一种高灵敏度全光铯原子磁力仪的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种高灵敏度全光铯原子磁力仪，属于一种原子磁力仪。该磁力仪有一磁屏蔽筒，磁屏蔽筒内放置有Cs原子气室，在Cs原子气室周围放置三轴亥姆霍兹线圈；磁屏蔽筒上分别设有泵浦光口、检测光口和出射光口；Cs原子气室为长方体，其中4个用于通过检测光形成反射的表面除检测光的入射光和出射光局部均镀上保偏膜，另外两个用于通过泵浦光的表面不镀膜；检测光激光器发射的检测光经偏振片和小孔光阑进入Cs原子气室，在气室各表面经多次反射后出射，出射光的偏振面将旋转一个角度，Cs原子气室中放入1滴Cs和100Torr的He气和20Torr的N2气，工作于常温下。优点：结构简单，不需对其进行加热，仍能保持较高的灵敏度。
【专利说明】一种高灵敏度全光铯原子磁力仪
【技术领域】
[0001]本发明属于一种原子磁力仪，具体是一种高灵敏度全光铯原子磁力仪。
【背景技术】
[0002]原子磁力仪的基本原理是采用一束光极化碱金属原子，并采用另一束光检测被极化原子自旋在检测光方向的分量，实现极微弱磁场检测。这项技术涵盖了激光与原子的相互作用，光在各向异性介质中的传输，激光光谱学等方向，是一种弱磁场的光学测量方法，被美国麻省理工学院《Technology Review》杂志评为未来几年对我们的生活和社会产生重大影响的十大新兴技术之一，具有重要的研究价值。
[0003]弱磁检测技术的应用领域非常广泛，主要包括地质调查、油气和矿产资源勘察，地震预报，医学领域的心磁、脑磁测量，考古，金属材料无损检测，空间探测，查找定位水下光缆，以及军事领域的磁异常探测和地磁匹配导航等。
[0004]不同的应用领域决定了磁探测设备的技术指标，目前已经产品化的高灵敏度磁力仪主要包括磁通门磁力仪、质子磁力仪、光泵磁力仪和超导磁力仪。超导磁力仪是目前应用的测磁灵敏度最高的仪器，接近lfT/Hz1/2，但这种磁力仪需要工作在4K的低温条件下，导致其系统庞大维护费用较高，因此目前主要用于医学和考古领域。2003年，美国普林斯顿大学物理系Romalis教授带领的课题组在Nature上报道了一种高灵敏度无自旋交互弛豫(SERF)钾原子磁力仪，测磁灵敏度达到0.54fT/Hz1/2，并且这种磁力仪结构简单、更易于小型化使其成为近年的研究热点。
[0005]全光Cs原子磁力仪的工作过程可分成三部分,如图2所不:(I)圆偏振泵浦光极化Cs原子，极化方向沿泵浦光的传播方向；(2)被极化的原子绕着磁场的方向作拉莫进动；
(3)线偏振光检测被极化的原子在检测光方向上的投影，偏振面产生旋转。检测光偏振面旋转角q为
【权利要求】
1.一种高灵敏度全光铯原子磁力仪，包括磁屏蔽筒(1)，磁屏蔽筒(I)内放置有Cs原子气室(8)，在Cs原子气室(8)周围放置三轴亥姆霍兹线圈(7);磁屏蔽筒(I)上分别设有泵浦光口( 6 )、检测光口( 2 )和出射光口( 9 );泵浦光口( 6 )外侧对应设有泵浦光激光器(4 )以及对泵浦光的幅度进行方波调制的电光调制器，泵浦光激光器(4)的频率锁定在Cs原子Dl线G=3 —/^=4共振线处；检测光口外侧对应设有检测光激光器(3)，检测光激光器(3)的频率锁定在Cs原子D2线G=4 —Ae=5共振线处，被调制的泵浦光经扩束器(5)进行扩束后，采用偏振片和λ /4波片变成圆偏振光照射Cs原子气室；出射光口(9)外侧对应设有检测装置；检测装置检测圆二向色性介质导致的偏振光的偏振面旋转，经转换电路后做差、放大、滤波后，利用锁相放大器测量输出信号；其特征在于:所述的Cs原子气室为长方体，其中4个用于通过检测光形成反射的表面除检测光的入射光和出射光局部均镀上保偏膜，另外两个用于通过泵浦光的表面不镀膜；检测光激光器发射的检测光经偏振片和小孔光阑进入Cs原子气室,在气室各表面经多次反射后出射，出射光的偏振面将旋转一个角度，检测光偏振面 旋转角q为
Θ cc IcreMf3PxL(V) 其中'I指泵浦光与检测光交叉区长度，c指光速，^指经典电子半径，指粒子数密度， 指振子强度，A指原子极化在检测光方向的投影，Zfc)指洛伦兹线型； Cs原子气室中放入I滴Cs和IOOTorr的He气和20Torr的N2气，工作于常温下。
2.根据权利要求1所述的一种高灵敏度全光铯原子磁力仪，其特征在于:所述的泵浦光激光器(4)采用外腔半导体激光器，波长为894.6nm。
3.根据权利要求1所述的一种高灵敏度全光铯原子磁力仪，其特征在于:所述的检测光激光器(3)采用DFB半导体激 光器，波长为852.3nm。
4.根据权利要求1-3任一项所述的一种高灵敏度全光铯原子磁力仪，其特征在于:所述的磁屏蔽筒(I)为三层磁屏蔽筒。
【文档编号】G01R33/032GK103558566SQ201310553842
【公开日】2014年2月5日 申请日期:2013年11月11日 优先权日:2013年11月11日
【发明者】刘强, 孙伟民, 张军海, 孙宇丹, 付天舒, 刘东明 申请人:东北石油大学