【技术实现步骤摘要】
一种低转向差的芯片光泵磁强计的光路及设计方法
[0001]本专利技术属于原子磁强计
，具体涉及一种低转向差的芯片光泵磁强计的光路及设计方法。
技术介绍
[0002]光泵磁强计具有探测灵敏度高的特点，在磁性目标探测、空间物理、生物医学、地质勘探等军民领域有着重要应用。激光光泵磁强计是一种利用激光为光源，通过激光与原子相互作用，探测原子在磁场中的塞曼效应，从而实现对外磁场场强感知的装置。利用VCSEL激光光源和MEMS原子气室可实现芯片级光泵磁强计，其功耗可以低于1W，灵敏度可优于5pT/Hz
1/2
。
[0003]在外磁场下，原子的塞曼效应使得能级间的裂距随外界磁场的变化而变化。以
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Rb原子为例，52S
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基态在外磁场下发生塞曼分裂，分裂后相邻能级间对应的拉莫尔频率f
L
与待测磁场B的关系可近似为f
L
＝γB/2π，其中γ为
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Rb原子的磁旋比。利用波长为795nm(对应
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R...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种低转向差的芯片光泵磁强计的光路，其特征在于，所述芯片光泵磁强计位于待测磁场中，包括：激光器VCSEL(1)、λ/4波片(2)、第一MEMS原子气室(3)、λ/2波片(4)、第二MEMS原子气室(5)及射频线圈；所述激光器VCSEL(1)、λ/4波片(2)、第一MEMS原子气室(3)、λ/2波片(4)及第二MEMS原子气室(5)并列设置；射频线圈绕装在所述第一MEMS原子气室(3)和第二MEMS原子气室(5)组成整体外部；所述第一MEMS原子气室(3)与第二MEMS原子气室(5)的所有参数完全相同，第一MEMS原子气室(3)与第二MEMS原子气室(5)内均充有工作原子；所述芯片光泵磁强计的光路如下：激光器VCSEL(1)输出线偏振光；所述线偏振光经过λ/4波片(2)后形成左/右旋圆偏振光；所述左/右旋圆偏振光通过第一MEMS原子气室(3)，第一MEMS原子气室(3)内的工作原子被左/右旋圆偏振光激发，在待测磁场中产生塞曼分裂，进而产生拉莫尔频率；经过第一MEMS原子气室(3)后的左/右旋圆偏振光经过λ/2波片(4)后形成右/左旋圆偏振光；所述右/左旋圆偏振光通过第二MEMS原子气室(5)，第二MEMS原子气室(5)内的工作原子被右/左旋圆偏振光激发，在待测磁场中产生塞曼分裂，进而发生磁共振；当第一MEMS原子气室(3)和第二MEMS原子气室(5)外部的射频线圈中的射频信号频率与第一MEMS原子气室(3)和第二MEMS原子气室(5)内的工作原子在待测磁场中的拉莫尔进动频率相等时，则发生磁共振，左/右圆偏振光穿过第一MEMS原子气室(3)得到磁共振信号A，右/左旋圆偏振光穿过第二MEMS原子气室(5)得到磁共振信号B，磁共振信号A和磁共振信号B之和即为待测磁场的磁共振信号，通过该磁共振信号可以测得待测磁场的大小。2.如权利要求1所述的一种低转向差的芯片光泵磁强计的光路，其特征在于，所述射频线圈采用Mx光泵磁强计射频线圈(7
‑
1)；所述Mx光泵磁强计射频线圈(7
‑
1)的轴向与芯片光泵磁强计的激光传播方向平行。3.如权利要求1所述的一种低转向差的芯片光泵磁强计的光路，其特征在于，所述射频线圈采用Mz光泵磁强计射频线圈(7
‑
2)，所述Mz光泵磁强计射频线圈(7
‑
2)的轴向与芯片光泵磁强计的激光传播方向垂直。4.如权利要求1所述的一种低转向差的芯片光泵磁强计的光路，其特征在于，所述芯片光泵磁强计还包括光电二极管(6)；第二MEMS原子气室(5)及光电二极管(6)并列设置；所述左/右旋圆偏振光在通过第一MEMS原子气室(3)时，与第一MEMS原子气室(3)内的原子发生物理反应，产生光强的变化；所述右/左旋圆偏振光在通过第二MEMS原子气室(5)时，与第二MEMS原子气室(5)内的原子发生物理反应，产生光强的变化；产生光强的变化后的右/左旋圆偏振光进入到光电二极管(6)，光电二极管(6)将右/左旋圆偏振光的光信号转化为电信号，对该右/左旋圆偏振光的光强进行检测。5.如权利要求4所述的一种低转向差的芯片光泵磁强计的光路，其特征在于，所述激光器VCSEL(1)、λ/4波片(2)、第一MEMS原子气室(3)、λ/2波片(4)、第二MEMS原子气室(5)及光电二极管(6)彼此贴合。6.如权利要求1
‑
4任一项所述的一种低转向差的芯片光泵磁强计的光路，其特征在于，所述λ/4波片(2)的光轴与VCSEL激光器1输出的线偏振光的夹角为45
°
。7.如权利要求1
【专利技术属性】
技术研发人员：张樊，谢胤，罗方雪，王羚，
申请(专利权)人：宜昌测试技术研究所，
类型：发明
国别省市：
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