【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于弱磁检测领域，具体提供一种基于混合泵浦的三轴矢量原子磁力仪，适用于零磁环境下弱磁场高精度测量，并实现三轴磁场同时测量。
技术介绍
1、得益于量子技术发展，基于原子自旋效应的超高灵敏磁场测量技术得到广泛的研究，它结合了原子物理学、量子光学、精密测量等众多学科，拥有着世界最高的磁场测量灵敏度。原子磁力仪相比于其他磁场测量设备，具有超高灵敏度、体积小等特点，是目前最灵敏的磁场测量设备，也是当前弱磁探测的重点研究方向。
2、基于无自旋交换弛豫的原子磁力仪的基本原理在于利用原子自旋对磁场的敏感特性进行磁场测量，其灵敏度主要受限于自旋弛豫带来的量子噪声；对于传统的原子磁力仪，碱金属原子的极化率和极化均匀性往往难以均衡，限制了原子磁力仪的灵敏度；此外，对于磁源定位等应用，三轴矢量测量的实现至关重要，现有的三轴矢量原子磁力仪难以实现高灵敏度同时测量。因此，研究一种高灵敏度同时测量的三轴矢量原子磁力仪十分关键。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于针对三轴矢量原子磁力仪三轴同时测量过程中存在的灵敏度过低的问题，提供一种基于混合泵浦的三轴矢量原子磁力仪，用以实现三轴磁场同时测量，且具有超高灵敏度的优点，对实现高灵敏三轴矢量磁场测量具有重要的意义。
2、为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：
3、一种基于混合泵浦的三轴矢量原子磁力仪，包括：光源部分、泵浦光路部分、探测光路部分、原子气室部分及信号采集部分；其特征在于，原子气室部分采用双气室结构，每
4、进一步的，所述原子气室部分包括：第一原子气室、第二原子气室，且二者均设置于磁屏蔽结构中；其中，每个原子气室充有k原子蒸汽、rb原子蒸汽以及淬灭气体、缓冲气体，k原子蒸汽与rb原子蒸汽构成混合泵浦，k与rb的摩尔比为1:(100～270)，淬灭气体采用n2，缓冲气体采用he，n2与he均超过一个大气压。
5、进一步的，所述原子气室部分中，第一个原子气室的泵浦光路沿y方向、探测光路沿x方向与z方向，第二个原子气室的泵浦光路沿z方向、探测光路沿x方向与y方向。
6、进一步的，所述光源部分包括：泵浦激光器与探测激光器，其中，泵浦激光器调谐到k原子的d1线、波长为780nm，探测激光器调谐到rb原子的d1线、波长为795nm。
7、进一步的，所述泵浦光路部分包括：一分二光纤分束器与圆偏振片；其中，泵浦光经过一分二光纤分束器等分为两束，每束泵浦光由准直头入射至圆偏振片后转换为左旋圆偏振光，两束泵浦光分别入射至两个原子气室。
8、进一步的，所述探测光路部分包括：起偏器、法拉第调制器、一分四光纤分束器与检偏器；其中，探测光经起偏器后形成线偏振光，并由法拉第调制器进行调制，再通过一分四光纤分束器等分为四束，四束探测光分为两组、且分别入射至两个原子气室，每组中两束探测光经准直头后沿两个方向入射至原子气室，四束探测光经原子气室透射后分别经过检偏器被信号采集部分收集。
9、进一步的，所述信号采集部分包括：四个pd探头、两个双通道锁相放大器及数据处理系统；其中，双通道锁相放大器与原子气室一一对应，pd探头采集四个方向的探测光，将光信号转化为电信号后对应传输至双通道锁相放大器，经解调放大后转化为数字信号并传输至数据处理系统，最后由数据处理系统提取得到磁场信号。
10、基于上述技术方案，本专利技术的有益效果在于：
11、本专利技术提供一种基于混合泵浦的三轴矢量原子磁力仪，创造性的提出双气室结构、混合泵浦与双光路探测结构相结合的创新结构设计，实现原子磁力仪的高灵敏度三轴矢量检测；与现有技术相比，本专利技术采用混合泵浦技术确保碱金属原子极化率的同时提高极化均匀度，同时，采用双光路探测结构结合法拉第旋光检测技术取代单光路结构磁场调制技术，避免多轴测量过程中磁场串扰的问题，具有三轴同时测量、灵敏度高且多轴灵敏度差距较小的优点。
