一种基于SERF原子自旋效应的三维梯度磁场测量装置.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN108508382A(43)申请公布日2018.09.07(21)申请号201810573574.6(22)申请日2018.06.06(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)发明人丁铭马丹跃陆吉玺姚涵杨可赵俊鹏(74)专利代理机构北京科迪生专利代理有限责任公司11251代理人杨学明邓治平(51)Int.Cl.G01R33/022(2006.01)G01R33/032(2006.01)权利要求书2页说明书4页附图2页(54)发明名称一种基于SERF原子自旋效应的三维梯度磁场测量装置(57)摘要本发明涉及一种基于SERF原子自旋效应的三维梯度磁场测量装置，包括抽运激光器、光纤分束器、第一光纤准直器、第二光纤准直器、第一1/2波片、第二1/2波片、第一偏振分光棱镜、第二偏振分光棱镜、第一反射镜、第一1/4波片、第二1/4波片、左旋圆偏振抽运光、右旋圆偏振抽运光、检测激光器、第一凸透镜、第二凸透镜、第二反射镜、第一格兰泰勒棱镜、检测光、第三1/4波片、光弹调制器、第二格兰泰勒棱镜、阵列探测器、三轴位移台、锁相放大器、计算机、磁屏蔽桶、三轴匀场线圈与梯度线圈、无磁电加热装置和碱金属气室。本发明磁场测量的空间分辨率与灵敏度高，光路简单，利于集成。此外，该配置下可进一步降低噪声底线，提高磁强计的信噪比。CN108508382ACN108508382A权利要求书1/2页1.一种基于SERF原子自旋效应的三维梯度磁场测量装置，其特征在于：包括抽运激光器(1)、光纤分束器(2)、第一光纤准直器(3)、第二光纤准直器(4)、第一1/2波片(5)、第二1/2波片(6)、第一偏振分光棱镜(7)、第二偏振分光棱镜(8)、第一反射镜(9)、第一1/4波片(10)、第二1/4波片(11)、左旋圆偏振抽运光(12)、右旋圆偏振抽运光(13)、检测激光器(14)、第一凸透镜(15)、第二凸透镜(16)、第二反射镜(17)、第一格兰泰勒棱镜(18)、检测光(19)、第三1/4波片(20)、光弹调制器(21)、第二格兰泰勒棱镜(22)、阵列探测器(23)、三轴位移台(24)、锁相放大器(25)、计算机(26)、磁屏蔽桶(27)、三轴匀场线圈与梯度线圈(28)、无磁电加热装置(29)、碱金属气室(30)；抽运激光器(1)光纤输出激光经过光纤分束器(2)，第一光纤准直器(3)和第二光纤准直器(4)分成两束准直的激光，然后两束激光分别通过第一1/2波片(5)、第一偏振分光棱镜(7)、第一反射镜(9)、第一1/4波片(10)后变成右旋圆偏振抽运光(13)以及通过第二1/2波片(6)、第二偏振分光棱镜(8)、第一反射镜(9)、第二1/4波片(11)后变成左旋圆偏振抽运光(12)，左旋圆偏振抽运光(12)和右旋圆偏振抽运光(13)透过碱金属气室(30)；磁屏蔽桶(27)用于屏蔽外界环境磁场，无磁电加热装置(29)用于加热碱金属气室(30)内的碱金属原子，以实现SERF态条件，两束光矢量方向相反的左旋圆偏振抽运光(12)和右旋圆偏振抽运光(13)抽运碱金属原子，检测光(19)用于检测原子自旋进动信号；检测光(19)通过碱金属气室(30)后，经过第三1/4波片(20)和光弹调制器(21)以及第二格兰泰勒棱镜(22)进入阵列探测器(23)中，阵列探测器(23)放置在三轴位移台(24)上，其中，当存在外界磁场时，检测光(19)经过碱金属气室(30)后，偏振面会发生偏转，偏转角度称为光旋角；阵列探测器(23)将光旋角信号转换为电信号，后经锁相放大器(25)解调，显示在计算机(26)上；当检测光(19)传播方向上存在磁场梯度时，查看阵列探测器(23)的其中一个通道，该通道的电信号大小与磁场梯度成正比；此外，阵列探测器(23)不同通道的信号差值反映与检测光(19)垂直维度上的磁场梯度。2.根据权利要求1所述的一种基于SERF原子自旋效应的三维梯度磁场测量装置，其特征在于：所述的阵列探测器(23)由2×2四个光电探测器S1，S2，S3，S4构成。3.根据权利要求1所述的一种基于SERF原子自旋效应的三维梯度磁场测量装置，其特征在于：所述的三轴位移台(24)行程大于10mm，x，y，z三轴位移由千分尺精确调节。4.根据权利要求1所述的一种基于SERF原子自旋效应的三维梯度磁场测量装置，其特征在于：所述的磁屏蔽桶(27)采用高导磁材料坡莫合金，采用圆柱形，5层结构。5.根据权利要求1所述的一种基于SERF原子自旋效应的三维梯度磁场测量装置，其特征在于：所述的碱金属气室(30)中的原子为碱金属原子，为钾、铷、铯其中的一种；气体有淬灭气体氮气和缓冲气体氦气。6.根据权利要求1所述的一种基