專利名稱：高靈敏度原子磁力儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種磁場(chǎng)測(cè)量?jī)x器，尤其是能夠測(cè)量極其微弱磁場(chǎng)的儀器。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)代科技中，微弱磁場(chǎng)的探測(cè)是一項(xiàng)非常重要的技術(shù)?？臻g磁場(chǎng)的信息具有很重要的 應(yīng)用，例如空間和近地表探測(cè)、軍事技術(shù)、工業(yè)檢測(cè)、人體磁場(chǎng)的探測(cè)等。目前使用較多 的微弱磁場(chǎng)測(cè)量?jī)x主要有質(zhì)子旋進(jìn)磁力儀、光泵磁力儀和低溫超導(dǎo)量子干涉磁力儀等。上述 磁場(chǎng)測(cè)量技術(shù)有的靈敏度不夠高，有的裝置過(guò)于復(fù)雜，從而限制了其使用范圍。 發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有的微弱磁場(chǎng)測(cè)量?jī)x器裝置復(fù)雜和靈敏度有限的問(wèn)題，本實(shí)用新型提供了一 種新型的高靈敏度原子磁力儀。該儀器不但具備非常高的靈敏度，而且裝置簡(jiǎn)單、功耗小。
本實(shí)用新型提供一種高靈敏度原子磁力儀，由激光光源l、弱磁場(chǎng)探頭2和信號(hào)探測(cè)器3 三個(gè)部分構(gòu)成，通過(guò)激光光路連接，構(gòu)成高靈敏度原子磁力儀的整體；所述的激光光源1， 由激光器4、激光器控制電路5和四分之一波片6構(gòu)成；所述的弱磁場(chǎng)探頭2，由包含堿金屬 飽和蒸汽的玻璃泡7和調(diào)制線圈8構(gòu)成，包含堿金屬飽和蒸汽的玻璃泡7置于待測(cè)磁場(chǎng)中； 所述的信號(hào)探測(cè)器3，由光電轉(zhuǎn)換器件9、鎖相放大器10和數(shù)據(jù)采集、處理設(shè)備11構(gòu)成。
本實(shí)用新型所述的激光光源1，采用穩(wěn)頻半導(dǎo)體激光器輸出的與堿金屬原子基態(tài)躍遷頻 率共振的圓偏振激光，將適用波長(zhǎng)的四分之一波片6垂直置于激光光束方向，產(chǎn)生圓偏振光。
本實(shí)用新型所述的信號(hào)探測(cè)器3，采用光電轉(zhuǎn)換器件9把透過(guò)玻璃氣體泡7的激光信號(hào) 轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，同時(shí)采用調(diào)制與解調(diào)的自相關(guān)檢測(cè)技術(shù)對(duì)電信號(hào)進(jìn)行處理，然后使用計(jì)算機(jī) 對(duì)電信號(hào)自動(dòng)采集、再處理和輸出。
本實(shí)用新型提供的原子磁力儀的測(cè)量方法是將包含堿金屬飽和蒸汽的玻璃泡7及其周 圍均勻加熱且保持恒溫，置于待測(cè)磁場(chǎng)中；先開(kāi)啟激光器控制電路5，調(diào)節(jié)激光二極管的電 流和溫度，使半導(dǎo)體激光器4的波長(zhǎng)穩(wěn)定，將適用波長(zhǎng)的四分之一波片6垂直置于激光光束 方向，調(diào)節(jié)波片的相對(duì)角度使得透射光為圓偏振光；在調(diào)制線圈8上加入正弦交變電流，調(diào) 節(jié)光路，使圓偏振光縱向通過(guò)原子氣體泡7;并使用高靈敏度硅光電二極管9對(duì)透射光強(qiáng)進(jìn) 行探測(cè)，將光電二極管的信號(hào)輸入鎖相放大器10進(jìn)行自相關(guān)檢測(cè)，并將鎖相放大器的輸出信 號(hào)輸入計(jì)算機(jī)ll進(jìn)行采集、處理和最終輸出。
本實(shí)用新型所提供的原子磁力儀的工作機(jī)理是當(dāng)共振激光通過(guò)堿金屬原子氣體的時(shí)候，在橫向待測(cè)微弱磁場(chǎng)作用下造成了原子布居數(shù)轉(zhuǎn)移，從而改變?cè)託怏w對(duì)激光強(qiáng)度的吸收率。 通過(guò)測(cè)量透射激光強(qiáng)度的變化來(lái)得到微弱磁場(chǎng)的信號(hào)。
本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是 一、裝置簡(jiǎn)單，僅需激光光源、弱磁場(chǎng)探頭和光電探測(cè)器三個(gè)部 分；二、靈敏度高，這是由于堿金屬原子的能級(jí)布居數(shù)對(duì)磁場(chǎng)的變化非常敏感，而能級(jí)布居 數(shù)對(duì)入射激光的吸收率影響很大；三、界面直觀友好，由于充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)軟硬件在數(shù)據(jù)采 集和處理上的優(yōu)勢(shì)，使得界面直觀并且功能強(qiáng)大。

