一種高靈敏度全光銫原子磁力儀的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高靈敏度全光銫原子磁力儀，屬于一種原子磁力儀。該磁力儀有一磁屏蔽筒，磁屏蔽筒內(nèi)放置有Cs原子氣室，在Cs原子氣室周圍放置三軸亥姆霍茲線圈；磁屏蔽筒上分別設(shè)有泵浦光口、檢測光口和出射光口；Cs原子氣室為長方體，其中4個(gè)用于通過檢測光形成反射的表面除檢測光的入射光和出射光局部均鍍上保偏膜，另外兩個(gè)用于通過泵浦光的表面不鍍膜；檢測光激光器發(fā)射的檢測光經(jīng)偏振片和小孔光闌進(jìn)入Cs原子氣室，在氣室各表面經(jīng)多次反射后出射，出射光的偏振面將旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度，Cs原子氣室中放入1滴Cs和100Torr的He氣和20Torr的N2氣，工作于常溫下。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，不需對其進(jìn)行加熱，仍能保持較高的靈敏度。
【專利說明】一種高靈敏度全光銫原子磁力儀
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于一種原子磁力儀，具體是一種高靈敏度全光銫原子磁力儀。
【背景技術(shù)】
[0002]原子磁力儀的基本原理是采用一束光極化堿金屬原子，并采用另一束光檢測被極化原子自旋在檢測光方向的分量，實(shí)現(xiàn)極微弱磁場檢測。這項(xiàng)技術(shù)涵蓋了激光與原子的相互作用，光在各向異性介質(zhì)中的傳輸，激光光譜學(xué)等方向，是一種弱磁場的光學(xué)測量方法，被美國麻省理工學(xué)院《Technology Review》雜志評為未來幾年對我們的生活和社會產(chǎn)生重大影響的十大新興技術(shù)之一，具有重要的研究價(jià)值。
[0003]弱磁檢測技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，主要包括地質(zhì)調(diào)查、油氣和礦產(chǎn)資源勘察，地震預(yù)報(bào)，醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的心磁、腦磁測量，考古，金屬材料無損檢測，空間探測，查找定位水下光纜，以及軍事領(lǐng)域的磁異常探測和地磁匹配導(dǎo)航等。
[0004]不同的應(yīng)用領(lǐng)域決定了磁探測設(shè)備的技術(shù)指標(biāo)，目前已經(jīng)產(chǎn)品化的高靈敏度磁力儀主要包括磁通門磁力儀、質(zhì)子磁力儀、光泵磁力儀和超導(dǎo)磁力儀。超導(dǎo)磁力儀是目前應(yīng)用的測磁靈敏度最高的儀器，接近lfT/Hz1/2，但這種磁力儀需要工作在4K的低溫條件下，導(dǎo)致其系統(tǒng)龐大維護(hù)費(fèi)用較高，因此目前主要用于醫(yī)學(xué)和考古領(lǐng)域。2003年，美國普林斯頓大學(xué)物理系Romalis教授帶領(lǐng)的課題組在Nature上報(bào)道了一種高靈敏度無自旋交互弛豫(SERF)鉀原子磁力儀，測磁靈敏度達(dá)到0.54fT/Hz1/2，并且這種磁力儀結(jié)構(gòu)簡單、更易于小型化使其成為近年的研究熱點(diǎn)。
[0005]全光Cs原子磁力儀的工作過程可分成三部分,如圖2所不:(I)圓偏振泵浦光極化Cs原子，極化方向沿泵浦光的傳播方向；(2)被極化的原子繞著磁場的方向作拉莫進(jìn)動(dòng)；
(3)線偏振光檢測被極化的原子在檢測光方向上的投影，偏振面產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)。檢測光偏振面旋轉(zhuǎn)角q為
【權(quán)利要求】
1.一種高靈敏度全光銫原子磁力儀，包括磁屏蔽筒(1)，磁屏蔽筒(I)內(nèi)放置有Cs原子氣室(8)，在Cs原子氣室(8)周圍放置三軸亥姆霍茲線圈(7);磁屏蔽筒(I)上分別設(shè)有泵浦光口( 6 )、檢測光口( 2 )和出射光口( 9 );泵浦光口( 6 )外側(cè)對應(yīng)設(shè)有泵浦光激光器(4 )以及對泵浦光的幅度進(jìn)行方波調(diào)制的電光調(diào)制器，泵浦光激光器(4)的頻率鎖定在Cs原子Dl線G=3 —/^=4共振線處；檢測光口外側(cè)對應(yīng)設(shè)有檢測光激光器(3)，檢測光激光器(3)的頻率鎖定在Cs原子D2線G=4 —Ae=5共振線處，被調(diào)制的泵浦光經(jīng)擴(kuò)束器(5)進(jìn)行擴(kuò)束后，采用偏振片和λ /4波片變成圓偏振光照射Cs原子氣室；出射光口(9)外側(cè)對應(yīng)設(shè)有檢測裝置；檢測裝置檢測圓二向色性介質(zhì)導(dǎo)致的偏振光的偏振面旋轉(zhuǎn)，經(jīng)轉(zhuǎn)換電路后做差、放大、濾波后，利用鎖相放大器測量輸出信號；其特征在于:所述的Cs原子氣室為長方體，其中4個(gè)用于通過檢測光形成反射的表面除檢測光的入射光和出射光局部均鍍上保偏膜，另外兩個(gè)用于通過泵浦光的表面不鍍膜；檢測光激光器發(fā)射的檢測光經(jīng)偏振片和小孔光闌進(jìn)入Cs原子氣室,在氣室各表面經(jīng)多次反射后出射，出射光的偏振面將旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度，檢測光偏振面 旋轉(zhuǎn)角q為
Θ cc IcreMf3PxL(V) 其中'I指泵浦光與檢測光交叉區(qū)長度，c指光速，^指經(jīng)典電子半徑，指粒子數(shù)密度， 指振子強(qiáng)度，A指原子極化在檢測光方向的投影，Zfc)指洛倫茲線型； Cs原子氣室中放入I滴Cs和IOOTorr的He氣和20Torr的N2氣，工作于常溫下。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高靈敏度全光銫原子磁力儀，其特征在于:所述的泵浦光激光器(4)采用外腔半導(dǎo)體激光器，波長為894.6nm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高靈敏度全光銫原子磁力儀，其特征在于:所述的檢測光激光器(3)采用DFB半導(dǎo)體激 光器，波長為852.3nm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的一種高靈敏度全光銫原子磁力儀，其特征在于:所述的磁屏蔽筒(I)為三層磁屏蔽筒。
【文檔編號】G01R33/032GK103558566SQ201310553842
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年11月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月11日
【發(fā)明者】劉強(qiáng), 孫偉民, 張軍海, 孫宇丹, 付天舒, 劉東明 申請人:東北石油大學(xué)