一种小型化闭环FID标量原子磁力仪及其实现方法技术

本发明专利技术涉及一种小型化闭环FID标量原子磁力仪及其实现方法，属于原子磁测领域。该方法利用自制电子学系统实现FID磁力仪的闭环工作模式，通过实时修正对抽运光的调制频率，使磁力仪在大磁场变化率下仍保持高灵敏度，突破开环FID磁力仪动态范围和灵敏度之间的性能制约。自制的频率计与时序控制系统的交互是该磁力仪系统闭环的核心组成部分。本发明专利技术可高速测量变化率较大的磁场，灵敏度高且准确度高，在现场磁测的应用中具有重要作用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及原子器件和电子学领域，具体涉及一种小型化闭环fid（free-induction-decay，自由感应衰减）标量原子磁力仪及其实现方法。

技术介绍

1、原子磁力仪作为一种精密的磁场测量传感器，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。根据工作原理，原子磁力仪可分为射频调制磁力仪和全光磁力仪两大类。相比于前者，后者无需额外施加调制磁场，避免了调制磁场恶化系统噪声的问题。fid磁力仪属于全光磁力仪，其通过将光抽运阶段和光探测阶段时域分离，避免了由抽运光带来的光频移效应，因此磁测准确度更高，是目前原子磁力仪领域的主流方案。

2、现有的fid磁力仪采用开环工作模式，其抽运光被调制在原子绕初始磁场的拉莫进动频率，以使fid信号的幅值最大。然而，开环fid磁力仪存在动态范围和灵敏度性能的相互制约。例如，原子气室内充有200 torr氮气的铷87原子磁力仪：当待测磁场变化超过50nt时，抽运光调制频率和原子拉莫进动频率的频差将大于350 hz，此时fid信号的幅值会减小约10%，致使该磁力仪系统的灵敏度显著降低。因此，在实际本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种小型化闭环FID标量原子磁力仪，其特征在于，由自制小型化FID原子磁力仪控制电路（210）和磁探头（220）组成，其中磁探头集成一个小体积原子气室（221）、第一光电探测器（222）、第二光电探测器（223）、第三光电探测器（224）、第四光电探测器（225），自制小型化FID原子磁力仪控制电路包括抽运光源（211）、探测光源（212）、激光器控制单元（213）、抽运光调制单元（214）、气室加热单元（215）、频率计单元（216），其中，气室加热单元（215）用于加热小体积原子气室（221）中的原子，第一光电探测器和第二光电探测器分别用于监测探测光、抽运光的光强，第三光电探测器...

【技术特征摘要】

1.一种小型化闭环fid标量原子磁力仪，其特征在于，由自制小型化fid原子磁力仪控制电路（210）和磁探头（220）组成，其中磁探头集成一个小体积原子气室（221）、第一光电探测器（222）、第二光电探测器（223）、第三光电探测器（224）、第四光电探测器（225），自制小型化fid原子磁力仪控制电路包括抽运光源（211）、探测光源（212）、激光器控制单元（213）、抽运光调制单元（214）、气室加热单元（215）、频率计单元（216），其中，气室加热单元（215）用于加热小体积原子气室（221）中的原子，第一光电探测器和第二光电探测器分别用于监测探测光、抽运光的光强，第三光电探测器和第四光电探测器用于监测探测光在小体积原子气室中与原子相互作用后的光强；激光器控制单元用于为抽运光源和探测光源提供驱动电流，抽运光调制单元（214）与抽运光源（211）连接，将调制后的抽运光通过光纤输送到磁探头；探测光源（212）输出的探测光输送到磁探头（220）；频率计单元（216）计算前一周期探测阶段的fid信号频率并反馈给抽运光调制单元（214）作为下一周期抽运光调制频率。

2.根据权利要求1所述的小型化闭环fid标量原子磁力仪，其特征在于，小体积原子气室（221）通过阳极键合的方法制作而成，磁探头（220）通过3d打印或机加工的方式制作，用于小体积原子气室（221）和第一光电探测器（222）、第二光电探测器（223）、第三光电探测器（224）、第四光电探测器（225）的精确定位和装配。

3.根据权利要求1所述的小型化闭环fid标量原子磁...

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