信号处理模块进行信号处理，将接收到的光信号转换为磁场信号，最后输出待测磁场信息。10.根据权利要求9所述的磁场探测方法，其特征在于，使用MZ方案或者MX方案实现原子磁力仪；当使用MZ方案实现原子磁力仪时，所述信号处理模块产生相同的驱动信号以驱动所述原子气室组件中的射频线圈，其中，所述驱动信号的频率在所述原子气室的磁共振曲线