[发明专利]一种基于拉曼谱的快速磁场测量方法及装置

权利要求书

1.一种基于拉曼谱的快速磁场测量方法，其特征在于，步骤包括：

S1.拉曼谱测量：制备冷原子团；将冷原子团上抛或自由下落，当原子进入待测真空腔后利用拉曼π脉冲与原子相互作用，并测量待测真空腔内不同作用位置处的拉曼谱，得到对应各作用位置的拉曼谱数据；

S2.拉曼谱拟合：分别将各组拉曼谱数据使用复合拉比函数进行拟合，得到对应各作用位置的拉曼谱的共振频率；

S3.磁场强度计算：分别使用得到的所述拉曼谱的共振频率计算各目标位置处的磁场强度；

所述步骤S2中每组所述拉曼谱数据进行拟合的具体步骤为：

S21.将每组拉曼谱数据划分为三段，分别提取所述拉曼谱数据的各段数据中原子跃迁概率的最大值以及所对应的拉曼光频率；

S22.基于提取的各段数据中所述原子跃迁概率的最大值以及所对应的拉曼光频率，使用复合拉比函数对每组所述拉曼谱数据进行拟合，得到当前拉曼谱数据的三个共振频率。

2.根据权利要求1所述的基于拉曼谱的快速磁场测量方法，其特征在于，所述步骤S21中具体将各组所述拉曼谱数据按照波峰划分为三段，所述步骤S22具体使用下式的复合拉比函数对每组所述拉曼谱数据进行拟合；

其中，P₁为原子跃迁概率；A_-1、A₀、A₁分别为拟合拉曼谱最终得到的对应于m_F态原子的跃迁峰高度，m_F＝-1,0,1，且初始值分别为提取的对应于m_F态的原子跃迁概率的最大值；ω_-1、ω₀、ω₁分别为对应于m_F态原子的共振频率，且初始值分别为提取的原子跃迁概率的最大值所对应的拉曼光频率，Ω_eff为拉曼脉冲的有效拉比频率，分别为拉曼光对m_F态原子产生的差分光频移，δ_D为有效多普勒频移，τ为拉曼脉冲作用时间。

3.根据权利要求1或2所述的基于拉曼谱的快速磁场测量方法，其特征在于，所述步骤S3的具体步骤为：

S31.根据左旋圆偏振拉曼激光、右旋圆偏振拉曼激光下目标作用位置处的拟合拉曼谱的三个共振频率，分别计算三个共振频率中第一、第三共振频率的差值，得到共振频率差；

S32.分别根据所述共振频率差计算得到左旋圆偏振状态的磁场强度B_左、右旋圆偏振状态的磁场强度B_右；

S33.根据所述左旋圆偏振状态的磁场强度B_左、右旋圆偏振状态的磁场强度B_右计算得到目标作用位置处的绝对磁场强度

4.根据权利要求1或2所述的基于拉曼谱的快速磁场测量方法，其特征在于，所述步骤S1的具体步骤为：

S11.制备冷原子团；

S12.将制备的冷原子团上抛或自由下落；

S13.当原子进入待测真空腔后利用两束拉曼激光与原子相互作用，使得原子团产生拉曼跃迁；

S14.探测原子的跃迁概率；

S15.扫描两束拉曼激光的相对频率，重复执行步骤S11～S14，直至获得当前作用位置处的拉曼谱；

S16.延迟拉曼π脉冲与原子作用的时间，重复执行步骤S11～S15，直至获得待测真空腔内不同作用位置处的拉曼谱。

5.根据权利要求4所述的基于拉曼谱的快速磁场测量方法，其特征在于：所述步骤S11中具体在磁光阱中，通过调节磁光阱的参数制备处于F＝2的原子态上、温度≤10μk的冷原子团。

6.根据权利要求4所述的基于拉曼谱的快速磁场测量方法，其特征在于：所述拉曼π脉冲具体为小于2ms的短脉冲；所述步骤S14中扫描拉曼光时的扫频步进小于拉曼脉冲的频域展宽，扫描拉曼光时的扫频范围大于原子一阶塞曼频移。