一种小型双光束双通道的原子磁强计系统，通过在具有抽运光束输入接口和检测光束输入接口的双轴双通道表头内设置第一组合偏振分光棱镜和第二组合偏振分光棱镜，所述第一组合偏振分光棱镜将抽运光束分束为第一抽运光束和第二抽运光束以分别作用于第一碱金属气室和第二碱金属气室，所述第二组合偏振分光棱镜将检测光束分束为第一检测光束和第二检测光束以分别照射第一碱金属气室和第二碱金属气室，利用双光束实现抽运检测分离，引入分束模块、差分检测，可同时获得高精度双通道磁场信息，具有灵敏度高、集成度高、检测效率高的特点，有利于形成高精度、高密度磁强计阵列，服务于脑磁、心磁测量等领域。心磁测量等领域。心磁测量等领域。
【技术实现步骤摘要】
一种小型双光束双通道的原子磁强计系统
[0001]本专利技术属于磁强计
，具体涉及一种双光束双通道原子磁强计，通过在具有抽运光束输入接口和检测光束输入接口的双轴双通道表头内设置第一组合偏振分光棱镜和第二组合偏振分光棱镜，所述第一组合偏振分光棱镜将抽运光束分束为第一抽运光束和第二抽运光束以分别作用于第一碱金属气室和第二碱金属气室，所述第二组合偏振分光棱镜将检测光束分束为第一检测光束和第二检测光束以分别照射第一碱金属气室和第二碱金属气室，利用双光束实现抽运检测分离，引入分束模块、差分检测，可同时获得高精度双通道磁场信息，具有灵敏度高、集成度高、检测效率高的特点，有利于形成高精度、高密度磁强计阵列，服务于脑磁、心磁测量等领域。
技术介绍
[0002]对磁场信息的应用广泛存在于现代科学技术和人类生活中，精确的磁场测量能够帮助我们更好的理解这个世界，尤其是高精度弱磁场测量在生物磁场检测、地磁探测、深空磁探测、磁异常探潜等领域有广泛应用。极弱磁场测量的能力依赖于磁传感器的技术水平，因此超高灵敏度磁强计的发展与国家综合实力提升和人民生命健康息息相关。随着量子精密测量技术的不断发展，出现了基于无自旋交换弛豫(Spin
‑
Exchange Relaxation Free Regime,SERF)原子磁强计，其具有极高的理论灵敏度，然而目前单光束SERF原子磁强计的磁场测量灵敏度接近极限，难以大幅提升，且测量效率低，而双光束原子磁强计虽然能够提高精度，但无法避免的会大幅增加体积，降低磁强计阵列的密度。
专利
技术实现思路
[0003]本专利技术针对现有技术中的不足，提供一种双光束双通道原子磁强计，通过在具有抽运光束输入接口和检测光束输入接口的双轴双通道表头内设置第一组合偏振分光棱镜和第二组合偏振分光棱镜，所述第一组合偏振分光棱镜将抽运光束分束为第一抽运光束和第二抽运光束以分别作用于第一碱金属气室和第二碱金属气室，所述第二组合偏振分光棱镜将检测光束分束为第一检测光束和第二检测光束以分别照射第一碱金属气室和第二碱金属气室，利用双光束实现抽运检测分离，引入分束模块、差分检测，可同时获得高精度双通道磁场信息，具有灵敏度高、集成度高、检测效率高的特点，有利于形成高精度、高密度磁强计阵列，服务于脑磁、心磁测量等领域。
[0004]本专利技术的技术解决方案如下：
[0005]一种双光束双通道原子磁强计，其特征在于，包括双轴双通道表头，所述双轴双通道表头具有抽运光束输入接口和检测光束输入接口，所述双轴双通道表头的内腔设置有第一组合偏振分光棱镜和第二组合偏振分光棱镜，所述第一组合偏振分光棱镜与所述抽运光束输入接口位置对应，所述第二组合偏振分光棱镜与所述检测光束输入接口位置对应，所述第一组合偏振分光棱镜将抽运光束分束为第一抽运光束和第二抽运光束，所述第一抽运光束用于抽运第一碱金属气室中的原子，所述第二抽运光束用于抽运第二碱金属气室中的
原子，所述第二组合偏振分光棱镜将检测光束分束为第一检测光束和第二检测光束，所述第一检测光束用于照射所述第一碱金属气室，所述第二检测光束用于照射所述第二碱金属气室。
[0006]所述第二组合偏振分光棱镜包括第四偏振分光棱镜，所述第四偏振分光棱镜的x轴向输入侧连接所述检测光束输入接口，x轴向透射侧设置有第四λ/4波片，所述第四λ/4波片的外表面设置有第二反射膜，z轴负向反射侧设置有第一组合三角棱镜，所述第一组合三角棱镜沿y轴负向将所述第一检测光束通过所述第一碱金属气室传输给第一偏振分光棱镜，所述第四偏振分光棱镜的z轴正向反射侧设置有第二组合三角棱镜，所述第二组合三角棱镜沿y轴负向将所述第二检测光束通过所述第二碱金属气室传输给第二偏振分光棱镜。
[0007]所述第二偏振分光棱镜的z轴负向反射侧设置有第五光电探测器，y轴负向透射侧设置有第六光电探测器，所述第一偏振分光棱镜的z轴负向反射侧设置有第三光电探测器，y轴负向透射侧设置有第四光电探测器，通过检测磁场强度变化引起的检测光偏振方向的变化，实现x轴或z轴方向磁场强度测量。
[0008]所述第一组合偏振分光棱镜包括第三偏振分光棱镜，所述第三偏振分光棱镜的x轴向输入侧连接所述抽运光束输入接口，x轴向透射侧设置有第三λ/4波片，所述第三λ/4波片的外表面设置有第一反射膜，z轴负向反射侧设置有第一λ/4波片，所述偏振分光棱镜将x轴向入射的线偏振光分束为沿z轴负向反射的第一竖直偏振光和沿x轴向透射的水平偏振光，所述第一λ/4波片将所述第一竖直偏振光改变成作为所述第一抽运光束的第一圆偏振光，所述水平偏振光经过所述第三λ/4波片后再被所述第一反射膜反射回来形成沿z轴正向反射的第二竖直偏振光，所述第二λ/4波片将所述第二竖直偏振光改变成作为所述第二抽运光束的第二圆偏振光。
