一种自动磁场测量方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种自动磁场测量方法及装置，该方法步骤包括：S1.制备冷原子团；S2.将冷原子团上抛或自由下落；S3.当原子进入待测真空腔后利用两束拉曼激光与原子相互作用，使得原子团产生拉曼跃迁；S4.探测原子的跃迁概率；S5.扫描两束拉曼激光的相对频率，重复执行步骤S1～S5，直至获得当前作用位置处的拉曼谱；S6.延迟拉曼脉冲与原子团作用的时间，重复执行步骤S1～S6，直至获得待测真空腔内不同作用位置处的拉曼谱；S7.由不同作用位置处的拉曼谱计算不同位置处的磁场强度；该装置为用于实施该方法的装置。本发明专利技术具有实现操作简单、能够实现自动磁场测量且测量精度及效率高等优点。

An automatic magnetic field measurement method and device

【技术实现步骤摘要】
一种自动磁场测量方法及装置
本专利技术涉及磁场测量
，尤其涉及一种自动磁场测量方法及装置。
技术介绍
磁场测量技术在生物医学、军事技术以及工业等各领域均有着广泛的应用。针对磁场测量，目前存在多种测量方法，包括电磁感应法、磁通门法，霍尔效应法、超导效应法以及磁共振法等，其中由于在交变磁场的饱和激励下，处在被测磁场中磁芯的磁感应强度与被测磁场的磁场强度之间存在非线性关系，磁通门法即是利用该特性进行测量；霍尔效应法即是利用霍尔效应测量磁场，霍尔效应是当外磁场垂直于流过金属或半导体中的电流时，会在金属或半导体中垂直于电流和外磁场的方向产生电动势；磁共振法是利用物质量子状态变化来测量磁场。不同场合下通常需要采用不同的磁场测量方法，如磁通门法通常用于测量恒定的或缓慢变化的弱磁场，霍尔效应法用于测量小间隙磁场，磁共振法用于测量均匀的恒定磁场。上述测量方法测量过程复杂，对测量环境要求较高，不能同时满足野外测量等各类测量环境的测量需求，且通常是基于人工测量方式，测量效率低、容易产生测量误差。利用拉曼谱能够测量任意位置的磁场强度，测量过程简单、测量范围大且测量精度高，但是目前测量拉曼谱时，通常都是基于人工测量方式，即由人工不断调节拉曼光频率、作用时间等测量参数以获取到拉曼谱，测量过程不便、测量效率低，同时需要非常长的测量时间，而在较长的测量时间内，测量结果非常容易受磁场漂移的影响产生测量误差。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本专利技术提供一种实现操作简单、能够实现自动磁场测量且测量精度及效率高的自动磁场测量方法及装置。为解决上述技术问题，本专利技术提出的技术方案为：一种自动磁场测量方法，步骤包括：S1.制备冷原子团；S2.将制备的冷原子团上抛或自由下落；S3.当原子进入待测真空腔后利用两束拉曼激光与原子相互作用，使得原子团产生拉曼跃迁；S4.探测原子的跃迁概率；S5.扫描两束拉曼激光的相对频率，重复执行步骤S1～S5，直至获得当前作用位置处的拉曼谱；S6.延迟拉曼π脉冲与原子作用的时间，重复执行步骤S1～S6，直至获得待测真空腔内不同作用位置处的拉曼谱；S7.由所述待测真空腔内不同作用位置处的拉曼谱计算不同位置处的磁场强度。作为本专利技术方法的进一步改进：所述步骤S1中具体在磁光阱中，通过调节磁光阱的参数制备处于F＝2的原子态上、温度≤10μk的冷原子团。作为本专利技术方法的进一步改进：所述步骤S3中具体使用拉曼π脉冲与原子相互作用，所述拉曼π脉冲具体为小于2ms的短脉冲。作为本专利技术方法的进一步改进：所述步骤S5中扫描拉曼激光的相对频率时的扫频步进小于拉曼π脉冲的频域展宽，以及扫频范围大于原子一阶塞曼频移。