高空间分辨率磁场检测装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种高空间分辨率磁场检测装置及方法，步骤为：1）在原子气体室的底层和顶层设置有反射膜；2）偏振非均匀分布矢量光束经过光束偏转扫描器光束传播方向发生改变，从原子气体室侧面入射实现多次反射动态原子蒸气泵浦；3）探测光源出射探测光束从原子气体室侧面入射，有部分探测光透射出顶层发生透射形成探测光束阵列；4)探测光束阵列经过偏振分光镜阵列的分光后，光电探测器将阵列信号传给信息处理分析单元；5）泵浦路线扫描过程中，重复进行步骤4，信息处理分析单元对数据分析空间差异性的光电分布信息，实现高空间分辨率磁场检测。本发明专利技术具有方法简单、无需低温制冷系统、灵敏度高、检测信息量大、动态泵浦、空间分辨率高等特点。

High spatial resolution magnetic field detecting device and method

The invention relates to a high spatial resolution magnetic field detection device and method, which comprises the following steps: 1) in the atomic gas chamber top and bottom is provided with a reflective film; 2) vector beam beam deflection through the scanner beam propagation direction changing non-uniform distribution of polarization, from the atomic gas chamber side incident to achieve multiple reflection dynamic atomic vapor pump; 3) the detection light source emitting beam incident from the side of the atomic gas chamber, a part of the top layer of the probe transmission transmission of the probe beam array; 4) probe beam array through optical polarization beam splitter array, photoelectric detector array signal is transmitted to the information processing unit; 5) pump line scanning process, repeat step 4, element analysis of photoelectric distribution information of the spatial difference of data processing and analysis of information, to achieve high spatial resolution magnetic field detection . The invention has the advantages of simple method, no need of low temperature refrigeration system, high sensitivity, large detection information, dynamic pumping, high spatial resolution, etc..

