[发明专利]一种基于原子磁共振的静磁场空间分布测量系统及方法

说明书

一种基于原子磁共振的小尺度空间静磁场空间分布测量方法，该方法用于测量静磁场的空间分布均匀性，其基本原理是将充满碱金属(K，Rb，Cs等)的原子气室放置于静磁场中，选用圆偏振光使碱金属(K，Rb，Cs等)原子极化。采用垂直于静磁场的射频场使碱金属(K，Rb，Cs等)原子发生磁共振，光电探测器阵列探测穿过气室的圆偏振光的光强，根据碱金属(K，Rb，Cs等)原子拉莫尔进动频率得到静磁场强度。通过空间光调制器改变圆偏振光的空间位置，或者采用光电探测器线阵阵列实现小尺度空间的磁场强度分布测量。

技术领域

本发明涉及一种基于原子磁共振的静磁场空间分布测量系统及方法，属于静磁场分布技术领域。

背景技术

在很多技术领域和科研工作中，需要用到磁场的空间分布信息，且随着医学、电磁学、生物学等领域的发展，确定研究对象中的微观磁性变得尤为重要，因此发展小尺度空间静磁场空间分布测量技术具有重要的应用价值。

小尺度空间磁场测量就是测量微观尺度下的磁场分布技术。目前有代表性的技术，根据其测量原理的不同可以分为：扫描超导量子干涉技术、金刚石色心技术和原子气室技术。

在原子气室技术领域中，其基本原理是利用使碱金属发生超精细结构能级分裂的特定波段的圆偏振光，使碱金属原子极化到特定能级。极化后的碱金属原子具有磁矩，并在磁场作用下做拉莫尔进动，宏观上用极化率的正弦波动表示拉莫尔进动。再通过一束与圆偏振光方向垂直的线偏振探测光检测这种进动，此外也可以通过检测圆偏振光的吸收量来得到原子极化率，即可根据Bloch方程计算得到原始磁场信息。但满足要求的脉冲圆偏振光难以调制，且只能检测瞬态磁场信息。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种基于原子磁共振的小尺度空间静磁场空间分布测量方法，该方法用于测量静磁场的空间分布均匀性，其基本原理是将充满碱金属(K，Rb，Cs等)的原子气室放置于静磁场中，选用圆偏振光使碱金属(K，Rb，Cs等)原子极化。采用垂直于静磁场的射频场使碱金属(K，Rb，Cs等)原子发生磁共振，光电探测器阵列探测穿过气室的圆偏振光的光强，根据碱金属(K，Rb，Cs等)原子拉莫尔进动频率得到静磁场强度。通过空间光调制器改变圆偏振光的空间位置，或者采用光电探测器线阵阵列实现小尺度空间的磁场强度分布测量。

本发明目的通过以下技术方案予以实现：

一种基于原子磁共振的静磁场空间分布测量系统，包括激光、光学滤波器、起偏器、1/4波片、扩束透镜、准直透镜、四层磁屏蔽、加热炉、碱金属原子气室、线圈、射频场、光电信号探测器阵列；

激光依次通过光学滤波器、起偏器、1/4波片、扩束透镜、准直透镜后，穿过四层磁屏蔽后进入光电信号探测器阵列；线圈在四层磁屏蔽内，加热炉在线圈内，碱金属原子气室在加热炉内；四层磁屏蔽处于射频场范围内；

碱金属原子气室内充满碱金属原子。

优选的，碱金属原子气室的采用石英玻璃或硼硅玻璃材料制成。

优选的，射频场沿x轴方向垂直于静磁场，光电信号探测器阵列的阵列垂直于圆偏振光方向并沿x-y面排列。

优选的，激光通过起偏器变为线偏振光。

优选的，1/4波片用于将线偏振光转换为圆偏振光。

优选的，扩束透镜和准直透镜用于扩大圆偏振光光束直径，使其覆盖气室。

优选的，四层磁屏蔽用于屏蔽地磁场。

优选的，线圈用于产生碱金属进动需要的静磁场。

优选的，激光采用激光器产生，波长为600nm～1000nm。

一种基于原子磁共振的静磁场空间分布测量方法，包括如下步骤：

S1、制备充满碱金属原子的气室；