一种用于地磁探测的Bell-Bloom型Cs-4He原子磁力仪制造技术

本发明专利技术公开了一种用于地磁探测的Bell

【技术实现步骤摘要】
一种用于地磁探测的Bell
‑
Bloom型Cs
‑4He原子磁力仪


[0001]本专利技术属于原子磁力仪
，具体涉及一种双原子气室的Bell
‑
Bloom型原子磁力仪，该Bell
‑
Bloom型Cs
‑4He原子磁力仪具有光路布局合理、结构紧凑、安装调节方便、实验操作简单等优点，为高准确度的Cs
‑4He磁力仪的研制提供了基础。

技术介绍

[0002]原子磁力仪在军事、医学、航空航天、脑磁探测、地球物理勘探等前沿领域发挥着重要作用。铯氦原子磁力仪是一种应用于地磁场环境中，是目前世界上准确度记录最高的原子磁强计之一。多用于国家计量基准建设、地磁观测等对准确度测量要求很高的领域。俄罗斯计量院(VNIIM)于2000年建成了基于铯氦原子共振原理的计量基准装置，是现今国际上水平最高的基准装置，准确度首次超越了NMR量子基准。通过对铯氦磁力仪的研究，对我国计量基准装置的改进与完善具有重要的科学意义和实用价值。
[0003]铯氦原子磁力仪主要用于消除光泵磁力仪中普遍存在的光频移误差，对提高磁力仪的准确度和灵敏度都有着非常重要的意义。铯氦磁力仪采用了一种间接泵浦技术，铯氦原子气室内的铯原子首先被泵浦光极化，然后通过铯原子与氦原子之间的潘宁电离过程和自选交换碰撞过程将铯原子的极化自旋磁矩传递给亚稳态氦原子，使亚稳态氦原子也产生宏观可测量的极化自旋磁矩。铯氦磁力仪受温度、光强、磁场等参量的影响较小，因而具有较好的计量学特性。Bell
‑
Bloom型铯氦原子磁力仪可以减小原子展宽以进一步提高铯氦磁力仪的准确度和提高铯氦磁力仪的灵敏度。
[0004]目前铯氦磁力仪的准确度虽然够高，但是还是受限于原子展宽过大，灵敏度不高，无法同时满足铯氦磁力仪的小型化、响应速度快、灵敏度高和高准确度的需求。

