[发明专利]一种基于光场幅度调制的标量磁场梯度测量装置及方法

权利要求书

1.一种基于光场幅度调制的标量磁场梯度测量装置，其特征在于包括：激光器、光纤分束器、第一原子气室、第二原子气室、激光器控制电路、第一探测器、第二探测器和处理器；处理器通过激光器控制电路使激光器输出激光，激光频率与原子跃迁共振，且激光幅度周期性变化，激光器发出的激光经过光纤分束器分别入射到第一原子气室和第二原子气室中，与原子作用后分别由第一探测器和第二探测器接收，探测器输出的电压信号发送到处理器；处理器改变激光幅度的调制频率，当频率值与原子拉莫尔进动频率相同时，从原子气室出射的激光光谱出现极大值，通过拉莫尔频率计算得到磁场值；通过测量第一原子气室和第二原子气室位置处的磁场，计算得到磁场梯度值；

所述第一原子气室和第二原子气室中充有⁸⁷Rb原子，选用光纤输出的VCSEL激光器作为光源，激光波长为795nm，与⁸⁷Rb原子的D1线共振，幅度调制的频率范围设置为35kHz～500kHz，使激光器输出光功率在最大值120uW和最小值0uW之间周期变化；所述光纤分束器采用Thorlabs公司的PN780R5A1型光纤耦合器，分光比为50:50。

2.根据权利要求1所述的一种基于光场幅度调制的标量磁场梯度测量装置，其特征在于：所述计算得到磁场梯度值的具体过程为：第一原子气室和第二原子气室位置处的磁场先进行差分计算，再与基线值L相除，得到磁场梯度值；所述基线值为第一原子气室中心与第二原子气室中心之间的距离。

3.一种基于光场幅度调制的标量磁场梯度测量方法，其特征在于步骤如下：

步骤一：调节所述激光器控制电路，使激光器输出功率恒定且频率与原子本征跃迁共振的激光；

步骤二：确定第一原子气室中原子的拉莫尔进动频率w₁；

步骤三：确定第二原子气室中原子的拉莫尔进动频率w₂；

步骤四：计算第一原子气室和第二原子气室中原子拉莫尔进动频率的差值Δw＝w₁-w₂；

步骤五：计算得到磁场梯度值；

所述步骤二确定第一原子气室中原子的拉莫尔进动频率w₁的具体过程为：

11)利用第一探测器测量从第一原子气室出射的激光，将光强转化为电压值后，发送到处理器；

12)处理器改变激光幅度的调制频率；

13)确定从第一原子气室出射的激光光谱极大值对应的调制频率，即为w₁。

4.根据权利要求3所述的一种基于光场幅度调制的标量磁场梯度测量方法，其特征在于：所述步骤三确定第二原子气室中原子的拉莫尔进动频率w₂的具体过程为：

21)利用第二探测器测量从第二原子气室出射的激光，将光强转化为电压值后，发送到处理器；

22)处理器改变激光幅度的调制频率；

23)确定从第二原子气室出射的激光光谱极大值对应的调制频率，即为w₂。

5.根据权利要求3所述的一种基于光场幅度调制的标量磁场梯度测量方法，其特征在于：所述步骤五磁场梯度值ΔB＝Δw/(r×L)＝(w₁-w₂)/(r×L)，其中r为原子的旋磁比，L为基线值。