[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

说明书

本发明公布了一种基于3D打印技术的小型一体化磁力仪探头及其制作方法，磁力仪探头由使用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；探头的母体支架通过PEEK螺钉、螺母或胶水固定磁力仪探头的各个模块；光学元件的固定结构可进行旋转和调节，磁力仪探头的尺寸不超过270mm×240mm×50mm。本发明解决了使用现有钻头设计磁力仪探头时自由度受限的问题，适用于所有种类磁力仪的探头设计。本发明提供的磁力仪探头可在无屏蔽环境中正常工作，在47000nT磁场环境下，噪声功率谱密度达到

技术领域

本发明涉及磁传感器设计技术领域，尤其涉及一种采用3D打印技术设计的一体化、小型化、可搬运的磁力仪探头。本发明适用于包括原子磁力仪的所有种类的磁力仪探头的设计和制备。

背景技术

原子磁力计(AM)是基于磁场中的光与原子相互作用的高灵敏度磁场检测装置。由于其极高的灵敏度，原子磁力仪被广泛应用于诸如物理探测，外太空磁场测量和生物医学等领域。在这些应用中，紧凑且便携的磁力仪探头具备很大的优势。然而，磁力仪探头的复杂几何形状和其组件的非磁性要求使得其在制造过程中面临很大的挑战。

通常情况下，磁力仪探头包括原子气室，其是整个磁力仪系统的磁场敏感部件，以及至少一个透过原子气室的光束。因此，磁力仪探头必须为光学路径提供足够的空间，并为光学元件的安装留出空间。然而，由于磁力仪探头内部空间狭窄且曲折，现有传统的钻头不能达到这些空间，特别是当传感器中存在多个光束时，例如在具有调幅光的非线性磁光旋转(NMOR)磁力计中(NMOR磁力仪是能在地球磁场中工作的最灵敏的原子磁力仪之一)。因此，使用现有的传统方法进行磁力仪探头设计与制作时，自由度受到极大的限制。采用现有方法设计制成的磁力仪探头需要把光路拆成几个不同的部分，然后再拼装，使得其结构不够紧凑，占用空间大，磁力仪系统的灵敏度不高。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提出了一种将3D打印技术应用于一体化、小型化、可移动的磁力仪探头的设计的技术方案，并实现制作完整的一体化、小型化、可搬运的磁力仪探头，解决了使用传统钻头设计磁力仪探头时自由度受限的问题。经检测，本发明提供的磁力仪探头可在无屏蔽环境中正常工作，在47000nT磁场环境下，噪声功率谱密度达到本发明技术方案适用于所有种类磁力仪的探头设计。

本发明的技术方案是：

一种使用3D打印技术设计的一体化、小型化、可移动的磁力仪探头，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，以上所有模块通过软件设计完成后，使用被称为PA12的尼龙作为原材料，利用3D打印中的选择性激光烧结技术制成。这里使用的选择性激光烧结技术和PA12材料仅作为举例，3D打印中的其他技术和材料亦可以实现。

其中，所述泵浦光光路模块包括：用于使进入探头的泵浦光偏振性更高的第三起偏器和固定起偏器的结构；

用于调整泵浦光光强大小的分光器件，具体包括第四半波片、第二偏振分光棱镜(PBS)和固定二者的结构；

同时用于改变光偏振方向及调整泵浦光进的气室前的光功率的器件，具体包括第三半波片、第四起偏器和二者的固定结构；

用于将线偏振光转换成圆偏振光的四分之一波片及其固定结构。

所述的探测光光路模块包括：

用于使进入探头的探测光偏振度更高的第一起偏器和起偏器的固定结构；

用于调整探测光光强大小的分光器件，具体包括第一半波片、第一偏振分光棱镜(PBS)和二者的固定结构；

用于改变探测光传播方向的第一、第二三角反射镜和反射镜的固定结构；