用于弱磁的高灵敏度高稳定性低温矢量原子磁力仪及方法技术

本发明专利技术涉及一种用于弱磁的高灵敏度高稳定性低温矢量原子磁力仪及方法，利用单光束共振吸收系统，对磁场进行高频调制和锁相探测，通过闭环反馈系统使磁力仪持续工作在最优灵敏度。本发明专利技术在原子池中放入两对相互垂直的多反射腔，达到增大磁力仪信噪比和消除探测盲区的目的。基于引入多反射腔的气池研制的原子磁力仪，在具有高灵敏度的同时，可在低工作温度下探测弱磁场，具有更高的长期测量稳定性。具有更高的长期测量稳定性。具有更高的长期测量稳定性。

【技术实现步骤摘要】
用于弱磁的高灵敏度高稳定性低温矢量原子磁力仪及方法


[0001]本专利技术涉及原子器件领域，用于弱磁的高灵敏度高稳定性低温矢量原子磁力仪及方法，利用两对相互垂直的多反射腔提高灵敏度和降低工作温度的高稳定性矢量原子磁力仪及方法。

技术介绍

[0002]原子磁力仪作为一种精密磁场测量传感器，在灵敏度和准确度方面具有突出优势，又因无需超低温制冷、易于小型化和低制作成本，已经在基础物理研究、地磁学研究和生物医学成像等领域发挥着重要作用。测量灵敏度是磁力仪重要性能指标之一，其大小主要取决于磁力仪系统的信噪比和相干时间，目前主要有以下几种提高灵敏度的方法。一个是利用表面镀抗弛豫膜的原子池，抑制原子与器壁的碰撞带来的退相干效应，进而增大原子的相干时间；另一种方法是通过在原子池内加入多反射腔，增大光束与原子的相互作用距离，进而实现增大磁力仪信噪比的目的，在密集型Herriott多反射腔中，光束可以从前腔镜的中心小孔入射，在前后腔镜间经过多次反射，再从同一个小孔出射，实现小空间内增大光与原子的相互作用距离的目的，2011年，Romalis教授课题组首次将Herr本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于弱磁的高灵敏度高稳定性低温矢量原子磁力仪，包括：加热单元、磁场单元、光电探测器、锁相放大器、闭环反馈系统、装配的3d打印平台和金属外壳封装单元，其特征在于，还包括：含有两对相互垂直的Herriott多反射腔的原子池；含有两对相互垂直的Herriott多反射腔的原子池与加热单元、磁场单元、3d打印平台放置在五层坡莫合金制成的磁屏蔽桶中；两对相互垂直的Herriott多反射腔的中心高度差为12.2
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12.5mm，确保两对相互垂直的Herriott多反射腔中的前腔镜和后腔镜内的光斑最小距离大于3mm，减小在相干时间内，两对相互垂直的Herriott多反射腔中的原子的扩散效应带来的影响，避免磁力仪工作过程中上下层多反射腔之间发生测量互绕。2.根据权利要求1所述的用于弱磁的高灵敏度高稳定性低温矢量原子磁力仪，其特征在于：所述用于弱磁的高灵敏度高稳定性低温矢量原子磁力仪中的低温为75℃，具有145nT的动态测量范围；高灵敏度指在0.1Hz处优于85fT/√Hz，在10Hz处优于45fT/√Hz；高稳定性指在3h测量时间内，不对激光做频率锁定和功率锁定情况下，磁场测量稳定性均优于1pT。3.根据权利要求1所述的用于弱磁的高灵敏度高稳定性低温矢量原子磁力仪，其特征在于：所述两对相互垂直的Herriott多反射腔中的前腔镜和后腔镜为曲率相同的柱面镜，前腔镜和后腔镜通过阳极键合的方法固定在硅片上，通过陶瓷模具定位，确保两对多反射腔相互垂直，原子池所用的玻璃罩含有正方形通孔，同样利用阳极键合的方法，完成玻璃罩上下表面与两个含Herriott多反射腔的硅片的密封，实现紧凑型原子池的制作；玻璃罩的侧面含有一个通孔尾管，原子池内原子的充入则通过尾管实现的，原子池中充入同位素铷87原子，600Torr氮气作为缓冲气体；全部的原子冲入原子池后，最后通过火焰灼烧将原子池从真空系统上取下，含有两对相互垂直的Herriott多反射腔的原子池制作完成。4.根据权利要求1所述的用于弱磁的高灵敏度高稳定性低温矢量原子磁力仪，其特征在于：所述加热单元对含有两对相互垂直Herriott多反射腔的原子池中的原子进行加热；通过控制加热温度，...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘思奇，盛东，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：