[发明专利]基于SERF的双抽运光束三轴原子矢量磁场测量装置

说明书

基于SERF的双抽运光束三轴原子矢量磁场测量装置，能够在同一个气室的不同部分进行抽运，从而有利于在一个气室下同时实现高灵敏度三轴原子矢量磁场的测量，包括碱金属气室，其特征在于，所述碱金属气室为L形结构，所述L形结构包括左上方块、右上方块和左下方块，右下方为右下空缺部，所述右上方块的X轴方向为第一路抽运光束照射通道，所述左下方块的Z轴方向为第二路抽运光束照射通道，所述左上方块不受抽运光束照射，所述第一路抽运光束和所述第二路抽运光束交汇于所述右下空缺部。

技术领域

本发明涉及原子磁强计技术，特别是一种基于SERF的双抽运光束三轴原子矢量磁场测量装置，通过设置L形结构的碱金属气室，能够在同一个气室的不同部分进行抽运，从而有利于在一个气室下同时实现高灵敏度三轴原子矢量磁场的测量。SERF是Spin-Exchange-Relaxation-Free的缩写，即无自旋交换弛豫，SERF为本领域通用术语。

背景技术

近年来，随着人类在激光技术和原子操控等关键理论和技术取得进展，量子技术应用得到空前关注，成为世界各国研究的热点。在磁场测量领域，无自旋交换弛豫原子磁强计可显著提高磁场测量精度和灵敏度，已成为目前磁测量灵敏度最高的磁强计。根据测量的磁场信息是否包含方向信息，可以将原子磁强计分为标量磁强计和矢量磁强计两大类。其中矢量磁强计可以测量磁场空间分量，获得空间中某点磁场更加完整的信息。三轴矢量原子磁强计能够同时提供磁场三轴矢量方向、幅度信息以及总的标量磁场幅值，被广泛应用于基础物理学、深空/深地探测、脑磁心磁探测、生物极弱磁测量等领域，已成为新一代磁强计的发展方向。

利用无自旋交换原子磁强计实现三轴矢量化磁场测量，利用一个气室，使用分频调制方法可同时实现三轴灵敏度测量，但该方法在原子自旋方向磁场灵敏度较低。采用横向调制或纵向调制的方法，利用两个气室或者分不同时刻测量可实现高灵敏度三轴矢量磁场测量，但容易引入正交误差且不可连续测量。由于磁强计响应对原子极化方向磁场的不敏感性，无法利用一个气室同时实现三轴矢量磁场的超高灵敏度测量。目前现有的方法在一个气室下同时实现超高灵敏度三轴矢量磁场的测量难以实现。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的缺陷或不足，提供一种基于SERF的双抽运光束三轴原子矢量磁场测量装置，通过设置L形结构的碱金属气室，能够在同一个气室的不同部分进行抽运，从而有利于在一个气室下同时实现高灵敏度三轴原子矢量磁场的测量。

本发明的技术方案如下：

基于SERF的双抽运光束三轴原子矢量磁场测量装置，包括碱金属气室，其特征在于，所述碱金属气室为L形结构，所述L形结构包括左上方块、右上方块和左下方块，右下方为右下空缺部，所述右上方块的X轴方向为第一路抽运光束照射通道，所述左下方块的Z轴方向为第二路抽运光束照射通道，所述左上方块不受抽运光束照射，所述第一路抽运光束和所述第二路抽运光束交汇于所述右下空缺部。

所述第一路抽运光束为第一路圆偏振光束，所述第二路抽运光束为第二路圆偏振光束，所述第一路圆偏振光束和所述第二路圆偏振光束均来源于同一抽运激光器发射的原始抽运光束，所述原始抽运光束通过第一偏振分光棱镜分成两路初始光束。

所述抽运激光器发射的激光波长在碱金属原子D1线的中心。

所述碱金属气室的外围设置有无磁电加热烤箱，所述无磁电加热烤箱的外围设置有三轴磁补偿线圈，所述三轴磁补偿线圈的外围设置有磁屏蔽桶，所述三轴磁补偿线圈连接有信号发生器。

所述右上方块的上方设置有第一1/4波片，所述第一1/4波片的上方设置有第二偏振分光棱镜，所述第二偏振分光棱镜的上方设置有反射镜，所述反射镜的左前方设置有第二凸透镜，所述第二凸透镜的左前方设置有第一凸透镜，所述第一凸透镜的左前方设置有第一偏振分光棱镜，所述第一偏振分光棱镜的左前方设置有第一1/2波片，所述第一1/2波片的左前方设置有抽运激光器，所述抽运激光器发射原始抽运光束。