[发明专利]一种小型化高精度三轴矢量原子磁力仪探头装置

权利要求书

1.一种小型化高精度三轴矢量原子磁力仪探头装置，其特征在于，包括探头骨架(1)，原子气室固定结构(2)，光学结构(3)，绕线槽(4)；

探头骨架(1)采用长方体单轴中空结构，光学结构(3)和原子气室固定结构(2)置于探头骨架(1)内部，绕线槽(4)设置于探头骨架(1)外表面；

原子气室固定结构(2)包括原子气室(21)，第一夹持结构(22)，第二夹持结构(23)，第一夹持结构(22)和第二夹持结构(23)分别位于原子气室(21)两侧，通过夹持使原子气室(21)固定于探头骨架(1)中心；

光学结构(3)包括准直器(31)，圆偏振片(32)，耦合器(33)和筒状固定结构(38)；筒状固定结构(38)紧贴第一夹持结构(22)固定在探头骨架(1)中；准直器(31)卡在筒状固定结构(38)一端，圆偏振片(32)置于筒状固定结构(38)另一端；耦合器(33)卡在探头骨架一端；发散的线偏振激光依次经准直器(31)、圆偏振片(32)，变为准直的圆偏振激光，到达原子气室(21)后，极化碱金属原子自旋，最后通过耦合器(33)将与原子气室(21)作用后包含磁场信息的激光耦合至光纤内，实现磁场三轴测量；

还包括第一卡环(34)，第二卡环(35)，第三卡环(36)，第四卡环(37)和第一垫片(39)，所述筒状固定结构(38)通过第四卡环(37)紧贴第一夹持结构(22)固定在探头骨架(1)中；准直器(31)通过第一卡环(34)卡在筒状固定结构(38)一端，圆偏振片(32)两侧各放置第一垫片(39)，置于筒状固定结构(38)另一端，并利用第三卡环(36)保证其稳定性；耦合器(33)通过第二卡环(35)卡在探头骨架一端；

第一卡环(34)，第二卡环(35)，第三卡环(36)，第四卡环(37)及筒状固定结构(38)为中心对称结构，采用无磁材料；所述无磁材料为无磁铝合金材料；

绕线槽(4)为三组，分别绕制三轴磁场线圈，构成三组正交亥姆霍兹线圈，用于产生补偿磁场和调制磁场；

所述三组绕线槽(4)深度不一致，增大每组绕制线圈之间的接触电阻，提高线圈产生磁场精度。

2.根据权利要求1所述的一种小型化高精度三轴矢量原子磁力仪探头装置，其特征在于，第一夹持结构(22)和第二夹持结构(23)为横截面呈S形的圆柱形结构，达到增加热传导路程降低原子气室(21)热耗散的效果。

3.根据权利要求1所述的一种小型化高精度三轴矢量原子磁力仪探头装置，其特征在于，原子气室固定结构(2)还包括无磁加热片(24)，无磁热敏电阻(25)和导线槽(26)，无磁加热片(24)包裹原子气室，无磁热敏电阻(25)紧贴在加热片(24)上，实现原子气室无磁加热和温度精密控制,无磁加热片(24)和无磁热敏电阻(25)通过导线槽(26)与外部控制器进行连接。

4.根据权利要求1所述的一种小型化高精度三轴矢量原子磁力仪探头装置，其特征在于，探头骨架(1)使用陶瓷无磁材料。

5.根据权利要求1所述的一种小型化高精度三轴矢量原子磁力仪探头装置，其特征在于，第一垫片(39)采用无磁材料；所述无磁材料为聚酰亚胺。

6.根据权利要求1所述的一种小型化高精度三轴矢量原子磁力仪探头装置，其特征在于，通过旋转筒状固定结构(38)，改变激光线偏振方向与圆偏振片(32)中起偏器快慢轴之间的夹角，实现激光功率的连续性调节，提高原子数密度。

7.根据权利要求1或2任一项所述的一种小型化高精度三轴矢量原子磁力仪探头装置，其特征在于，第一夹持结构(22)和第二夹持结构(23)采用无磁材料；所述无磁材料为聚酰亚胺。

8.根据权利要求1-7任一项所述的一种小型化高精度三轴矢量原子磁力仪探头装置，其特征在于，还包括第二垫片(5)，第二垫片(5)采用橡胶材料，置于筒状固定结构(38)与探头骨架(1)之间，保证光路稳定性。