原子磁强计及磁场成像系统技术方案

本申请涉及一种原子磁强计及磁场成像系统。通过一个激光光源与倍频模块形成第一波长激光与第二波长激光。通过光衰减模块调节第一波长激光的光功率，实现原子气室的无磁光加热，并调节衰减量进行温度控制。通过第二波长激光进入原子气室，以实现磁场探测。从而，原子磁强计不需要进行加热激光和泵浦激光的耦合，就可以实现无磁加热和原子泵浦检测，降低了光路复杂程度。磁场成像系统中一个激光光源与多个原子磁强计探头连接。通过多个原子磁强计探头的位置信息和探测到磁场信息，可以实现对磁场位置的准确定位，以实现多维磁场空间重构。

【技术实现步骤摘要】
原子磁强计及磁场成像系统
本申请涉及精密测量设备
，特别是涉及一种原子磁强计及磁场成像系统。
技术介绍
原子磁强计是一种精密测量微弱磁场的传感器。因为原子磁强计工作条件不要求超低温环境，并具有极高的磁测灵敏度，因此在弱磁探测领域，逐渐成为可与超导量子干涉器件相媲美的极弱磁探测方式。原子磁强计在系统体积、与被测体间距、功耗等方面具有优势，可以在心脑磁成像领域，心脑神经电流引起的极弱磁场探测对于冠心病、癫痫等疾病的检测，新生儿心脑健康的评估等具有重要的应用价值。原子磁强计的工作模式很多，其基本原理是通过光与原子的相互作用，利用光来制备极化的碱金属原子和检测原子电子自旋在外加磁场作用下的拉莫尔(Lamor)进动，从而实现磁场的传感。为了使得原子磁强计达到灵敏度，一般原子磁强计工作在无自旋交换弛豫(Spin-exchange-relaxation-free，SERF)条件下。此时，碱金属原子的气室要加热到一定的高温状态以提升气室中碱金属原子数密度，并使环境磁场降低到接近零磁场，最终Larmor进动频率远小于自旋交换弛豫，自旋交换弛豫受到有本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种原子磁强计，其特征在于，包括：/n激光光源(10)，用于发出第一波长激光；/n倍频模块(20)，设置于所述第一波长激光的光路，用于将部分所述第一波长激光转换为第二波长激光，所述第二波长激光的光路与所述第一波长激光的光路共光路；/n原子气室(510)，设置于所述第一波长激光的光路；/n光吸收模块(520)，设置于所述原子气室(510)表面，用于吸收所述第一波长激光，并转换为热能对所述原子气室(510)进行加热；/n所述第二波长激光进入所述原子气室(510)，并与所述原子气室(510)中原子气体发生相互作用，用以实现磁场信号的探测。/n

【技术特征摘要】
1.一种原子磁强计，其特征在于，包括：
激光光源(10)，用于发出第一波长激光；
倍频模块(20)，设置于所述第一波长激光的光路，用于将部分所述第一波长激光转换为第二波长激光，所述第二波长激光的光路与所述第一波长激光的光路共光路；
原子气室(510)，设置于所述第一波长激光的光路；
光吸收模块(520)，设置于所述原子气室(510)表面，用于吸收所述第一波长激光，并转换为热能对所述原子气室(510)进行加热；
所述第二波长激光进入所述原子气室(510)，并与所述原子气室(510)中原子气体发生相互作用，用以实现磁场信号的探测。


2.根据权利要求1所述的原子磁强计，其特征在于，所述光吸收模块(520)包括第一光吸收结构(521)与第二光吸收结构(522)；
所述第一光吸收结构(521)与所述第二光吸收结构(522)设置于所述原子气室(510)相对的两个表面；
所述第一波长激光依次经过所述第一光吸收结构(521)、所述原子气室(510)以及所述第二光吸收结构(522)。


3.根据权利要求2所述的原子磁强计，其特征在于，所述第二光吸收结构(522)的厚度大于所述第一光吸收结构(521)的厚度。


4.根据权利要求1所述的原子磁强计，其特征在于，还包括：
光衰减模块(30)，设置于所述第一波长激光的光路，用于调节所述第一波长激光的功率；
温度检测模块(530)，设置于所述原子气室(510)表面，用于监测所述原子气室(510)的实时测量温度；
温度控制模块(40)，所述温度控制模块(40)的监控端与所述温度检测模块(530)连接，用于获取所述实时测量温度；
所述温度控制模块(40)的控制端与所述光衰减模块(30)连接，用于根据所述实时测量温度，对所述光衰减模块(30)进行调控以改变所述第一波长激光的功率。


5.根据权利要求4所述的原子磁强计，其特征在于，所述温度控制模块(40)包括反馈控制模块；
所述反馈控制模块用于根据所述实时测量温度与目标温度进行对比，并采用反馈控制方法调控所述光衰减模块(30)，以改变所述第一波长激光的功率。


6.根据权利要求5所述的原子磁强计，其特征在于，所述原子磁强计还包括：
光电探测模块(60)，设置于所述第二波长激光的光路上，用于接收经所述原子气室(510)后的所述第二波长激光。


7.根据权利要求6所述的原子磁强计，其特征在于，所述原子磁强计还包括：
加热腔室(540)，包围形成加热空间，所述光吸收模块(520)、所述原子气室(510)以及所述温度检测模块(530)设置于所述加热空间；
磁场调制线圈(550)，围绕所述加热腔室(540)设置，用于对某一方向的磁场进行调制；
偏置磁场线圈(560)，围绕所述加热腔室(540)设置，用于将所述原子气室(510)在无磁信号时磁场置零。


8.根据权利要求7所述的原子磁强计，其特征在于，所述原子磁强计还包括：
信号发生模块(810)，用于产生两路同一频率的调制信号；
所述信号发生模块(810)与所述磁场调制线圈(550)连接，用于通过一路调制信号对某一方向的磁场进行调制。


9.根据权利要求8所述的原子磁强计，其特征在于，所述原子磁强计还包括：
移相模块(820)，所述移相模块(820)的第一输入端与所述信号发生模块(810)连接，所述移相模块(820)的第二输入端与所述光电探测模块(60)的输出端连接，用于通过另一路调制信号对所述磁场探测信号进行调制；
低通滤波模块(830)，与所述移相模块(820)的输出端连接，用于对调制后的所述磁场探测信号进行锁相放大输出。


10.根据权利要求4所述的原子磁强计，其特征在于，所述原子磁强计还包括：
光放大模块(710)，设置于所述第一波长激光的光路上，用于对所述第一波长激光进行放大；
准直模块(720)，设置于所述第一波长激光的光路上，用于对经所述倍频模块(20)后形成的所述第一波长激光与所述第二波长激光进行准直；
偏振模块(730)，设置于所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯焱颖，李晓杰，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11