[发明专利]一种单光束双通道的原子磁强计系统

说明书

一种单光束双通道原子磁强计系统，通过具有单光束输入接口的双通道表头内设置的组合偏振分光棱镜能够将单光束分束为第一抽运光束和第二抽运光束以分别作用于第一碱金属气室和第二碱金属气室，能够同时获得双通道磁场信息，具有灵敏度高、集成度高的特点，有利于形成高密度磁强计阵列，服务于脑磁、心磁测量等领域。

技术领域

本发明属于磁强计技术领域，具体涉及一种单光束双通道原子磁强计系统，通过具有单光束输入接口的双通道表头内设置的组合偏振分光棱镜能够将单光束分束为第一抽运光束和第二抽运光束以分别作用于第一碱金属气室和第二碱金属气室，能够同时获得双通道磁场信息，具有灵敏度高、集成度高的特点，有利于形成高密度磁强计阵列，服务于脑磁、心磁测量等领域。

背景技术

磁场广泛存在于宏观宇宙与微观粒子中，对磁场信息的获取与理解能够帮助我们更好的理解这个世界。精确的磁场测量，在生物磁场检测、医学、资源勘探、反潜等领域起着极为重要的作用，特别是生物磁场测量将促进对生命科学的研究发展。磁强计是一种探测磁场的仪器，国内外普遍采用的磁计量领域所用仪器主要有磁通门磁强计和光泵原子磁强计，普通的磁通门磁强计灵敏度仅为nT量级，国外公司生产的高精度磁通门磁强计灵敏度可达pT量级。但是磁通门磁强计由于其基本原理的限制，存在零偏和漂移大、温度稳定性差等缺点，因此在实际使用环境中精度受到很大限制。原子磁强计旨在实现自然状态下的无损被动磁场测量，实现精确磁源定位以及弱磁性能评估。随着量子精密测量技术的不断发展，出现了基于无自旋交换弛豫(Spin-Exchange Relaxation Free Regime,SERF)原子磁强计，其具有极高的理论灵敏度，然而目前单光束SERF原子磁强计的磁场测量灵敏度接近极限，测量效率低，单通道体积难以进一步降低，不利于阵列式磁场测量，同时多通道应用时需要外部一定隔离，磁强计阵列的密度低。

发明内容

本发明针对现有技术中的不足，提供一种单光束双通道原子磁强计系统，通过具有单光束输入接口的双通道表头内设置的组合偏振分光棱镜能够将单光束分束为第一抽运光束和第二抽运光束以分别作用于第一碱金属气室和第二碱金属气室，能够同时获得双通道磁场信息，具有灵敏度高、集成度高的特点，有利于形成高密度磁强计阵列，服务于脑磁、心磁测量等领域。

本发明的技术解决方案如下：

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。

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。

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。

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。