[发明专利]用于磁力仪的原子磁传感器及消除磁力仪探测盲区的方法

说明书

本发明提供一种用于磁力仪的原子磁传感器，包括在一激光光路上依次布置的：两个相互空间垂直的往返光学回路及一第三方向的原子气室，所述往返光学回路分别具有一光轴，并各包括一原子气室，用以将垂直其光轴方向传播的一束激光转换为沿其光轴方向传播的圆偏振光，并使所述圆偏振光对原子气室内原子进行光泵浦后，重新沿垂直其光轴方向传播；一光电探测器，一光信号通过所述三个相互空间垂直的往返光学回路及第三方向的原子气室汇聚至所述光电探测器，并转化为电信号。本发明能够消除激光光泵原子磁力仪在磁探测中的盲区问题，同时实现高灵敏度的磁场测量。本发明还提供一种消除磁力仪探测盲区的方法。

技术领域

本发明涉及光泵磁力仪技术领域，尤其涉及一种用于磁力仪的原子磁传感器及消除磁力仪探测盲区的方法。

背景技术

磁力仪是磁力测量仪器的统称。高灵敏度磁力测量技术在生物医学、地球物理、空间探索以及军事与国防等领域都有着广泛且重要的应用。目前，国内外磁力测量研究水平差异显著。国外先进水平的磁力仪在灵敏度指标等方面已远超过我国，因此，自主研制高灵敏度磁力仪，具有战略意义。光泵原子磁力仪是目前比较成熟的高灵敏度磁力仪之一，其中激光光泵原子磁力仪由于单色性好、选择特性优良等优势，能够极大程度地提升性能指标，因而成为国内外研究热点。

传统的激光光泵原子磁力仪基于原子的磁光双共振原理，通常由激光光源、原子磁传感器、磁共振信号检测电路三部分构成。激光光源产生特定波长(频率)、强度与频谱宽度的激光光束，激光中心频率为使得原子磁传感器内原子产生光泵浦作用的光频率值。原子磁传感器包括若干偏振器件、原子气室、亥姆霍兹线圈以及光电探测器：偏振器件通常为波片与偏振分束棱镜等光学器件的组合，使得激光光源产生的激光光束具有特定的偏振方向；原子气室是充有一定压强的原子气体的波璃泡，激光光束入射至原子气室，与气室内原子相互作用产生光泵浦后透射出气室；同时缠绕于原子气室周围的亥姆赫兹线圈，产生具有一定频率且方向垂直于激光光束传播方向的交变磁场，当交变磁场的频率恰好等于原子塞曼磁子能级跃迁频率时，产生磁共振；光电探测器置于原子气室后侧，实时探测透过原子气室的光信号，并将光信号转换为电信号。磁共振信号检测电路对光电探测器探测得到的电信号进行处理，通过滤波、放大、锁相等，反馈控制亥姆霍兹线圈，跟踪锁定磁共振产生时对应的频率，同时根据磁场与频率的换算关系，推算出磁场的大小，实现对磁场的测量。

传统的激光光泵原子磁力仪虽然能够实现磁场测量，但由于光的方向与探测磁场方向的夹角变化，影响探测信号的大小，在特定方向，无法探测光信号，出现盲区(deadzone),这一情况导致传统的激光光泵原子磁力仪无法适应移动平台对磁场的实时探测。对于磁力仪探测盲区问题，是目前移动平台磁探测的研究热点。

发明内容

为解决上述技术问题：本发明提出了一种用于激光光泵磁力仪的原子磁传感器，能够消除激光光泵原子磁力仪在磁探测中的盲区问题，同时实现高灵敏度的磁场测量。

本发明的目的之一在于提供一种用于磁力仪的原子磁传感器，包括在一激光光路上依次布置的：

两个相互空间垂直的往返光学回路及一第三方向的原子气室，所述往返光学回路包括第一往返光学回路和第二往返光学回路，分别具有一光轴，并各包括一原子气室，用以将垂直其光轴方向传播的一束激光转换为沿其光轴方向传播的圆偏振光，并使所述圆偏振光对原子气室内原子进行光泵浦后，重新沿垂直其光轴方向传播；

一光电探测器，一光信号通过所述两个相互空间垂直的往返光学回路及第三方向的原子气室汇聚至所述光电探测器，并转化为电信号。

进一步地，还包括一激光发生装置，用以发出一束激光。

进一步地，所述第一往返光学回路的圆偏振光对原子气室内原子进行光泵浦后，经过一偏振转换光路重新沿垂直光轴方向传播，该偏振转换光路包括第一往返光学回路的一个四分之一波片及一个反射镜，两次经过四分之一波片的线偏振光，偏振方向相互垂直。