[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

说明书

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，有助于降低三轴矢量原子磁强计的系统误差，对研制新一代超高灵敏度三轴磁场测量和惯性测量装置有着重要的意义和价值，将服务于未来各个领域特别是物理基础研究、地质勘探、军事国防、生物医疗等方面磁场和惯性测量应用，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。

技术领域

本发明涉及量子仪器与测量的技术领域，具体涉及一种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，有助于降低三轴矢量原子磁强计的系统误差，对研制新一代超高灵敏度三轴磁场测量和惯性测量装置有着重要的意义和价值，将服务于未来各个领域特别是物理基础研究、地质勘探、军事国防、生物医疗等方面磁场和惯性测量应用。

背景技术

原子磁强计可显著提高磁场测量精度和灵敏度，已成为目前磁测量灵敏度最高的磁强计(理论灵敏度达到aT/Hz^1/2量级)。根据测量的磁场信息是否包含方向信息，可以将原子磁强计分为标量磁强计和矢量磁强计两大类。其中矢量磁强计可以测量磁场空间分量，获得空间中某点磁场更加完整的信息。三轴矢量原子磁强计能够同时提供磁场三轴矢量方向、幅度信息以及总的标量磁场幅值，被广泛应用于基础物理学、计量基准、深空/深地探测、脑磁心磁探测、生物极弱磁测量等领域，已成为新一代磁强计的发展方向。然而由于生产水平和安装工艺的限制，实际应用的三轴矢量原子磁强计不严格正交，即三轴矢量原子磁强计存在交叉耦合，也称为非正交，这使得三轴磁强计的实际测量数据存在较大测量误差。如果无法实现非正交角的原位测量，则无法对非正交角进行抑制。因此，开展三轴矢量原子磁强计光磁非正交角的原位测量方法研究已经十分迫切，这将促进超高灵敏矢量原子磁强计相关科学问题的探索，为未来三轴矢量原子磁强计的成品化奠定重要基础。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的缺陷或不足，提供一种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，有助于降低三轴矢量原子磁强计的系统误差，对研制新一代超高灵敏度三轴磁场测量和惯性测量装置有着重要的意义和价值，将服务于未来各个领域特别是物理基础研究、地质勘探、军事国防、生物医疗等方面磁场和惯性测量应用。

本发明技术方案如下：

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。

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。