【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及原子磁探仪，尤其是涉及一种全光原子磁探装置及其光路设计方法。
技术介绍
1、原子磁探仪的小型化是一个重要的技术趋势，主要受到技术进步、便携性需求、能耗降低、成本效益以及应用领域扩展等因素的推动。随着光学技术、微电子学等领域和加工工艺的不断发展，目前国内已经能够制造出体积更小、功耗更低、更精密的器件，如垂直腔面发射激光器(vcsel)、微型原子气室等，从而使得自主实现原子磁探仪的小型化成为可能。磁探仪小型化带来了诸多优势，但也面临着挑战：如何在实现小型化的同时，保持可观的性能，如灵敏度指标。因此，磁探仪和光路方案的设计，以及微型器件的选择显得尤为重要。
2、原子磁探仪按照工作原理，可分类为磁光双共振型、全光调制型、汉勒效应型、参数共振型等。全光调制型的核心技术是利用调制光场，替代磁光双共振型中的射频交变磁场，驱动磁子能级之间的共振跃迁。正因如此，全光调制型相对于磁光双共振型而言，其优势在于可以避免相邻磁探仪之间的磁场串扰问题，以及保持系统的简洁性，因而在与磁探仪小型化、多探头阵列相关的应用以及某些不允许引入额外电磁场的特定场景中具有重要意义。1961年，h.l.bloom和w.e.bel l两位学者提出强度调制全光磁探仪方案，而后发展出频率调制和偏振调制方案。其中，频率调制方案通过周期性调制光场的频率，当调制频率等于拉莫尔进动频率时产生磁共振效应，利用其磁共振信号实现对磁场的高灵敏度和高准确度测量。在面向小型化应用的过程中，为了实现体积的缩减和功耗的降低，选择对激光源进行内部调制，无需增加额外的器件，大大
3、现有的全光原子磁探装置通常为双光路结构，泵浦光和探测光的重叠面积较小，导致泵浦光、探测光与原子之间的相互作用较弱，造成探测信号的信噪比较低。
技术实现思路
1、本专利技术提供一种全光原子磁探装置及其光路设计方法，以解决现有的全光原子磁探装置通常为双光路结构，泵浦光和探测光的重叠面积较小，导致泵浦光、探测光与原子之间的相互作用较弱，造成探测信号的信噪比较低的技术问题。
2、本专利技术提供了一种全光原子磁探装置，包括：
3、第一垂直腔面发射激光器、第一光电管、第一偏振分束立方、第一四分之一波片、微型原子气室、第二四分之一波片、第二偏振分束立方、第二光电管和第二垂直腔面发射激光器；
4、所述第一垂直腔面发射激光器设置于光路的最左侧，所述第一偏振分束立方、所述第一四分之一波片、所述微型原子气室、所述第二四分之一波片、所述第二偏振分束立方和所述第二垂直腔面发射激光器依次设置于所述第一垂直腔面发射激光器的右侧；
5、所述第一光电管设置于所述第一偏振分束立方的正下方；所述第二光电管设置于所述第二偏振分束立方的正下方。
6、所述第一垂直腔面发射激光器用于射出泵浦光，所述第二垂直腔面发射激光器用于射出探测光，所述第一垂直腔面发射激光器和所述第二垂直腔面发射激光器出射光线的传播路径共线，所述第一垂直腔面发射激光器的出射光状态为平行偏振态，所述第二垂直腔面发射激光器的出射光状态为平行偏振态；
7、所述第一四分之一波片和所述第二四分之一波片的光轴方向相互平行。
8、进一步的，所述第二光电管用于监测泵浦光的吸收信号；所述第一光电管用于监测探测光的吸收信号。
9、本专利技术还提供了一种全光原子磁探装置的光路设计方法，适用于如上述的全光原子磁探装置，包括：
10、控制泵浦光从所述第一垂直腔面发射激光器出射，经过所述第一偏振分束立方完全透射后，由所述第一四分之一波片转换为圆偏振光，控制所述圆偏振光进入所述微型原子气室，通过极化电子形成宏观磁矩绕磁场拉莫尔进动，并从所述微型原子气室的对称面射向所述第二四分之一波片，由所述第二四分之一波片转变偏振态，所述偏振态经过所述第二偏振分束立方反射后，进入所述第二光电管；
11、控制探测光从所述第二垂直腔面发射激光器出射，经过所述第二四分之一波片转换为圆偏振光后，进入所述微型原子气室并受到拉莫尔进动频率调制后，从所述微型原子气室的对称面出射，由所述第一四分之一波片转变偏振态后，经过第一偏振分束立方进入所述第一光电管。
12、进一步的，所述全光原子磁探装置的光路设计方法，还包括：
