一种基于钾铷混合抽运的高空间分辨率矢量磁场测量装置制造方法及图纸

一种基于钾铷混合抽运的高空间分辨率矢量磁场测量装置，通过对含有钾原子和铷原子的原子气室提供圆偏振抽运光束和线偏振检测光束的双照射，有利于获得比单种碱金属原子气室更加均匀的极化率。本发明专利技术还能够通过原子自旋进动信号获得探测磁场，利用光弹调制器获得原子自旋信号，利用空间光调制器数字微镜装置对检测光场进行空间光高频扫描，并利用三轴磁补偿线圈进行磁场参数调制进行矢量磁场探测，从而实现高空间分辨率矢量磁场测量。

A high spatial resolution vector magnetic field measurement device based on k-rb hybrid pumping

【技术实现步骤摘要】
一种基于钾铷混合抽运的高空间分辨率矢量磁场测量装置
本专利技术涉及原子磁强计技术，特别是一种基于钾铷混合抽运的高空间分辨率矢量磁场测量装置，通过对含有钾原子和铷原子的原子气室提供圆偏振抽运光束和线偏振检测光束的双照射，有利于获得比单种碱金属原子气室更加均匀的极化率。本专利技术还能够通过原子自旋进动信号获得探测磁场，利用光弹调制器获得原子自旋信号，利用空间光调制器数字微镜装置对检测光场进行空间光高频扫描，并利用三轴磁补偿线圈进行磁场参数调制进行矢量磁场探测，从而实现高空间分辨率矢量磁场测量。
技术介绍
进入21世纪以来，随着量子力学和量子光学方面的技术的发展突破，原子磁强计不断提高着磁强计的磁场测量灵敏度极限。由于原子磁强计拥有更高的灵敏度，更小的体积，同时不需要液氮或液氦制冷等优点，超高灵敏原子磁强计在生物医疗磁探测领域有望替代SQUID磁强计成为新一代磁场测量装置。目前来说，制约利用光抽运磁强计测量的脑磁图技术发展的限制是模糊的磁源定位和脑磁场模拟。制约宏观脑磁场的精确模拟与磁源定位的是较低的空间分辨率与三维重建模型。磁场空间分辨率影响着宏观脑磁场的精确模拟与磁源定位，提高空间分辨率和得到准确的三维重建模拟对于发展脑磁图技术十分重要。利用磁强计探头阵列化的方法实现头部磁场重建，受到探头尺寸的影响，空间分辨率低。采用大气室结合阵列探测器进行三维磁场梯度测量，空间分辨率也难以达到μm量级并且空间分辨率与灵敏度互相制约。目前现有的方法难以同时实现高空间分辨率，高灵敏度矢量磁场测量。
技术实现思路
r>本专利技术针对现有技术中存在的缺陷或不足，提供一种基于钾铷混合抽运的高空间分辨率矢量磁场测量装置，通过对含有钾原子和铷原子的原子气室提供圆偏振抽运光束和线偏振检测光束的双照射，有利于获得比单种碱金属原子气室更加均匀的极化率。本专利技术还能够通过原子自旋进动信号获得探测磁场，利用光弹调制器获得原子自旋信号，利用空间光调制器数字微镜装置对检测光场进行空间光高频扫描，并利用三轴磁补偿线圈进行磁场参数调制进行矢量磁场探测，从而实现高空间分辨率矢量磁场测量。本专利技术的技术方案如下：一种基于钾铷混合抽运的高空间分辨率矢量磁场测量装置，其特征在于，包括含有钾原子和铷原子的原子气室，沿所述原子气室的Z轴方向设置有圆偏振抽运光束照射通道，所述圆偏振抽运光束用于使所述原子气室中的钾原子极化，沿所述原子气室的X轴方向设置有线偏振检测光束照射通道，所述线偏振检测光束用于检测原子气室内部原子自旋指向在X轴的投影，所述线偏振检测光束照射通道上设置有空间光调制器数字微镜装置，所述圆偏振光束照射通道上设置有第一1/4波片。所述第一1/4波片位于所述原子气室上方，所述第一1/4波片的上方设置有第二偏振分光棱镜，所述第二偏振分光棱镜将透射光传输给所述第一1/4波片，将反射光传输给第一波长计。所述第二偏振分光棱镜的上方设置有反射镜，所述反射镜的左前方设置有第二凸透镜和第一凸透镜，所述第一凸透镜和所述第二凸透镜形成扩束装置向所述反射镜传输扩束抽运光束，所述第一凸透镜通过第一格兰泰勒棱镜与抽运光束光强稳定系统形成光连接，所述抽运光束光强稳定系统通过第一1/2波片与所述抽运激光器形成光连接。所述抽运光束光强稳定系统包括第一偏振分光棱镜，所述第一偏振分光棱镜将来自所述第一1/2波片的抽运激光光束分成两路，其中一路透射光束形成第一路抽运光束，另一路反射光束通过第三光电探测器进入稳光强控制器，所述稳光强控制器与液晶相连接，所述第一路抽运光束经过所述稳光强液晶传输给所述第一格兰泰勒棱镜。所述原子气室的下方设置有第三凸透镜，所述第三凸透镜与第一光电探测器形成光连接，所述第一光电探测器连接锁相放大器。