[发明专利]一种基于相干粒子数俘获效应的磁场矢量测量装置和方法

权利要求书

1.一种基于相干粒子数俘获效应的磁场矢量测量装置进行测量的方法，涉及的装置包括物理探头和主机系统；所述物理探头提供磁场感应部分，包括输入光纤(101)、第一透镜(102)、四分之一波片(103)、第一直角棱镜(104)、原子样品池(105)、亥姆霍兹线圈(106)、第二直角棱镜(107)、第二透镜(108)和输出光纤(109)；所述主机系统包括激光光源和控制系统；激光光源发出的线偏振光由输入光纤(101)传播到物理探头，在物理探头内部依次经过第一透镜(102)、四分之一波片(103)和第一直角棱镜(104)转为圆偏振的平行光后，沿Z轴方向入射原子样品池(105)；在原子样品池(105)内激光与原子相互作用，实现相干粒子数俘获效应，出射光束由第二直角棱镜(107)反射再经过第二透镜(108)聚焦耦合进入输出光纤(109)，由输出光纤(109)再传回控制系统，控制系统采集并处理带有待测磁场信息的信号，完成磁场矢量测量功能；所述输入光纤(101)、第一透镜(102)、四分之一波片(103)、第一直角棱镜(104)、原子样品池(105)、第二直角棱镜(107)、第二透镜(108)和输出光纤(109)的中心轴线在X-Z平面内；所述物理探头内部加入一组亥姆霍兹线圈(106)，通过给亥姆霍兹线圈(106)通电流产生与激光传播方向成45度夹角的偏置磁场，定义正电流产生的偏置磁场方向与X轴和Z轴正方向成45度夹角，初始产生的偏置磁场在X-Z平面内；所述亥姆霍兹线圈(106)通过转动机构绕Z轴旋转，产生Y-Z平面内的偏置磁场；所述X-Y-Z轴的定义如下：第二直角棱镜(107)和第二透镜(108)的中心轴线定义为X轴，激光在原子样品池(105)中的传播反方向定义为Z轴，Y轴垂直于X-Z平面，指向纸面外，其特征在于步骤如下：

(1)设置所述亥姆霍兹线圈(106)内的电流值为零，测量此时的待测磁场大小为B；

(2)扫描亥姆霍兹线圈(106)内电流值，范围-I_max～I_max，判断相干粒子数俘获效应产生的中间峰幅度；当中间峰幅度为零时，产生偏置磁场的Z轴分量与待测磁场的Z轴分量相抵消，记录此时所述亥姆霍兹线圈(106)内电流值为I_set，对应的偏置磁场为其中B₀为偏置磁场的标量大小，计算获得待测磁场的Z轴分量为

(3)保持亥姆霍兹线圈(106)内电流值为I_set不变，测得此时待测磁场与偏置磁场合成的总磁场大小为B₁，计算得出待测磁场的X轴分量

(4)保持亥姆霍兹线圈(106)内电流值为I_set不变，将亥姆霍兹线圈(106)绕Z轴沿顺时针旋转90度，则偏置磁场位于Y-Z平面内，测得此时待测磁场与偏置磁场合成的总磁场大小为B₂，计算获得待测磁场的Y轴分量