技术实现思路

[0005]本专利技术为克服现有技术的不足，提出了一种用于地磁探测的Bell
‑
Bloom型Cs
‑
He原子磁力仪，该Bell
‑
Bloom型Cs
‑
He原子磁力仪采用消多普勒频率稳定技术、声光调制稳功率技术、电光调制技术和双光束探测技术，其具有布局合理、结构紧凑、安装调节方便、实验操作简单等优点，为高准确度的铯氦磁力仪的研制提供了基础。电路控制系统采用数字电路，具有参数调节方便、响应速度快等优点。
[0006]本专利技术解决上述技术问题采用的技术方案如下：
[0007]一种用于地磁探测的Bell
‑
Bloom型Cs
‑4He原子磁力仪，包括消多普勒频率稳定光路(1)、声光调制器功率稳定光路(2)、电光调制器泵浦调制光路(3)及传感器探头十字形双光束探测光路(4)；消多普勒频率稳定光路(1)将光束分为两束，第一束用于频率稳定，第二束通过声光调制器功率稳定光路(2)进行功率稳定；声光调制器功率稳定光路(2)稳定的光进入电光调制器泵浦调制光路(3)进行泵浦调制，调制后的光进入传感器探头十字形双光束探测光路(4)对Cs原子进行极化并使He原子发生拉莫尔进动,传感器探头十字形双光束探测光路(4)的第二束激光垂直于第一束调制激光进入原子气室内对He原子进行探测。
[0008]优选的，消多普勒双色稳频技术的稳频模块采用消多普勒稳频技术，经过Cs原子气室获得频率信息后，经电控单元对激光器的频率进行锁定。具体光路流程为：第一泵浦激光器(1
‑
1)出射的激光，经第一泵浦激光光电隔离器(ISO)(1
‑
2)转换为线偏光，线偏光由分光镜片(1
‑
3)分为两束激光，第一束激光进入声光调制器功率稳定光路(2),第二束经由第一反射镜(1
‑
4)反射至Cs原子气室(1
‑
5)后，依次经过衰减片(1
‑
6)、偏振片(1
‑
7)、第二反射镜(1
‑
8)，经第二反射镜(1
‑
8)反射的光依次经过偏振片(1
‑
7)、衰减片(1
‑
6)、Cs原子气室(1
‑
5)后进入第一反射镜(1
‑
4),由第一反射镜(1
‑
4)反射至分光镜片(1
‑
3),分光镜片(1
‑
3)将再次将光束分为两束，一束被第一泵浦激光光电隔离器(ISO)(1
‑
2)阻挡，另一束反射至第三反射镜(1
‑
9)，反射的光依次经二分之一波片(λ/2)(1
‑
10)和四分之一波片(λ/4)(1
‑
11)射入偏振分束器(PBS)(1
‑
12)，出射的光分别由第一光电探测器(PD)(1
‑
13)和第二光电探测器(PD)(1
‑
14)接收，经NI机箱(National Instruments)编程控制系统(1
‑
15)完成激光稳频。NI机箱是美国国家仪器公司National Instruments(缩写NI)研发的一款主机。
[0009]优选的，第一分光镜片(1
‑
3)采用1:9分光镜片。
[0010]优选的，由消多普勒频率稳定光路1中的分光镜片(1
‑
3)分出来的第一束激光，经声光调制器功率稳定光路(2)的第四反射镜(2
‑
1)进入声光调制器(AOM)(2
‑
2)发生衍射，衍射出的零级光进入第二激光光电隔离器(2
‑
3)后，依次经第五反射镜(2
‑
4)、第六反射镜(2
‑
5)后，由分光镜片(2
‑
6)分为两束光，第一束激光进入电光调制器泵浦调制光路(3)用于调制，第二束激光由第三光电探测器(PD)(2
‑
7)接收，对激光器的输出功率进行实时采样，第三光电探测器(PD)(2
‑
7)获得的光强转化为电信号接入降噪控制系统(Noise Eater)(2
‑
8),然后反馈至声光调制器(AOM)(2
‑
2)进行实时调制，形成闭环反馈系统，实现激光功率的稳定，由此经分光镜片(2
‑
6)输出的第一束激光可以得到一个频率稳定、功率稳定且分布均匀，边界陡峭的激光光斑。降噪控制系统Noise Eater是现有技术，其是一种激光功率稳定系统，用于抑制噪声。
[0011]优选的，第二分光镜片(2
‑
6)采用5:5分光镜片。
[0012]优选的，由声光调制器功率稳定光路中的分光镜片(2
‑
6)输出的第一束激光进入电光调制器泵浦调制光路(3)的电光调制器(EOM)(3
‑
1)，电光控制系统(3
‑<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于地磁探测的Bell
‑
Bloom型Cs
‑4He原子磁力仪，其特征在于：包括消多普勒频率稳定光路(1)、声光调制器功率稳定光路(2)、电光调制器泵浦调制光路(3)及传感器探头十字形双光束探测光路(4)；消多普勒频率稳定光路(1)将光束分为两束，第一束用于频率稳定，第二束通过声光调制器功率稳定光路(2)进行功率稳定；声光调制器功率稳定光路(2)稳定的光进入电光调制器泵浦调制光路(3)进行泵浦调制，调制后的光进入传感器探头十字形双光束探测光路(4)对Cs原子进行极化并使He原子发生拉莫尔进动,传感器探头十字形双光束探测光路(4)的第二束激光垂直于第一束调制激光进入原子气室内对He原子进行探测。2.根据权利要求1所述的一种用于地磁探测的Bell
‑
Bloom型Cs
‑4He原子磁力仪，其特征在于：所述消多普勒频率稳定光路(1)具体结构如下：第一泵浦激光器(1
‑
1)出射的激光，经第一泵浦激光光电隔离器(1
‑
2)转换为线偏光，线偏光由第一分光镜片(1
‑
3)分为两束激光，第一束激光进入声光调制器功率稳定光路(2),第二束激光经由第一反射镜(1
‑
4)反射至Cs原子气室(1
‑
5)后，依次经过衰减片(1
‑
6)、偏振片(1
‑
7)、第二反射镜(1
‑
8)，经第二反射镜(1
‑
8)反射的光依次经过偏振片(1
‑
7)、衰减片(1
‑
6)、Cs原子气室(1
‑
5)后进入第一反射镜(1
‑
4),由第一反射镜(1
‑
4)反射至第一分光镜片(1
‑
3),第一分光镜片(1
‑
3)将该光束分为两束，一束被第一泵浦激光光电隔离器(1
‑
2)阻挡，另一束反射至第三反射镜(1
‑
9)，反射的光依次经二分之一波片(1
‑
10)和四分之一波片(1
‑
11)射入偏振分束器(1
‑
12)，出射的光分别由第一光电探测器(1
‑
13)和第二光电探测器(1
‑
14)接收，经NI机箱编程控制系统(1
‑
15)完成激光稳频。3.根据权利要求2所述的一种用于地磁探测的Bell
‑
Bloom型Cs
‑4He原子磁力仪，其特征在于：所述第一分光镜片(1
‑
3)采用1:9分光镜片。4.根据权利要求1所述的一种用于地磁探测的Bell
‑
Bloom型Cs
‑4He原子磁力仪，其特征在于：由消多普勒频率稳定光路(1)中的分光镜片(1
‑
3)分出的第一束激光，经声光调制器功率稳定光路(2)的第四反射镜(2
‑
1)进入声光调制器(2
‑
2)发生衍射，衍射出的零级光进入第二激光光电隔离器(2
‑
3)后，依次经第五反射镜(2
‑
4)...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘浩，伏吉庆，孔嘉，杨淑瑞，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：