[发明专利]一种基于自旋交换光泵浦核磁共振的电流测量与稳定方法

权利要求书

1.一种基于自旋交换光泵浦核磁共振的电流测量方法，其特征在于，包括如下步骤：

将待测直流电流源的输出端与位于原子气室两侧的静磁场线圈连接，并通过锁相放大器向所述静磁场线圈施加高频载波信号，以对所述原子气室施加静磁场和高频载波磁场，向所述原子气室发射与所述静磁场同向的圆偏振光，以使所述原子气室中的碱金属原子和惰性气体原子极化；

对所述原子气室施加交变磁场，并向所述原子气室发射与所述交变磁场同向的线偏振光，以使极化的惰性气体原子产生核磁共振，获取经过所述原子气室的出射偏振光；其中，施加所述交变磁场的方向不同于施加所述静磁场的方向；

根据所述出射偏振光确定所述惰性气体原子的拉莫尔进动频率，并根据预先标定的线圈结构常数、所述惰性气体原子的磁旋比和所述拉莫尔进动频率，获得所述待测直流电流源的输出电流值。

2.如权利要求1所述的基于自旋交换光泵浦核磁共振的电流测量方法，其特征在于，所述根据所述出射偏振光确定所述惰性气体原子的拉莫尔进动频率，具体包括如下步骤：

通过偏振分束器对所述出射偏振光进行分束并发射至平衡探测器；

通过所述平衡探测器将分束后的出射偏振光的光信号转换为电信号并传输至信号处理模块；

通过所述信号处理模块根据所述电信号确定所述惰性气体原子的拉莫尔进动频率。

3.如权利要求1所述的基于自旋交换光泵浦核磁共振的电流测量方法，其特征在于，所述方法具体通过如下步骤预先标定线圈结构常数：

通过直流电流源以若干预设电流值分别向所述静磁场线圈输入直流电流，并通过锁相放大器向所述静磁场线圈施加高频载波信号，以对所述原子气室施加静磁场和高频载波磁场，向所述原子气室发射与所述静磁场同向的圆偏振光，以使所述原子气室中的碱金属原子和惰性气体原子极化；

对所述原子气室施加交变磁场，并向所述原子气室发射与所述交变磁场同向的线偏振光，以使极化的惰性气体原子产生核磁共振，获取在不同的静磁场下经过所述原子气室的出射偏振光；

根据在不同的静磁场下从所述原子气室射出的出射偏振光确定所述惰性气体原子的若干拉莫尔进动频率，并根据所述若干预设电流值、所述惰性气体原子的磁旋比和所述若干拉莫尔进动频率，通过如下表达式进行线性拟合，获得标定的线圈结构常数：

其中，ω_L表示所述拉莫尔进动频率；I表示所述预设电流值；γ₁表示所述惰性气体原子的磁旋比；所述静磁场由若干同轴且设于预设位置的静磁场线圈共同产生，表示第i个预设位置的静磁场线圈在中心位置的线圈结构常数。

4.如权利要求1所述的基于自旋交换光泵浦核磁共振的电流测量方法，其特征在于，所述施加所述交变磁场的方向不同于施加所述静磁场的方向，具体为：

所述施加所述交变磁场的方向垂直于所述施加所述静磁场的方向。

5.如权利要求1所述的基于自旋交换光泵浦核磁共振的电流测量方法，其特征在于，所述静磁场线圈的中心所处的轴线与所述原子气室的中心所处的轴线重合，且所述原子气室位于两个所述静磁场线圈之间的中心位置。

6.如权利要求1所述的基于自旋交换光泵浦核磁共振的电流测量方法，其特征在于，所述向所述原子气室发射与所述静磁场同向的圆偏振光，具体包括如下步骤：

通过激光器向所述原子气室发射与所述静磁场同向的泵浦光，并在所述泵浦光的光路中，通过线偏振片将所述泵浦光调整为线偏振光，通过1/4波片将所述线偏振光调整为圆偏振光。

7.如权利要求1所述的基于自旋交换光泵浦核磁共振的电流测量方法，其特征在于，所述向所述原子气室发射与所述交变磁场同向的线偏振光，具体包括如下步骤：

通过激光器向所述原子气室发射与所述交变磁场同向的探测光，并在所述探测光的光路中，通过线偏振片将所述探测光调整为线偏振光。

8.如权利要求1所述的基于自旋交换光泵浦核磁共振的电流测量方法，其特征在于，所述方法还包括如下步骤：

通过无磁加热系统将所述原子气室的温度加热至预设目标温度。