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1.一种基于混合泵浦的三轴矢量原子磁力仪，包括：光源部分、泵浦光路部分、探测光路部分、原子气室部分及信号采集部分；其特征在于，原子气室部分采用双气室结构，每个原子气室采用K-Rb原子混合泵浦；光源部分出射探测光与泵浦光，泵浦光经泵浦光路部分后分别入射至两个原子气室，探测光经探测光路部分后分别入射至两个原子气室，每个原子气室具有一束泵浦光与两束探测光、且探测光路与泵浦光路均形成正交探测结构，同时两个原子气室的泵浦光路方向不同；信号采集部分采集原子气室出射探测光并经数据处理后输出电磁信号。
2.根据权利要求1所述基于混合泵浦的三轴矢量原子磁力仪，其特征在于，所述原子气室部分包括：第一原子气室、第二原子气室，且二者均设置于磁屏蔽结构中；其中，每个原子气室充有K原子蒸汽、Rb原子蒸汽以及淬灭气体、缓冲气体，K原子蒸汽与Rb原子蒸汽构成混合泵浦，K与Rb的摩尔比为1:(100～270)，淬灭气体采用N2，缓冲气体采用He，N2与He均超过一个大气压。
3.根据权利要求1所述基于混合泵浦的三轴矢量原子磁力仪，其特征在于，所述原子气室部分中，第一个原子气室的泵浦光路沿y
4.根据权利要求1所述基于混合泵浦的三轴矢量原子磁力仪，其特征在于，所述光源部分包括：泵浦激光器与探测激光器，其中，泵浦激光器调谐到K原子的D1线、波长为780nm，探测激光器调谐到Rb原子的D1线、波长为795nm。
5.根据权利要求1所述基于混合泵浦的三轴矢量原子磁力仪，其特征在于，所述泵浦光路部分包括：一分二光纤分束器与圆偏振片；其中，泵浦光经过一分二光纤分束器等分为两束，每束泵浦光由准直头入射至圆偏振片后转换为左旋圆偏振光，两束泵浦光分别入射至两个原子气室。
6.根据权利要求1所述基于混合泵浦的三轴矢量原子磁力仪，其特征在于，所述探测光路部分包括：起偏器、法拉第调制器、一分四光纤分束器与检偏器；其中，探测光经起偏器后形成线偏振光，并由法拉第调制器进行调制，再通过一分四光纤分束器等分为四束，四束探测光分为两组、且分别入射至两个原子气室，每组中两束探测光经准直头后沿两个方向入射至原子气室，四束探测光经原子气室透射后分别经过检偏器被信号采集部分收集。
7.根据权利要求1所述基于混合泵浦的三轴矢量原子磁力仪，其特征在于，所述信号采集部分包括：四个PD探头、两个双通道锁相放大器及数据处理系统；其中，双通道锁相放大器与原子气室一一对应，PD探头采集四个方向的探测光，将光信号转化为电信号后对应传输至双通道锁相放大器，经解调放大后转化为数字信号并传输至数据处理系统，最后由数据处理系统提取得到磁场信号。
...【技术特征摘要】
1.一种基于混合泵浦的三轴矢量原子磁力仪，包括：光源部分、泵浦光路部分、探测光路部分、原子气室部分及信号采集部分；其特征在于，原子气室部分采用双气室结构，每个原子气室采用k-rb原子混合泵浦；光源部分出射探测光与泵浦光，泵浦光经泵浦光路部分后分别入射至两个原子气室，探测光经探测光路部分后分别入射至两个原子气室，每个原子气室具有一束泵浦光与两束探测光、且探测光路与泵浦光路均形成正交探测结构，同时两个原子气室的泵浦光路方向不同；信号采集部分采集原子气室出射探测光并经数据处理后输出电磁信号。
2.根据权利要求1所述基于混合泵浦的三轴矢量原子磁力仪，其特征在于，所述原子气室部分包括：第一原子气室、第二原子气室，且二者均设置于磁屏蔽结构中；其中，每个原子气室充有k原子蒸汽、rb原子蒸汽以及淬灭气体、缓冲气体，k原子蒸汽与rb原子蒸汽构成混合泵浦，k与rb的摩尔比为1:(100～270)，淬灭气体采用n2，缓冲气体采用he，n2与he均超过一个大气压。
3.根据权利要求1所述基于混合泵浦的三轴矢量原子磁力仪，其特征在于，所述原子气室部分中，第一个原子气室的泵浦光路沿y方向、探测光路沿x方向与z方向，第二个原子气室的泵浦光路沿z方向、探测光路沿x方向与y方向。
4.根据权利要求1所述基于混合泵浦的三轴矢量原子磁力仪，其特征在于，所述光...
【专利技术属性】
技术研发人员：岳慧敏，陈天鹏，郑志强，陈治州，欧中华，刘永，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：
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