[发明专利]一种小型化原子磁强计

说明书

本发明提供了一种小型化原子磁强计，其包括碱金属原子气室、泵浦光源组件、探测光源组件和光电探测组件，其泵浦光路与探测光路相互垂直，所述探测光路的探测激光穿过所述碱金属原子气室进入所述光电探测组件，所述泵浦光源组件、探测光源组件和光电探测组件空间立体排布，且均位于所述碱金属原子气室的同侧位置；所述泵浦光路包括第一光路和沿所述第一光路路线返回的第二光路；所述第一光路、第二光路穿过所述碱金属原子气室，实现对处于高温蒸汽化的碱金属原子的极化抽运。本发明通过上述合理、巧妙的结构设计，在能够实现小型化的同时，也能够提高碱金属原子气室内原子极化率均匀度和探测灵敏度，进而大大提升了脑磁探测效率及探测质量。

技术领域

本发明涉及医学领域中的一种诊断设备，具体涉及一种用于进行脑磁测量的小型化原子磁强计。

背景技术

基于无自旋交换弛豫效应的碱金属原子磁强计因其超高的磁场测量灵敏度潜力而被广泛应用于基础物理研究，生物磁学测量等前沿领域。

原子磁强计(也称光泵磁强计，即OPM、原子磁力计、原子磁力仪)是利用光与原子的相互作用来探测磁场的技术。原子磁强计对极弱磁场测量的实现主要包含光抽运和原子自旋进动检测。光抽运即利用偏振激光从微观上改变碱金属原子(一般为K，Rb，Cs)核外电子在各个能级上的分布，从而实现原子自旋的宏观极化。原子自旋极化率则是表征原子被极化程度的物理量，是影响原子磁场测量装置的一个重要参量。原子自旋极化率的稳定性直接影响碱金属原子磁强计的稳定性。

原子磁强计主要探测的是垂直于两束相交光（泵浦光和探测激光）平面的磁场，现有原子磁强计的结构设计，占用的探测磁敏感面比较大，限制了实现小型化应用及无法更好的实现多通道探测，且无法保障碱金属原子气室内的原子极化率均匀度，大大降低了脑磁的探测质量。如中国专利（CN113639883A）公开了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，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。

再如中国专利（CN108490374A）公开了一种混合光抽运SERF原子磁强计装置，该装置包括K/Rb混合碱金属气室、烤箱、真空腔、三维磁补偿线圈、磁屏蔽桶、抽运光源、扩束器、线偏振器、1/4波片、检测光源、扩束器、法拉第调制器、光电探测器、锁相放大器、数据采集与分析系统，其中：K/Rb混合碱金属气室固定在氮化硼陶瓷烤箱中心，由电加热膜加热至200℃保证较高的碱金属原子数密度，气室与烤箱放在真空腔内，利用真空隔绝热量向外扩散，减少热的影响，三维磁补偿线圈和磁屏蔽桶用于屏蔽地磁场与补偿剩磁；抽运光源为K原子D1线光源，其产生的抽运光经过扩束器、线偏振器及与线偏振方向成45度角的1/4波片后成为圆偏振光，用来极化碱金属气室内的K原子，通过K原子和Rb原子的间的相互碰撞来极化Rb原子；检测光源为Rb原子D1线光源，其产生的检测光经过扩束器、线偏振器后成为线偏振光，另一线偏振器作为检偏器在碱金属气室后并与第一个线偏振器垂直。线偏振光经过碱金属气室时，由于磁场变化引起的原子进动使检测光的线偏振面发生偏转，使透过检偏器的光强发生变化，从而被光探测器探测得到；法拉第调制器用来对光偏转角进行调制，并用锁相放大器来提取微弱的偏转角信号，最终进入数据采集及分析系统处理。

上述现有专利技术公开的原子磁强计的结构设计限制了实现小型化应用，及无法保障碱金属原子气室内的原子极化率均匀度，大大降低了脑磁的探测质量。

因此，对于本领域技术研发人员来说，亟需研发一种小型化原子磁强计。

发明内容