作为本专利技术方法的进一步改进：所述步骤S4的具体步骤为：预先布置用于探测原子态的探测腔，当原子经过探测腔时，打开探测光并持续指定长时间后，测量当前处于F＝2态的原子数N2，间隔预设第一时间后将处于F＝1态的原子回泵到F＝2态，并在预设第二时间后再次打开探测光，测量当前原子团中处于F＝1态和F＝2态的总原子数为N1+N2，按照P1＝1-N2/(N1+N2)计算得到原子的跃迁概率。作为本专利技术方法的进一步改进：所述步骤S7的具体步骤为：S71.分别获取左旋圆偏振拉曼激光、右旋圆偏振拉曼激光下所述待测真空腔内不同作用位置处的拉曼谱，由对应于左旋圆偏振拉曼激光、右旋圆偏振拉曼激光下所述拉曼谱中的三个共振频率分别计算第一共振频率与第三共振频率之差，得到共振频率差；S72.分别根据所述共振频率差计算得到左旋圆偏振状态的磁场强度B左、右旋圆偏振状态的磁场强度B右；S73.根据所述左旋圆偏振状态的磁场强度B左、右旋圆偏振状态的磁场强度B右计算绝对磁场强度本专利技术进一步提供一种用于实施上述自动磁场测量方法的装置，包括：磁光阱组件，用于制备及囚禁冷原子团；待测真空腔；量子化磁场线圈，设置在所述待测真空腔外，用于产生量子化磁场；拉曼激光系统，用于产生两束拉曼激光，并对两束拉曼激光的频率和相位进行控制；原子态探测系统，用于探测原子的跃迁概率；以及时序控制系统，用于控制磁光阱捕获、释放或上抛原子团、拉曼激光与原子团作用的时间以及原子末态的探测。作为本专利技术方法的进一步改进：所述磁光阱组件中制备的冷原子团处于F＝2的原子态上，且温度≤10μk。作为本专利技术装置的进一步改进：所述原子态探测系统包括探测光、回泵光、光学反射镜、光学成像透镜以及光电探测系统，当原子经过探测腔时，打开所述探测光并持续指定长时间后，所述光电探测系统测量当前处于F＝2态的原子数，间隔预设第一时间后施加回泵光以将处于F＝1态的原子回泵到F＝2态，并在预设第二时间后再次打开探测光，所述光电探测系统测量当前原子团中处于F＝1态和F＝2态的总原子数，得到原子的跃迁概率。作为本专利技术装置的进一步改进：还包括光学1/4波片用于调整拉曼激光的偏振方向，所述光学1/4波片设置于待测真空腔的顶部位置处。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：1)本专利技术自动磁场测量方法及装置，通过制备冷原子团并在待测真空腔内使拉曼脉冲与原子团相互作用，同时结合拉曼激光频率扫描和拉曼激光与原子相互作用位置扫描的二维扫描方式测量待测真空腔内不同位置处的拉曼谱。基于二维扫描方式能够实现整个干涉腔内磁场的自动化测量，无需人工参与，测量效率及精度高，且磁场测量范围大，可测量整个真空腔内的磁场强度。2)本专利技术自动磁场测量方法及装置，基于二维扫描的方式对整个真空腔内的磁场进行自动化测量，无需人工干预，使得可以结合使用短脉冲、大步进的扫描方式，能够极大的提高测量效率，缩短测量所需时间。3)本专利技术自动磁场测量方法及装置，结合二维扫描方式，通过使用小于2ms的短脉冲，对应可以使用大的扫频步进，可以极大的缩短测量所需时间，提高测量效率。4)本专利技术自动磁场测量方法及装置，通过控制时序控制磁光阱捕获、释放或上抛原子团，拉曼激光与原子团作用的时间以及原子末态的探测，从而无需人工参与即可实现整个真空腔内磁场的自动测量，测量过程简单，可以方便地适用于实验室以及野外等各类测量环境中。附图说明图1是本实施例自动磁场测量方法的实现流程示意图。图2是本专利技术具体实施例中所采用的自动磁场测量装置的第一种结构原理示意图。图3是本专利技术具体实施例中所采用的自动磁场测量装置的第二种结构原理示意图。