一种基于微小型SERF原子磁强计的极弱磁测量装置制造方法及图纸

本申请涉及一种基于微小型SERF原子磁强计的极弱磁测量装置，属于极弱磁测量领域。装置由光源、磁强计和电子测控系统组成。针对极弱磁测量高分辨率和低成本需求，设计微小型SERF原子磁强计，对内部光路等关键器部件进行一体化设计，结合偏振组合棱镜，大大缩小磁强计体积；增加导热器件，提升加热效率和温度均匀性；对磁强计的控制和检测信号由屏蔽线缆连接至电子测控系统，对磁强计进行温度控制、磁场控制和光电信号的检测处理。本发明专利技术可为阵列极弱磁测量提供低成本、高可靠性和高分辨率的解决方案。解决方案。解决方案。

【技术实现步骤摘要】
一种基于微小型SERF原子磁强计的极弱磁测量装置


[0001]本专利技术涉及极弱磁测量领域，具体涉及一种基于微小型无自旋交换弛豫(Spin
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Exchange Relaxation Free，SERF)原子磁强计的极弱磁测量装置。

技术介绍

[0002]在近二十年以来，基于原子操控的传感和测量技术大放异彩，人类的探测能力得到巨大提升，推动多项学科和领域发展。其中，极弱磁场测量及其相关技术在过去一段时间内蓬勃发展，在前沿科学、计量基准、心脑磁医学等领域有着巨大的应用前景。基于SERF原子自旋效应的极弱磁测量装置，目前已实现优于0.1fT/Hz1/2的超高灵敏度。目前该装置体积巨大且成本高昂，相比之下，应用相同原理的SERF原子磁强计体积更小，成本也更低，有着更高的应用价值和潜力。SERF原子磁强计在灵敏度、测量范围、响应频带范围等属性上，相比其他磁强计具有诸多显著优势，目前来看有很大希望通过阵列集成等方式制成极弱磁测量仪器，向产业化方向发展。然而现有的SERF原子磁强计体积仍然较大，内部光路部分有待进一步集成化，在工作过程中，由于内部存在导热和隔热方面的问题，经常出现器件损坏或者灵敏度下降的情况，这大大降低了磁强计作为产品的可靠性和稳定性。另一方面，现有的SERF原子磁强计一般由多台商用仪器进行检测和控制，这也使磁强计的操控变得及其复杂，并且多台仪器间往往有着诸多连线，对检测灵敏度也有一定的干扰。并且，由于使用商用仪器的缘故，操控接口极其受限，导致现有的磁强计系统里多为单个磁强计。以上所述现状，均制约了SERF原子磁强计的应用。

