[发明专利]一种基于钾铷混合抽运的高空间分辨率矢量磁场测量装置

权利要求书

1.一种基于钾铷混合抽运的高空间分辨率矢量磁场测量装置，其特征在于，包括含有钾原子和铷原子的原子气室，沿所述原子气室的Z轴方向设置有圆偏振抽运光束照射通道，所述圆偏振抽运光束用于使所述原子气室中的钾原子极化，沿所述原子气室的X轴方向设置有线偏振检测光束照射通道，所述线偏振检测光束用于检测原子气室内部原子自旋指向在X轴的投影，所述线偏振检测光束照射通道上设置有空间光调制器数字微镜装置，所述圆偏振抽运光束照射通道上设置有第一1/4波片；

利用光弹调制器获得原子自旋信号；无磁加热烤箱加热原子气室使原子数密度升高，在被动磁补偿磁屏蔽桶以及主动磁补偿三轴磁补偿线圈使原子气室处于极弱磁状态下，原子自旋进动足够慢，原子之间自旋交换速率远远大于原子拉莫尔进动频率；在抽运光方向由三轴磁补偿线圈施加高频磁场，与抽运光垂直的两个方向自旋分量由于相位相差90°绕着一个震荡纵向磁场进动，由锁相放大器以磁场频率ω为参考频率，调节解调相位以观测cos(ωt)项和sin(ωt)项，从而解调分离出X轴方向磁场Bx和Y轴方向磁场By；当空间光调制器数字微镜装置为“接通状态”产生+12°偏转，反射检测光束进入原子气室；右侧部分当微镜为“断开”状态反射光束不通过原子气室；检测光束经该装置高频扫描反射后进入原子气室，检测激光阵列式照射到气室不同位置，实现高空间分辨率的矢量二维磁场测量。

2.根据权利要求1所述的基于钾铷混合抽运的高空间分辨率矢量磁场测量装置，其特征在于，所述第一1/4波片位于所述原子气室上方，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将透射光传输给所述第一1/4波片，将反射光传输给第一波长计。

3.根据权利要求2所述的基于钾铷混合抽运的高空间分辨率矢量磁场测量装置，其特征在于，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和第一凸透镜，所述第一凸透镜和所述第二凸透镜形成扩束装置向所述反射镜传输扩束抽运光束，所述第一凸透镜通过第一格兰泰勒棱镜与抽运光束光强稳定系统形成光连接，所述抽运光束光强稳定系统通过第一1/2波片与抽运激光器形成光连接。

4.根据权利要求3所述的基于钾铷混合抽运的高空间分辨率矢量磁场测量装置，其特征在于，所述抽运光束光强稳定系统包括第一偏振分光棱镜，所述第一偏振分光棱镜将来自所述第一1/2波片的抽运激光光束分成两路，其中一路透射光束形成第一路抽运光束，另一路反射光束通过第三光电探测器进入稳光强控制器，所述稳光强控制器与稳光强液晶相连接，所述第一路抽运光束经过所述液晶传输给所述第一格兰泰勒棱镜。

5.根据权利要求4所述的基于钾铷混合抽运的高空间分辨率矢量磁场测量装置，其特征在于，所述原子气室的下方设置有第三凸透镜，所述第三凸透镜与第一光电探测器形成光连接，所述第一光电探测器连接锁相放大器。

6.根据权利要求3所述的基于钾铷混合抽运的高空间分辨率矢量磁场测量装置，其特征在于，所述线偏振检测光束照射通道上设置有检测激光器，所述检测激光器通过第二1/2波片连接第三偏振分光棱镜，所述第三偏振分光棱镜将来自所述第二1/2波片的检测激光光束分成两路，其中一路透射光束传输给噪声衰减器，另一路反射光束传输给第二波长计。

7.根据权利要求6所述的基于钾铷混合抽运的高空间分辨率矢量磁场测量装置，其特征在于，所述噪声衰减器通过第六凸透镜和第五凸透镜形成的扩束装置连接所述空间光调制器数字微镜装置，所述空间光调制器数字微镜装置连接有计算机，所述空间光调制器数字微镜装置依次通过其左前方的第三格兰泰勒棱镜、光弹调制器和第二1/4波片使偏振态调制检测光束穿越所述原子气室，所述原子气室的左前方设置有第四凸透镜，所述第四凸透镜通过第二格兰泰勒棱镜将检测光束传输给第二光电探测器，所述第二光电探测器连接所述锁相放大器。