所述线偏振检测光束照射通道上设置有检测激光器，所述检测激光器通过第二1/2波片连接第三偏振分光棱镜，所述第三偏振分光棱镜将来自所述第二1/2波片的检测激光光束分成两路，其中一路透射光束传输给噪声衰减器，另一路反射光束传输给第二波长计。所述噪声衰减器通过第六凸透镜和第五凸透镜形成的扩束装置连接所述空间光调制器数字微镜装置，所述空间光调制器数字微镜装置连接有计算机，所述空间光调制器数字微镜装置依次通过其左前方的第三格兰泰勒棱镜、光弹调制器和第二1/4波片使偏振态调制检测光束穿越所述原子气室，所述原子气室的左前方设置有第四凸透镜，所述第四凸透镜通过第二格兰泰勒棱镜将检测光束传输给第二光电探测器，所述第二光电探测器连接所述锁相放大器。所述原子气室的外围设置有无磁电加热烤箱，所述无磁电加热烤箱的外围设置有三轴磁补偿线圈，所述三轴磁补偿线圈的外围设置有磁屏蔽桶，所述三轴磁补偿线圈连接信号发生器。所述空间光调制器数字微镜装置通过微镜对检测光场进行空间光高频扫描，所述微镜具有使检测光束照射到所述原子气室的接通状态和使检测光束偏离所述原子气室的断开状态。所述抽运激光器发出的激光波长与钾原子D1线相匹配，所述检测激光器发射激光波长在铷原子D2线附近失谐。本专利技术的技术效果如下：本专利技术一种基于钾铷混合抽运的高空间分辨率矢量磁场测量装置，能够克服无法利用原子磁强计实现高空间分辨率，高灵敏度矢量磁场测量的问题，基于混合抽运原子自旋效应，利用空间光调制器并结合磁场参数调制的方法，获得高空间分辨率、高灵敏度的矢量磁场信息。高空间分辨率的磁场测量有利于重建三维磁场模型，精确定位磁源位置，对脑磁探测领域十分重要。现有技术中利用磁强计探头阵列化的方法实现磁场探测，受探头尺寸以及探头串扰的影响，空间分辨率低成本高，尽管采用大气室结合阵列探测器进行三维磁场梯度测量，其空间分辨率也难以达到μm量级并且空间分辨率与灵敏度互相制约。本专利技术采用空间光调制器结合磁场参数调制的新方式，有利于获得高空间分辨率和高灵敏度的矢量磁场信息，弥补磁场探测常规方法的不足，并且为脑磁成像领域提出了新思路。附图说明图1是实施本专利技术一种基于钾铷混合抽运的高空间分辨率矢量磁场测量装置结构示意图。图2是图1中空间光调制器数字微镜装置扫描示意图。图2左侧①是指“接通”状态示意，图2右侧②是指“断开”状态示意。图2中每块微镜41下方由微型电极控制，微型电极接收来自控制芯片的指令，推动镜片(即微镜41)以镜面对角线为轴线，根据计算机程序输出电极驱动对应的微镜41产生±12°的偏转。图2左侧部分所示当微镜41为“接通状态”产生+12°偏转，反射检测光束进入原子气室18。图2右侧部分当微镜41为“断开”状态反射光束不通过原子气室18。检测光束26经该装置高频扫描反射后进入原子气室18，检测激光阵列式照射到原子气室18的不同位置，实现高空间分辨率的二维磁场测量。附图标记列示如下：1-抽运激光器；2-第一1/2波片(二分之一波片，产生附加光程差或相位差为λ/2)；3-第一偏振分光棱镜(将原始抽运激光光束分成两路，其中一路透射光束形成第一路抽运光束10，然后转换为圆偏振光束进入原子气室18，另一路为第一反射光束9，通过第三光电探测器40进入稳光强控制器15)本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于钾铷混合抽运的高空间分辨率矢量磁场测量装置，其特征在于，包括含有钾原子和铷原子的原子气室，沿所述原子气室的Z轴方向设置有圆偏振抽运光束照射通道，所述圆偏振抽运光束用于使所述原子气室中的钾原子极化，沿所述原子气室的X轴方向设置有线偏振检测光束照射通道，所述线偏振检测光束用于检测原子气室内部原子自旋指向在X轴的投影，所述线偏振检测光束照射通道上设置有空间光调制器数字微镜装置，所述圆偏振光束照射通道上设置有第一1/4波片。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于钾铷混合抽运的高空间分辨率矢量磁场测量装置，其特征在于，包括含有钾原子和铷原子的原子气室，沿所述原子气室的Z轴方向设置有圆偏振抽运光束照射通道，所述圆偏振抽运光束用于使所述原子气室中的钾原子极化，沿所述原子气室的X轴方向设置有线偏振检测光束照射通道，所述线偏振检测光束用于检测原子气室内部原子自旋指向在X轴的投影，所述线偏振检测光束照射通道上设置有空间光调制器数字微镜装置，所述圆偏振光束照射通道上设置有第一1/4波片。