【技术实现步骤摘要】
高空间分辨率磁场检测装置及方法
本专利技术涉及一种磁场检测装置及方法，特别是一种用于生物医学、地质调查、资源勘查、地震预测、工业领域、导航定位、材料分析、海洋工程、量子传感、脑磁心磁等领域中的高灵敏度磁场检测。
技术介绍
测量磁场的仪器称之为磁力仪、磁力计、高斯计，在国际单位制中描述磁场的物理量是磁感应强度，单位是特斯拉，地球科学上常用纳特（nT）来作为测量单位，工程上常用单位则是高斯。磁场检测广泛应用于生物医学、地质调查、资源勘查、地震预测、工业领域、导航定位、材料分析、海洋工程、量子传感、脑磁心磁等领域，随着检测要求的提高，对磁力检测性能需求也越发紧迫。例如在脑磁图(Magnetoencephalography，简称MEG)检测领域，脑磁图检测装置是一种对人体完全无创性、无放射性的脑功能图像探测技术，在脑科学、生命医疗、生物技术、健康检测、疾病诊疗、人机交互、智能控制、行为组织等领域中发挥非常重要的作用，磁场检测得到的脑磁图可以应用到癫痫诊断和致痫灶的手术前定位、神经外科手术前大脑功能区定位、缺血性脑血管病预测和诊断、精神病和心理障碍疾病的诊断、外伤后大脑功能的评估和鉴定、司法鉴定和测谎应用、语言、视觉、听觉、体感诱发等的研究，高性能磁场检测方法具有重要的研究意义和广泛应用价值。在先技术中，存在磁场检测方法，包括已经商品化的总部在瑞典的跨国公司Elekta公司的生产ElektaNeuromagTRIUX型号脑磁图仪；总部在美国的Tristan公司生产的MagView型号脑磁图仪。在先技术参见美国专利，专利名称为high-reslutionmagenetoencephalographysystem,componentsandmethods,专利号为US7197352B2，专利授权时间为2007年3月27日。在先技术具有相当的优点，但是存在一些本质不足：1）检测磁场装置所基于的原理为超导量子干涉器件检测磁场，以磁通量量子化和约瑟夫森隧穿效应两种物理现象为检测原理，必需低温制冷系统，通常采用液氮或液氦制冷，系统结构复杂；2）检测装置检测灵敏度受限于检测原理和系统构建复杂度，针对脑磁图检测的灵活性差；3）装置体积大，无法实现小型化，构建成本高，检测磁场空间分辨率有限，影响使用范围。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对上述技术的不足，提供一种高空间分辨率磁场检测装置及方法，该装置及方法具有方法简单、无需低温制冷系统、结构简单、便于实现、灵敏度高、检测信息量大、动态泵浦、空间分辨率高、灵活性好、可实现微型化、功能易于扩充、应用范围广等特点。本专利技术的技术方案是：一种高空间分辨率磁场检测装置，包括原子气体室、偏振非均匀分布矢量光束光源、光束偏转扫描器、探测光源、光电探测器、处理分析单元，所述原子气体室的底层和顶层设置反射膜，顶层上方设有光电探测器，光电探测器连接处理分析单元，所述原子气体室一侧外设有偏振非均匀分布矢量光束光源、光束偏转扫描器，探测光源。所述原子气体室采用长方体透明结构，在原子气体室的底层和顶层设置的反射膜对偏振非均匀分布矢量光束光源出射的偏振非均匀分布矢量光束反射率为97%；原子气体室内测的底层设置的反射膜对探测光源出射探测光束的反射率为97%，原子气体室内测的顶层设置的反射膜对探测光源出射探测光束的反射率值为80%-95%之间；在原子气体室内测的侧壁设置有增透膜。所述偏振非均匀分布矢量光源出射光路上设置有光束偏转扫描器，光束偏转扫描器为光谱分光镜振镜，对偏振非均匀分布矢量光源出射光束的反射率为99%，对探测光源出射探测光束的透射率为99%。所述的偏振非均匀分布矢量光源为径向偏振圆偏振复合激光光源或方位角偏振圆偏振复合激光光源。所述的光电探测器为二维光电探测器，二维光电探测器为电荷耦合器件或互补金属氧化物半导体电传感器。所述的原子气体室为碱金属原子气体室。一种采用高空间分辨率磁场检测装置的检测方法，其步骤为：1）偏振非均匀分布矢量光束光源出射的偏振非均匀分布矢量光束经过光束偏转扫描器(3)光束传播方向发生改变，从原子气体室侧面入射实现多次反射动态原子蒸气泵浦；2）探测光源出射探测光束从原子气体室侧面入射，在原子气体室的底层和顶层发生多次反射，有部分探测光透射出顶层发生透射形成探测光束阵列；3）原子气体室的顶层透射的探测光束阵列经过偏振分光镜阵列的分光后，被光电探测器接收，光电探测器将阵列信号传给信息处理分析单元进行分析；4）光束偏转扫描器实现偏振非均匀分布矢量光束泵浦路线扫描，重复步骤3），信息处理分析单元对数据分析空间差异性的光电分布信息，实现高空间分辨率磁场检测。所述步骤2)的具体方法为：探测光源出射探测光束从原子气体室侧面入射，在入射在原子气体室侧面之前，光路经过光束偏转扫描器的光谱分光镜振镜的光谱分光镜光学作用面上；在光谱分光镜光学作用面上，偏振非均匀分布矢量光束和探测光束的入射点重叠；探测光束在原子气体室的底层和顶层发生多次反射，每次经过原子气体室的顶层反射时，有部分探测光发生透射。所述步骤3)的具体方法为：原子气体室的顶层透射的探测光束阵列经过偏振分光镜阵列的分光后，偏振分光镜阵列为等间距设立偏振分光镜，间距与室探测光束在原子气体顶层发生透射的透射点间距一致，每个透射点透射光束被相对应的一片偏振分光镜分光，在偏振分光镜阵列的每个偏振分光镜两侧形成光束；偏振分光后的所有光束被光电探测器接收，光电探测器将阵列信号传给信息处理分析单元进行分析。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：1）在先技术检测磁场装置所基于的原理为超导量子干涉器件检测磁场，以磁通量量子化和约瑟夫森隧穿效应两种物理现象为检测原理，必需低温制冷系统，通常采用液氮或液氦制冷，系统结构复杂。本专利技术基于原子磁力检测原理，构建原子气体室，利用光与原子蒸汽相互作用，实现磁场检测，不存在超导器件，具有方法简单和无需低温制冷系统的特点；2）在先技术检测装置检测灵敏度受限于检测原理和系统构建复杂度，针对脑磁图检测的灵活性差。本专利技术结合偏振非均匀分布矢量光束泵浦和腔内多次回返技术，以及泵浦扫描方法，在原子气体室的底层和顶层设置有反射膜；偏振非均匀分布矢量光束光源出射的偏振非均匀分布矢量光束经过光束偏转扫描器光束传播方向发生改变，从原子气体室侧面入射实现多次反射动态原子蒸气泵浦；探测光束阵列经过偏振分光镜阵列的分光后，光电探测器将阵列信号传给信息处理分析单元，本专利技术具有结构简单、便于实现、灵敏度高、检测信息量大、动态泵浦、空间分辨率高、灵活性好等特点；功能易于扩充、应用范围广等特点3）在先技术装置体积大，无法实现小型化，构建成本高，检测磁场空间分辨率有限，影响使用范围。本专利技术采用采用全光原子磁力检测激励，并且利用光学元件实现光束调控，可以充分利用微纳光学与光电加工工艺，本专利技术可以实现微型化，并且构建成本低、模块化程度高、灵活性强、功能易于扩充等特点。附图说明图1为本专利技术的高空间分辨率磁场检测装置的结构示意图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明。如图1所示，一种高空间分辨率磁场检测装置，包括原子气体室1、偏振非均匀分布矢量光束光源2、光束偏转扫描器3、探测光源4、光电探测器6、处理分析单元7。原子气体室1的底层102和顶层1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高空间分辨率磁场检测装置，包括原子气体室（1）、偏振非均匀分布矢量光束光源（2）、光束偏转扫描器(3)、探测光源（4）、光电探测器（6）、处理分析单元（7），其特征在于：所述原子气体室（1）的底层（102）和顶层（101）设置反射膜，顶层（101）上方设有光电探测器（6），光电探测器（6）连接处理分析单元（7），所述原子气体室（1）一侧外设有偏振非均匀分布矢量光束光源（2）、光束偏转扫描器(3)，探测光源（4）。

