[发明专利]一种基于分布式光调制的原子磁梯度测量装置及测量方法

说明书

本发明公开一种基于分布式光调制的原子磁梯度测量装置及测量方法，该测量装置包括泵浦光路模块、探测光路模块、原子气室、温度控制模块和信号分析控制模块，对经过两个原子气室中的两路泵浦光分别进行光功率调制，对经过两个原子气室中的同一路探测光进行空间分离的偏振态调制，在不增加激光光源和探测器的前提下实现了双通道的原子磁梯度测量，有效提高磁场测量的抗干扰能力和磁异常测量灵敏度；本发明利用功率调制的泵浦光实现两个原子磁场通道中原子自旋的激励，通过控制泵浦光束的光束直径和行进路径，有效避免两个磁场测量通道之间的耦合，实现原子自旋共振激励的完全隔绝，避免双通道磁测量信号之间的串扰，获得更加准确的磁梯度测量结果。

技术领域

本发明涉及量子精密测量技术领域，特别地，涉及一种基于分布式光调制的原子磁梯度测量装置及测量方法。

背景技术

在工程领域，各类地下管线、人防工程、旧建筑基础等障碍物是影响高层建筑、市政、公路、铁路、水利等各类工程建设项目设计和施工的重要因素。因此，在工程设计和施工前需要查明这些物体的分布、性质和地下埋藏情况。针对大埋深非开挖金属管线探测、深埋人防工程、桩靴等铁磁性障碍物探测应用，传统探测手段受到探测原理、探测精度或探测距离等因素制约，难以解决上述难题。

非开挖金属管线探测、深埋人防工程、桩靴以及灌注桩钢筋笼等目标均属于强铁磁性物质，受地球磁场的磁化作用，在其周围区域均分布有较强的磁异常。利用高灵敏度的磁梯度测量装置能够实现地下磁异常目标的精确定位。

原子磁探测技术利用碱金属原子在磁场中的自旋共振效应实现磁场测量，是目前世界上最灵敏的磁场测量手段，具有高灵敏、低功耗、可连续测量的优点。单通道工作的原子磁测量装置只装配一个传感单元，灵敏度稍低，且仅能测量磁场的总场强度，受外部磁场均匀度、磁场日变以及周围环境温度变化等的影响很大。原子磁梯度测量装置使用两个磁传感单元进行磁场梯度测量，能够有效提升抗干扰能力和磁异常测量灵敏度，不仅能够在工程建设领域中获得较好应用效果，在军事领域可以用于探测水下潜艇、未爆炸物、磁性障碍物等，在医疗研究领域可用于无线胶囊跟踪、靶向癌细胞的检测、舌头跟踪等，在地球物理领域可用于矿产勘探、洞穴测绘、地磁场演变等。

原子磁梯度测量装置需要两个传感单元中工作原子实现同步共振激励和同步进动检测，目前普遍采用的射频磁场激励方案和多探测器检测方案同步性差，且容易在两个传感单元之间造成串扰，使测量结果耦合，难以实现较好抗干扰效果。

综上所述，急需一种全新原子磁梯度测量方案以解决现有技术中存在的问题。

发明内容

本发明目的在于提供一种基于分布式光调制的原子磁梯度测量装置，具体方案如下：

一种基于分布式光调制的原子磁梯度测量装置，包括泵浦光路模块、探测光路模块、原子气室、温度控制模块和信号分析控制模块；

所述原子气室包括第一原子气室和第二原子气室；