技术实现思路

[0003]为了解决上述技术问题，本专利技术提出一种基于微小型SERF原子磁强计的极弱磁测量装置，具低成本、高可靠性、高分辨率、高稳定性等特性。
[0004]本专利技术的目的通过如下技术方案来实现：
[0005]一种基于微小型SERF原子磁强计的极弱磁测量装置，包括：光源、SERF原子磁强计和电子测控系统，所述的光源出射端通过保偏光纤与SERF原子磁强计入射端相连，SERF原子磁强计通过信号线缆与电子测控系统相连；
[0006]所述的SERF原子磁强计内设有加热测温装置和磁补偿装置，分别用于补偿SERF原子磁强计内碱金属气室的工作温度和工作磁场，所述的加热测温装置和磁补偿装置由电子测控系统控制。
[0007]进一步地，所述的SERF原子磁强计包括准直器、偏振组合棱镜、碱金属气室和光电探测器，由光源发射的偏振激光经过准直器准直后入射到偏振组合棱镜，转变为圆偏振光后入射至碱金属气室，圆偏振光从碱金属气室出射后由光电探测器接收。
[0008]进一步地，所述的电子测控系统包括信号转换模块、温度控制模块、磁场控制模块、光电信号处理模块；所述的温度控制模块通过信号转换模块连接SERF原子磁强计内的加热测温装置，所述的磁场控制模块通过信号转换模块连接SERF原子磁强计内的磁补偿装
置，所述的光电信号处理模块通过信号转换模块连接SERF原子磁强计中的光电探测器；所述的信号转换模块用于传输SERF原子磁强计的温度信号、光电探测信号、以及温度控制模块发出的温度控制信号、磁场控制模块发出的磁场补偿/调制控制信号。
[0009]进一步地，所述的碱金属气室内充有碱金属气体，在工作状态下，所述的碱金属气体处于SERF状态。
[0010]进一步地，所述的加热测温装置置于碱金属气室的非通光面，所述的加热测温装置外围设有无磁导热膜。
[0011]进一步地，所述的磁补偿装置为三维线圈，所述的三维线圈置于无磁导热膜的外围。
[0012]进一步地，所述的偏振组合棱镜由线偏振片、四分之一波片和直角反射棱镜胶合而成，所述的偏振组合棱镜的出入射面设有增透膜，由偏振组合棱镜出射的圆偏振光椭偏率高于1:0.92。
[0013]进一步地，所述的SERF原子磁强计由无磁材料制成。
[0014]进一步地，所述的信号线缆为双绞屏蔽线缆。
[0015]本专利技术的有益效果如下：
[0016]1、本专利技术综合考虑磁强计的使用场景和需求，对其内部光路等关键器部件进行一体化设计，结合偏振组合棱镜，整体结构简单，大大缩小磁强计体积，能够提升磁场测量的空间分辨率。
[0017]2、本专利技术在磁强计内部增加加热和导热器件，提高碱金属气室的受热均匀性，进一步提升加热效率和保温效果，维持温度稳定性。
[0018]3、本专利技术考虑阵列集成式极弱测量的应用前景，采用磁强计连接电子测控系统的方式，通过电子测控系统实现对磁强计碱金属气室的温度、补磁的控制，进一步处理光电探测信号实现极弱磁测量，为阵列式磁强计集成测控打下基础。
附图说明
[0019]图1为本专利技术提出的基于微小型SERF原子磁强计的极弱磁测量装置的结构图；
[0020]图2为本专利技术的提出的极弱磁测量装置的信号传输示意图；
[0021]图3为偏振组合棱镜的结构示意图；
[0022]图4为三维线圈的示意图；
[0023]图中：1
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光源；2
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保偏光纤；3
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SERF原子磁强计；4
‑
信号线缆；5
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电子测控系统；6
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准直器；7
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偏振组合棱镜；701
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线偏振片；702
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四分之一波片；703
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直角反射棱镜；8
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碱金属气室；9
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加热测温装置；10
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导热膜；11
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三维线圈；1101
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柔性电路板；1102
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矩形亥姆霍兹线圈；12
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光电探测器；13
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信号转换模块；14
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温度控制模块；15
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磁场控制模块；16
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光电信号处理模块。
具体实施方式
[0024]为了便于本领域普通技术人员理解和实施本专利技术，下面结合附图对本专利技术作进一步的详细描述，应当理解，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0025]如图1所示，本专利技术提出的基于微小型SERF原子磁强计的极弱磁测量装置包括光源1、微小型SERF原子磁强计3和电子测控系统5。
[0026]所述的光源1输出的稳定偏振激光通过保偏光纤2进入微小型SERF原子磁强计3，对磁强计的控制信号和检测信号经信号线缆4连接至电子测控系统5。
[0027]在本专利技术的一项具体实施中，微小型SERF原子磁强计3包括准直器6、偏振组合棱镜7、碱金属气室8、加热测温装置9、导热膜10、三维线圈11、光电探测器12；所述的碱金属气室8内为碱金属气体。由光源1输出的所述的稳定偏振激光经过准直器6准直后入射至偏振组合棱镜7，变为圆偏振光后再入射至碱金属气室8，从碱金属气室8出射的光本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于微小型SERF原子磁强计的极弱磁测量装置，其特征在于，包括：光源(1)、SERF原子磁强计(3)和电子测控系统(5)，所述的光源(1)出射端通过保偏光纤与SERF原子磁强计(3)入射端相连，SERF原子磁强计(3)通过信号线缆与电子测控系统(5)相连；所述的SERF原子磁强计(3)内设有加热测温装置(9)和磁补偿装置，分别用于补偿SERF原子磁强计内碱金属气室(8)的工作温度和工作磁场，所述的加热测温装置(9)和磁补偿装置由电子测控系统(5)控制。2.根据权利要求1所述的一种基于微小型SERF原子磁强计的极弱磁测量装置，其特征在于，所述的SERF原子磁强计(3)包括准直器(6)、偏振组合棱镜(7)、碱金属气室(8)和光电探测器(12)，由光源(1)发射的偏振激光经过准直器(6)准直后入射到偏振组合棱镜(7)，转变为圆偏振光后入射至碱金属气室(8)，圆偏振光从碱金属气室(8)出射后由光电探测器(12)接收。3.根据权利要求2所述的一种基于微小型SERF原子磁强计的极弱磁测量装置，其特征在于，所述的电子测控系统(5)包括信号转换模块(13)、温度控制模块(14)、磁场控制模块(15)、光电信号处理模块(16)；所述的温度控制模块(14)通过信号转换模块(13)连接SERF原子磁强计(3)内的加热测温装置(9)，所述的磁场控制模块(15)通过信号转换模块(13)连接SERF原子磁强计(3)内的磁补偿装置，所述的光电信号处理模块(16)通过信号转换模块(13)连接SERF原子磁...

【专利技术属性】
技术研发人员：房建成，翟跃阳，马建，周斌权，
申请(专利权)人：杭州极弱磁场重大科技基础设施研究院，
类型：发明
国别省市：