[发明专利]一种小型化原子磁强计的提高光场均匀性的方法

权利要求书

1.一种小型化原子磁强计的提高光场均匀性的方法，其特征在于，包括将沿y轴方向穿越碱金属气室的激光光束以连续扩束的方式从碱金属气室入射侧到达碱金属气室出射侧的光电探测器中。

2.根据权利要求1所述的小型化原子磁强计的提高光场均匀性的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，将陶瓷插芯与保偏光纤进行连接，使保偏光纤的出射光经过陶瓷插芯后扩束；

步骤2，搭建原子磁强计原理样机，然后将陶瓷插芯安置在保偏光纤后对光场进行扩束，保证磁强计能够正常稳定工作，将碱金属气室安放在选定位置处，使扩束后的激光可以均匀的照射到碱金属气室内；

步骤3，启动原子磁强计，将碱金属气室加热到150℃，均匀光场与碱金属原子相互作用，使碱金属原子均匀极化，通过三轴线圈将环境磁场补至零，然后施加调制磁场与标定磁场，并对磁强计输出信号的一次谐波进行调制解调，获得磁强计输出响应；

步骤4，均匀光场提高碱金属原子横向极化均匀性，增大输出响应信号的幅值，以提高小型化原子磁强计测量的信噪比和灵敏度。

3.根据权利要求2所述的小型化原子磁强计的提高光场均匀性的方法，其特征在于，所述步骤1中包括：对出射不同距离的横向光场进行测量分析，选定合适的位置，使该位置处光场的发散在合理的范围内，满足磁强计测量的需求，同时又能满足光场均匀性的需求。

4.根据权利要求2所述的小型化原子磁强计的提高光场均匀性的方法，其特征在于，所述步骤4中包括：根据由于光场扩束后，在大光强下工作的磁强计光噪声会格外明显的现象，通过不断的调节输入光强以获得最优的信噪比和灵敏度。

5.根据权利要求2所述的小型化原子磁强计的提高光场均匀性的方法，其特征在于，所述步骤3中包括在x方向施加标定磁场B₁cos(ωt)和调制磁场Bmod cos(ω_modt)，B₁是标定磁场幅度，ω是标定频率，t是时间，Bmod是调制磁场幅度，ω_mod是调制频率，x方向上的磁场分量B_x＝B₀+B₁cos(ωt)+B modcos(ω_modt)，其中B₀是静态磁场。

6.根据权利要求2所述的小型化原子磁强计的提高光场均匀性的方法，其特征在于，所述步骤3中原子磁强计输出信号符合以下表达式：

其中Pz是沿抽运方向z的电子自旋极化率，Rop是抽运率，Rrel是弛豫率，B_x0为x轴静态磁场，γ_e为电子旋磁比，J₀(u)、J₁(u)分别是第一类零阶和1阶贝塞尔函数，q是减慢因子，B₁是标定磁场幅度，ω是标定频率。

7.根据权利要求2所述的小型化原子磁强计的提高光场均匀性的方法，其特征在于，所述步骤4中的信噪比和灵敏度符合以下表达式：

其中表示灵敏度，(S/N)表示信噪比，S表示信号，N表示噪声，ΔB表示线宽，k是校准因子，P0是正常操作下的极化率，τ是横向自旋弛豫时间，OD是光学深度，I(0)是光强，e是自然常数，u是中间量，q是减慢因子，B₁是标定磁场幅度，ω是标定频率。

8.根据权利要求1所述的小型化原子磁强计的提高光场均匀性的方法，其特征在于，所述碱金属气室入射侧依次通过四分之一波片和线偏振片连接反射镜，所述反射镜连接陶瓷插芯，所述陶瓷插芯通过保偏光纤连接激光器，所述光电探测器依次通过跨阻抗放大器和锁相放大器连接数据采集系统，所述碱金属气室位于三轴线圈内，所述三轴线圈位于磁屏蔽系统内，所述三轴线圈连接信号发生器，所述碱金属气室与三轴线圈之间设置有加热膜和铂电阻。