[发明专利]一种单光束双通道的原子磁强计系统

权利要求书

1.一种单光束双通道原子磁强计系统，其特征在于，包括双通道表头，所述双通道表头具有单光束输入接口，所述双通道表头的内腔设置有组合偏振分光棱镜，所述组合偏振分光棱镜将单光束分束为第一抽运光束和第二抽运光束，所述第一抽运光束用于抽运第一碱金属气室中的原子，所述第二抽运光束用于抽运第二碱金属气室中的原子。

2.根据权利要求1所述的单光束双通道原子磁强计系统，其特征在于，所述组合偏振分光棱镜包括偏振分光棱镜，所述偏振分光棱镜的x轴向输入侧连接所述单光束输入接口，x轴向透射侧设置有第三λ/4波片，所述第三λ/4波片的外表面设置有反射膜，所述偏振分光棱镜的y轴正向反射侧设置有第一λ/4波片，y轴负向反射侧设置有第二λ/4波片，所述偏振分光棱镜将x轴向入射的线偏振光分束为沿y轴正向反射的第一竖直偏振光和沿x轴向透射的水平偏振光，所述第一λ/4波片将所述第一竖直偏振光改变成作为所述第一抽运光束的第一圆偏振光，所述水平偏振光经过所述第三λ/4波片后再被所述反射膜反射回来形成沿y轴负向反射的第二竖直偏振光，所述第二λ/4波片将所述第二竖直偏振光改变成作为所述第二抽运光束的第二圆偏振光。

3.根据权利要求2所述的单光束双通道原子磁强计系统，其特征在于，所述第一λ/4波片通过所述第一碱金属气室连接第一光电探测器，所述第二λ/4波片通过所述第二碱金属气室连接第二光电探测器，所述第一碱金属气室的外侧设置有第一无磁电加热膜，所述第二碱金属气室的外侧设置有第二无磁电加热膜，所述第一碱金属气室和第二碱金属气室均位于三维磁线圈内，所述单光束输入接口连接光纤准直器的输出端，所述光纤准直器的输入端通过保偏光纤连接抽运激光器，光电探测器用于将光信号转换成电信号输送给锁相放大器进行解调。

4.根据权利要求1所述的单光束双通道原子磁强计系统，其特征在于，所述光纤准直器的准直透镜将发散的保偏光束转变成扩束的直径与碱金属气室外径边长长度相当的准直光后射入所述双通道表头。

5.根据权利要求1所述的单光束双通道原子磁强计系统，其特征在于，所述第一碱金属气室内和第二碱金属气室内均包括碱金属原子和缓冲气体，所述碱金属原子为工作原子，工作时处于无自旋交换弛豫态，所述缓冲气体为惰性气体，用来减少原子间的自旋碰撞，通过激光泵浦作用使所述碱金属原子的最外层电子自旋形成宏观极化，宏观极化在待测外磁场B₀的作用下形成拉莫尔进动，透过原子气室后的光强便会随着待测磁场强度大小变化，通过检测磁场强度变化引起的原子气室对光吸收的变化，测得x轴方向磁场强度。

6.根据权利要求1所述的单光束双通道原子磁强计系统，其特征在于，检测待测磁场时，通过在待测磁场方向增加已知磁场强度和调制频率的调制磁场，通过光电探测器接收到的光束光强大小与沿激光方向的横向极化率S_x成正比，光电探测器接收到的光束光强信号经由锁相放大器在所加调制磁场频率处解调后，锁相放大器的最终信号输出与S_x的一次谐波分量S_x^Mod成正比，S_x^Mod由下式定义:

其中，u为调制指数，Ω₁表示碱金属原子在磁场B₁中的拉莫尔进动频率，Ω₁＝γB₁，γ为碱金属原子的旋磁比，Ω₀表示碱金属原子在待测磁场B₀中的拉莫尔进动频率，Ω₀＝γB₀，ω为所施加的调制磁场的频率，Q为高极化率条件下碱金属原子核减慢因子值，J₀(u)、J₁(u)分别为以u为参变量的第一类0阶贝塞尔函数和第一类1阶贝塞尔函数，为碱金属原子的横向弛豫时间，Γ’为横向弛豫率，Γ为碱金属原子自旋弛豫率，R为抽运光的光泵浦率。