[发明专利]基于双光束三轴矢量原子磁强计光磁非正交角原位测量方法

权利要求书

1.基于双光束的三轴矢量原子磁强计光磁非正交角的原位测量方法，其特征在于，包括以下步骤，向三轴矢量原子磁强计测量装置中的碱金属气室输入两路光束，所述两路光束中的第一路光束沿所述碱金属气室的X轴方向输入，第二路光束沿所述碱金属气室的Z轴方向输入，所述第一路光束和所述第二路光束通过分时将所述碱金属气室中的碱金属原子自旋极化，利用两束光均敏感同一轴的磁场矢量响应差异得出非正交角信息；

所述第一路光束为第一路圆偏振光束，所述第二路光束为第二路圆偏振光束，所述第一路圆偏振光束和所述第二路圆偏振光束均来源于同一激光器发射的原始激光光束，所述原始激光光束通过第一偏振分光棱镜分成两路初始光束；

当使用所述三轴矢量原子磁强计进行三轴磁场测量时，第一路圆偏振光束(31)的原子自旋方向被抽运到x轴方向，敏感y,z轴方向磁场，第二路圆偏振光束(32)的原子自旋方向被抽运到z轴方向，敏感x,y轴方向磁场，由此得到四个方向磁场测量结果y₁,z₁,y₂,x₂，其中有一个冗余的y轴方向磁场测量结果；以y轴的磁场方向作为基准，若第一路圆偏振光束(31)与第二路圆偏振光束(32)存在非正交，则三轴矢量原子磁强计对y轴磁场的响应不同，即得到的两个y轴方向磁场测量结果不同；当且仅当第一路圆偏振光束(31)与第二路圆偏振光束(32)正交时即光束非正交角α为零，两光束对y轴的响应相同，得到的两个y轴方向磁场测量结果相同，且第一路圆偏振光束(31)和第二路圆偏振光束(32)对y轴的响应方向均与y轴磁场方向一致，测量结果与y轴方向磁场B_y相同，此时y自旋极化方向与y轴磁场方向保持一致，即第一路圆偏振光束(31)与第二路圆偏振光束(32)的非正交角α补偿完毕；补偿前后的y轴方向磁场测量结果的比值为光束与y轴磁场方向夹角的余弦值，光束非正交角α为两夹角之和，表达式为：

2.根据权利要求1所述的基于双光束的三轴矢量原子磁强计光磁非正交角的原位测量方法，其特征在于，所述非正交角信息包括第一路圆偏振光束与第二路圆偏振光束之间的非正交角α，或者三轴磁补偿线圈产生的x方向磁场B_x与z方向磁场的非正交角β_xz，或者三轴磁补偿线圈产生的x方向磁场B_x与y方向磁场的非正交角β_xy，或者三轴磁补偿线圈产生的z方向磁场B_z与y方向磁场的非正交角β_yz，或者三轴磁补偿线圈产生的x方向磁场B_x与第一路圆偏振光束的非正交角γ_x，或者三轴磁补偿线圈产生的z方向磁场B_z与第二路圆偏振光束的非正交角γ_z，或者以上非正交角的任意组合。

3.根据权利要求1所述的基于双光束的三轴矢量原子磁强计光磁非正交角的原位测量方法，其特征在于，所述三轴矢量原子磁强计包括激光器(1)，原始激光光束(2)，第一1/2波片(3)，第一偏振分光棱镜(4)，第一凸透镜(5)，第二凸透镜(6)，反射镜(7)，第二偏振分光棱镜(8)，第一1/4波片(9)，第三凸透镜(10)，第一光电探测器(11)，第二1/2波片(12)，光纤耦合器(13)，单模保偏光纤(14)，准直器(15)，准直光束(16)，第三1/2波片(17)，第三偏振分光棱镜(18)，第四凸透镜(19)，第五凸透镜(20)，第四偏振分光棱镜(21)，第二1/4波片(22)，第六凸透镜(23)，第二光电探测器(24)，锁相放大器(25)，计算机(26)，磁屏蔽桶(27)，三轴磁补偿线圈(28)，无磁电加热烤箱(29)，碱金属气室(30)，第一路圆偏振光束(31)，以及第二路圆偏振光束(32)。