[发明专利]一种用于原子磁探测的无磁温控装置及测量方法

权利要求书

1.一种用于原子磁探测的无磁温控装置，其特征在于，包括加热光路模块和原子气室控温模块；

所述原子气室控温模块用于吸收加热激光产生所需原子数密度的气态碱金属原子，其包括第一滤光片(301)、原子气室(302)、第二滤光片(303)、测温电阻(304)和温控处理器(305)；所述第一滤光片(301)和第二滤光片(303)紧贴设置在原子气室(302)相对的两侧，用于透过工作激光且同时吸收加热激光；在所述原子气室(302)内充有碱金属原子作为工作物质，在所述原子气室(302)上设有用于补充碱金属原子的充气管；所述测温电阻(304)紧贴设置在充气管上；所述温控处理器(305)与测温电阻(304)连接；

所述加热光路模块用于为原子气室(302)提供所需热量的加热激光，其包括加热激光控制器(101)、加热激光器(102)、第一分光镜(104)、第一反射镜(105)、第二反射镜(106)和第二分光镜(107)；所述加热激光器(102)，用于向原子气室(302)发射加热激光；所述加热激光控制器(101)与温控处理器(305)连接，用于实现对加热激光的功率的调节及稳定；所述第一分光镜(104)设置在加热激光器(102)和原子气室(302)之间，用于将加热激光分为透射光束和反射光束；所述透射光束通过第一滤光片(301)射入原子气室(302)；所述第一反射镜(105)、第二反射镜(106)和第二分光镜(107)顺次设置在反射光束传播的光路上，且三者的反射方向均可单独调节，用于调整反射光束的传播方向；调整后的反射光束通过第二滤光片(303)与透射光束相向射入原子气室(302)；所述加热激光的波段位于红外频段内。

2.根据权利要求1所述的用于原子磁探测的无磁温控装置，其特征在于，所述加热光路模块还包括第一扩束镜(103)，所述第一扩束镜(103)设置在加热激光传播的光路上，且位于加热激光器(102)和第一分光镜(104)之间，用于扩大加热激光光束的光斑尺寸以覆盖原子气室(302)。

3.根据权利要求2所述的用于原子磁探测的无磁温控装置，其特征在于，还包括工作光路模块、磁场控制模块和信号分析控制模块；

所述工作光路模块用于向原子气室(302)发射工作激光，实现碱金属原子的泵浦和探测；所述工作光路模块包括用于检测工作激光偏振主轴方向变化的光电探测器(208)，所述光电探测器(208)设置在穿过原子气室(302)的工作激光的光路上；所述工作激光的波段位于原子气室(302)所选碱金属原子的D2跃迁频段内；

所述磁场控制模块用于产生交变激励磁场，实现碱金属原子磁共振；所述磁场控制模块包括围绕原子气室(302)设置的磁场线圈(402)以及用于控制磁场线圈(402)产生磁场强度的磁场驱动源(401)，通过所述磁场线圈(402)产生交变激励磁场且同时屏蔽碱金属原子的外部环境磁场；所述交变激励磁场的交变频率等于碱金属原子自旋在探测磁场作用下的拉莫尔进动频率；

所述信号分析控制模块包括数模/模数转换电路(501)和数据处理终端(502)，所述数据处理终端(502)与数模/模数转换电路(501)连接；所述数模/模数转换电路(501)与光电探测器(208)和磁场驱动源(401)分别连接，通过数据处理终端(502)分析来自光电探测器(208)的信号解算出碱金属原子自旋感受到的磁场强度数据并向磁场驱动源(401)发出磁场控制信号。