[发明专利]一种针对交变磁场的宽频带测量系统及方法

说明书

本发明公开了一种针对交变磁场的宽频带测量系统及方法，利用多个虚拟磁场作用下的原子与待测交变磁场发生磁共振作用，探测引起的光强变化并处理，得到待测交变磁场的幅值。本发明能够响应的交变磁场的频带范围很宽，可满足安装于运动平台上的原子磁力仪对宽频带地磁场测量的需求。

技术领域

本发明涉及量子精密测量、空间磁场探测技术领域，具体涉及一种针对交变磁场的宽频带测量系统及方法。

背景技术

地磁场是一种重要的空间物理场，对地磁场的精确测量对空间磁测、资源勘探、军事探潜以及地磁匹配导航等都具有极重要的意义。然而，安装于卫星、飞机、导弹等运动平台上的原子磁力仪在对地磁场测量过程中，往往会受到来自于载体自身的磁场干扰，例如：1)铁磁材料的载体会被地磁场磁化而产生感应磁场；2)载体运动时通过自身导体材料的磁通会发生改变，进而产生涡流磁场；3)载体所携带的电器设备中的电流产生的干扰磁场。这些干扰磁场频率成分复杂，从几赫兹到几十甚至上百兆赫兹，尽管这些磁场幅值通常比较微弱，可是如果不能将它们测量并滤掉，就会对地磁场的高精度测量造成困难。因此，在基于运动平台的地磁场高精度测量过程中，需对宽频带的交变干扰磁场进行测量，为滤波降噪提供依据，且利于有针对性的地磁干扰补偿。

目前，针对交变磁场，常用的低频磁传感器包括磁通门磁强计、质子磁力仪、光泵磁力仪、超导量子干涉磁力仪和部分原子磁力仪。这些磁力仪的响应频段一般在直流到几赫兹或几十赫兹，最大不超过几百赫兹之间，不能响应更高频的磁场。常用的高频磁传感器就是感应式磁力仪，其基于法拉第电磁感应原理，频率响应在几赫兹以上，几十或几百kHz以下，MHz以上的交变磁场仍难以响应，难以满足地磁场高精度测量的需求。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种针对交变磁场的宽频带测量系统及方法，能够响应的交变磁场的频带范围很宽，可满足安装于运动平台上的原子磁力仪宽频带地磁场测量的需求。

本发明的具体实施方案如下：

一种针对交变磁场的宽频带测量方法，所述测量方法利用多个虚拟磁场作用下的原子与待测交变磁场发生磁共振作用，探测引起的光强变化并处理，得到待测交变磁场的幅值。

进一步地，所述多个虚拟磁场的强度大小呈等差数列。

进一步地，所述多个虚拟磁场是激光通过微透镜阵列后经过四分之一波片转化，聚焦到原子气室内的气态碱金属原子上形成的。

一种针对交变磁场的宽频带测量系统，由激光模块、分光模块、原子气室、信号检测及处理模块组成；

所述激光模块用于提供产生虚拟磁场的激光以及泵浦光；

所述分光模块用于将所述激光形成多束圆偏振光；

所述原子气室内部为气态碱金属原子，多束圆偏振光作用在气态碱金属原子上形成多个虚拟磁场；

所述信号检测及处理模块用于检测由于多个虚拟磁场作用下的原子与待测交变磁场发生磁共振作用引起的光强变化，并处理得到待测交变磁场的幅值。

进一步地，所述激光模块包括两个半导体激光器和空间光调制器；

一个半导体激光器发出的激光经空间光调制器调节后形成多束强度大小呈等差数列的激光，另一个半导体激光器发出的激光作为泵浦光。

进一步地，所述分光模块包括微透镜阵列和四分之一波片；

所述激光通过微透镜阵列形成多束聚焦光，再经过四分之一波片转化，形成多束圆偏振光聚焦到原子气室内的气态碱金属原子上。

进一步地，所述原子气室内充入惰性缓冲气体并在原子气室壁上镀膜，通过加热将碱金属原子由固体变为气态。

有益效果：