一种无探测盲区且可消除光频移的标量原子磁力仪及方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114487945A(43)申请公布日2022.05.13(21)申请号202111648380.6(22)申请日2021.12.29(71)申请人中国科学技术大学地址230026安徽省合肥市包河区金寨路96号(72)发明人余倩倩盛东(74)专利代理机构北京科迪生专利代理有限责任公司11251专利代理师安丽(51)Int.Cl.G01R33/032(2006.01)G01R33/00(2006.01)权利要求书2页说明书5页附图2页(54)发明名称一种无探测盲区且可消除光频移的标量原子磁力仪及方法(57)摘要本发明涉及一种无探测盲区且可消除光频移的标量原子磁力仪及方法，利用幅度调制的抽运光产生横向极化，当调制频率等于拉莫进动频率时，横向极化最大，磁力仪对磁场的响应信号最强。本发明在原子池中部放一个平面反射镜，建立两个垂直的对磁场敏感的区域，达到消除探测盲区的目的。同时，本发明在原子池的光路中放置半波片，反转了抽运光在原子池内的偏振方向，将原子池分成偏振方向相反的两个模块，抵消了光失谐带来的光频移，消除了其引起的指向误差。CN114487945ACN114487945A权利要求书1/2页1.一种无探测盲区且可消除光频移的标量原子磁力仪，其特征在于，包括：含有Herriott多反射腔、平面反射镜和半波片的原子池、加热单元、磁场单元、光功率调制的抽运光单元、光电探测器和装配的3d打印平台：含有Herriott多反射腔、平面反射镜和半波片的原子池，与加热单元、磁场单元、3d打印平台放置在坡莫合金制成的五层磁屏蔽桶中，磁屏蔽桶屏蔽地磁场以及外界杂散磁场的干扰；构成Herriott多反射腔的前腔镜和后腔镜为柱面镜，腔镜和平面反射镜通过阳极键合的方法固定在硅片上，前腔镜和后腔镜互相垂直放置，平面反射镜与前腔镜和后腔镜之间呈45°放置，平面反射镜的加入使得在原子池内将一束光路弯折成两个垂直的光路，避免多束光路的引入，减少了光功耗；半波片通过陶瓷模具定位，分别处于前腔镜和后腔镜到反射镜距离的中点位置，采用耐高温的胶固定，半波片的加入使得在原子池内反转光路的偏振，方案可靠，设计简单；加热单元，对原子池中的原子进行加热；利用3d打印的框架盒子把原子池和加热单元装配在一起；磁场单元包含x、y、z三个相互垂直方向的磁场线圈，提供工作偏置磁场，原子池以及加热单元均处于磁场单元的内部，原子池靠近磁场线圈的中心位置；光功率调制的抽运光单元，被调制的抽运光直接产生横向极化；圆偏振光在进入原子池之前，经过一个声光调制器，对抽运光进行幅度调制，用光纤引入3d打印光学平台，射入Herriott多反射腔，经多次反射后射出，当抽运光调制频率接近于原子拉莫进动频率时，产生可观的横向极化；光电探测器，用来探测原子池内原子对光的吸收信号；光电探测器探测从Herriott多反射腔射出的光功率，所述吸收信号与抽运光调制频率有一定依赖关系，在实验中，扫描抽运光调制频率，当调制频率等于原子拉莫进动频率时，原子吸收信号最强，信号的共振点即为原子拉莫进动频率，实现外磁场的测量；3d打印平台集成原子池、加热单元、抽运光单元和光电探测器，完成原子池的加热和保温装配，减免繁琐的光路调节，简化系统，为未来实现小型化磁力仪提供便利。2.根据权利要求1所述的无探测盲区且可消除光频移的标量原子磁力仪，其特征在于：所述Herriott多反射腔中的前腔镜和后腔镜，以及平面反射镜通过阳极键合的方法固定在硅片上，两个腔镜即前腔镜和后腔镜为柱面镜，然后利用陶瓷模具定位；在两个垂直光路上各放一个半波片，用耐高温的胶水固定，再利用阳极键合的方法实现玻璃罩子与硅片的密封，原子的充入则通过玻璃罩上的尾管实现的，原子池中充入自然丰度铷原子，350Torr氮气作为缓冲气体；全部的原子冲入原子池后，最后通过火焰灼烧将原子池从真空系统上取下，含有Herriott多反射腔和半波片的原子池制作完成。3.根据权利要求1所述的无探测盲区且可消除光频移的标量原子磁力仪，其特征在于：所述加热单元采用两片无磁加热片组成，通过交流电对原子池加热：在加热的同时采用保温材料将原子池部分包裹起来，以起到隔热保温的作用，同时减少对加热功率的需要；加热单元工作在60℃，原子在气池内处于气态，使原子处以稳定的高原子数密度，原子数密度为3×1011/cm‑3,在常温25℃下，原子数密度为1×1010/cm‑3。4.根据权利要求1所述的无探测盲区且可消除光频移的标量原子磁力仪，其特征在于：所述3d打印装配平台能够精准实现对原子池的固定，不需要繁琐的调节光路则开始实验；2CN114487945A权利要求书2/2页3d打印还将光学元件以及所述的光电探测器集成在探头平台上，实现磁力仪的集成化和小型化。