[发明专利]一种利用核磁共振实现磁场幅度稳定的装置及方法

权利要求书

1.一种利用核磁共振实现磁场幅度稳定的装置，其特征在于：所述装置包含由泵浦激光器(101)、扩束镜(102)、一号起偏器(103)、四分之一波片(104)、一号透镜(105)、一号探测器(106)组成的泵浦光路；由探测激光器(201)、二号起偏器(202)、检偏器(203)、二号透镜(204)、二号探测器(205)组成的探测光路；由一号亥姆霍兹线圈(301)、二号亥姆霍兹线圈(302)、磁屏蔽桶(303)、一号磁场信号源(304)、二号磁场信号源(305)组成的磁场产生及控制系统；铷原子气室(4)；由数据采集卡(501)和计算机(502)组成的信号采集及处理系统；

所述泵浦激光器(101)出射的线偏振激光由扩束镜(102)扩束，经过一号起偏器(103)和四分之一波片(104)转化为圆偏振态后入射铷原子气室(4)，经由铷原子气室(4)透射出的光通过一号透镜(105)聚焦后被一号探测器(106)探测，所述一号探测器(106)将探测到的光强信号转换为电压信号，被数据采集卡(501)采集后，传递给计算机(502)；

所述的探测激光器(201)出射的线偏振激光经过二号起偏器(202)后透过铷原子气室(4)，检偏器(203)检测线偏振激光偏振轴的转动，光信号通过二号透镜(204)聚焦后被二号探测器(205)转换为电压信号，被数据采集卡(501)采集后，传递给计算机(502)；

所述的一号亥姆霍兹线圈(301)的轴线与泵浦光路重合；所述的二号亥姆霍兹线圈(302)的轴线与探测光路重合；所述的磁屏蔽桶(303)在泵浦光路和探测光路传播方向开有通孔，允许泵浦激光器(101)和探测激光器(201)出射的激光通过，一号亥姆霍兹线圈(301)、二号亥姆霍兹线圈(302)和铷原子气室(4)置于磁屏蔽桶(303)内部；所述的一号磁场信号源(304)为一号亥姆霍兹线圈(301)提供驱动电流；所述的二号磁场信号源(305)为二号亥姆霍兹线圈(302)提供驱动电流；

所述的铷原子气室(4)为充有碱金属、惰性气体和缓冲气体的密封石英玻璃气室；

所述的数据采集卡(501)用于采集一号探测器(106)和二号探测器(205)的信号输送给计算机(502)，计算机(502)对一号探测器(106)和二号探测器(205)的信号分析处理后产生磁场控制信号，经由数据采集卡(501)传递给一号磁场信号源(304)和二号磁场信号源(305)。

2.一种利用如权利要求1所述装置实现磁场幅度稳定的方法，其特征在于，该方法具体包含以下步骤：

步骤一、搭建如权利要求1所述利用核磁共振实现磁场幅度稳定的装置，利用所述铷原子气室(4)中的碱金属吸收泵浦光中光子的角动量，并通过与惰性气体原子的碰撞，将该角动量传递给惰性气体原子，从而获得大量自旋状态相同的惰性气体原子；

步骤二、通过一号亥姆霍兹线圈(301)的结构尺寸确定产生磁场强度B_a所需的电流I₀，由计算机(502)控制一号磁场信号源(304)输出电流I₀给一号亥姆霍兹线圈(301)；在该磁场的作用下，惰性气体核自旋以Larmor频率绕磁场线进动；

步骤三、根据磁场强度B_a确定核磁共振频率ω_a＝γB_a，由计算机(502)控制二号磁场信号源(305)产生正弦交变电流，控制二号亥姆霍兹线圈(302)产生幅度为20nT的交变磁场，磁场的频率从0.9ω_a到1.1ω_a线性变化，变化的周期为10s；

步骤四、当二号亥姆霍兹线圈(302)产生的交变磁场频率等于惰性气体原子自旋进动的Larmor频率时，惰性气体原子自旋与二号亥姆霍兹线圈(302)产生的交变磁场发生共振，此时惰性气体原子自旋进动产生的交变磁场信号最强；利用计算机(502)对二号探测器(205)的信号进行傅立叶变换，得到信号的频谱图，并根据频谱图得到频谱图中峰值点对应的频率ω_b，即为此时惰性气体核自旋实际的进动频率，也就是说当前输出电流I₀使一号亥姆霍兹线圈(301)产生的实际磁场大小为ω_b/γ；

步骤五、利用计算机(502)调整一号磁场信号源(304)输出电流重复步骤一至步骤四，最终使磁场强度稳定在B_a＝ω_a/γ。