[发明专利]一种基于原位磁强计的屏蔽桶内剩磁测量方法

说明书

一种基于原位磁强计的屏蔽桶内剩磁测量方法，适用于原子传感器屏蔽桶内剩磁的测试。首先施加静磁场、调制磁场、抽运光、检测光，使原子磁强计工作在磁共振状态；对磁强计信号进行解调，用低通滤波器提取其直流分量，得到横向即垂直静磁场方向的剩磁，在横向施加直流补偿磁场将剩磁补偿至零；在不同的检测光强下进行剩磁测量与补偿，发现补偿磁场的输出值随检测光强线性变化，直线在纵轴上的截距即为排除光频移后横向实际剩磁的值；利用磁场扫频的方法测量电子共振频率，并测量静磁场方向和抽运光左右旋同时翻转后共振频率的变化，除以两倍的碱金属旋磁比即可得到纵向实际剩磁。本发明无需采用外部传感器，大大方便了原子传感器的设计。

技术领域

本发明涉及原子传感器领域，具体涉及一种基于原位磁强计的屏蔽桶内剩磁测量方法。

背景技术

近年来，随着原子物理学的飞速发展，量子光学、冷原子等理论的突破以及激光、量子操控等技术的进步，原子传感器逐渐受到关注和重视。高精度、高灵敏度的原子传感器广泛应用于时间测量、惯性测量、磁场测量等领域，部分已经实现了工程应用，带来了重大技术变革。由于原子能级对磁场很敏感，因此在原子传感器中一般要进行磁屏蔽，减小环境磁场对原子的干扰，磁屏蔽通常需要精细的设计，以在体积缩小或存在开孔的情况下仍然达到很好的屏蔽效果。

为验证磁屏蔽后磁场是否满足原子传感器工作的需求，需对屏蔽桶内的剩磁进行测试。传统的剩磁测试方法通常利用磁通门磁强计等商用磁强计放置在屏蔽桶内部来进行剩磁测试，但外加传感器导致操作复杂，且对于某些体积较小的屏蔽桶，采用商用磁强计只能在屏蔽桶盖打开的情况下进行测试，不能得到原子传感器工作时的实际剩磁。后来也出现了基于原位磁强计的剩磁测量方法，但没有考虑光频移的影响，测得的磁场是实际剩磁与光频移产生虚假磁场的叠加，不能反映屏蔽桶对环境剩磁的屏蔽效果。因此，有必要研究一种无需外加传感器、且能分离光频移虚假磁场与实际剩磁的方法，以准确得到屏蔽桶内的实际剩磁，为原子传感器的设计与测试提供便利。

发明内容

本发明为解决现有测量方法需要外加传感器导致操作复杂以及由于没有考虑光频移的影响，测得的磁场是实际剩磁与光频移产生虚假磁场的叠加，不能反映屏蔽桶对环境剩磁的屏蔽效果等问题，提供一种基于原位磁强计的屏蔽桶内剩磁测量方法，能够在不采用外加磁场传感器的情况下测量原子传感器屏蔽桶内部的剩磁，且能够排除光频移的影响，得到准确的剩磁，从而评估屏蔽桶的屏蔽性能，为原子传感器的设计和测试提供指导。

一种基于原位磁强计的屏蔽桶内剩磁测量方法，所述原位磁强计基于原子传感器自身的气室、通过施加光场和磁场实现的原子磁强计，工作在磁共振状态，利用原子传感器的气室实现原位原子磁强计，对屏蔽桶内剩磁进行测量；具体包括以下步骤：

步骤一、首先搭建原子传感器系统，该原子传感器系统包括原子气室、烤箱、三轴线圈、多层磁屏蔽桶、抽运光路、检测光路和平衡探测器；然后在纵向即抽运光方向施加静磁场和调制磁场，同时施加抽运光、检测光，使原子磁强计工作在磁共振状态；

步骤二、对所述检测光路中的平衡探测器探测到的原子进动信号进行正交解调，获得横向即垂直抽运光方向的磁场大小与方向；然后采用三轴线圈中两个横向线圈施加补偿磁场，直至横向磁场被补偿至零；

步骤三、改变检测光强，重复步骤二中所述的磁补偿过程，记录将横向磁场补偿至零时补偿磁场的输出值，绘制所述输出值随检测光强变化的图像，最终拟合获得一条直线，从直线纵轴截距获得屏蔽桶内的横向剩磁，实际横向剩磁与直线纵轴截距所表示的磁场大小相等，方向相反；

步骤四、将横向剩磁补偿至零后，将调制磁场改为在横向施加，并扫描调制磁场的频率，获得原子的共振频率；然后翻转静磁场和抽运光，即静磁场大小不变、方向相反以及抽运光左右旋反向；测量原子共振频率的变化，除以2倍的碱金属旋磁比，获得屏蔽桶内的纵向剩磁。