[发明专利]一种高灵敏度原子磁力仪的灵敏度指标标定方法

说明书

本发明公开了一种高灵敏度原子磁力仪的灵敏度指标标定方法，在传统的三轴恒定磁场线圈中，利用待测原子磁力仪、新增的恒定磁场线圈及信号处理电路B构成二级闭合反馈系统进一步抵消干扰磁场，将环境中的磁场噪声控制在待测原子磁力仪的灵敏度水平；待测原子磁力仪在所述环境下测量磁场波动，并对测量数据进行处理分析获得原子磁力仪的灵敏度指标。本发明能够进一步抵消干扰磁场，将稳恒磁场的噪声水平提高到待测磁力仪的灵敏度量级，进而测得待测原子磁力仪的灵敏度指标。

技术领域

本发明涉及量子精密测量技术领域，具体涉及一种高灵敏度原子磁力仪的灵敏度指标标定方法。

背景技术

原子磁力仪利用了极化后原子的自旋来测量磁场，即测量其最外层电子自旋被极化后的原子在外磁场中的旋进，属于电子旋进磁力仪。原子磁力仪一般采用氦(⁴He)、气态碱金属元素(⁸⁵Rb、⁸⁷Rb、¹³³Cs、³⁹K)和汞蒸气(Hg)作为工作物质，是用于检测微弱磁场的新型磁力仪，具有非常高的灵敏度。原子磁力仪样机完成后需要对其技术指标进行标定，其中一项重要指标就是磁力仪的灵敏度。磁力仪的灵敏度一般采用其噪声功率谱来衡量，表征了磁力仪在不同频率点下可响应的最小量。标定磁力仪的灵敏度时，首先要制备一个高稳定性的恒定磁场，然后将原子磁力仪置于该稳恒磁场中，并连续测量一段时间，自动记录数据，利用数据进行噪声功率谱分析，读取噪声谱本底数据，最终获得磁力仪的灵敏度指标。

为了产生一个稳恒磁场，首先要解决的是地磁场以及外界环境所带来的各种成分复杂的磁场干扰，其次是产生高稳定性的恒定磁场。目前，产生的稳恒磁场的噪声水平在pT量级。但是，当标定的原子磁力仪的灵敏度指标为fT水平，放置于目前所制备的pT量级的稳恒磁场中时，高灵敏度原子磁力仪将不能被准确标定。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种高灵敏度原子磁力仪的灵敏度指标标定方法，进一步抵消干扰磁场，将稳恒磁场的噪声水平提高到待测磁力仪的灵敏度量级，进而测得待测原子磁力仪的灵敏度指标。

本发明的具体实施方案如下：

一种高灵敏度原子磁力仪的灵敏度指标标定方法，在传统的三轴恒定磁场线圈中，利用待测原子磁力仪、新增的恒定磁场线圈及信号处理电路B构成二级闭合反馈系统进一步抵消干扰磁场，将环境中的磁场噪声控制在待测原子磁力仪的灵敏度水平；待测原子磁力仪在所述环境下测量磁场波动，并对测量数据进行处理分析获得原子磁力仪的灵敏度指标。

进一步地，所述三轴恒定磁场线圈包含两套绕组：一套用于抵消地磁场在三轴方向的分量，同时可以在三轴方向设置指定大小的恒定磁场；另一套用于与标准磁力仪、信号处理电路A构成一级闭合反馈系统，实时测量环境磁场波动并对环境磁场进行反馈补偿，抵消干扰磁场，将磁场噪声控制在pT量级水平。

进一步地，所述标准磁力仪采用光泵磁力仪。

有益效果：

1、本发明在原来的三轴恒定磁场线圈中再增加一套恒定磁场线圈，利用待标定的原子磁力仪构成另外一个闭合反馈系统，进一步抵消干扰磁场，将稳恒磁场的噪声水平提高到待测磁力仪的灵敏度量级。满足高灵敏度原子磁力仪的标定需求，进而测得待测原子磁力仪的灵敏度指标。

2、本发明所述的三轴恒定磁场线圈除了可以在三轴方向设置指定大小的恒定磁场外，还能够实时测量环境磁场波动，并通过线圈进行第一级反馈补偿，抵消干扰磁场，确保所设置磁场的稳定性。

3、本发明采用光泵磁力仪作为第一级反馈补偿系统中的测量装备，测量精度高，响应频带宽。

附图说明

图1是本发明方法的测量系统示意图。

其中，1-光泵磁力仪，2-三轴恒定磁场线圈，3-恒定磁场线圈，4-待测原子磁力仪。