[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

说明书

基于瞬态响应的SERF态碱金属原子极化率测量方法及装置，通过在抽运光路中增加斩波器将抽运光束以一定频率进行调制并在横向施加已知磁场使实现，所述斩波器调制时间应大于碱金属原子达到SERF态的极化时间，在开启状态下原子充分极化，关闭状态下原子充分退极化以得到碱金属原子极化率更加准确的测量结果，通过建立原子瞬态响应方程进行拟合得到横向磁场的共振频率，通过减慢因子求解得到碱金属原子极化率，对于进一步研制更高灵敏度的SERF磁强计装置和SERF惯性测量装置提供了更准确的参数测量手段，可应用于基础物理学研究和极弱磁心脑磁探测领域。

技术领域

本发明涉及SERF(Spin-exchange relaxation-Free)原子磁强计仪器测量技术领域，特别是一种基于瞬态响应的SERF态碱金属原子极化率测量方法及装置，通过在抽运光路中增加斩波器将抽运光束以一定频率进行调制并在横向施加已知磁场使实现，所述斩波器调制时间应大于碱金属原子达到SERF态的极化时间，在开启状态下原子充分极化，关闭状态下原子充分退极化以得到碱金属原子极化率更加准确的测量结果，通过建立原子瞬态响应方程进行拟合得到横向磁场的共振频率，通过减慢因子求解得到碱金属原子极化率，对于进一步研制更高灵敏度的SERF磁强计装置和SERF惯性测量装置提供了更准确的参数测量手段。

背景技术

无自旋交换弛豫(Spin-exchange relaxation-Free，SERF)态原子自旋磁场测量是在近年来量子科学与技术飞速发展中诞生的新型磁场测量技术，其磁场测量理论灵敏度可达到aT(1aT＝10^-18T)量级。原子SERF效应可应用于电荷宇称及时间反演对称性(Charge,Parity,and Time Reversal Symmetry:CPT Symmetry)验证实验，电子电偶极矩测量等物理科学前沿领域。高灵敏度SERF磁强计在极弱心磁、脑磁测量以及高分辨率成像和物质磁场分析等应用意义重大。

碱金属原子极化率作为SERF原子自旋磁场测量装置的重要参数之一，决定着磁场测量装置能够达到的精度极限，也决定着上述应用探索能力，准确的测量出碱金属极化率是判断原子系统自身性能的前提条件。

碱金属原子极化率检测的常用方法：电子顺磁共振法，抽运光强衰减法，近共振频率共振法。对于SERF磁强计而言，电子顺磁共振方法，需要施加G量级磁场通过原子各能级上电子的分布概率进行电子极化率测量，大磁场存在影响了原子SERF态条件使装置不在工作状态；使用抽运光透射衰减法，由于SERF磁强计光学深度较大，抽运光不能完全在抽运方向透射影响了测量的准确性；近共振光条件不符合SERF态原子工作条件。目前现有的碱金属原子极化率检测方法难以实现在SERF态工作条件测量，其测量准确性较低。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的缺陷或不足，提供一种基于瞬态响应的SERF态碱金属原子极化率测量方法及装置，通过在抽运光路中增加斩波器将抽运光束以一定频率进行调制并在横向施加已知磁场使实现，所述斩波器调制时间应大于碱金属原子达到SERF态的极化时间，在开启状态下原子充分极化，关闭状态下原子充分退极化以得到碱金属原子极化率更加准确的测量结果，通过建立原子瞬态响应方程进行拟合得到横向磁场的共振频率，通过减慢因子求解得到碱金属原子极化率，对于进一步研制更高灵敏度的SERF磁强计装置和SERF惯性测量装置提供了更准确的参数测量手段。

本发明的技术解决方案如下：