[发明专利]一种消除原子磁力仪中交流斯塔克效应的加热结构及方法

说明书

本发明涉及弱磁探测技术领域，公开一种消除原子磁力仪中交流斯塔克效应的方法。本发明采用两束功率，偏振态，光斑大小相同的1550nm激光作为磁力仪中铷原子气室的加热光源。两束加热光从相反的方向射入原子气室中，并且在铷原子气室内的光路重合。本发明所描述的两束加热光的结构可以有效降低加热光对原子气室产生的交流斯塔克效应，交流斯塔克效应可以等效为一种虚拟磁场影响磁力仪性能。两束光分别产生相同且反向的虚拟磁场，由磁场叠加原理，虚拟磁场被抵消。本发明适用于光加热型原子磁力仪系统，光加热型磁力仪发展迅速，前景光明，有利于原子磁力仪触摸测磁灵敏度极限。

技术领域

本发明涉及弱磁探测技术领域，特别涉及一种基于光加热型的原子磁力仪的性能优化技术。

背景技术

弱磁传感技术发展至今，原子磁力仪已经成为弱磁传感领域中灵敏度最高的传感器。原子磁力仪核心在于原子气室，气室内原子需要D1共振线的光对其泵浦。不断改进半导体技术使可靠、紧凑、廉价和易于配置的二极管激光器层出不穷。产生的致密原子蒸汽的基态弛豫时间较长。这些技术的进步使光学弱磁传感器的性能能够触摸，甚至超过大部分的传统弱磁传感器。原子采用碱金属原子作为工作物质，碱金属原子在气室需要内被加热。因此滋生出多种加热方式。

常见的加热方式有电加热，热空气加热，光加热等。电加热采用交流电对气室进行加热，但是电流的引入会对探测磁场产生影响，带来电磁噪声。热空气加热即向气室周围通入热空气。光加热是利用激光照射附着在气室上的滤光片进行加热，滤光片可以吸收加热光，通常采用1550nm激光作为加热光。因为加热光不会引入额外电磁噪声而受到众多青睐，美国NIST采取光加热的方式成功研制了可用于脑磁测量的原子磁力仪。虽然光加热不会受到电磁噪声，但是加热光会对原子气室内的原子产生交流斯塔克效应，在偏离工作原子共振中心的光就会出现这种效应。这种效应可以等效为一种虚拟磁场将会降低测磁精度。因此，消除加热光对整个系统的影响对于探索磁场灵敏度极限有着重要意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种消除原子磁力仪中交流斯塔克效应的加热结构及方法，将两束偏振态，功率，光束大小都相同的1550nm加热光，从相反的方向入射原子气室，并且两束光在气室内光束重合。

为了实现上述目标，本发明采用如下技术方案：

(a)采用3D打印技术打印磁力仪探头的骨架结构；

(b)在骨架中加入切割完成后的反射镜，分束镜，固定气室以及光纤输出端口；

(c)输入泵浦光，加热光，向气室内入射传播方向相反的两束功率相同的加热光。

具体地，本技术方案步骤(a)中3D打印探头采用Solidworks设计，所用材料为聚碳酸酯材料。

具体地，本技术方案步骤(a)中3D打印探头主体为长80mm，直径21mm的圆柱体。

具体地，本技术方案步骤(b)中骨架上放置分束镜，反射镜位置尺寸设计为6mm*6mm*1.6mm。

具体地，本技术方案步骤(b)中分束镜用作将泵浦光，加热光1比1分光分别作用两个相同的原子气室。

具体地，本技术方案步骤(b)中反射镜1用作反射泵浦光。反射镜2，反射镜3采取镀膜处理只反射加热光，透射泵浦光。用作反射另一个方向加热光。

具体地，本技术方案步骤(b)中放置1550nm加热激光光纤输出端口的圆孔直径为3.3mm，光纤端口本身直径3mm。

具体地，本技术方案步骤(b)中放置795nm泵浦激光光纤输出端口的圆孔直径为2.8mm，光纤端口本身直径2.6mm。

具体地，本技术方案步骤(b)中铷原子气室尺寸4mm*4mm*3mm，铷原子气室表面粘贴滤光片，用作吸收加热光能量。

具体地，本技术方案步骤(b)中铷原子气室利用聚酰亚胺胶带悬浮于胶带，原子气室位置在分束镜，反射镜正中间。