2.根据权利要求1所述的基于钾铷混合抽运的高空间分辨率矢量磁场测量装置，其特征在于，所述第一1/4波片位于所述原子气室上方，所述第一1/4波片的上方设置有第二偏振分光棱镜，所述第二偏振分光棱镜将透射光传输给所述第一1/4波片，将反射光传输给第一波长计。


3.根据权利要求2所述的基于钾铷混合抽运的高空间分辨率矢量磁场测量装置，其特征在于，所述第二偏振分光棱镜的上方设置有反射镜，所述反射镜的左前方设置有第二凸透镜和第一凸透镜，所述第一凸透镜和所述第二凸透镜形成扩束装置向所述反射镜传输扩束抽运光束，所述第一凸透镜通过第一格兰泰勒棱镜与抽运光束光强稳定系统形成光连接，所述抽运光束光强稳定系统通过第一1/2波片与所述抽运激光器形成光连接。


4.根据权利要求3所述的基于钾铷混合抽运的高空间分辨率矢量磁场测量装置，其特征在于，所述抽运光束光强稳定系统包括第一偏振分光棱镜，所述第一偏振分光棱镜将来自所述第一1/2波片的抽运激光光束分成两路，其中一路透射光束形成第一路抽运光束，另一路反射光束通过第三光电探测器进入稳光强控制器，所述稳光强控制器与稳光强液晶相连接，所述第一路抽运光束经过所述液晶传输给所述第一格兰泰勒棱镜。


5.根据权利要求4所述的基于钾铷混合抽运的高空间分辨率矢量磁场测量装置，其特征在于，所述原子气室的下方设置有第三凸透镜，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：房建成，房秀杰，翟跃阳，魏凯，赵天，马丹跃，邢博铮，肖志松，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京;11