[发明专利]基于多信号融合的弱磁场检测装置

说明书

本发明涉及一种基于多信号融合的弱磁场检测装置，圆偏振抽运光从外部穿入碱金属原子气室，线偏振探测光从外部穿过高反射镜上的圆孔进入碱金属原子气室，线偏振探测光经高反射镜和半透半反镜片产生多次反射，一部分透射后经过检偏器进入光电二极管阵列，由光电二极管阵列中的光电二极管分别接收不同状态的线偏振探测光的信号；信号处理电路采集光电二极管阵列上传输的多个光信号，并对每一路信号进行分析、对比，从而得到线偏振探测光经历每一次反射后的变化信息。本发明具有结构紧凑、光与原子作用距离长、可实现微型化、便于构建、检测灵敏度高、检测信息量大、空间分辨率高、灵活性好、体积小、可实现小型化集成化、功能易于扩充、应用范围广等特点。

技术领域

本发明涉及一种弱磁场检测装置，主要用于地磁勘探、磁导航、无损检测、防伪技术、加密解密、刑侦、脑科学、心肺科学、生物磁学、生命医疗、生物技术、健康检测、疾病诊疗、人机交互、智能控制、行为组织、心理学、智慧感知等领域中的磁传感检测装置。

背景技术

磁传感检测装置指的是各种用于测量磁场的传感器，也可以称为磁力仪、高斯计，在国际单位制中描述磁场的物理量是磁感应强度，单位是特斯拉或者高斯。磁感应强度是矢量，具有大小和方向特征，只测量磁感应强度大小的磁强计称为标量磁强计，而能够测量特定方向磁场大小的磁强计称为矢量磁强计，常见的磁力传感器有磁通门磁强计、磁阻磁强计、质子旋进磁强计、碱金属光泵磁强计等。磁力传感器在磁物探、磁导航、无损检测、防伪技术、加密解密、刑侦、脑科学、心肺科学、生物磁学、生命医疗、生物技术、健康检测、疾病诊疗、人机交互、智能控制、行为组织、心理学、智慧感知等领域应用广泛，随着改革领域的发展，对磁力传感器性能要求也急剧提高，目前在灵敏度上表现最好的磁力传感器为光学原子磁力传感器，在应用上对灵敏度要求很高的有磁物探、磁导航、脑科学等领域，所以原子磁力传感器构建至关重要，检测灵敏度的提高是最终目标。

现有技术中存在以下不足，光学原子磁力检测装置通常探测光是直接经过碱金属原子气室，没有多次反射的过程，所以探测光与极化的碱金属原子作用光程较短，检测到的原子状态变化信息较少，线偏振探测光的偏振面偏转角小，难以检测；并且，由于是直接检测一次通过碱金属原子气室的探测光，得到的检测信号包含的信息量少。本发明涉及多次反射，增长了探测光在原子气室中的光程，并利用半透半反镜片将每一次反射与碱金属原子作用后的探测光透射出去，以光电二极管阵列检测每一次探测光反射后的光信息变化。这样的设计不仅能够很大程度地提高探测光偏振面的偏转角度，降低检测难度、提高检测灵敏度及分辨率，而且还能检测到线偏振探测光与碱金属原子每一次作用后的振幅、相位、偏振态等光学信息的变化情况，有助于进一步研究碱金属原子与光相互作用的量子机理及其过程，为研究量子光学、量子力学、原子物理等提供新的技术手段。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于多信号融合的弱磁场检测装置，具有结构紧凑、光与原子作用距离长、便于构建、灵敏度高、检测信息量大、空间分辨率高、灵活性好、功能易于扩充、应用范围广等特点。