[发明专利]一种无盲区激光光泵磁力仪探头

说明书

本发明公开了一种无盲区激光光泵磁力仪探头，使用激光作为光泵的光源，通过采用单光源以及布置在两个互相垂直的平面内且轴对称的四个极化单元，克服M_z结构、M_x结构以及Bell‑bloom结构等类型激光光泵磁力仪所固有的盲区特性；对一般的M_z结构、M_x结构以及Bell‑bloom结构等类型激光光泵磁力仪，当探头与磁场之间的夹角在一定范围时，磁力仪获取不到信号，产生盲区，本发明的探头结构对任意方向的磁场均能正常工作，且采用单光源与凹面镜的设计，具有工作稳定、结构简单、体积较小等优点。

技术领域

本发明属于磁力计量技术领域，具体涉及一种无盲区激光光泵磁力仪探头。

背景技术

碱金属或氦原子能级在弱磁场中产生塞曼分裂，能级分裂大小与磁场大小成正比。在热平衡条件下，各塞曼子能级遵从波尔兹曼分布，各能级接近均匀分布。在光泵浦作用下，特定偏振状态的光被工作原子吸收，原子对光的吸收在满足能量守恒的同时还受到选择定则的约束，原子热平衡状态在光泵浦作用下被打破而产生一定的自旋取向，在光传播方向上形成宏观磁矩。宏观磁矩使原子在磁场中受到力矩作用，其围绕磁场作拉莫尔进动，进动频率与磁场成正比，可表示为ω＝γB，γ为旋磁比。利用射频线圈产生的射频频率与拉莫尔频率产生共振的方法，或者利用对激光波长、强度或偏振态的调制频率与拉莫尔频率产生共振的方法，通过信号检测系统获取拉莫尔频率，根据其与磁场的正比例关系，得到磁场大小。

以上是光泵磁力仪的基本原理。以磁场方向为z方向，磁场与光传播方向的夹角用θ表示，信号大小与θ角相关。对于M_z结构光泵原子磁力仪，信号大小与cos²θ成正比，当θ＝0°、180°时，信号最大，而当θ＝90°、270°时，信号为0，产生盲区。对于M_x结构光泵原子磁力仪，信号大小与sinθcosθ成正比，当θ＝45°、135°、225°、315°时，信号最大，而当θ＝0°、90°、180°、270°时，信号为0，产生盲区。对于Bell-bloom结构光泵原子磁力仪，信号大小与sin²θ成正比，当θ＝90°、270°时，信号最大，而当θ＝0°、180°时，信号为0，产生盲区。

在实际应用中，由于待测磁场未知，当磁场与仪器间的角度处于或接近盲区时，导致信号很小甚至没有信号，需要不断调节仪器方位。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种无盲区激光光泵磁力仪探头，能够解决测试盲区，具有结构简单、工作稳定等优点。

一种激光光泵磁力仪探头，包括光电探测器(1)、激光器(2)、扩束器(3)、第二凹透镜(10)、凹面镜(11)以及四个单元；

其中，光电探测器(1)、激光器(2)、扩束器(3)和第二凹透镜(10)均位于凹面镜(11)的主轴上；凹透镜焦点(9)为第二凹透镜(10)的焦点，激光器(2)和扩束器(3)从远至近位于凹透镜焦点(9)的一侧，第二凹透镜(10)和凹面镜(11)位于凹透镜焦点(9)的另一侧；

凹透镜焦点(9)与光电探测器(1)满足凹面镜成像条件，即：1/u+1/v＝2/R，其中，u、v分别为物距和像距，R为凹面镜(11)的半径；

四个单元分别位于两个互相垂直的平面，且四个单元相对于凹面镜(11)的主轴对称；每个单元从像面到物面依次包括共轴布置的凹透镜(8)、偏振片(7)、1/4波片(6)、原子吸收室(5)以及凸透镜(4)；

其中，凸透镜(4)与光电探测器(1)的距离等于凸透镜(4)的焦距；凹透镜(8)与光电探测器(1)之间的距离等于凹透镜(8)的焦距。

较佳的，各单元的光轴与凹面镜(11)主轴的夹角为20°。

本发明具有如下有益效果：