一种小型化原子磁强计制造技术

本发明专利技术提供了一种小型化原子磁强计，其包括碱金属原子气室、泵浦光源组件、探测光源组件和光电探测组件，其泵浦光路与探测光路相互垂直，所述探测光路的探测激光穿过所述碱金属原子气室进入所述光电探测组件，所述泵浦光源组件、探测光源组件和光电探测组件空间立体排布，且均位于所述碱金属原子气室的同侧位置；所述泵浦光路包括第一光路和沿所述第一光路路线返回的第二光路；所述第一光路、第二光路穿过所述碱金属原子气室，实现对处于高温蒸汽化的碱金属原子的极化抽运。本发明专利技术通过上述合理、巧妙的结构设计，在能够实现小型化的同时，也能够提高碱金属原子气室内原子极化率均匀度和探测灵敏度，进而大大提升了脑磁探测效率及探测质量。及探测质量。及探测质量。

【技术实现步骤摘要】
一种小型化原子磁强计


[0001]本专利技术涉及医学领域中的一种诊断设备，具体涉及一种用于进行脑磁测量的小型化原子磁强计。

技术介绍

[0002]基于无自旋交换弛豫效应的碱金属原子磁强计因其超高的磁场测量灵敏度潜力而被广泛应用于基础物理研究，生物磁学测量等前沿领域。
[0003]原子磁强计(也称光泵磁强计，即OPM、原子磁力计、原子磁力仪)是利用光与原子的相互作用来探测磁场的技术。原子磁强计对极弱磁场测量的实现主要包含光抽运和原子自旋进动检测。光抽运即利用偏振激光从微观上改变碱金属原子(一般为K，Rb，Cs)核外电子在各个能级上的分布，从而实现原子自旋的宏观极化。原子自旋极化率则是表征原子被极化程度的物理量，是影响原子磁场测量装置的一个重要参量。原子自旋极化率的稳定性直接影响碱金属原子磁强计的稳定性。
[0004]原子磁强计主要探测的是垂直于两束相交光（泵浦光和探测激光）平面的磁场，现有原子磁强计的结构设计，占用的探测磁敏感面比较大，限制了实现小型化应用及无法更好的实现多通道探测，且无法保障碱金属原子气室内的原子极化率均匀度，大大降低了脑磁的探测质量。如中国专利（CN113639883A）公开了一种碱金属原子磁强计自旋极化率空间分布的原位测量系统，包括按检测光前进方向依次设置的检测光激光器、检测光激光稳定系统、起偏器、平面反射镜、光弹调制器、检测光四分之一波片、碱金属原子气室、检偏器、光电探测器；以及另一方向按抽运光前进方向依次设置的抽运光激光器、抽运光激光稳定系统、抽运光扩束系统、偏振分光棱镜、偏振片、抽运光四分之一波片、碱金属原子气室、第二CMOS传感器，所述偏振分光棱镜的另一束折射光进入第一CMOS传感器；所述碱金属原子气室外部从内到外依次包覆有无磁电加热装置、隔热保温材料腔、磁补偿线圈、磁屏蔽系统；所述光电探测器、第一CMOS传感器、第二CMOS传感器传输数据给数据采集分析处理系统。
[0005]再如中国专利（CN108490374A）公开了一种混合光抽运SERF原子磁强计装置，该装置包括K/Rb混合碱金属气室、烤箱、真空腔、三维磁补偿线圈、磁屏蔽桶、抽运光源、扩束器、线偏振器、1/4波片、检测光源、扩束器、法拉第调制器、光电探测器、锁相放大器、数据采集与分析系统，其中：K/Rb混合碱金属气室固定在氮化硼陶瓷烤箱中心，由电加热膜加热至200℃保证较高的碱金属原子数密度，气室与烤箱放在真空腔内，利用真空隔绝热量向外扩散，减少热的影响，三维磁补偿线圈和磁屏蔽桶用于屏蔽地磁场与补偿剩磁；抽运光源为K原子D1线光源，其产生的抽运光经过扩束器、线偏振器及与线偏振方向成45度角的1/4波片后成为圆偏振光，用来极化碱金属气室内的K原子，通过K原子和Rb原子的间的相互碰撞来极化Rb原子；检测光源为Rb原子D1线光源，其产生的检测光经过扩束器、线偏振器后成为线偏振光，另一线偏振器作为检偏器在碱金属气室后并与第一个线偏振器垂直。线偏振光经过碱金属气室时，由于磁场变化引起的原子进动使检测光的线偏振面发生偏转，使透过检偏器的光强发生变化，从而被光探测器探测得到；法拉第调制器用来对光偏转角进行调制，
并用锁相放大器来提取微弱的偏转角信号，最终进入数据采集及分析系统处理。
[0006]上述现有专利技术公开的原子磁强计的结构设计限制了实现小型化应用，及无法保障碱金属原子气室内的原子极化率均匀度，大大降低了脑磁的探测质量。
[0007]因此，对于本领域技术研发人员来说，亟需研发一种小型化原子磁强计。

