[发明专利]一种多同位素磁共振信号同步激励与探测方法及装置

说明书

一种多同位素磁共振信号同步激励与探测方法及其装置，该测量方法包含了采用多个交流磁场对含有多个同位素的工作单质同时进行激励与测量，其中交流磁场的数量与同位素的数量一致，并且交流磁场的中心频率的比值为常数，且与各个同位素的磁旋比的比值相同。不同交流磁场采用同一个低频正弦信号进行调制，并通过与该低频信号同频的另一个信号对检测到的信号进行解调。本发明省去提取单质的同位素的过程，节约了成本，削弱了各个同位素的磁共振信号之间的干扰，应用于Mz磁强计中，提高了磁共振信号提取的准确度和灵敏度。

技术领域

本申请涉及一种原子器件的磁共振信号激励与提取方法，属于原子器件领域与磁场探测领域，具体的，涉及一种同时激励多同位素的磁共振信号同步激励与探测方法及装置。

背景技术

利用磁共振信号的原子器件(如原子磁强计)具有极其广泛的应用，其中包括地下探测，定位导航，以及生物医疗领域，例如对人体脑磁、心磁的探测可以对一些疾病进行诊断。在这些应用当中，所涉及的磁场信号都非常微弱，所以高灵敏度对于这类原子器件是一个至关重要的参数。近年随着制造工艺的进步，原子器件相关技术得到了很大的发展，特别是随着激光光泵原子技术的出现。如今的原子器件在可以实现达到最高灵敏度的同时，又具有体积小、功耗低、成本较低的优势。例如原子磁强计，其结构简单，成本低，功耗低，易于集成，而且据报道其灵敏度最高达到了0.54fT/Hz1/2，具有非常广阔的应用前景。利用磁共振的原子器件的工作主要是依靠光泵浦将蒸汽腔室中的工作单质极化，然后用探测光探测该单质原子在磁场环境中的塞曼分裂所对应的拉莫尔进动频率，得到磁场以及工作原子相关的信息。

然而，按通常方式制备的蒸汽腔中，工作单质往往含有其天然的同位素。例如，以碱金属铷为例，自然界中铷含量最多的两种同位素为铷85和铷87，其丰度分别为72.15％，27.85％。不同的同位素在磁场中的塞曼能级分裂不一样，这就导致对于同一个腔室将会测到多个拉莫尔进动频率。多个同位素的存在，一方面会导致测到的信号中包含中心频率不同的多个磁共振信号的叠加，从而互相干扰，导致测量的精度下降。另一方面，由于不同同位素又属于同一种元素，所以当腔室处于某个工作温度时，同位素会分摊该元素的蒸汽压，导致测到的信号会比只有同一个同位素时小很多。而提取单一同位素的过程复杂而且成本高，对于通常被应用于原子器件中的活泼的碱金属元素尤其如此。

因此，如何克服多同位素测量误差问题，在无须提纯同位素，省去提纯同位素的成本的同时，获得与原来相比更高的测量灵敏度与准确度，成为现有技术亟需解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提出一种同时激励并同时提取多同位素磁共振信号的方法，能够无须提纯同位素，省去提纯同位素的成本，该方法应用于Mz原子磁强计中，获得与原来相比更高的磁共振信号提取的灵敏度与准确度。

一种多同位素磁共振信号同步激励与探测的方法，该方法能够应用于原子器件，该方法包括采用含有n个同位素的单质的蒸汽腔室作为工作腔室，当这些同位素被相应的激光泵浦以后，再用n个驱动交流磁场分别驱动这些同位素的拉莫尔进动，在对信号进行检测。

可选的，所述n个驱动交流磁场被同一个调制低频交流信号调制，检测端也以该调制低频交流信号作为参考信号，对检测到的信号进行锁相放大，所述n个驱动交流磁场的n个驱动交流信号的中心频率保持固定的比值，所述比值与所述腔室内的同位素的磁旋比的比值相同。