[发明专利]基于瞬态响应的SERF态碱金属原子极化率测量方法及装置

权利要求书

1.基于瞬态响应的SERF态碱金属原子极化率测量方法，其特征在于，包括将抽运激光器输出的激光依次通过格兰泰勒棱镜和1/4波片后变成圆偏振光，使用斩波器对所述圆偏振光的抽运光光强进行调制，所述斩波器的调制时间大于碱金属原子达到SERF态的极化时间，并利用三轴磁场线圈在与Z轴抽运光和X轴检测光均垂直的Y轴方向上施加Y轴磁场B_y，线偏振检测光、Y轴磁场B_y与调制后的圆偏振抽运光作用到碱金属气室中的碱金属原子，利用所述线偏振检测光探测碱金属原子自旋瞬态进动过程，所述线偏振检测光透过碱金属气室后依次通过1/4波片、光弹调制器和格兰泰勒棱镜到达光电探测器由光信号转换为电信号经多通道锁相放大器输入信号采集系统，在信号采集系统中拟合原子自旋进动的瞬态信号y，得到碱金属原子自旋进动减慢因子q，从而推算出基于瞬态响应的SERF态碱金属原子极化率P。

2.根据权利要求1所述的基于瞬态响应的SERF态碱金属原子极化率测量方法，其特征在于，q＝g/γ_e×B_y，其中g为拟合参数或拟合系数，γ_e为碱金属原子旋磁比；

g从以下拟合公式中确定：

y＝ae^-(bt)[bcos(gt)+dsin(gt)]+h，其中a、b、d、h均为拟合值，e为自然常数，t为时间；

q与P的关系式如下：

当碱金属原子为⁸⁵Rb时，q＝(38+52P²+6P⁴)/(3+10P²+3P⁴)；

当碱金属原子为⁸⁷Rb或³⁹K时，q＝(6+2P²)/(1+P²)；

当碱金属原子为⁴¹K时，q＝(6+P²)/(1+P²)；

当碱金属原子为¹³³Cs时，q＝(22+70P²+34P⁴+2P⁶)/(1+7P²+7P⁴+P⁶)。

3.根据权利要求1所述的基于瞬态响应的SERF态碱金属原子极化率测量方法，其特征在于，通过磁屏蔽系统将环境磁场进行屏蔽，并利用三轴磁场线圈对三轴剩磁进行进一步补偿，补偿剩磁后，施加幅值不大于5nT的B_y。

4.根据权利要求1所述的基于瞬态响应的SERF态碱金属原子极化率测量方法，其特征在于，碱金属气室中的碱金属原子为钾、铷、铯中的一种，内部充有缓冲气体氦气和淬灭气体氮气，通过充有大于1个大气压强的氦气，使原子自旋产生减慢效应。

5.根据权利要求1所述的基于瞬态响应的SERF态碱金属原子极化率测量方法，其特征在于，所述碱金属原子达到SERF态的极化时间在ms量级，所述斩波器调制频率为0.5～2Hz，所述斩波器在开启状态下原子充分极化，关闭状态下原子充分退极化。

6.根据权利要求1所述的基于瞬态响应的SERF态碱金属原子极化率测量方法，其特征在于，碱金属原子极化率P的X轴分量Px与检测光光旋角θ_pr的正比关系式如下：

其中，l为检测激光穿过气室路径距离，r_e为经典电子半径，c为光速，n为碱金属原子密度，P_x为碱金属原子自旋极化在x轴方向的投影，f_D2为D2线振荡强度，v为检测光光频率，v_D2为碱金属原子D2线的中心频率，Γ_L为碱金属原子D2线的压力展宽值。