技术实现思路

[0008]有鉴于此，为至少解决上述存在的问题之一，本专利技术实施例提供了一种小型化原子磁强计，通过将泵浦光源组件、探测光源组件和光电探测组件空间立体排布，且均位于碱金属原子气室的同侧位置的结构布置，且通过泵浦光路中的第一光路、及沿第一光路返回的第二光路穿过碱金属原子气室，增加了泵浦光束在原子气室内的行程，进而解决了现有技术中原子磁强计的结构设计限制实现小型化应用及无法保障碱金属原子气室内的原子极化率均匀度，大大降低脑磁探测质量的技术问题。
[0009]为实现上述目的，本专利技术实施例提供了一种小型化原子磁强计，其包括碱金属原子气室、泵浦光源组件、探测光源组件和光电探测组件，所述泵浦光源组件发射的泵浦光路垂直于所述探测光源组件发射的探测光路，所述探测光路的探测激光穿过所述碱金属原子气室进入所述光电探测组件，所述泵浦光源组件、探测光源组件和光电探测组件空间立体排布，且均位于所述碱金属原子气室的同侧位置；所述泵浦光路包括第一光路和沿所述第一光路路线返回的第二光路；所述第一光路、第二光路穿过所述碱金属原子气室，实现对处于高温蒸汽化的碱金属原子的极化抽运。
[0010]进一步地，所述碱金属原子气室的一内侧面上设置有全反射镜；所述泵浦光源组件包括泵浦源，所述泵浦源发射的泵浦光束穿过所述碱金属原子气室后形成所述第一光路，该第一光路的第一行程光照射在所述全反射镜上，在所述全反射镜的全反射作用下形成所述第二光路，该第二光路的第二行程光穿过所述碱金属原子气室。
[0011]进一步地，在所述泵浦光路上设置有第一反射镜，所述泵浦源发射的泵浦光束照射在所述第一反射镜上，在所述第一反射镜的反射作用下形成的反射光穿过所述碱金属原子气室后形成所述第一光路。
[0012]进一步地，所述泵浦光源组件还包括偏振元件，所述偏振元件设置在所述泵浦源与所述第一反射镜之间。
[0013]进一步地，所述泵浦光源组件还包括四分之一波片和扩束镜，所述四分之一波片、扩束镜设置在所述反射镜与所述碱金属原子气室之间。
[0014]进一步地，在所述探测光路上设置有第二反射镜和第三反射镜，所述第二反射镜、第三反射镜分别位于所述碱金属原子气室的两侧，所述探测光路的探测激光经所述第二反射镜反射后穿过所述碱金属原子气室，并照射在所述第三反射镜上，在第三反射镜的作用下进入所述光电探测组件的光电探测器中。
[0015]进一步地，所述全反射镜为全反射棱镜。
[0016]进一步地，所述泵浦光路发射的泵浦光束在所述碱金属原子气室内传播时，会被碱金属原子吸收，致使所述碱金属原子气室内产生极化率梯度，所述泵浦光束在碱金属原子气室内传播时其衰减的微分方程为：
，该微分方程的解为：；其中，式子中w函数为琅伯复函数的实部，n为碱金属原子数密度，σ（ν）为泵浦光吸收截面，为自旋破坏弛豫率 ，为泵浦率，为初始泵浦率，是Rp对Z的偏导为泵浦率随光进入碱金属原子气室深度的变化，为整个碱金属原子气室内泵浦率的分布。
[0017]进一步地，远离所述同侧位置的所述碱金属原子气室的另一侧面为所述原子磁强计的磁探测面，所述磁探测面与所述泵浦光源组件、所述探测光源组件的截面不在同一平面上。
[0018]进一步地，所述探测光源组件包括探测激光器，所述探测激光器发射所述探测激光，所述探测激光射入所述碱金属原子气室中用于探测原子自旋的进动状态，然后经所述光电探测组件将原子自旋检测的光信号转化为电信号输出。
[0019]本专利技术的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种小型化原子磁强计，包括碱金属原子气室、泵浦光源组件、探测光源组件和光电探测组件，所述泵浦光源组件发射的泵浦光路垂直于所述探测光源组件发射的探测光路，所述探测光路的探测激光穿过所述碱金属原子气室进入所述光电探测组件，其特征在于，所述泵浦光源组件、探测光源组件和光电探测组件空间立体排布，且均位于所述碱金属原子气室的同侧位置；所述泵浦光路包括第一光路和沿所述第一光路路线返回的第二光路；所述第一光路、第二光路穿过所述碱金属原子气室，实现对处于高温蒸汽化的碱金属原子的极化抽运。2.如权利要求1所述的小型化原子磁强计，其特征在于，所述碱金属原子气室的一侧面上设置有全反射镜；所述泵浦光源组件包括泵浦源，所述泵浦源发射的泵浦光束穿过所述碱金属原子气室后形成所述第一光路，该第一光路的第一行程光照射在所述全反射镜上，在所述全反射镜的全反射作用下形成所述第二光路，该第二光路的第二行程光穿过所述碱金属原子气室。3.如权利要求2所述的小型化原子磁强计，其特征在于，在所述泵浦光路上设置有第一反射镜，所述泵浦源发射的泵浦光束照射在所述第一反射镜上，在所述第一反射镜的反射作用下形成的反射光穿过所述碱金属原子气室后形成所述第一光路。4.如权利要求3所述的小型化原子磁强计，其特征在于，所述泵浦光源组件还包括偏振元件，所述偏振元件设置在所述泵浦源与所述第一反射镜之间。5.如权利要求3所述的小型化原子磁强计，其特征在于，所述泵浦光源组件还包括四分之一波片和扩束镜，所述四分之一波片、扩束镜设置在所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：盛经纬，马啸，
申请(专利权)人：北京昆迈医疗科技有限公司，
类型：发明
国别省市：