[发明专利]一种基于3D打印技术的一体化磁力仪探头及其制作方法

权利要求书

1.一种使用3D打印技术设计制成的一体化磁力仪探头，其特征是，由使用3D打印技术设计制成的多个模块构成，包括：泵浦光光路模块、探测光光路模块、原子气室模块、稳功率模块、光纤连接模块和探头的母体支架；

其中，所述探测光光路模块包括：第一起偏器和起偏器的固定结构、探测光光路分光器件、两个三角反射镜和反射镜的固定结构、调整探测光的器件、偏振分光器件沃拉斯顿棱镜及其固定结构；第一起偏器用于使进入探头的探测光偏振度更高；探测光光路分光器件用于调整探测光的光强大小；沃拉斯顿棱镜用于线偏探测光进行偏振检测的偏振分光器件；

所述探测光光路模块中，探测光光路分光器件具体包括第一半波片、第一PBS和二者的固定结构；调整探测光的器件具体包括第二半波片、第二起偏器和二者的固定结构；

所述泵浦光光路模块包括：第三起偏器和固定起偏器的结构、泵浦光光路分光器件、调整泵浦光的器件、四分之一波片和波片固定结构；第三起偏器用于使得进入探头的泵浦光偏振性更高；泵浦光光路分光器件用于调整泵浦光的光强大小；调整泵浦光的器件用于同时改变泵浦光偏振方向及调整泵浦光进入气室前的光功率；四分之一波片用于将线偏振光转换成圆偏振光；

所述原子气室模块包括：镀膜原子气室及其固定结构；镀膜原子气室为圆柱形玻璃结构且中间位置带有尾巴凸起；镀膜原子气室的固定结构为夹持支架；原子气室与夹持支架通过无磁的PEEK螺钉和螺母锁紧固定；

所述稳功率模块包括：第一无磁光电二极管、第二无磁光电二极管、比例-积分-微分控制器；无磁光电二极管用于检测泵浦光和探测光的光功率；比例-积分-微分控制器用于进行电信号反馈；无磁光电二极管黏贴在探头的母体支架上，用于接收泵浦光光路模块中通过泵浦光光路分光器件分出的光源和探测光光路模块中通过探测光光路分光器件分出的光源，并转换成电信号，作为比例-积分-微分控制器的输入端；比例-积分-微分控制器通过控制声光调制器主动稳定激光功率；

所述光纤连接模块包括：泵浦光引入单模光纤、泵浦光引入单模光纤的光纤准直器及其固定结构、探测光引入单模光纤、探测光引入单模光纤的光纤准直器及其固定结构、多模光纤及其固定结构；所述泵浦光引入单模光纤用于将泵浦光激光系统发出的泵浦光引入探头；探测光引入单模光纤用于将探测光激光系统发出的探测光引入探头；多模光纤用于将探头内的空间光引入平衡探测器进行差分探测；

探头的母体支架用于支撑和固定上述所有模块，制成完整的一体化磁力仪探头。

2.如权利要求1所述的使用3D打印技术设计制成的一体化磁力仪探头，其特征是，所述泵浦光光路模块中，调整泵浦光的器件具体包括第三半波片、第四起偏器和二者的固定结构；分光器件具体包括第四半波片、第二PBS和二者的固定结构。

3.如权利要求1所述的使用3D打印技术设计制成的一体化磁力仪探头，其特征是，探头的母体支架通过PEEK螺钉、螺母和胶水固定磁力仪探头的各个模块。

4.如权利要求1所述的使用3D打印技术设计制成的一体化磁力仪探头，其特征是，磁力仪探头的多个模块均通过3D打印的选择性激光烧结技术，采用PA12尼龙作为3D打印原材料制作得到。

5.如权利要求1所述的使用3D打印技术设计制成的一体化磁力仪探头，其特征是，所述探测光光路模块采用两个三角反射镜，使得探测光传播方向形成回路，有效压缩磁力仪探头的体积。

6.如权利要求1所述的使用3D打印技术设计制成的一体化磁力仪探头，其特征是，三角反射镜使得光路偏转90°。

7.如权利要求1所述的使用3D打印技术设计制成的一体化磁力仪探头，其特征是，所述磁力仪探头的光学元件的固定结构均可进行旋转和调节；所述磁力仪探头的光学元件包括：起偏器、反射镜、偏振分光器件沃拉斯顿棱镜、半波片、PBS、四分之一波片、光纤准直器和多模光纤。

8.如权利要求1所述的使用3D打印技术设计制成的一体化磁力仪探头，其特征是，镀膜原子气室的长度为30mm，直径为20mm；镀膜原子气室与夹持支架通过无磁PEEK螺钉和螺母进行锁紧固定。

9.如权利要求1所述的使用3D打印技术设计制成的一体化磁力仪探头，其特征是，所述磁力仪探头在47000nT磁场环境下，噪声功率谱密度达到磁力仪探头的尺寸为不超过270mm×240mm×50mm。