[发明专利]一种基于拉曼谱的快速磁场测量方法及装置

说明书

本发明公开一种基于拉曼谱的快速磁场测量方法及装置，该方法步骤包括：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：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：分别使用得到的拉曼谱的共振频率计算各目标位置处的磁场强度；该装置包括拉曼谱测量模块、拉曼谱拟合模块以及磁场强度计算模块。本发明能够实现基于拉曼谱快速磁场测量，且具有实现方法简单、测量精度高的优点。

技术领域

本发明涉及磁场测量技术领域，尤其涉及一种基于拉曼谱的快速磁场测量方法及装置。

背景技术

磁场测量技术在生物医学、军事技术以及工业等各领域均有着广泛的应用。针对磁场测量，目前存在多种测量方法，包括电磁感应法、磁通门法，霍尔效应法、超导效应法以及磁共振法等，其中由于在交变磁场的饱和激励下，处在被测磁场中磁芯的磁感应强度与被测磁场的磁场强度之间存在非线性关系，磁通门法即是利用该特性进行测量；霍尔效应法即是利用霍尔效应测量磁场，霍尔效应是当外磁场垂直于流过金属或半导体中的电流时，会在金属或半导体中垂直于电流和外磁场的方向产生电动势；磁共振法是利用物质量子状态变化来测量磁场。不同场合下通常需要采用不同的磁场测量方法，如磁通门法通常用于测量恒定的或缓慢变化的弱磁场，霍尔效应法用于测量小间隙磁场，磁共振法用于测量均匀的恒定磁场。上述测量方法测量过程复杂，对测量环境要求较高，不能同时满足野外测量等各类测量环境的测量需求，且通过是基于人工测量方式，测量效率低、容易产生测量误差。

利用拉曼谱能够测量任意位置的磁场强度，测量过程简单、测量范围大且测量精度高，但是目前测量拉曼谱时，通常都是基于人工测量方式，即由人工不断调节拉曼光频率、作用时间等测量参数以获取到拉曼谱，测量过程不便、测量效率低，同时需要非常长的测量时间，而在较长的测量时间内，测量结果非常容易受磁场漂移的影响产生测量误差。此外，对拉曼谱数据进行处理时，共振频率的确定目前主要采用单峰拟合或者提取最大值法，这会增加数据处理过程的复杂度、延长数据处理时间、增大磁场测量误差。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种能够基于拉曼谱实现快速磁场测量，且实现方法简单、测量精度高的基于拉曼谱的快速磁场测量方法及装置。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种基于拉曼谱的快速磁场测量方法，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。

作为本发明方法的进一步改进，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.将所获得的拉曼谱数据分为三段，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。

作为本发明方法的进一步改进，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；