[发明专利]基于微型原子气室的原子磁力仪

说明书

本申请提供一种基于微型原子气室的原子磁力仪，是基于微型原子气室的Bell‑Bloom原子磁力仪，第一玻璃片、硅片以及第二玻璃片共同包围形成了碱金属气室，并通过微机电系统工艺制备成玻璃‑硅‑玻璃三层结构。每个第二内壁的表面镀有反射膜，且每个反射膜与第一硅表面夹角为锐角，可以使得进入碱金属气室的入射光被第二内壁上的反射膜反射，使得泵浦光在碱金属气室内沿水平方向传播，并到达另一个第二内壁的反射膜上后离开碱金属气室。同时，一束探测光通过第二玻璃片直接垂直进入碱金属气室，使得经反射膜反射的入射光与探测光实现两束光的正交，并进入到光电探测器进行探测，从而形成Bell‑bloom结构光泵原子磁力仪的构型。

技术领域

本申请涉及原子气室领域，特别是涉及一种基于微型原子气室的原子磁力仪。

背景技术

高灵敏度磁力仪已经成为了很多科研领域中至关重要的工具，从生物医药到地球物理，再到基本对称性的验证，都离不开磁力仪的帮助。原子磁力仪有着天然的优势，对工作环境没有限制，并且具备发展成为芯片级别集成器件的潜力。随着芯片级原子器件的发展，基于MEMS工艺的微型原子气室已经广泛被应用。在光泵浦作用下，特定偏振状态的光被工作原子吸收，原子对光的吸收在满足能量守恒的同时还受到选择定则的约束，原子热平衡状态在光泵浦作用下被打破而产生一定的自旋取向，在光传播方向上形成宏观磁矩。宏观磁矩使原子在磁场中受到力矩作用，其围绕磁场作拉莫尔进动，进动频率与磁场成正比。

利用射频线圈产生的射频频率与拉莫尔频率产生共振的方法，或者利用对激光波长、强度或偏振态的调制频率与拉莫尔频率产生共振的方法，通过信号检测系统获取拉莫尔频率，根据其与磁场的正比例关系，得到磁场大小。对于Bell-Bloom结构光泵原子磁力仪可以接近无自旋弛豫交换原理的磁力仪的灵敏度，并且可以在地磁范围内工作。但是，传统的Bell-Bloom结构光泵原子磁力仪一般使用比较大的厘米量级的碱金属原子气室，体积较大，空间分辨率有限，且制造和可集成度低。

发明内容

基于此，有必要针对传统的Bell-Bloom结构光泵原子磁力仪体积较大、制造和可集成度低的问题，提供一种基于微型原子气室的原子磁力仪。

本申请提供一种基于微型原子气室的原子磁力仪包括第一激光器、第二激光器、四分之一玻片、偏振片、光调制器、微型原子气室、亥姆霍兹线圈、极化分束器、反射镜以及平衡光电探测器。所述第一激光器用于发出泵浦光。所述第二激光器用于发出探测光，且使得泵浦光与探测光平行设置。所述四分之一玻片设置于泵浦光方向上，用于将泵浦光转变为圆偏振光。所述偏振片设置于探测光方向上，用于将探测光转变为比较理想的线偏振光。所述光调制器设置于泵浦光方向上，用于将圆偏振光进行幅度调制。

所述微型原子气室包括第一玻璃片、硅片以及第二玻璃片。所述第一玻璃片具有第一玻璃表面。所述硅片具有两个相对设置的第一内壁与两个相对设置的第二内壁，所述第一内壁与所述第二内壁相邻连接，且所述硅片具有第一硅表面与第二硅表面，所述第一硅表面与所述第二硅表面相对设置，所述硅片设置于所述第一玻璃表面，每个所述第二内壁的表面设置有反射膜，且每个所述反射膜与所述第一硅表面夹角为锐角，所述第二玻璃片具有第二玻璃表面与第三玻璃表面，所述第三玻璃表面与所述第二玻璃表面相对设置，所述第二玻璃片设置于所述第二硅表面，且两个所述第一内壁、两个所述第二内壁、所述第一玻璃表面以及所述第二玻璃表面共同包围形成一个密闭的碱金属气室，用以充入碱金属气体和缓冲气体。

所述第三玻璃表面与所述光调制器相对设置，且所述第三玻璃表面与所述第二声光调制器相对设置，使得圆偏振光与线偏振光平行射入所述微型原子气室，经过所述微型原子气室的所述第二内壁反射，泵浦光实现了在所述微型原子气室内与探测光的正交，实现了Bell-Bloom原理的构型。