一种基于激光光源的光泵磁强计制造技术

本发明专利技术提出一种基于激光光源的光泵磁强计，实现了稳频和小型化设计，提高了磁场测量的灵敏度。本发明专利技术中的激光器发射激光光束，分光单元将其一分为二，两束激光分别实现稳频和磁场测量。在实现稳频功能时，激光经稳频气室泵浦原子后，通过反射镜再次进入稳频气室，并在第一λ/4波片的作用下，在第二偏振分光棱镜处全部反射，进入第一光电探测器，第一光电探测器测量激光的饱和吸收谱，经稳频电路实现激光器的频率锁定；在实现磁场测量过程中，另一束激光作用于磁探头单元、并通过磁测信号处理单元输出待测磁场强度。单元输出待测磁场强度。单元输出待测磁场强度。

【技术实现步骤摘要】
一种基于激光光源的光泵磁强计


[0001]本专利技术涉及原子磁强计
，具体涉及一种基于激光光源的光泵磁强计。

技术介绍

[0002]光源作为原子磁强计的核心器件，极大地影响系统性能。传统的光泵磁强计以原子谱灯为光源。随着半导体技术的发展，激光凭借单色性、谱线选择性强等特性可以对原子能级进行精细操控，为光抽运磁共振技术提供新的手段，以半导体激光器代替高频激发原子谱灯光源的光泵磁强计相比之下灵敏度提升了一个量级以上。但是激光光源的结构复杂，不方便搭建，需要稳频设计，包括额外的光路与电路设计，因此一般多用于光学平台上。
[0003]因此，目前亟需一种可以适应激光光源的光泵磁强计，且方便搭建。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术提供了一种基于激光光源的光泵磁强计，能够提高磁场测量灵敏度。
[0005]为实现上述专利技术目的，本专利技术的技术方案为：
[0006]一种基于激光光源的光泵磁强计，包括激光光源、磁探头单元和磁测信号处理单元。
[0007]激光光源包括激光器、分光单元、第二λ/2波片、第二偏振分光棱镜、第一λ/4波片、稳频气室、衰减片、反射镜、第一光电探测器和稳频电路。
[0008]激光器发射出激光光束；分光单元将激光光束分为两束偏振方向垂直的激光光束。
[0009]第一激光光束经第二λ/2波片，全部透射过第二偏振分光棱镜，形成泵浦光束；泵浦光束经第一λ/4波片进入稳频气室，激发原子气体。
[0010]稳频气室的出射光束经衰减片、反射镜形成探测光；探测光经衰减片进入稳频气室，被激发后的原子气体少量吸收，剩余的探测光经过第一λ/4波片、第二偏振分光棱镜全部反射至第一光电探测器。
[0011]光电探测器获取第一激光光束的饱和吸收谱的微分曲线，经稳频电路对激光器进行频率锁定，实现稳频。
[0012]第二激光光束经光纤进入磁探头单元，转换为电流，传输给磁测信号处理单元。
[0013]磁测信号处理单元将电流转换为磁场值。
[0014]进一步的，激光光源还包括位于激光器后的整形单元，整形单元包括非球面透镜和整形棱镜。
[0015]进一步的，激光光源还包括位于整形单元后的隔离单元，隔离单元包括法拉第隔离器，防止隔离单元后的光路反射。
[0016]进一步的，分光单元包括第一λ/2波片和第一偏振分光棱镜。
[0017]进一步的，还包括设置于激光光源和磁测信号处理单元外部的屏蔽外壳。
[0018]有益效果：
[0019]本专利技术提出一种基于激光光源的光泵磁强计，实现了稳频和小型化设计，提高了磁场测量的灵敏度。本专利技术中的激光器发射激光光束，分光单元将其一分为二，两束激光分别实现稳频和磁场测量。在实现稳频功能时，激光经稳频气室泵浦原子后，通过反射镜再次进入稳频气室，实现探测，并在第一λ/4波片的作用下，在第二偏振分光棱镜处全部反射，进入第一光电探测器，第一光电探测器测量激光的饱和吸收谱，经稳频电路实现激光器的频率锁定；在实现磁场测量时，另一束激光经磁探头单元、磁测信号处理单元输出待测磁场强度。该光路设计采用同一光源实现激光稳频与磁场探测，并利用λ/4波片、反射镜与偏振分光棱镜，实现同一束光既泵浦原子又实现探测。本专利技术将光学系统与电子学单元整合到同一机箱内，克服了激光光泵磁强计系统复杂，不易搭建的困难，实现了仪器级高灵敏度激光光泵磁强计设计。
[0020]2、本专利技术采用整形单元，将激光光束整形为均匀的圆形光束。
[0021]3、本专利技术采用隔离单元，防止隔离单元后的光路反射，保护激光器。
[0022]4、本专利技术还包括屏蔽外壳，将激光光源和磁测信号处理单元放置于屏蔽外壳内，避免外部环境的干扰。
