[发明专利]基于多信号融合的弱磁场检测装置

权利要求书

1.一种基于多信号融合的弱磁场检测装置，包括多层磁屏蔽罩（1）、线偏振探测光（2）、高反射镜上的圆孔（3）、碱金属原子气室（4）、高反射镜片（5）、碱金属原子（6）、圆偏振抽运光（7）、半透半反镜片（8）、检偏器（9）、信号处理电路（10）、光电二极管阵列（11），其特征在于：所述碱金属原子气室（4）置于多层磁屏蔽罩（1）内，所述碱金属原子气室（4）内设有高反射镜片（5）和半透半反镜片（8），高反射镜片（5）与半透半反镜片（8）之间的空腔中具有碱金属原子（6），多层磁屏蔽罩（1）下面放置检偏器（9）和信号处理电路（10），信号处理电路（10）上面设有光电二极管阵列（11）；所述圆偏振抽运光（7）从外部穿入碱金属原子气室（4），所述线偏振探测光（2）从外部穿过高反射镜（5）上的圆孔（3）进入碱金属原子气室（4），在圆偏振抽运光（7）的不断抽运下碱金属原子（6）产生极化，并在外部磁场的作用下产生的磁矩，磁矩使碱金属原子（6）的角动量与线偏振探测光（2）的光子相互作用使线偏振探测光（2）的偏振面发生偏转，该偏转角度与外部磁场、线偏振探测光（2）在碱金属原子气室（4）中的光程成比例；偏转的线偏振探测光（2）经高反射镜（5）和半透半反镜片（8）产生多次反射，在半透半反镜片（8）上的一部分光被反射回原子气室，另一部分透射后经过检偏器（9）进入光电二极管阵列（11）上对应的光电二极管，由光电二极管阵列（11）中的各个光电二极管分别接收不同偏振面偏转角、振幅值、相位信息的线偏振探测光（2）的状态信号；所述信号处理电路（10）采集光电二极管阵列（11）上传输的多个光信号，并对每一路信号进行分析、对比，从而得到线偏振探测光（2）经历每一次反射后的变化信息，并分别处理每一次反射后的光信息变化同，可以更好、更准确地研究碱金属原子在外磁场作用下的量子信息，研究探测光在碱金属原子与外磁场共同作用下的偏振态及相位信息的变化，从而提高弱磁场的检测灵敏度、分辨率。

2.根据权利要求1所述的基于多信号融合的弱磁场检测装置，其特征在于：所述的多层磁屏蔽罩（1）为超磁导率的坡莫合金材料，其成分为78%Ni-Fe合金中加入铌、钽、钼、铬、钛、铝、锰元素，其硬度Hv>200。

3.根据权利要求1所述的基于多信号融合的弱磁场检测装置，其特征在于：所述的线偏振探测光（2）和圆偏振抽运光（7）为与碱金属原子塞曼分裂谱线对应波长的激光，钾原子对应激光波长为770.1nm、铷原子对应激光波长为794.2nm、铯原子对应激光波长为894.5nm。

4.根据权利要求1所述的基于多信号融合的弱磁场检测装置，其特征在于：所述的碱金属原子气室（4）、高反射镜片（5）和半透半反镜片（8）的材料均为耐高温、热膨胀系数小，光学透过率高的熔融石英玻璃JGS2。

5.根据权利要求1所述的基于多信号融合的弱磁场检测装置，其特征在于：所述的碱金属原子（6）为钾、铷、铯中的一种或该三种碱金属原子的任一组合。

6.根据权利要求1所述的基于多信号融合的弱磁场检测装置，其特征在于：所述高反射镜片（5）和半透半反镜片（8）通过激光透射焊接与碱金属原子气室（4）的内壁严密粘合。

7.根据权利要求1所述的基于多信号融合的弱磁场检测装置，其特征在于：所述的高反射镜片（5）和半透半反镜片（8）为曲率、尺寸均相同的反射镜，且曲率和尺寸与线偏振探测光（2）多次反射要求相适配，反射镜为球面、非球面、自由曲面、柱面反射镜中的一种。

8.根据权利要求1所述的基于多信号融合的弱磁场检测装置，其特征在于：所述的高反射镜片（5）的反射面镀有高反射率膜，高反射率膜为近红外介质膜。

9.根据权利要求1所述的基于多信号融合的弱磁场检测装置，其特征在于：所述的检偏器（9）为石英材料制成的针对线偏振探测光（2）的波长的波片，检偏器（9）用来判断探测光的偏振态变化。

10.根据权利要求1所述的基于多信号融合的弱磁场检测装置，其特征在于：所述的信号处理电路（10）为根据光电二极管阵列（11）的要求来完成电荷/电压转换、电流/电压转换、频率/电压转换，并对变换后的电信号实现放大、有源滤波或运算的集成电路，通过所述集成电路运算结果最终得到光信号变化值与磁场强度变化值之间的对应关系。