[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

说明书

本发明公开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，测量方法包括：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，并通过锁相放大器施加高频载波信号，以对原子气室施加静磁场和高频载波磁场，发射与静磁场同向的圆偏振光，以使碱金属原子和惰性气体原子极化；对原子气室施加交变磁场并发射与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，获取经过原子气室的出射偏振光以确定惰性气体原子的拉莫尔进动频率，并根据标定的线圈结构常数、惰性气体原子的磁旋比获得待测直流电流源的输出电流值。本发明利用原子磁矩的拉莫尔进动频率即能够实现对直流电流的测量，具有较高的测量精确度和测量稳定性。

技术领域

本发明涉及测量技术领域，尤其是涉及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。

背景技术

直流电流源在科研和工业生产中的应用十分广泛，目前的直流电流源的输出电流精度能够达到输出值的0.01％，而为了满足有的应用场景对于直流电流输出值的高精度要求及高稳定性要求，需要对直流电流源的输出电流进行测量。现有的如安捷伦Agilent3458A和FLUKE 5720A校准源等直流电流测量设备，其测量分辨率和测量稳定性无法适用于对直流电流输出值具有高精度要求及高稳定性要求的应用场景。

发明内容

本发明提供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，基于核磁共振系统，利用原子磁矩的拉莫尔进动频率即能够实现对直流电流的测量，具有较高的测量精确度和测量稳定性，能够适用于对直流电流输出值具有高精度要求及高稳定性要求的应用场景。

为了解决上述技术问题，本发明实施例第一方面提供一种基于自旋交换光泵浦核磁共振的电流测量方法，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。

作为优选方案，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。

作为优选方案，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：