圖1是本實(shí)用新型所提供的原子磁力儀的總體結(jié)構(gòu)示意圖 圖2是激光光源部分的結(jié)構(gòu)示意圖 圖3是弱磁場(chǎng)探頭部分的結(jié)構(gòu)示意圖 圖4是信號(hào)探測(cè)器部分的結(jié)構(gòu)示意圖
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1
高靈敏度原子磁力儀總體結(jié)構(gòu)圖如圖1，包括激光光源部分l、弱磁場(chǎng)探頭部分2和信號(hào) 檢測(cè)部分3，三個(gè)部分通過(guò)激光光路連接，構(gòu)成高靈敏度原子磁力儀的整體。激光光源部分l 的結(jié)構(gòu)圖如圖2，包括半導(dǎo)體激光器4、激光器控制電路5和四分之一波片6;弱磁場(chǎng)探頭部 分2的結(jié)構(gòu)圖如圖3，包括包含堿金屬飽和蒸汽的玻璃泡7和調(diào)制線圈8;信號(hào)檢測(cè)部分3的 結(jié)構(gòu)圖如圖4，包括光電轉(zhuǎn)換器9、鎖相放大器10和數(shù)據(jù)采集、處理設(shè)備ll。
實(shí)施例中堿金屬原子采用銣-87原子，銣原子氣體泡7尺寸為O40X50mm，將其周圍均 勻加熱且恒溫至73.2°C，并置于待測(cè)磁場(chǎng)中。在使用過(guò)程中，先開(kāi)啟激光器控制電路5，調(diào) 節(jié)激光二極管的電流為77.78mA，溫度為2L03。C，使半導(dǎo)體激光器4的波長(zhǎng)穩(wěn)定至794.8nm， 光束直徑為0)=5mm，輸出功率衰減至0.35mW;將適用波長(zhǎng)為794.8nm的四分之一波片6垂 直置于激光光束方向，調(diào)節(jié)波片6的相對(duì)角度至76°，使得透射光為圓偏振激光；在調(diào)制線圈 8上加入頻率157.4Hz、峰一峰值為10.0mA的正弦交變電流；調(diào)節(jié)光路，使圓偏振激光縱向 通過(guò)銣原子氣體泡7，并使用高靈敏度硅光電二極管9對(duì)透射光強(qiáng)進(jìn)行探測(cè)，將光電二極管 的信號(hào)輸入鎖相放大器10進(jìn)行自相關(guān)檢測(cè)，并將鎖相放大器的輸出信號(hào)輸入計(jì)算機(jī)11進(jìn)行 采集、處理和最終輸出。
權(quán)利要求1.一種高靈敏度原子磁力儀，其特征是由激光光源(1)、弱磁場(chǎng)探頭(2)和信號(hào)探測(cè)器(3)三個(gè)部分構(gòu)成，通過(guò)激光光路連接，構(gòu)成高靈敏度原子磁力儀的整體；所述的激光光源(1)，由激光器(4)、激光器控制電路(5)和四分之一波片(6)構(gòu)成；所述的弱磁場(chǎng)探頭(2)，由包含堿金屬飽和蒸汽的玻璃泡(7)和調(diào)制線圈(8)構(gòu)成，包含堿金屬飽和蒸汽的玻璃泡(7)置于待測(cè)磁場(chǎng)中；所述的信號(hào)探測(cè)器(3)，由光電轉(zhuǎn)換器件(9)、鎖相放大器(10)和數(shù)據(jù)采集、處理設(shè)備(11)構(gòu)成。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1中所述的原子磁力儀，其特征是將適用波長(zhǎng)的四分之一波片(6)垂直 置于激光光束方向，產(chǎn)生圓偏振光。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1中所述的原子磁力儀，其特征是原子氣體泡(7)尺寸為O40X50mm。
專利摘要一種能夠測(cè)量極其微弱磁場(chǎng)的高靈敏度原子磁力儀，由激光光源、弱磁場(chǎng)探頭和信號(hào)探測(cè)器三部分構(gòu)成，由激光光路連接，構(gòu)成高靈敏度原子磁力儀的整體。通過(guò)測(cè)量激光、原子氣體與弱磁場(chǎng)的共同相互作用所引起的透射激光強(qiáng)度的改變來(lái)精確測(cè)定微弱磁場(chǎng)，具有靈敏度高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、界面友好、功耗低等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01R33/02GK201331573SQ200820169619
公開(kāi)日2009年10月21日 申請(qǐng)日期2008年12月2日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月2日
發(fā)明者徐云飛, 李曙光, 強(qiáng) 林, 王兆英 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)