[0009]所述第一碱金属气室的z轴负向侧设置有第一光电探测器，所述第二碱金属气室的z轴正向侧设置有第二光电探测器，所述第一光电探测器和第二光电探测器均用于检测抽运光信号吸收变化以得到碱金属原子极化程度。
[0010]所述第一组合三角棱镜和所述第二组合三角棱镜均包括三角棱镜，所述三角棱镜的y轴负向侧粘合有偏振片。
[0011]所述第一碱金属气室的外侧安装有第一无磁电加热器和第一三维磁线圈结构，所述第二碱金属气室的外侧安装有第二无磁电加热器和第二三维磁线圈结构。
[0012]所述抽运光束输入接口连接第一光纤准直器，所述第一光纤准直器通过第一保偏光纤连接抽运激光器，所述检测光束输入接口连接第二光纤准直器，所述第二光纤准直器通过第二保偏光纤连接检测激光器。
[0013]x轴方向的磁场大小，其与磁强计y轴方向的电子极化率P
y
相关：
[0014][0015]其中，P0为电子自旋z轴方向的稳态极化率，R
p
为z轴方向抽运光束对碱金属电子的光抽运率，R
rel
为碱金属电子的弛豫率，β
x
、β
y
、β
z
分别为x、y、z方向的等效矢量磁场，β
x
＝γ
e
B
x
/(R
p
+R
rel
)，β
y
＝γ
e
B
y
/(R
p
+R
rel
)，β
z
＝γ
e
B
z
/(R
p
+R
rel
)，γ
e
为电子旋磁比，B
x
、B
y
、B
z
分别为x、y、z方向待测环境磁场强度。
[0016]x轴方向的磁场大小，其与磁强计y轴方向的电子极化率P
y
相关：
[0017][0018]该式说明P
y
对x轴方向待测磁场B
x
敏感，因此可通过y轴方向的检测光束得到两通道x轴方向待测磁本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种双光束双通道原子磁强计，其特征在于，包括双轴双通道表头，所述双轴双通道表头具有抽运光束输入接口和检测光束输入接口，所述双轴双通道表头的内腔设置有第一组合偏振分光棱镜和第二组合偏振分光棱镜，所述第一组合偏振分光棱镜与所述抽运光束输入接口位置对应，所述第二组合偏振分光棱镜与所述检测光束输入接口位置对应，所述第一组合偏振分光棱镜将抽运光束分束为第一抽运光束和第二抽运光束，所述第一抽运光束用于抽运第一碱金属气室中的原子，所述第二抽运光束用于抽运第二碱金属气室中的原子，所述第二组合偏振分光棱镜将检测光束分束为第一检测光束和第二检测光束，所述第一检测光束用于照射所述第一碱金属气室，所述第二检测光束用于照射所述第二碱金属气室。2.根据权利要求1所述的双光束双通道原子磁强计，其特征在于，所述第二组合偏振分光棱镜包括第四偏振分光棱镜，所述第四偏振分光棱镜的x轴向输入侧连接所述检测光束输入接口，x轴向透射侧设置有第四λ/4波片，所述第四λ/4波片的外表面设置有第二反射膜，z轴负向反射侧设置有第一组合三角棱镜，所述第一组合三角棱镜沿y轴负向将所述第一检测光束通过所述第一碱金属气室传输给第一偏振分光棱镜，所述第四偏振分光棱镜的z轴正向反射侧设置有第二组合三角棱镜，所述第二组合三角棱镜沿y轴负向将所述第二检测光束通过所述第二碱金属气室传输给第二偏振分光棱镜。3.根据权利要求2所述的双光束双通道原子磁强计，其特征在于，所述第二偏振分光棱镜的z轴负向反射侧设置有第五光电探测器，y轴负向透射侧设置有第六光电探测器，所述第一偏振分光棱镜的z轴负向反射侧设置有第三光电探测器，y轴负向透射侧设置有第四光电探测器，通过检测磁场强度变化引起的检测光偏振方向的变化，实现x轴或z轴方向磁场强度测量。4.根据权利要求1所述的双光束双通道原子磁强计，其特征在于，所述第一组合偏振分光棱镜包括第三偏振分光棱镜，所述第三偏振分光棱镜的x轴向输入侧连接所述抽运光束输入接口，x轴向透射侧设置有第三λ/4波片，所述第三λ/4波片的外表面设置有第一反射膜，z轴负向反射侧设置有第一λ/4波片，所述偏振分光棱镜将x轴向入射的线偏振光分束为沿z轴负向反射的第一竖直偏振光和沿x轴向透射的水平偏振光，所述第一λ/4波片将所述第一竖直偏振光改变成作为所述第一抽运光束的第一圆偏振光，所述水平偏振光经过所述第三λ/4波片后再被所述第一反射膜反射回来形成沿z轴正向反射的第二竖直偏振光，所述第二λ/4波片将所述第二竖直偏振光改变成作为所述第二抽运光束的第二圆偏振光。5.根据权利要求1所述的双光束双通道原子磁强计，其特征在于，所述第一碱金属气室的z轴负向侧设置有第一光电探测器...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘颖，张耀华，袁子琪，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：
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