[发明专利]用于光泵磁力仪的原子磁传感器

说明书

技术领域

本发明涉及光泵磁力仪技术领域，尤其涉及一种用于光泵磁力仪的原子磁传感器。

背景技术

磁力仪是磁力测量仪器的统称。高灵敏度磁力测量技术在生物医学、地球物理、空间探索以及军事与国防等领域都有着广泛且重要的应用。目前，国内外磁力测量研究水平差异显著。国外先进水平的磁力仪在灵敏度指标等方面已远超过我国，因此，自主研制高灵敏度磁力仪，具有战略意义。光泵原子磁力仪是目前最成熟的高灵敏度磁力仪之一，其中激光光泵原子磁力仪由于单色性好、选择特性优良等优势，能够极大程度地提升性能指标，因而成为国内外研究热点。

传统的激光光泵原子磁力仪基于原子的光磁双共振原理，通常由激光光源、原子磁传感器、磁共振信号检测电路三部分构成。激光光源产生特定波长(频率)、强度与频谱宽度的激光光束，激光中心频率为使得原子磁传感器内原子产生光泵浦作用的光频率值。原子磁传感器包括若干偏振器件、一个原子气室、一对亥姆霍兹线圈以及光电探测器：偏振器件通常为波片与偏振分束棱镜等光学器件的组合，使得激光光源产生的激光光束具有特定的偏振方向；原子气室是充有一定压强的原子气体的玻璃泡，激光光束入射至原子气室，与气室内原子相互作用产生光泵浦后透射出气室；同时缠绕于原子气室周围的亥姆赫兹线圈，产生具有一定频率且方向垂直于激光光束传播方向的交变磁场，当交变磁场的频率恰好等于原子塞曼磁子能级跃迁频率时，产生磁共振；光电探测器置于原子气室后侧，实时探测透过原子气室的光信号，并将光信号转换为电信号。磁共振信号检测电路对光电探测器探测得到的电信号进行处理，通过滤波、放大、锁相等，反馈控制亥姆霍兹线圈，跟踪锁定磁共振产生时对应的频率，同时推算出外界磁场大小，实现磁场测量。

传统的激光光泵原子磁力仪虽然能够实现磁场测量，但由于光频移现象的存在，光频移指在一定的激光光束作用下，原子的能级会发生一定的移动，移动的大小与激光的频率以及功率相关。由于激光光泵磁力仪主要通过测量原子的相邻磁子能级之间的频率间隔来实现对外磁场大小的测量，因此，激光的频率噪声以及功率噪声将会通过光频移，致使某一磁子能级产生随机的移动，改变相邻磁子能级之间的频率间隔，直接影响探测得到的磁场值，因此，传统的激光光泵原子磁力仪磁场测量结果存在误差。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供了一种用于激光光泵磁力仪的原子磁传感器，消除激光光泵原子磁力仪中的光频移现象引起的磁场测量结果误差。

为解决上述技术问题：本发明提出了一种用于激光光泵磁力仪的原子磁传感器，包括第一半波片、第一偏振分束棱镜、第三半波片、第三偏振分束棱镜、四分之一玻片、亥姆霍兹线圈、原子气室、反射镜、棱镜、光电探测器。

光源模块发射激光光束，激光光束经过第一半波片与第一偏振分束棱镜后，透射激光变为线偏振光，线偏振光光束依次经过第三半波片、第三偏振分束棱镜、四分之一玻片后，线偏振光转变为圆偏振光，圆偏振光垂直入射至原子气室，与气室内原子相互作用产生光泵浦后透射出气室，同时缠绕于原子气室周围的亥姆赫兹线圈，产生具有一定频率且方向垂直于激光光束传播方向的交变磁场；透射出原子气室的透射光入射至反射镜，被反射镜反射的圆偏振光再一次入射至原子气室，其入射方向通过转动反射镜进行调节，调节经过反射镜反射后的圆偏振光与入射到反射镜的圆偏振光之间存在一定距离；反射圆偏振光经过原子气室后，经过四分之一玻片，经过四分之一玻片后变为线偏振光，线偏振光经过第三偏振分束棱镜后被反射，反射光经过棱镜后入射至光电探测器。

进一步，所述原子磁传感器还包括第二半波片与第二偏振分束棱镜；激光光束经过第一半波片与第一偏振分束棱镜后，透射激光变为线偏振光，线偏振光光束经过第二半波片与第二偏振分束棱镜后，产生透射光与反射光，且透射光与反射光的偏振方向互相垂直，其中，反射光用于功率稳定，透射光经过第三半波片与第三偏振分束棱镜。

进一步，所述反射镜调节经过反射镜反射后的圆偏振光与入射到反射镜的圆偏振光之间的距离等于发射激光光斑大小。

本发明具有以下有益效果：