[发明专利]一种基于铷原子磁共振谱的磁强计校准方法与装置

权利要求书

1.一种基于铷原子磁共振谱的磁强计校准方法，其特征在于，基于磁强计校准装置实现，所述磁强计校准装置包括第一激光源（1）、第二激光源（6）、磁屏蔽筒（17）、轴向线圈对（18），横向线圈对（19）、铷钟（14）、信号发生器（15）、压控恒流源（16）、原子气室（20）、光电探测器（24）和数据采集装置，

所述原子气室（20）、轴向线圈对（18）和横向线圈对（21）均设置在磁屏蔽筒（17）内；所述轴向线圈对（18）用于在原子气室（20）周围产生轴向磁场，所述横向线圈对（19）用于在原子气室（20）周围产生垂直于轴向的横向磁场；

所述第一激光源（1）和第二激光源（6）输出激光分别为795 nm和780nm，所述第一激光源（1）和第二激光源（6）发出的激光被转化为圆偏振光后，分别作为探测光和反抽运光沿轴向入射至所述原子气室使原子发生极化，产生的磁共振谱被所述光电探测器探测，所述光电探测器的输出信号被所述数据采集装置采集；

所述信号发生器（15）用于输出交流驱动信号驱动压控恒流源（16），使其输出交流电流信号驱动所述横向线圈对（19）产生交流横向磁场，还用于对所述横向线圈对（19）产生的交流横向磁场进行扫频；所述铷钟用于驱动所述信号发生器，控制所述信号发生器输出信号的稳定度；

包括以下步骤：

S1、将第一激光源（1）的输出激光频率锁定在铷85原子D1线Fg=3-Fe=2超精细跃迁，保证其频率漂移小于1MHz；第二激光源（6）输出激光频率锁定在铷85原子D2线Fg=2-Fe=2超精细跃迁，保证其频率漂移小于1MHz；

S2、通过外部消磁操作对整个磁屏蔽筒（17）进行消磁，确保桶内剩磁低于2nT；

S3、驱动轴向线圈对产生轴向磁场；同时通过铷钟（14）、信号发生器（15）和压控恒流源（16）驱动所述横向线圈对（19）产生横向磁场，并对横向磁场进行频率扫描；

S4、通过光电探测器（24）探测探测光的强度变化信号得到信号坑，并通过数据采集装置对信号坑进行洛伦兹拟合得到信号坑坑底对应的横向交变磁场频率，即为射频共振频率；

S5、改变轴向线圈对的驱动电流，重复步骤S3~S4，得到不同轴向驱动电流下的射频共振频率，并计算得到多个轴向驱动电流下的主磁场强度；

S6、将第一激光源（1）的输出激光频率锁定在铷87原子D1线F_g=2-F_e=1超精细跃迁，保证其频率漂移小于1MHz；第二激光源（6）输出激光频率锁定在87原子D2线F_g=1-F_e=1，保证其频率漂移小于1MHz；

S7、重复上述步骤S2~S5，得到各个轴向驱动电流下的主磁场强度；

S8、对轴向线圈对加载与步骤S5和步骤S7中相同的轴向驱动电流，利用待校准的磁强计在原子气室（20）所在位置进行测量，通过步骤S5和步骤S7得到的主磁场强度，对待测磁强计的测量数据进行校准。

2.根据权利要求1所述的一种基于铷原子磁共振谱的磁强计校准方法，其特征在于，所述磁强计校准装置还包括第一饱和吸收光谱装置和第二饱和吸收光谱装置，所述第一饱和吸收光谱装置和第二饱和吸收光谱装置分别用于测量得到铷原子的D1线饱和吸收谱和D2线饱和吸收谱，并通过得到的饱和吸收谱，将第一激光源和第二激光源的激光频率锁定在铷原子的D1和D2超精细跃迁能级上。

3.根据权利要求1所述的一种基于铷原子磁共振谱的磁强计校准方法，其特征在于，所述磁强计校准装置还包括第一格兰泰勒棱镜（4）、第一四分之波片（5）、第二格兰泰勒棱镜（9）、第二四分之波片（10）和双色片（11）；

所述第一激光源（1）发出的激光依次经所述第一格兰泰勒棱镜（4）、第一四分之波片（5）后变成圆偏振光，所述第二激光源（1）发出的激光依次经所述第二格兰泰勒棱镜（9）、第二四分之波片（10）后变成圆偏振光，两束圆偏振光经所述双色片（11）后合为一束，并入射至原子气室（20）。

4.根据权利要求3所述的一种基于铷原子磁共振谱的磁强计校准方法，其特征在于，所述磁强计校准装置还包括望远镜系统（12）、所述望远镜系统（12）设置在双色片（11）与磁屏蔽筒（17）之间，用于对探测光和反抽运光进行扩束。