一种基于旋转光纤起偏的椭偏光原子磁强计装置及方法制造方法及图纸

一种基于旋转光纤起偏的椭偏光原子磁强计装置及方法，利用旋转光纤起偏器出射设定椭圆度的椭圆偏振光，并将该光束导入至原子磁强计表头内使其与碱金属原子相互作用实现磁场测量。本发明专利技术设计的装置和方法是根据所设定的椭圆度计算旋转光纤起偏器的扭转长度和扭转角度，从而使旋转光纤起偏器出射该椭圆度的椭圆偏振光，将该椭圆偏振光导入原子磁强计表头中从而极化碱金属原子的同时产生旋光角用于信号检测，在垂直于光束的方向施加高频调制磁场，利用偏振差分检测技术和锁相放大技术得到待测磁场信息。与常规的原子磁强计构型相比，本发明专利技术使用旋转光纤起偏器、椭偏光构型搭建原子磁强计，结构更加紧凑的同时增强了原子磁强计表头的温度稳定性。计表头的温度稳定性。计表头的温度稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于旋转光纤起偏的椭偏光原子磁强计装置及方法


[0001]本专利技术涉及量子精密磁场测量
，特别涉及基于旋转光纤起偏的椭偏光原子磁强计装置及方法。

技术介绍

[0002]原子磁强计利用光和原子的相互作用进行磁场测量，是量子精密测量仪器中的一类，已广泛应用于生物磁学测量、地磁探测、基础物理研究等领域。在各类原子磁强计中，SERF(Spin
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Exchange
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Relaxation
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Free，无自旋交换弛豫)原子磁强计工作在无自旋交换弛豫态，是测量灵敏度最高的一种。椭偏光SERF原子磁强计使用一束椭圆偏振抽运激光同时实现原子自旋抽运和检测，结构紧凑、测量灵敏度高，在生物磁学如心磁图、脑磁图测量等方面应用潜力巨大。常规的椭偏光SERF原子磁强计的光源通常由外置激光器产生、保偏光纤传输到原子磁强计表头内，或者由内置VCSEL(Vertical
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Cavity Surface
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Emitting Laser，垂直腔面发射激光器)在表头内发光产生，光源发本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于旋转光纤起偏的椭偏光原子磁强计装置，其特征在于，包括位于原子磁强计表头外壳内的三轴磁场线圈和偏振差分模块，所述偏振差分模块的激光输入端连接所述三轴磁场线圈内原子气室的激光出射端，所述偏振差分模块的输出端连接锁相放大器，所述锁相放大器形成原子磁强计输出信号，所述原子气室的激光入射端依次通过无磁光纤准直器和旋转光纤起偏器连接窄线宽半导体激光器，所述三轴磁场线圈连接函数发生器。2.根据权利要求1所述的基于旋转光纤起偏的椭偏光原子磁强计装置，其特征在于，所述旋转光纤起偏器包括两段光纤，前半段光纤和具有扭转态的后半段光纤，两者通过熔融连接后用夹具固定，所述前半段光纤和后半段光纤采用相同材料和相同结构的保偏光纤，其中前半段光纤长度任意，不进行任何扭转，后半段起始快、慢轴方向和前半段重合，并且进行扭转，扭转长度与保偏光纤的拍长相关，扭转角度与椭圆偏振光的椭圆度α相关。3.根据权利要求2所述的基于旋转光纤起偏的椭偏光原子磁强计装置，其特征在于，所述后半段光纤的扭转长度为(1/2)l，l为保偏光纤的拍长，扭转角度为(π/2)
·
tanα，α是椭圆偏振光的椭圆度。4.根据权利要求1所述的基于旋转光纤起偏的椭偏光原子磁强计装置，其特征在于，所述偏振差分模块包括侧向位移偏振分光棱镜，所述侧向位移偏振分光棱镜的输入端通过二分之一波片连接原子气室的激光出射端，所述侧向位移偏振分光棱镜的输出端依次通过光电探测器和差分放大电路连接所述锁相放大器。5.根据权利要求1所述的基于旋转光纤起偏的椭偏光原子磁强计装置，其特征在于，所述窄线宽半导体激光器、函数发生器和锁相放大器构成光电测控系统。6.根据权利要求1所述的基于旋转光纤起偏的椭偏光原子磁强计装置，其特征在于，所述原子气室和所述三轴磁场线圈之间设置有无磁电加热装置，所述无磁电加热装置对原子气室进行加热，使原子气室中的碱金属蒸汽原子数密度达到10
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～10
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个/cm3。7.根据权利要求1所述的基于旋转光纤起偏的椭偏光原子磁强计装置，其特征在于，包括：其中θ是椭圆偏振光在原子气室中形成的旋光角，n为原子数密度，c为光速，r为经典电子半径，P
z
为碱金属原子纵向极化率，f为碱金属D1线共振强度，...

【专利技术属性】
技术研发人员：陆吉玺，闫一凡，丁晓舒，刘泽华，詹迪，吴岳松，全伟，房建成，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：