[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

说明书

本发明属于精密测量领域，公开了一种基于铷原子磁共振谱的磁强计校准方法与装置。装置包括第一激光源、第二激光源和设置在磁屏蔽筒内的原子气室、轴向线圈对和横向线圈对均；轴向线圈对用于在原子气室周围产生轴向磁场，横向线圈对用于在原子气室周围产生垂直于轴向的横向磁场；第一激光源和第二激光源输出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原子气室对原子进行充分激化，产生的磁共振谱被光电探测器探测，光电探测器的输出信号被数据采集装置采集；信号发生器和压控恒流源用于驱动横向线圈对产生交流横向磁场。本发明对弱磁场条件下磁强计的测量准确度和偏差进行校准，可以广泛用于弱磁场测量领域。

技术领域

本发明属于精密测量领域，具体涉及一种基于铷原子磁共振谱的磁强计校准方法与装置。

背景技术

在1950年，法国物理学家Kastler在实验上利用圆偏振激光将原子制备到某一个暗态上，实现了原子的极化，该方案提出后，人们相继将该技术应用到磁力仪中，使得光泵原子磁强计迅速发展起来。

磁场测量的准确度及测量偏差在地质勘查、地震预测、心磁脑磁测量、工业领域及一些基础科学领域（包括核四极矩、电荷-宇称-时间反演对称性）有重大应用。随着商用磁强计产品的迭代更新，在使用环境、测量范围及测量精度都有突破。然而任何商用的磁强计设备在使用一段时间后，其准确度和测量误差会受外界环境及人为使用因素的影响下降，且存在零点漂移的问题，因此非常有必要使用一个校准元对其进行评估校准。

对于一般的商用磁强计不但存在零点漂移及测量准确度较差的问题，同时校准方式也较为复杂，一般需要经过以下几个步骤，首先在磁强计测量范围内选择大于7个校准点，均匀分布在所选的量程内，将被校准的磁强计探头放在待测磁场正中心位置（调节磁通门磁强计位置及探头角度使得呈现的数值最大，即认为探头磁轴与磁场线圈的磁轴完全平行），使用电流源输出电流，标准磁场值通过线圈常数与电流大小计算得到，此时依次记录不同电流下的的标准磁场值与磁强计测量值，并计算其磁场测量不准确度、零漂及偏差，或者将该磁强计放置于具有屏蔽外界磁场性能较好的磁屏蔽筒内进行置零操作，实现零磁校准。但此方法由于线圈物理发热、电流精度等不确定因素影响，导致标定的磁场值有一定的误差，因此校准磁强计时也存在一定的偏差。

因此，需要提出一种新的技术方案，以实现磁强计的高精度校准。

发明内容

本发明克服现有技术存在的不足，所要解决的技术问题为：提供一种基于铷原子磁共振谱的磁强计校准方法与装置，以实现磁强计的精确校准。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种基于铷原子磁共振谱的磁强计校准装置，包括第一激光源、第二激光源、磁屏蔽筒、轴向线圈对，横向线圈对、铷钟、信号发生器、压控恒流源、原子气室、光电探测器和数据采集装置，

所述原子气室、轴向线圈对和横向线圈对均设置在磁屏蔽筒内；所述轴向线圈对用于在原子气室周围产生轴向磁场，所述横向线圈对用于在原子气室周围产生垂直于轴向的横向磁场；

所述第一激光器和第二激光器输出激光分别为795 nm和780nm，所述第一激光器和第二激光器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；

所述信号发生器用于输出交流驱动信号驱动压控恒流源，使其输出交流电流信号驱动所述横向线圈对产生交流横向磁场，还用于对所述横向线圈对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。

所述的一种基于铷原子磁共振谱的磁强计校准装置，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，将第一激光器和第二激光器的激光频率锁定在铷原子的D1和D2超精细跃迁能级上。