13、根据外部电路提供的参考频率，对进入所述第一光电管的探测光的吸收信号进行解调，若解调得到吸收曲线，则共振信号对应幅值最大点；若解调出色散曲线，则共振信号对应幅值零点；
14、提取信号幅度的中心频率点或色散过零点作为磁共振频率。
15、进一步的，所述全光原子磁探装置的光路设计方法，还包括：
16、根据所述磁共振频率确定对应原子因外磁场进动的拉莫尔频率，基于所述拉莫尔频率计算得到磁场标量。
17、本专利技术还提供了一种全光原子磁探装置，包括：
18、第一垂直腔面发射激光器、第一偏振分束立方、第一光电管、第一四分之一波片、微型原子气室、第二四分之一波片、第二偏振分束立方、第二光电管和第二垂直腔面发射激光器；
19、所述第一垂直腔面发射激光器设置于光路的最左侧，所述第一偏振分束立方、所述第一四分之一波片、所述微型原子气室、所述第二四分之一波片、所述第二偏振分束立方和所述第一光电管依次设置于所述第一垂直腔面发射激光器的右侧；
20、所述第二垂直腔面发射激光器设置于所述第一偏振分束立方的正下方；所述第二光电管设置于所述第二偏振分束立方的正下方；
21、所述第一垂直腔面发射激光器用于射出泵浦光，所述第二垂直腔面发射激光器用于射出探测光，所述第一垂直腔面发射激光器和所述第二垂直腔面发射激光器出射光线的传播路径共线，所述第一垂直腔面发射激光器的出射光状态为平行偏振态，所述第二垂直腔面发射激光器的出射光状态为垂直偏振态；
22、所述第一四分之一波片和所述第二四分之一波片的光轴方向相互平行。
23、进一步的，所述第二光电管用于监测泵浦光的吸收信号，所述第一光电管用于监测探测光的吸收信号。
24、本专利技术还提供了一种全光原子磁探装置的光路设计方法，适用于如上述的全光原子磁探装置，包括：
25、控制泵浦光从所述第一垂直腔面发射激光器出射，经过所述第一偏振分束立方完全透射后，由第一四分之一波片转换为圆偏振光，控制所述圆偏振光进入所述微型原子气室，通过极化电子形成宏观磁矩绕磁场拉莫尔进动，并从所述微型原子气室的对称面射向所述第二四分之一波片，由所述第二四分之一波片转变偏振态，所述偏振态经过所述第二偏振分束立方反射后，进入所述第二光电管；
26、控制探测光从所述第二垂直腔面发射激光器出射，经过所述第一四分之一波片转换为圆偏振光后，进入所述微型原子本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种全光原子磁探装置，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的全光原子磁探装置，其特征在于，所述第二光电管用于监测泵浦光的吸收信号；所述第一光电管用于监测探测光的吸收信号。
3.一种全光原子磁探装置的光路设计方法，其特征在于，适用于如权利要求1-2任意一项所述的全光原子磁探装置，包括：
4.如权利要求3所述的全光原子磁探装置的光路设计方法，其特征在于，还包括：
5.如权利要求4所述的全光原子磁探装置的光路设计方法，其特征在于，还包括：
6.一种全光原子磁探装置，其特征在于，包括：
7.如权利要求6所述的全光原子磁探装置，其特征在于，所述第二光电管用于监测泵浦光的吸收信号，所述第一光电管用于监测探测光的吸收信号。
8.一种全光原子磁探装置的光路设计方法，其特征在于，适用于如权利要求6-7任意一项所述的全光原子磁探装置，包括：
9.如权利要求8所述的全光原子磁探装置的光路设计方法，其特征在于，还包括：
10.如权利要求9所述的全光原子磁探装置的光路设计方法，其特征在于，还
...【技术特征摘要】
1.一种全光原子磁探装置，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的全光原子磁探装置，其特征在于，所述第二光电管用于监测泵浦光的吸收信号；所述第一光电管用于监测探测光的吸收信号。
3.一种全光原子磁探装置的光路设计方法，其特征在于，适用于如权利要求1-2任意一项所述的全光原子磁探装置，包括：
4.如权利要求3所述的全光原子磁探装置的光路设计方法，其特征在于，还包括：
5.如权利要求4所述的全光原子磁探装置的光路设计方法，其特征在于，还包括：
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