附图说明
[0023]图1为本专利技术结构简图。
[0024]图2为光泵磁强计结构图。
具体实施方式
[0025]下面结合附图并举实施例，对本专利技术进行详细描述。
[0026]如图1所示，光泵磁强计包括光源单元100，磁探头单元200，磁测信号处理单元300，及将光源单元100和磁测信号处理单元300的包围起来的屏蔽外壳400。光源单元100输出频率与功率稳定的激光，经光纤耦合器107和光纤118导入到磁探头单元200内部。磁探头单元200将激光引入原子气室并在外磁场的作用下发生磁共振，磁共振信号(电流)由磁测信号处理单元300处理。磁测信号处理单元300一方面将磁共振信号转换为待测磁场强度，另一方面为磁探头200提供射频激励信号、并加热磁探头200的原子气室。
[0027]如图2所示，激光光源100包括激光器101、整形单元、隔离单元、分光单元、第一光纤耦合器107、第二λ/2波片108、第二偏振分光棱镜109、第一λ/4波片110、稳频气室111、衰减片112、反射镜113、第一光电探测器114、稳频电路115、激光器温控电路116、稳频气室温控电路117和光纤118。
[0028]整形单元将激光光束整形为均匀的圆形光束，包括非球面透镜102、整形棱镜103。隔离单元位于整形单元之后，防止隔离单元后的光路反射，包括法拉第隔离器104。分光单元位于隔离单元之后，包括第一λ/2波片105和第一偏振分束棱镜106。分光单元将整形后的激光光束分为两束偏振方向互相垂直的光，分别为第一激光光束和第二激光光束。第一激光光束实现激光器101的稳频，第二激光光束实现待测磁场的测量。
[0029]第一激光光束在第二λ/2波片108的作用下，全部透射过第二偏振分光棱镜109。第一激光光束较强，可以泵浦稳频气室111内的铯原子，激发铯原子进行能级跃迁，同时第一
激光光束被铯原子吸收。吸收后的第一激光光束经过衰减片112与反射镜113后形成一束较弱的探测光，传播路径与泵浦光基本相同而传播方向相反。当泵浦光、探测光的频率与铯原子的基态到激发态的共振跃迁频率相同时，由于多普勒效应，传播路径上速度为零的原子发生共振，并伴随着强泵浦作用基态原子数目大量减少，因此铯原子对探测光的吸收较少，获得相应的饱和吸收谱。剩余的大部分反射光在第一λ/4波片110的作用下，在第二偏振分光棱镜109的入射面上反射至第一光电探测器114。第一光电探测器114获得饱和吸收谱的微分曲线，通过稳频电路115调制解调后，实时调节激光器101的电流，实现激光的频率锁定。通过饱和吸收谱锁定后，激光频率的抖动被压制在MHz以内，有良好的激光频率稳定性。
[0030]激光器温控电路116调节激光器101的温度，使其维持在设定阈值。稳频气室温控电路117调节稳频气室104的温度，使其维持在设定阈值。如图2所示，磁探头单元200包括第二光纤耦合器201、第一透镜202、偏振片203、第二λ/4波片204、原子气室205、线圈206、第二透镜207、第二光电探测器208。磁测信号处理单元300包括原子气室温控电路301、信号处理电路302与频率测量电路303。第二激光光束由第一光纤耦合器107进入光纤118，再经本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于激光光源的光泵磁强计，其特征在于，包括激光光源、磁探头单元和磁测信号处理单元；所述激光光源包括激光器、分光单元、第二λ/2波片、第二偏振分光棱镜、第一λ/4波片、稳频气室、衰减片、反射镜、第一光电探测器和稳频电路；激光器发射出激光光束；分光单元将激光光束分为两束偏振方向垂直的激光光束；第一激光光束经第二λ/2波片，全部透射过第二偏振分光棱镜，形成泵浦光束；泵浦光束经第一λ/4波片进入稳频气室，激发原子气体；稳频气室的出射光束经衰减片、反射镜形成探测光；探测光经衰减片进入稳频气室，被激发后的原子气体少量吸收，剩余的探测光经过第一λ/4波片、第二偏振分光棱镜全部反射至第一光电探测器；光电探测器获取第一激光光束的饱和吸收谱的微...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢胤，程智勇，张樊，韩晓东，
申请(专利权)人：宜昌测试技术研究所，
类型：发明
国别省市：