[发明专利]一种全光纤磁强计装置

说明书

本发明公开了一种全光纤磁强计装置，包括：抽光纤气室模块，抽运光模块和检测光模块三部分组成，所有光学元件为光纤器件。光纤气室模块包含为空芯光纤碱金属气室、电加热模块和磁屏蔽模块组成。空芯光纤碱金属气室通过在空芯光纤内充有碱金属原子、惰性气体和缓冲气体实现；空芯光纤碱金属气室检测光路。电加热模块用来调节光纤气室工作温度，磁屏蔽用来屏蔽和补偿环境磁场。抽运光模块由抽运激光器、圆起偏器和隔离器组成并产生圆偏振抽运光，用来极化光纤气室内原子系综。根据本发明，能够实现微弱磁场测量，光学器件采用全光纤器件，具有精度和灵敏度高，稳定性强，空间分辨率高，体积小和重量轻。

技术领域

本发明涉及弱磁场检测的技术领域，特别涉及一种全光纤磁强计装置。

背景技术

磁场测量技术在军事国防，医学，资源勘探，生活(经济民生)等多个领域广泛应用，发挥着重要的作用目前磁强计发展迅速，以塞曼效应为基础，通过测量原子自旋进动实现对微弱磁场的测量。这种磁强计相对于之前应用广泛的超导量子干涉仪解决了其需要庞大的杜瓦瓶维持低温而造成的成本高的问题。并且灵敏度高，目前实验室灵敏度可以达到0.54fT。其原理是：一束圆偏振激光照射混有气态K原子和He原子的原子气室，K原子最外层有一个未配对的电子会吸收圆偏振激光的能量，进入原子自旋极化状态。此时，再用一束探测激光射入原子气室，其偏振角发生转动且转动的角度取决于电子自旋与探测激光的角度。近几年来，不断有科学家对原子磁力仪进行深入研究，给原子磁力仪带来源源不断的新的研究方法和成果。以普林斯顿大学和华盛顿大学为首的教授团队实现了0.54fT/√HZ的灵敏度，达到目前世界最高灵敏度。在国内，同样有着深入的研究成果。北京航空航天大学课题组有着目前为止国内最高灵敏度的磁强计，实现了单通道灵敏度为8fT/√HZ。原子磁力仪目前多应用于心脑磁，航空导航，火山地质测量，水下潜艇等多个领域中。

目前有多种测量方法测量原子自旋进动信号，通常采用的是线偏振光的检测法：用圆偏振激光抽运碱金属原子，使原子进入自旋极化状态，当外界有磁场时原子会发生与磁场成比例的原子进动。因此会对入射的线偏振光旋转其偏振角，通过测量偏振角可以测出原子自旋进动信号。这种方法对光源和环境的稳定性要求高，限制了精度的提高。金属原子气室同样对左右圆偏振光具有延迟的效果。

发明内容

针对现有技术中存在的不足之处，本发明的目的是提供一种全光纤磁强计装置，能够实现微弱磁场测量，光学器件采用全光纤器件，具有精度和灵敏度高，稳定性强，空间分辨率高，体积小和重量轻。为了实现根据本发明的上述目的和其他优点，提供了一种全光纤磁强计装置，包括：

光电耦合器，所述光电耦合器上连接有检测光模块、光纤气室模块及抽运光模块；

所述光纤气室模块包括光纤碱金属气室、设置于光纤外的加热装置、包裹所述加热装置的磁屏蔽件及设置于所述光纤碱金属气室一侧的光线反射镜；

所述抽运光模块包括抽运光源、与所述抽运光源通过保偏光纤连接的圆起偏器及与所述圆起偏器通过保偏光纤连接的圆隔离器；

所述检测光模块包括检测光源、与所述检测光源通过单模光纤连接的环形器、与所述环形器通过单模光纤连接的的起偏器、与所述起偏器通过保偏光纤熔接的相位调制器、与所述环形器通过光纤连接的探测器、与所述探测器通过电缆连接的锁相放大器，所述锁相放大器与相位调制器通过电缆连接；

所述检测光模块还包括光纤延迟线、滤波器及1/4波片，所述光纤延迟线将锁相放大器与滤波器相连。

优选的，所述光纤碱金属气室通过空芯光纤内充入碱金属原子、惰性气体和缓冲气体，且所述空芯光纤两端与保偏光纤进行熔接。

优选的，所述抽运光源通过圆起偏器变成圆振偏光，通过光纤光路进入原子光纤碱金属气室，使原子进入自旋极化状态。