具体实施方式以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本专利技术作进一步描述，但并不因此而限制本专利技术的保护范围。如图1所示，本实施例自动磁场测量方法步骤包括：S1.制备冷原子团；S2.将制备的冷原子团上抛或自由下落；S3.当原子进入待测真空腔后利用两束拉曼激光与原子相互作用，使得原子团产生拉曼跃迁；S4.探测原子的跃迁概率；S5.扫描两束拉曼激光的相对频率，重复执行步骤S1～S5，直至获得当前作用位置处的拉曼谱；S6.延迟拉曼激光与原子作用的时间，重复执行步骤S1～S6，直至获得待测真空腔内不同作用位置处的拉曼谱；S7.由待测真空腔内不同作用位置处的拉曼谱计算不同位置处的磁场强度。本实施例通过制备冷原子团并当原子进入待测真空腔后使拉曼脉冲与原子团相互作用，同时结合拉曼激光频率扫描和磁场空间目标位置扫描的方式，测量待测真空腔内不同位置处的拉曼谱，能够基于二维扫本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种自动磁场测量方法，其特征在于，步骤包括：S1.制备冷原子团；S2.将制备的冷原子团上抛或自由下落；S3.当原子进入待测真空腔后利用两束拉曼激光与原子相互作用，使得原子团产生拉曼跃迁；S4.探测原子的跃迁概率；S5.扫描两束拉曼激光的相对频率，重复执行步骤S1～S5，直至获得当前作用位置处的拉曼谱；S6.延迟拉曼π脉冲与原子作用的时间，重复执行步骤S1～S6，直至获得待测真空腔内不同作用位置处的拉曼谱；S7.由所述待测真空腔内不同作用位置处的拉曼谱计算不同位置处的磁场强度。

【技术特征摘要】
1.一种自动磁场测量方法，其特征在于，步骤包括：S1.制备冷原子团；S2.将制备的冷原子团上抛或自由下落；S3.当原子进入待测真空腔后利用两束拉曼激光与原子相互作用，使得原子团产生拉曼跃迁；S4.探测原子的跃迁概率；S5.扫描两束拉曼激光的相对频率，重复执行步骤S1～S5，直至获得当前作用位置处的拉曼谱；S6.延迟拉曼π脉冲与原子作用的时间，重复执行步骤S1～S6，直至获得待测真空腔内不同作用位置处的拉曼谱；S7.由所述待测真空腔内不同作用位置处的拉曼谱计算不同位置处的磁场强度。2.根据权利要求1所述的自动磁场测量方法，其特征在于：所述步骤S1中具体在磁光阱中，通过调节磁光阱的参数制备处于F＝2的原子态上、温度≤10μk的冷原子团。3.根据权利要求1所述的自动磁场测量方法，其特征在于：所述步骤S3中具体使用拉曼π脉冲与原子相互作用，所述拉曼π脉冲具体为小于2ms的短脉冲。4.根据权利要求1所述的自动磁场测量方法，其特征在于：所述步骤S5中扫描拉曼激光的相对频率时的扫频步进小于拉曼π脉冲的频域展宽，以及扫频范围大于原子一阶塞曼频移。5.根据权利要求1～4中任意一项所述的自动磁场测量方法，其特征在于，所述步骤S4的具体步骤为：预先布置用于探测原子态的探测腔，当原子经过探测腔时，打开探测光并持续指定长时间后，测量当前处于F＝2态的原子数N2，间隔预设第一时间后将处于F＝1态的原子回泵到F＝2态，并在预设第二时间后再次打开探测光，测量当前原子团中处于F＝1态和F＝2态的总原子数为N1+N2，按照P1＝1-N2/(N1+N2)计算得到原子的跃迁概率。6.根据权利要求1～4中任意一项所述的自动磁场测量方法，其特征在于：所述步骤S7的具体步骤为：S71.分别获取左旋圆偏振拉曼激光、右旋圆...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨俊，胡青青，颜树华，罗玉昆，贾爱爱，朱凌晓，魏春华，王恩龙，李期学，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43