The invention discloses a self-excited atomic magnetic sensor with phase compensation of liquid crystal and a method for measuring magnetic field, which can be used in magnetometer, including a pump light path perpendicular to the magnetic field direction, a probe light path along the magnetic field direction and a closed-loop circuit; a pump light path in turn includes an atomic gas chamber, a first polarizer, an acousto-optic modulator and a laser; and a probe light path in turn includes photoelectric prospecting. Atomic chamber, second 1/4 wave plate, liquid crystal, first 1/4 wave plate, second polarizer and laser in the pump optical path; the closed-loop part of the circuit includes photoelectric detector, amplification comparator, power driver, acoustooptic modulator and counter. The liquid crystal phase compensation scheme is designed, which combines the optical emphasizing magnetometer and self-exciting magnetometer, can avoid the phase shift caused by the circuit coil and realize the phase shift of a wider magnetic field, solve the problem of unfavorable phase shift of the circuit, has fast response speed, is suitable for various atoms, and has high application value.
【技术实现步骤摘要】
液晶相位补偿的自激式原子磁传感器及磁场测量方法
本专利技术涉及光泵磁力仪
,尤其涉及一种液晶相位补偿的自激式原子磁传感器及在地磁场情况下各原子均适用的原子磁传感器及利用该原子磁传感器测量磁场的方法。
技术介绍
磁力仪是磁场测量仪器的统称。高灵敏度磁场测量技术在生物医学、地球物理、空间探索以及军事与国防等领域都有着广泛且重要的应用。目前,国内外磁力测量研究水平差异显著,国外先进水平的磁力仪在灵敏度指标等方面已远超过我国。因此,自主研制高灵敏度磁力仪,具有战略意义。光泵原子磁力仪是目前比较成熟的高灵敏度磁力仪之一,其中激光光泵原子磁力仪由于单色性好、选择特性优良等优势,能够极大程度地提升性能指标,因而成为国内外研究热点。基于原子的磁光双共振原理的激光光泵原子磁力仪,通常包含三个过程:光泵浦过程,极化原子在外磁场中演化,磁共振探测。需要物理部件包括激光光源、原子磁传感器、磁共振信号检测电路等部分。激光光源产生特定波长(使得原子磁传感器内原子产生光泵浦作用的光频率值)、强度与频谱宽度的激光光束,一般需要稳频及激光稳功率稳定装置。原子磁传感器包括若干光学偏振器件、原子气室、亥姆霍兹线圈以及光电探测器:偏振器件通常为波片与偏振分束棱镜等光学器件的组合,使得激光光源产生的激光光束具有特定的偏振方向以便于与原子发生角动量转换,进而极化原子介质;原子气室是充有一定压强的原子气体的波璃泡,具有特定偏振的激光光束入射至原子介质气室,与气室内原子相互作用极化原子;被光极化的原子介质在外磁场的作用下进行有规律的演化,缠绕于原子气室周围的亥姆赫兹线圈,产生具有一定频率且方向垂直 ...
【技术保护点】
1.一种液晶相位补偿的自激式原子磁传感器,可用于磁力仪;包括垂直于磁场方向的泵浦光光路、沿磁场方向的探测光光路和电路闭环部分;其中:泵浦光光路依次包括:原子气室、第一偏振片、声光调制器、激光器;探测光光路依次包括:光电探测器、泵浦光光路中的原子气室、第二1/4波片、液晶、第一1/4波片、第二偏振片、泵浦光光路中的激光器;电路闭环部分包括:探测光光路中的光电探测器、放大比较器、电源驱动、泵浦光光路中的声光调制器、计数器;所述原子气室用于利用泵浦光对原子气室内原子进行光泵浦,产生塞曼能级分裂;所述第一偏振片用于调整泵浦光的偏振状态;所述声光调制器和激光器用于发出可调制的泵浦激光;所述光电探测器用于将光信号转化为电信号;利用探测光探测原子气室的极化状态;探测光通过第一1/4波片后将线偏振光变为圆偏振光,通过液晶改变圆偏振光x分量和y分量的相位关系,再通过第二1/4波片变回线偏振光;第一1/4波片‑液晶‑第二1/4波片模块用于更精确地调整线偏振光的相位状态,从而控制相位满足自激相位条件;第二偏振片用于调整探测光的偏振状态;激光器用于发出探测激光;电路闭环部分中,探测光路中的光电探测器用于采集交 ...
【技术特征摘要】
1.一种液晶相位补偿的自激式原子磁传感器,可用于磁力仪;包括垂直于磁场方向的泵浦光光路、沿磁场方向的探测光光路和电路闭环部分;其中:泵浦光光路依次包括:原子气室、第一偏振片、声光调制器、激光器;探测光光路依次包括:光电探测器、泵浦光光路中的原子气室、第二1/4波片、液晶、第一1/4波片、第二偏振片、泵浦光光路中的激光器;电路闭环部分包括:探测光光路中的光电探测器、放大比较器、电源驱动、泵浦光光路中的声光调制器、计数器;所述原子气室用于利用泵浦光对原子气室内原子进行光泵浦,产生塞曼能级分裂;所述第一偏振片用于调整泵浦光的偏振状态;所述声光调制器和激光器用于发出可调制的泵浦激光;所述光电探测器用于将光信号转化为电信号;利用探测光探测原子气室的极化状态;探测光通过第一1/4波片后将线偏振光变为圆偏振光,通过液晶改变圆偏振光x分量和y分量的相位关系,再通过第二1/4波片变回线偏振光;第一1/4波片-液晶-第二1/4波片模块用于更精确地调整线偏振光的相位状态,从而控制相位满足自激相位条件;第二偏振片用于调整探测光的偏振状态;激光器用于发出探测激光;电路闭环部分中,探测光路中的光电探测器用于采集交流信号;放大比较器用于将光电探测器给出的交流正弦信号放大并转换成后续电路可以使用的方波信号;电源驱动用于调制声光调制器;所述计数器用于计数得到频率信号,利用旋磁比对频率信号进行换算,由此得到磁场信号。2.如权利要求1所述液晶相位补偿的自激式原子磁传感器,其特征是,在泵浦光光路的第一偏振片和声光调制器之间,还包括一扩束器,通过调整扩束器调节泵浦光的光斑大小。3.如权利要求1所述液晶相位补偿的自激式原子磁传感器,其特征是,激光器发出光束,通过分束器将激光器发出的光束分为两束激光,分别为泵浦光和探测光。4.如权利要求1所述液晶相位补偿的自激式原子磁传感器,其特征是,激光器为1083nm的半导体激光器;第一偏振片和第二偏振片均为中心波长为1083nm的偏振片;第一1/4波片和第二1/4波片均为中心波长为1083nm的1/4波片;液晶为中心波长为1083nm的液晶;声光调制器的中心波长为1083nm;光电探测器为能够响应1083nm中心波长光信号的InGaAs光电管。5.如权利要求1所述液晶相位补偿的自激式原子磁传感器,其特征是,电源驱动的输出为5V方波;比较放大器可调整参考电压,将正弦波转化为方波。6.如权利要求1所述液晶相位补偿的自激式原子磁传感器,其特征是,计数器为可响应10MHz的计数器。7.如权利要求1所述液晶相位补偿的...
【专利技术属性】
技术研发人员:郭弘,彭翔,毛心旻,王海东,
申请(专利权)人:北京大学,
类型:发明
国别省市:北京,11
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