[发明专利]一种原子磁强计光频移的稳定控制系统

说明书

本发明属于原子磁强计技术领域，具体涉及一种原子磁强计光频移的稳定控制系统；检测光模块产生的两束检测光分别与驱动光模块产生的两束驱动光中的一束在原子气室内部交汇，两束检测光分别提取两束驱动光抽运的原子气室内原子的进动信息，实现独立的磁场测量；两束检测光经过光电转换后分别输入锁相放大器A和锁相放大器B进行信号处理，锁相放大器A和锁相放大器B的输出信号经过比例和积分环节后，依据锁相放大器A的输出信号设置DDS的输出频率，DDS驱动激励线圈，将原子气室内原子锁定在共振点；DDS输出频率实时锁定在原子的进动频率上，实现外磁场的测量；锁相放大器B的输出信号与设定值比较后，控制驱动光模块，实现光频移的稳定控制。

技术领域

本发明属于原子磁强计技术领域，具体涉及一种原子磁强计光频移的稳定控制系统。

背景技术

近年来，原子磁强计凭借其高灵敏、小体积、低功耗等优势得以迅速发展，已广泛应用于众多热点领域。以磁异常探潜为例，需要原子磁强计具备高灵敏度的同时兼顾高稳定性，因此要求对原子磁强计噪声源进行稳定控制。采用抽运光极化原子是原子磁强计工作的前提，抽运光照射原子气室会使原子感受到一个虚假磁场，等效为引入系统测量误差，称为光频移：

式中，B_LS为光频移、r_e为电子半径、c为光速、Φ为光子通量、为圆偏振度、γ^e为电子旋磁比、V(v-v₀)为谱线型，与原子密度及光频率有关。

式(1)指出：光频移随抽运光频率、光强、偏振特性以及原子密度变化，任何上述参数的波动将引起光频移的扰动。

原子将同时响应光频移以及真实外磁场，并按照二者的矢量叠加进动，将光频移噪声转化为磁场测量噪声：

式中，为真实外磁场、为原子感受到的磁场。

光频移噪声是目前制约原子磁强计稳定性的主要噪声源之一，因此需要对其进行稳定控制。

目前抑制光频移的手段主要依靠充入大量缓冲气体来降低磁强计对光频移的敏感性。然而大量缓冲气体将使磁共振线宽展宽，降低了磁强计的灵敏度，这种控制方法无法兼顾磁异常探测对原子磁强计高灵敏度及高稳定度的应用需求。

发明内容

针对上述现有技术，本发明的目的在于提供本发明一种原子磁强计光频移的稳定控制系统，解决光频移的测量、控制不准确问题，提升光频移的控制精度。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案。

本发明一种原子磁强计光频移的稳定控制系统，该系统包括驱动光模块、检测光模块、原子气室、激励线圈、锁相放大器A、锁相放大器B和频率合成器DDS；

驱动光模块产生两束光强相同的左旋圆偏振驱动光和右旋圆偏振驱动光入射原子气室；

检测光模块产生两束同频、同偏振态的线偏振检测光入射原子气室；

调节驱动光模块和检测光模块，使检测光模块产生的两束检测光分别与驱动光模块产生的两束驱动光中的一束在原子气室内部交汇，两束检测光分别提取两束驱动光抽运的原子气室内原子的进动信息，实现独立的磁场测量；

原子气室外侧设置激励线圈激励两束驱动光极化的原子气室内原子，激励线圈产生的激励磁场沿检测光方向；