[发明专利]一种碱金属原子磁强计自旋极化率空间分布原位测量系统及方法

权利要求书

1.一种碱金属原子磁强计自旋极化率空间分布的原位测量系统，其特征在于：包括按检测光前进方向依次设置的检测光激光器、检测光激光稳定系统、起偏器、平面反射镜、光弹调制器、检测光四分之一波片、碱金属原子气室、检偏器、光电探测器；以及另一方向按抽运光前进方向依次设置的抽运光激光器、抽运光激光稳定系统、抽运光扩束系统、偏振分光棱镜、偏振片、抽运光四分之一波片、碱金属原子气室、第二CMOS传感器，所述偏振分光棱镜的另一束折射光进入第一CMOS传感器；所述碱金属原子气室外部从内到外依次包覆有无磁电加热装置、隔热保温材料腔、磁补偿线圈、磁屏蔽系统；所述光电探测器、第一CMOS传感器、第二CMOS传感器传输数据给数据采集分析处理系统；

所述数据采集分析处理系统包括锁相放大器、数据采集系统以及计算机，用于对检测激光信号进行解调放大，实现对极弱磁场的测量；对抽运激光衰减信息信号进行读取拟合处理，结合极化率与抽运光强的函数关系实现对碱金属原子自旋极化率的空间分布精密测量。

2.根据权利要求1所述的一种碱金属原子磁强计自旋极化率空间分布的原位测量系统，其特征在于：所述检测光激光器和抽运光激光器分别为工作在对应碱金属原子D1和D2线的波长可调谐半导体激光器，满足碱金属原子磁强计对抽运/检测激光的频率功率需求。

3.根据权利要求1所述的一种碱金属原子磁强计自旋极化率空间分布的原位测量系统，其特征在于：所述检测光激光稳定系统和抽运光激光稳定系统均包括激光功率稳定、激光频率稳定、激光指向性稳定以及激光光斑形态分布稳定。

4.根据权利要求1所述的一种碱金属原子磁强计自旋极化率空间分布的原位测量系统，其特征在于：所述的碱金属原子气室为尺寸25×25×25 mm的立方形硼硅玻璃泡，气室内充有碱金属原子、缓冲气体和淬灭气体。

5.根据权利要求1所述一种碱金属原子磁强计自旋极化率空间分布的原位测量系统，其特征在于：所述第一CMOS传感器和第二CMOS传感器的有效接收面积为25×25 mm，保证入射/透射光斑能完全被接收，分辨率为2048×2048，400万像素分辨率，单个像素尺寸12.5 μm，实现对光斑能量分布进行微米像素级超高分辨率的数据读取与存储。

6.一种碱金属原子磁强计自旋极化率空间分布的原位测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）检测光激光器发射检测激光，检测激光依次通过检测光激光稳定系统、起偏器、平面反射镜、光弹调制器、检测光四分之一波片、碱金属原子气室、检偏器、光电探测器，基于光弹调制器的高频调制作用以减小低频噪声对光旋角信号的影响，高频调制的检测光通过检偏器后，转变为光强变化的待解调信号被光电探测器接收；

（2）抽运光激光器发射抽运激光，抽运激光经过抽运光激光稳定系统实现激光功率、频率、光斑形态和指向性的稳定输出，经过抽运光扩束系统实现抽运光斑直径扩束到与碱金属原子气室相匹配大小，扩束后的抽运激光经偏振分光棱镜按比例分为两束，一束由第一CMOS传感器接收，用于监测入射光光强，另一束则依次经过偏振片、抽运光四分之一波片后以圆偏振态入射碱金属原子气室，实现对处于高温蒸汽化的碱金属原子的极化抽运，透射光则被第二CMOS传感器接收以监测出射光光强；

（3）数据采集分析处理系统收集光电探测器、第一CMOS传感器、第二CMOS传感器的数据，对光电探测器信号进行锁相放大转换，监测原子磁强计系统处于正常工作状态；对第一CMOS传感器、第二CMOS传感器记录的点阵数据进行实时对应像素点的读取及函数关系拟合，计算得到自旋极化率的点阵分布，实现对碱金属原子气室极化率微米像素级的空间分布的精密测量。

7.根据权利要求6所述的一种碱金属原子磁强计自旋极化率空间分布的原位测量方法，其特征在于：所述第一CMOS传感器和第二CMOS传感器型号相同。