[发明专利]一种实现SERF磁力仪矢量磁场测量的方法和系统

权利要求书

1.一种实现SERF磁力仪矢量磁场测量的方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)磁力仪工作在无自旋交换弛豫的状态，并且实现差分探测；

2)通过在三维磁场线圈的x方向和y方向上各施加一个频率振幅相同，但是相位相差90度的射频磁场，完成x方向和y方向的磁场调零；

3)改变射频磁场的频率，使得z方向磁场为零的点处在平衡探测器的直流输出振幅随z方向磁场变化的关系曲线图中吸收线型腰上斜率最大的位置，完成射频磁场频率优化；

4)三轴磁场测量时：平衡探测器输出的直流分量信号就代表z方向的磁场；平衡探测器输出端连接锁相放大器，以优化后的射频磁场频率作为参考频率解调之后，从锁相放大器得到x向输出和y向输出，就分别代表了x方向和y方向的磁场。

2.根据权利要求1所述的一种实现SERF磁力仪矢量磁场测量的方法，其特征在于，所述步骤1)中，原子气室(2)加热到105-150摄氏度以获得10¹³-10¹⁴/cm³的高原子密度，原子气室(2)处在非常低的外场下，三轴磁场接近于零，磁力仪处在无自旋交换弛豫的状态。

3.根据权利要求1所述的一种实现SERF磁力仪矢量磁场测量的方法，其特征在于，所述步骤1)中，一束泵浦光(1)经过原子气室(2)，通过光泵浦将原子气室(2)中的铷原子极化；透射光经过沃拉斯顿棱镜(3)，分成两束到达平衡探测器(4)，实现差分探测。

4.根据权利要求3所述的一种实现SERF磁力仪矢量磁场测量的方法，其特征在于，所述泵浦光(1)为椭圆偏振光，波长为铷原子D1线跃迁频率红失谐。

5.根据权利要求1所述的一种实现SERF磁力仪矢量磁场测量的方法，其特征在于，所述步骤2)中，将平衡探测器(4)得到的电压信号输入到频谱分析仪中，为了将x、y和z方向的磁场补偿到接近于零，首先在三维磁场线圈(5)的x方向上增加一个10Hz的正弦磁场信号，调节z方向磁场，当功率密度谱图中射频磁场频率处的10Hz旁瓣振幅最大时，z方向磁场完成调零，然后调节x方向和y方向的磁场，当功率密度谱图中射频磁场频率处的振幅为零时，x方向和y方向的磁场完成调零。

6.根据权利要求5所述的一种实现SERF磁力仪矢量磁场测量的方法，其特征在于，所述步骤3)中，改变10Hz正弦磁场信号的施加方向，将其加载在三维磁场线圈(5)的z方向；改变射频调制磁场的频率，使得z方向磁场为零的点处在吸收线型腰上斜率最大的位置，此时PSD图中10Hz频率处的振幅最大，完成射频磁场频率优化。

7.根据权利要求1所述的一种实现SERF磁力仪矢量磁场测量的方法，其特征在于，所述步骤4)中，将平衡探测器(4)得到的电压信号分别送入示波器和锁相放大器(7)；示波器信号做低通滤波之后的直流分量信号(6)就代表了z方向的磁场；锁相放大器(7)以射频磁场频率作为参考频率，解调之后，从锁相放大器的同相通道和异相通道得到x向输出(8)和y向输出(9)，就代表了x方向和y方向的磁场。

8.根据权利要求1所述的一种实现SERF磁力仪矢量磁场测量的方法，其特征在于，使磁力仪工作在横向参数共振模式下，x方向磁场引起的z方向自旋极化变化和y方向磁场引起的z方向自旋极化变化相位差恰好为90度，利用锁相放大器(7)以射频磁场频率解调信号，从锁相放大器(7)的同相通道和异相通道得到x方向和y方向的磁场；泵浦光z方向磁场的测量利用x-y平面的圆偏振射频磁场使SERF磁力仪同时工作在Mz共振模式下，磁力仪工作点处在吸收线型腰上斜率最大的位置，平衡探测器(4)输出的直流分量信号(6)就代表了z方向的磁场。

9.一种实现SERF磁力仪矢量磁场测量的系统，其特征在于，采用如权利要求1至8中任一项所述的方法实施三轴磁场测量。

10.一种SERF磁力仪，其特征在于，包括如权利要求9所述的系统。