[实用新型]一种基于相干粒子数俘获效应的磁场测量装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种磁场测量装置，具体而言，涉及一种基于相干粒子数俘获(CPT)效应的磁场测量装置，属于磁场测量技术领域。

背景技术

磁场测量可用于地球物理研究、油气和矿产勘查、军事国防、医学诊断、地质调查及考古研究等领域。用于磁场测量的传统磁力仪包括磁通门磁力仪、质子旋进磁力仪、光泵磁力仪、超导量子干涉磁力仪等。但是目前上述磁力仪在体积、功耗、测量范围和精度方面都存在令人不满意的地方，比如磁通门磁力仪的探头部分多由在高磁导率的磁芯上缠绕线圈制作而成，体积和重量较大、测量精度偏低；质子旋进磁力仪耗电量大，只能进行低带宽间断测量；光泵磁力仪虽然具有较高的灵敏度和响应频率，但其探头体积较大；超导量子干涉磁力仪必需的低温制冷系统使得其结构复杂，体积庞大。因此，迫切需要一种新的技术手段来解决以上问题，获得一种结构简单、精度高、体积小、功耗低且性能稳定的磁力仪。近几年，随着量子光学和原子操控技术的发展，基于相干粒子数捕获(Coherent Population Trapping，CPT)效应的原子干涉磁力仪通过检测激光与原子作用后的透射光谱来实现对磁场的测量，有望解决磁测量技术目前发展的难题。

实用新型内容

本实用新型解决的技术问题是：克服现有技术的不足，本实用新型提供了一种基于相干粒子数俘获效应的磁场测量装置，降低了磁力仪的体积和功耗，提高了测量灵敏度，扩大了测量范围。

本实用新型的技术解决方案是：一种基于相干粒子数俘获效应的磁场测量装置，由物理系统和电路系统构成，物理系统由激光二极管、透镜、衰减片、四分之一波片、原子气室、加热片、温度传感器和光电探测器组成,电路系统由微处理器、PD采集电路、激光二极管温控电路、原子气室温控电路、激光二极管电流控制电路、调制微波源和触摸显示屏组成；激光二极管、透镜、衰减片、四分之一波片、原子气室和光电探测器依次设置在同一轴线上，温度传感器安装在原子气室的外壁上，加热片安装在原子气室的一端或两端；PD采集电路与光电探测器相连,原子气室温控电路与加热片和温度传感器相连用于采集和控制原子气室[105]的温度，激光二极管温控电路和激光二极管电流控制电路与激光二极管相连用于控制激光二极管的温度和电流；调制微波源与激光二极管相连用于控制激光二极管的边带频率扫描；微处理器与PD采集电路、激光二极管温控电路、原子气室温控电路、激光二极管电流控制电路、调制微波源和触摸显示屏相连接实现对物理系统的控制和磁场测量。

微处理器通过串口与所述触摸显示屏相连接。

所述激光二极管采用垂直腔表面发射半导体激光器。

所述原子气室内封装铷原子和缓冲气体。

本实用新型与现有技术相比的有益效果：

(1)本实用新型采用激光作为干涉光源，激光的窄线宽特性和消多普勒效应，确保此测磁装置具有pT量级的准确度；

(2)本实用新型将调制微波信号直接加载到激光源上的工作方式，避免了在原子气室两侧布置射频线圈，从而有效减少此测磁装置物理系统(传感部分)的体积。

(3)本实用新型不需要考虑原子介质极化时间的限制，能够实现高速连续测量。

附图说明

图1是本实用新型系统连接与结构示意图；

图2是本实用新型实施例的物理系统结构图；

图3是本实用新型的控制与测量流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步说明，但不作为对本实用新型的限定。