[发明专利]原子磁力计及其碱金属原子气室压强的原位检测方法

权利要求书

1.原子磁力计，其特征在于，包括光源、起偏器、四分之一波片、碱金属原子气室、无磁电加热膜、光学微腔、微纳光纤、分光棱镜、光谱仪、光电探测器和信号处理电路；所述的无磁电加热膜设置在碱金属原子气室外表面，用于给碱金属原子气室加热；所述的光学微腔与微纳光纤相接触并且集成在所述碱金属原子气室内；光源发出的光依次经过起偏器、四分之一波片后入射到加热后的碱金属原子气室中和微纳光纤的一端，在微纳光纤中传播的光耦合到光学微腔，然后通过微纳光纤的另一端射出后入射到分光棱镜；从碱金属原子气室射出的光也入射到分光棱镜；分光棱镜将接收的光分为两束，一束入射到光谱仪中检测光学微腔的谐振波长及波长变化量，计算出碱金属原子气室中的压强；另一束光入射到光电探测器，经光电探测器、信号处理电路处理后得到原子磁力计的外部磁场。

2.根据权利要求1所述的原子磁力计，其特征在于，使用无磁电加热膜将碱金属原子气室加热至120℃～200℃。

3.根据权利要求1所述的原子磁力计，其特征在于，所述的光学微腔与微纳光纤的材质为熔融石英，并且光学微腔与微纳光纤通过低折射率的聚合物封装。

4.根据权利要求1所述的原子磁力计，其特征在于，所述的光学微腔的直径不超过500微米。

5.根据权利要求1所述的原子磁力计，其特征在于，光学微腔的谐振波长与碱金属原子气室内碱金属原子的吸收波长不相同，使得在测量碱金属原子气室的压强时，光学微腔的谐振波长不与碱金属原子的吸收波长重合。

6.根据权利要求1所述的原子磁力计，其特征在于，微纳光纤的腰区直径为1微米～10微米。

7.根据权利要求1所述的原子磁力计，其特征在于，碱金属原子气室中的压强的计算公式为：

其中：λ为光学微腔的谐振波长，Δλ为波长的变化量，P为碱金属原子气室内的压强，G和ν为光学微腔的材质的剪切模量和泊松比，n为光学微腔的材质的折射率，C₁和C₂为光学微腔的材质的弹光系数。

8.原子磁力计的碱金属原子气室压强的原位检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1、光源发出的光经过起偏器后变成线偏振光；

步骤S2、线偏振光入射到四分之一波片后成为圆偏振光；

步骤S3、圆偏振光入射到加热后的碱金属原子气室中，沿着碱金属原子气室中的微纳光纤传播后射出的光及从碱金属原子气室射出的光入射到分光棱镜；同时在微纳光纤中传播的光耦合到光学微腔；

步骤S4、分光棱镜将接收的光分为两束，一束入射到光谱仪中检测光学微腔的谐振波长及波长变化量，另一束入射到光电探测器，经光电转换、信号处理后得到原子磁力计所处的外部环境的磁场；

步骤S5、根据光学微腔的谐振波长及波长变化量计算出碱金属原子气室中的压强。

9.根据权利要求8所述的原子磁力计的碱金属原子气室压强的原位检测方法，其特征在于，所述的步骤S5中碱金属原子气室中的压强的计算公式为：

其中：λ为光学微腔的谐振波长，Δλ为波长的变化量，P为碱金属原子气室内的压强，G和ν为光学微腔的材质的剪切模量和泊松比，n为光学微腔的材质的折射率，C₁和C₂为光学微腔的材质的弹光系数。