[发明专利]一种基于碱金属原子超精细能级塞曼分裂的共磁力仪

权利要求书

1.一种基于碱金属原子超精细能级塞曼分裂的共磁力仪，碱金属具有超精细分裂，两个超精细能级上的自旋进动方向相反，在碱金属中构成两个磁力仪，通过对这两个磁力仪的信号进行处理，实现角速度与磁场的高灵敏度测量，其特征在于，共磁力仪设有原子气室，

所述原子气室内部充有碱金属⁸⁷Rb，一对线圈位于原子气室z方向，用来产生z方向的磁场，一对线圈位于原子气室x方向，用来产生x方向的磁场；

泵浦激光系统输出的圆偏振激光照射原子气室内的⁸⁷Rb原子蒸气，使之产生极化；

探测激光系统输出的探测激光穿过原子气室并与⁸⁷Rb原子相互作用，带有⁸⁷Rb自旋进动信息的探测光穿过气室，入射到光电探测器(10)上；

光电探测器输出携带有⁸⁷Rb自旋的进动信息的电信号，经过增益调节器(11)、信号处理器(12)后，得到x线圈驱动磁场与z线圈驱动磁场，x线圈驱动磁场经过磁场驱动器Ⅰ(13)驱动x线圈，z线圈驱动磁场经过磁场驱动器Ⅱ(14)驱动z线圈；

其中，所述x线圈产生共振交流磁场，所述z线圈产生稳定的静磁场。

2.根据权利要求1所述的一种基于碱金属原子超精细能级塞曼分裂的共磁力仪，其特征在于，所述碱金属充入到原子气室，碱金属原子形成饱和蒸气，利用与碱金属原子共振的激光使碱金属原子极化，即产生自旋定向，碱金属自旋将会产生进动，由于γ_a、γ_b的符号相反，大小不同，它们具有不同的进动方向与频率，当将碱金属原子放在转动载体上时，它们的进动频率分别为，ωa＝γ_aB+Ω，ωb＝γ_bB+Ω，其中Ω为载体转动角速度，利用线性方程求解方法，解出即同时测量出角速度Ω与所述静磁场的磁场强度B，当用于陀螺仪时，利用进行磁场控制稳定，保证所测角速度不受磁场的影响；当用于磁力仪时，利用减小磁力仪转动时引入的测磁误差；

其中，γ_a、γ_b分别为所述碱金属原子两个超精细能级的旋磁比。

3.根据权利要求1所述的一种基于碱金属原子超精细能级塞曼分裂的共磁力仪，其特征在于，所述信号处理器(12)将⁸⁷Rb两个超精细能级的塞曼跃迁信号分别求出，然后进行移相，实现自旋的持续振荡；此外，利用两个超精细能级的自旋进动频率，实现磁场的稳定控制，角速度Ω与磁场强度B分别为：

4.根据权利要求1-3任一项所述的一种基于碱金属原子超精细能级塞曼分裂的共磁力仪，其特征在于，所述原子气室，采用透明玻璃制作；原子气室内部充入缓冲气体N₂或He气来减小原子与器壁的碰撞。

5.根据权利要求1-3任一项所述的一种基于碱金属原子超精细能级塞曼分裂的共磁力仪，其特征在于，所述原子气室的内部镀一层抗弛豫膜，减小气室内壁导致的退极化。

6.根据权利要求1-3任一项所述的一种基于碱金属原子超精细能级塞曼分裂的共磁力仪，其特征在于，所述泵浦激光系统、探测激光系统、线圈、光电探测器为芯片化结构。