[发明专利]一种动态模式转换原子磁场探测装置

说明书

本发明提出一种动态模式转换原子磁场测量装置，利用液晶可变波片调控原子磁力仪中泵浦光的偏振状态，主要是：(1)利用圆偏振激光泵浦碱金属原子，使原子自旋产生沿光传输方向的矢量极化，实现高灵敏的标量磁场测量；(2)利用线偏振激光泵浦碱金属原子使原子自旋产生沿光偏振方向的张量极化，同时实现磁场分量幅值和方向测量。该发明在不增加激光光源和探测器的前提下实现了原子磁探测模式的动态切换，在保证系统矢量测量功能的同时，有效提高磁场测量的抗干扰能力和磁场测量灵敏度。本发明装结构简单，操作方便，可用于不同类型的原子气室，可移植性强，适于实用。

技术领域

本发明属于一种磁场测量装置，具体涉及一种动态模式转换原子磁场探测装置。

背景技术

原子磁力仪是目前已被验证的探测灵敏度最高的磁场测量仪器。原子磁力仪按照测量磁场的能力可以分为标量原子磁力仪和矢量原子磁力仪。标量原子磁力仪也称为总场原子磁力仪，能够测量磁场的强度，可用于磁共振、心脑磁成像、常数测量等领域；矢量原子磁力仪能够测量磁场的强度和方向，可用于地磁匹配导航、目标探测、电偶极矩研究等领域。相较于矢量原子磁力仪，标量原子磁力仪虽然获得的磁场信息少，但是普遍灵敏度更高且抗干扰能力强。

原子自旋极化是原子磁力仪进行磁场测量的前提条件。实现原子自旋极化的方式有两种：一是利用圆偏振激光泵浦碱金属原子，使原子自旋产生沿光传输方向的矢量极化；另一种是利用线偏振激光泵浦碱金属原子，使原子自旋产生沿光偏振方向的张量极化。由于线偏振激光具有传输矢量和电极化两个特征方向，因此，利用线偏振激光可以构造矢量原子磁力仪，同时获取磁场强度和方向信息。

发明内容

本发明提供一种原子磁场探测装置，能实现动态模式的转换，可兼顾矢量探测模式和标量探测模式，实用性强。具体方案如下：

一种动态模式转换原子磁场测量装置，包括泵浦光束产生组件、探测光束产生组件、液晶可变波片、原子气室、辅助磁场产生组件以及探测光束检验组件；所述泵浦光束产生组件用于产生泵浦激光，泵浦激光用于极化原子气室中的碱金属原子介质；所述探测光束产生组件用于产生探测激光，所述探测激光经过原子气室中的碱金属原子介质实现磁场信号探测；所述液晶可变波片设置在泵浦激光的光路上，且液晶可变波片设置在泵浦光束产生组件和原子气室之间，用于动态切换通过其的泵浦激光的偏振状态；所述辅助磁场产生组件与原子气室对应设置，用于产生原子磁场探测装置所需补偿磁场和激励磁场；所述探测光束检验组件包括用于检测经过原子气室后的探测激光的偏振方向的变化的检验模块以及与所述检验模块连接的数据处理模块；所述辅助磁场产生组件和液晶可变波片均与数据处理模块连接。

应用本发明的技术方案，效果是：利用液晶可变波片调控原子磁力仪中泵浦光的偏振状态：一是利用圆偏振激光泵浦碱金属原子，使原子自旋产生沿光传输方向的矢量极化，实现高灵敏的标量磁场测量；另一种是利用线偏振激光泵浦碱金属原子，使原子自旋产生沿光偏振方向的张量极化，同时实现磁场分量幅值和方向测量。该发明在不增加激光光源和探测器的前提下实现了原子磁探测模式的动态切换，在保证系统矢量测量功能的同时，有效提高磁场测量的抗干扰能力和磁场测量灵敏度。本发明结构简单，操作方便，可用于不同类型的原子气室，可移植性强，适于实用。

本发明可选的，所述液晶可变波片具有双折射性，对透射光位相产生延迟量，能改变透射光的偏振状态。延迟量通过液晶可变波片驱动模块输出的驱动电压控制，能保证原子磁场探测装置实现动态模式的转换，从而达到兼顾矢量探测模式和标量探测模式。

本发明可选的，泵浦光束产生组件包括泵浦激光器控制器、泵浦激光器、第一分束镜、反射镜、第一扩束镜、第一二分之一波片以及第一起偏器，所述泵浦激光器发射线偏振激光，所述第一分束镜用于将泵浦激光分为泵浦参考光束和泵浦主光束，所述泵浦激光控制器用于控制泵浦激光器输出激光功率和频率，所述反射镜用于调整泵浦主光束的行进方向，所述第一扩束镜用于调整泵浦主光束的光斑尺寸，所述第一二分之一波片用于调整泵浦激光线偏振方向与液晶可变波片光轴之间的夹角，所述第一起偏器用于优化泵浦主光束的线偏振状态。