[发明专利]多通道原子磁探测器

说明书

本发明提供一种多通道原子磁探测器，其包括至少一个探测组件，每个探测组件包括：在同一平面上的多个探测气室；以及分光构件，用于将来自光源的偏振光束分配到所述探测组件中的每个探测气室，其中，每组探测气室的多个探测气室相对于分光构件中心对称或者轴对称布置。所述多通道原子磁探测器具有高的探测密度并且有利于降低噪声。

技术领域

本发明涉及一种原子磁探测器，特别是一种多通道原子磁探测器。

背景技术

光泵原子探测技术是通过光束极化原子气体，利用原子自旋的磁效应实现对微弱磁场测量的技术。自上世纪90年代以来，随着原子自旋新的物理效应、新的操控原理与方法的发现，尤其是2002年人类开始能够操控原子自旋实现无自旋交换弛豫(Spin ExchangeRelaxation Free,SERF)态以来，基于SERF态原子自旋的进动实现超高灵敏的磁场测量的研究开始被人们所关注。这种方法可以大幅超越现有相关测量手段实现的灵敏度，使得人类获得了认识世界的新工具。基于光泵原探测技术的原子磁力计可以在室温环境下工作，无需液氦冷却，体积小重量轻，并可通过半导体工艺实现低成本的大批量生产，为脑磁图、心磁图及其他医学、生物、材料领域的弱磁探测带来了新的曙光。

SERF机制最早于1973年由普林斯顿大学Happer教授等人发现。2002年，普林斯顿大学Romalis教授领导的小组首次演示了基于SERF原理的原子磁力计，单通道灵敏度达到7fT/Hz^1/2，并在目前达到了0.16fT/Hz^1/2，超过了最好的SQUID磁力计可以达到的水平(0.91fT/Hz^1/2)。

中国专利公开CN108459282A描述了一种原子磁强计/磁梯度计，其包括探测气室、激光光源、调制线圈和检测装置。激光光源产生的激发光束使探测气室中的碱金属蒸气极化，调制线圈对碱金属蒸气产生已知强度的调制磁场，激光光源产生的探测光束经过碱金属蒸气后被检测装置检测，以基于调制磁场获得探测气室处的待测磁场强度或梯度信息。在单个的该原子磁强计/梯度计中，只包括一个探测气室，即其是单通道检测。

目前所有的小型化原子磁探测器均为单通道磁力计或者磁梯度计，受限于壳体尺寸、加工难度、调制线圈的串扰等因素，探测点密度低，难以进行高密度测量。此外，每个磁力计或磁梯度计使用独立的光源，不仅每通道制造成本高，而且不同光源之间的光强和偏振性差异导致探测器之间的信号本地噪声水平差异较大，在进行临近探测器的梯度计算和降噪处理时，难以获得很好的效果。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种多通道原子磁探测器，其包括：至少一个探测组件，每个探测组件包括：在同一平面上的多个探测气室；以及分光构件，用于分配来自光源的偏振光束到所述多个探测气室，其中，每组探测气室的多个探测气室相对于分光构件中心对称或者轴对称布置。

由于多个探测气室相对于分光构件中心对称或者轴对称布置并接收分光构件的分光，因此实现了多通道探测。该原子磁探测器结构简单、探测密度高、易于抑制噪声，并且多个探测气室的相对位置的固定。

在一实施例中，所述分光构件用于将来自同一光源的一束偏振光束分配到所述探测组件中的每个探测气室。

在一实施例中，每组探测气室的多个探测气室相对于分光构件轴对称布置。并且，所述分光构件将来自多个光源的多束偏振光束中的每束偏振光束分别分配到多个探测气室中的彼此轴对称的探测气室中，其中，每个探测气室接收至少一束偏振光束。

进一步地，在一实施例中，多个探测气室中的至少一部分探测气室可以接收两束偏振光束或被展宽的一束宽偏振光束。

在一实施例中，所述多通道原子磁探测器还包括壳体，其用于容纳所述至少一个探测组件。

在一实施例中，所述光源容纳在壳体中。

在一实施例中，所述光源设置在壳体外。