[发明专利]一种激光稳频稳功率系统以及包括其的原子磁力仪

说明书

本发明提供一种激光稳频稳功率系统，以及包括其的原子磁力仪。所述激光稳频稳功率系统包括消多普勒双色吸收稳频光路，其对所述激光器出射的激光采样并根据所述采样结果使用消多普勒双色吸收稳频装置调节所述激光的频率；声光调制稳功率光路，其对所述激光采样并根据所述采样结果使用声光调制稳功率装置调节所述激光的功率；以及光纤部，其输出所述激光。根据本发明的激光稳频稳功率系统能够在保证输出激光的频率和功率高度稳定的前提将原子磁力仪的稳频光路、稳功率光路、磁探测单元与光纤集成为可在系统之外灵活延伸的整体，同时设备的体积大幅缩小，实现了小型化和可移动化，并大大降低了成本。

技术领域

本发明涉及磁学领域，具体涉及一种激光稳频稳功率系统以及包括其的原子磁力仪。

背景技术

原子磁力仪是一种高灵敏度的磁场测量技术。主要原理是利用一束可以和原子超精细能级共振的特殊波段的泵浦光照射原子气室，使原子受激励；原本的热平衡态被打破而形成一定的自旋取向，产生宏观磁矩，该磁矩可在外磁场作用下发生拉莫尔共振；因此可以根据信号采样装置获取拉莫尔共振的拉莫尔频率，根据其与外磁场的正比例关系而获得外磁场的强度大小，基于此原理进行磁场测量。

泵浦光源为原子磁力仪的其中一个核心部件。现有的原子磁力仪一般选择碱金属放电灯作为泵浦光源，其虽然结构简单便携，但是存在光束线宽较宽、光谱中目标光频率之外的杂光较多的缺陷，使得原子磁力仪的性能下降，准确度较低。目前性能较佳的原子磁力仪皆采用激光作为泵浦光源。激光的优点是波长单一，可以和原子的单一能级发生共振，对原子能级的操控更加精细，同时激光可以达到很高的功率，因此得到很好的信噪比。但是激光源存在结构复杂的缺陷，比如其需要外部光路进行稳频，因此一般都需要在光学平台上搭建复杂的稳频和调整光路，难以将其集成到原子磁力仪的探头中。而在另一方面，如果使用光纤导出激光又会带来光强大幅度波动的缺陷。对此，现有技术中的原子磁力仪或者难以针对本身的光路特征进行频率、功率的高效稳定，或者整体装置体积巨大或者复杂度太高。因此现有技术中的原子磁力仪无法兼顾便利性与精确度，以及难以实现小型化，便携化和商业化。

发明内容

针对现有技术存在的上述技术问题，本发明的第一方面提供了一种用于原子磁力仪的激光稳频稳功率系统，其中所述原子磁力仪包括激光器，所述激光稳频稳功率系统包括：

消多普勒双色吸收稳频光路，其对所述激光器出射的激光采样并根据所述采样结果使用消多普勒双色吸收稳频装置调节所述激光的频率；以及

声光调制稳功率光路，其对所述激光采样并根据所述采样结果使用声光调制稳功率装置调节所述激光的功率；

光纤部，其输出经过所述激光稳频稳功率系统调节的所述激光。

优选地，所述消多普勒双色吸收稳频光路采用直线型消多普勒双色吸收光路。

优选地，所述激光稳频稳功率系统的直线型消多普勒双色吸收光路包括：

第一激光光电隔离器，其用于将所述激光器输出的激光转换为第一线偏振光；

铯原子气室、第一光电探测器和第二光电探测器，其中所述第一线偏振光中的一束经过所述铯原子气室后再次分为两束并分别被所述第一光电探测器和所述第二光电探测器采样；

稳频电控单元，其根据所述第一光电探测器和第二光电探测器所采样的频率信号进行相减操作以获得误差信号，并根据所述误差信号锁定所述激光器，使其以预定频率输出所述激光。

优选地，所述激光稳频稳功率系统的声光调制稳功率光路包括：

具有微波源的声光调制器，其中所述消多普勒双色吸收稳频光路输出的激光经过所述声光调制器后衍射出零级光；

光纤耦合器，其与所述光纤部耦合，其中所述零级光依次经过所述光纤耦合器和所述光纤部并获得第二线偏振光；