[发明专利]基于相干布居囚禁的磁场的矢量测量系统及方法

说明书

本申请公开了一种基于相干布居囚禁的矢量磁场测量系统及方法，系统包括：原子气室，原子气室置于待测磁场中，并用于容纳原子气体；光源系统，用于发射探测激光，探测激光具有两个频率成分，并沿至少两个正交设置的传输路径入射到原子气室；探测系统，用于分别探测沿各传输路径传输的探测激光经所述原子气体透射后的光强度；控制系统，用于调节所探测激光的两个频率成分的频率，并根据探测系统所检测的光强度确定由于两个频率成分与分裂能级之间的相干耦合所产生的能够表征待测磁场的大小的目标相干布居囚禁峰。通过上述方式，本申请能够同时实现至少两磁场大小与方向的探测使得原子磁力仪无探测死区。

技术领域

本申请涉及弱磁场测量技术领域，特别是涉及一种基于相干布居囚禁的矢量磁场测量系统及方法。

背景技术

磁场由磁感应强度来表示，它是一个矢量(既有强度又有方向)。磁场的精密测量在军民两个领域都有非常重要的应用，目前对磁场的测量基于以下物理效应：电磁感应效应、霍尔效应、超导约瑟夫森效应和原子塞曼(Zeeman)效应等。不同的效应对应不同的磁场测量方法，依据不同的测量方法制成的测量装置或仪表为磁力仪。

基于原子塞曼效应的磁场测量技术为原子磁力仪技术，其简要测量原理为，原子具有分立的能级，在磁场中这些分立的能级会发生劈裂(即Zeeman效应)，能级劈裂的大小与磁场大小具有一定的关系，依据不同的探测技术探测得到原子能级劈裂的大小即可推算出磁场的大小，这样便实现磁感应强度大小的测量，属标量磁力仪技术。

目前，标量原子磁力仪技术缺点只能测量磁场的强度值，不能测量磁场的方向，且一般情况下测量有死角，当磁场方向与激光传播接近垂直时，不能探测或者需要较大的改动。

发明内容

本申请提供一种基于相干布居囚禁的矢量磁场测量系统及方法，能够同时实现各方向上的磁场探测，使得原子磁力仪无探测死区，以及对磁场扰动的矿物、军事设施、地下掩体等探测场景的应用更加灵敏与方便。

为解决上述技术问题，本申请采用的另一个技术方案是：提供一种基于相干布居囚禁的矢量磁场测量系统，所述系统包括：原子气室，所述原子气室置于待测磁场中，并用于容纳原子气体，所述原子气体能够在所述待测磁场的作用下发生能级分裂；光源系统，用于发射探测激光，所述探测激光具有两个频率成分，并沿至少两个正交设置的传输路径入射到所述原子气室；探测系统，用于分别探测沿各所述传输路径传输的所述探测激光经所述原子气体透射后的光强度；控制系统，用于调节所述探测激光的所述两个频率成分的频率，并根据所述探测系统所检测的光强度确定由于所述两个频率成分与分裂能级之间的相干耦合所产生的能够表征所述待测磁场的大小的目标相干布居囚禁峰，所述控制系统进一步根据所述目标相干布居囚禁峰所对应的所述两个频率成分的频率计算所述待测磁场的大小。

为解决上述技术问题，本申请采用的另一个技术方案是：提供一种基于相干布居囚禁的矢量磁场测量方法，所述方法包括：将原子气室置于待测磁场中，所述原子气室用于容纳原子气体，所述原子气体能够在所述待测磁场的作用下发生能级分裂；将具有两个频率成分的探测激光沿至少两个正交设置的传输路径入射到所述原子气室；分别探测沿各所述传输路径传输的所述探测激光经所述原子气体透射后的光强度；调节所述探测激光的所述两个频率成分的频率，并根据所检测的光强度确定由于所述两个频率成分与分裂能级之间的相干耦合所产生的能够表征所述待测磁场的大小的目标相干布居囚禁峰；根据所述目标相干布居囚禁峰所对应的所述两个频率成分的频率计算所述待测磁场的大小

本申请的有益效果是：提供一种基于相干布居囚禁的矢量磁场测量系统及方法，通过设置至少两对正交的相干布居囚禁结构，并测量相干布居囚禁透射峰的强度，可以同时实现至少两个方向上磁场大小的测量，使得原子磁力仪不存在探测死区。

附图说明

图1是本申请基于相干布居囚禁的矢量磁场测量系统第一实施方式的结构示意图；

图2是本申请碱金属(铷)原子能级结构示意图；