[发明专利]一种基于多程环形光腔的光泵原子磁力仪

权利要求书

1.一种基于多程环形光腔的光泵原子磁力仪，其特征在于，包括多程环形光腔模块、探测光路模块、磁场控制模块和信号分析控制模块；

所述多程环形光腔模块包括原子气室(11)、入射腔镜(12)、出射腔镜(13)和第一反射镜(14)，所述入射腔镜(12)和出射腔镜(13)分别设置在原子气室(11)的探测激光入射光路和探测激光出射光路上，所述第一反射镜(14)用于实现探测激光在入射腔镜(12)和出射腔镜(13)之间的来回反射，通过入射腔镜(12)、出射腔镜(13)和第一反射镜(14)间方位的配合实现探测激光多次往返通过原子气室(11)；

所述探测光路模块包括探测激光器(21)、第二偏振分光镜(24)、第一光电探测器(25)和第二光电探测器(26)，所述探测激光器(21)用于向入射腔镜(12)发射探测激光，所述第二偏振分光镜(24)用于将从出射腔镜(13)射出的探测激光分为两束光功率相等的激光A和激光B，所述第一光电探测器(25)和第二光电探测器(26)分别设置在激光A和激光B的光路上并用于将光信号转化为电压信号；

所述磁场控制模块包括围绕原子气室(11)设置的磁场线圈(31)以及用于控制磁场线圈(31)产生磁场强度的磁场驱动源(32)，通过所述磁场线圈(31)实现对原子的屏蔽外部环境磁场以及施加功能磁场；

所述信号分析控制模块与第一光电探测器(25)、第二光电探测器(26)、磁场驱动源(32)分别连接，通过分析来自两个光电控制器的信号解算出原子自旋感受到的磁场强度数据并发出磁场控制信号。

2.根据权利要求1所述的基于多程环形光腔的光泵原子磁力仪，其特征在于，所述信号分析控制模块包括差分电路(41)和数据处理服务器(42)，所述差分电路(41)与第一光电探测器(25)、第二光电探测器(26)的信号输出端连接，并用于对来自两个光电探测器的输出信号做差分运算，所述数据处理服务器(42)与差分电路(41)、磁场驱动源(32)分别连接，并用于接收来自差分电路(41)的运算结果进行磁场信号解算且发出对应的磁场控制信号。

3.根据权利要求2所述的基于多程环形光腔的光泵原子磁力仪，其特征在于，还包括用于为原子气室(11)提供泵浦光的泵浦光路模块，所述泵浦光路模块包括用于发射泵浦激光的泵浦激光器(51)以及用于将线偏振激光转化为圆偏振激光的四分之一波片(55)。

4.根据权利要求3所述的基于多程环形光腔的光泵原子磁力仪，其特征在于，在所述原子气室(11)内，泵浦激光的光路与探测激光的光路垂直设置。

5.根据权利要求4所述的基于多程环形光腔的光泵原子磁力仪，其特征在于，所述泵浦光路模块还包括设置在四分之一波片(55)和原子气室(11)之间的扩束镜(56)，泵浦激光由所述扩束镜(56)扩束后辐照整个原子气室。

6.根据权利要求4所述的基于多程环形光腔的光泵原子磁力仪，其特征在于，所述泵浦光路模块还包括第三偏振分光镜(52)和泵浦激光控制器(53)，所述第三偏振分光镜(52)用于将从泵浦激光器(51)射出的泵浦激光分为主光束和参考光束，其中主光束作为射入原子气室(11)的泵浦光，参考光束反馈给泵浦激光控制器(53)实现对泵浦激光频率和功率的选择及稳定；

所述探测光路模块还包括第一偏振分光镜(22)和探测激光控制器(23)，所述第一偏振分光镜(22)用于将从探测激光器(11)射出的探测激光分为主光束和参考光束，其中主光束射入原子气室(11)中探测原子自旋的进动状态，参考光束反馈给探测激光控制器(23)实现对探测激光频率和功率的选择及稳定。

7.根据权利要求4所述的基于多程环形光腔的光泵原子磁力仪，其特征在于，所述原子气室(11)的泵浦激光出射光路与第一反射镜(14)的位置重合，所述泵浦光路模块还包括光隔离器(57)，所述光隔离器(57)设置在原子气室(11)的泵浦激光出射光路上且位于原子气室(11)和第一反射镜(14)之间，用于避免泵浦光因反射作用返回原子气室进而造成原子自旋极化损失。