【技术特征摘要】
1.一种高空间分辨率磁场检测装置，包括原子气体室（1）、偏振非均匀分布矢量光束光源（2）、光束偏转扫描器(3)、探测光源（4）、光电探测器（6）、处理分析单元（7），其特征在于：所述原子气体室（1）的底层（102）和顶层（101）设置反射膜，顶层（101）上方设有光电探测器（6），光电探测器（6）连接处理分析单元（7），所述原子气体室（1）一侧外设有偏振非均匀分布矢量光束光源（2）、光束偏转扫描器(3)，探测光源（4）。2.根据权利要求1所述的高空间分辨率磁场检测装置，其特征在于：所述原子气体室（1）采用长方体透明结构，在原子气体室（1）的底层（102）和顶层（103）设置的反射膜对偏振非均匀分布矢量光束光源（2）出射的偏振非均匀分布矢量光束反射率为97%；原子气体室（1）内测的底层（102）设置的反射膜对探测光源出射探测光束的反射率为97%，原子气体室（1）内测的顶层（101）设置的反射膜对探测光源出射探测光束的反射率值为80%-95%之间；在原子气体室（1）内测的侧壁设置有增透膜。3.根据权利要求1所述的高空间分辨率磁场检测装置，其特征在于：所述偏振非均匀分布矢量光源（2）出射光路上设置有光束偏转扫描器（3），光束偏转扫描器（3）为光谱分光镜振镜，对偏振非均匀分布矢量光源（2）出射光束的反射率为99%，对探测光源出射探测光束的透射率为99%。4.根据权利要求1所述的高空间分辨率磁场检测装置，其特征在于：所述的偏振非均匀分布矢量光源（2）为径向偏振圆偏振复合激光光源或方位角偏振圆偏振复合激光光源。5.根据权利要求1所述的高空间分辨率磁场检测装置，其特征在于：所述的光电探测器（6）为二维光电探测器，二维光电探测器为电荷耦合器件或互补金属氧化物半导体电传感器。6.根据权利要求1所述的高空间分辨率磁场检测装置，其特征在于：所述的原子气体室（1）为碱金属原子气体室。7.一种采用权利要求1-6任一所述高空间分辨率磁场...

【专利技术属性】
技术研发人员：高秀敏，曾祥堉，苗玉，詹秋芳，张荣福，
申请(专利权)人：上海理工大学，
类型：发明
国别省市：上海,31