一種堿金屬原子磁強計氣室電加熱磁場測量方法
【專利摘要】本發明涉及一種堿金屬原子磁強計氣室電加熱磁場測量方法。常規的測量方法是采用其它種類的磁強計測量氣室電加熱器通電后產生的磁場，這種測量方法不僅受到所使用磁強計的體積、安裝位置的影響，無法實現原位測量，而且受限于所使用磁強計的靈敏度，測量精度不高。本發明涉及的方法是利用SERF原子磁強計三維原位磁補償技術，分別測量直流電源和高頻調制電路驅動電加熱器時原子感受到的磁場，將兩者相減從而計算出電加熱磁場的大小。這一方法不僅可以實現原位測量，消除測量的位置誤差，而且由于利用原子磁強計自身測量信息，因而可大幅度提高測量精度。
【專利說明】
-種堿金屬原子磁強計氣室電加熱磁場測量方法
技術領域
[0001] 本發明設及一種堿金屬原子磁強計氣室電加熱器磁場測量方法，屬于原子磁強計
技術領域，也可W用于原子自旋巧螺領域。
【背景技術】
[0002] 許多種類的堿金屬原子磁強計，如沈1?。（59；[]1-6義證日]1旨日-1?日1日義日1:;[0]1斗'日日，無自 旋交換弛豫)原子磁強計、鐘光累原子磁強計等，都需要對其氣室進行加熱，W保證一定的 堿金屬原子密度，從而提高其信噪比。最常用的氣室加熱方式為電加熱，即利用電流驅動電 加熱器產生焦耳熱實現加熱效果。電加熱的驅動電流將不可避免的產生磁場，運一磁場將 與待測磁場一起被原子感受到。因此對于原子磁強計而言，電加熱磁場是一個顯著的干擾 磁場，通常會采用加熱器走線對繞、驅動電流高頻調制等手段抑制運一干擾磁場的影響。因 此，測量氣室電加熱產生的磁場可W評估及優化電加熱器設計，從而有助于降低原子磁強 計的噪聲，提高其靈敏度。
[0003] 常規的電加熱磁場測量方法是采用其它種類的磁強計如磁通口、高斯計等，測量 電加熱器通電后產生的磁場。運種測量方法一方面受到所使用磁強計體積、安裝位置的影 響，無法實現原位測量;另一方面受限于所使用磁強計的靈敏度，測量精度不高。
【發明內容】
[0004] 本發明解決的問題是：克服現有常規方法無法原位測量W及測量精度不高的缺 點，提供一種堿金屬原子磁強計氣室電加熱磁場測量方法，利用SERF原子磁強計的S維原 位磁補償技術，獲得直流電源驅動和高頻調制電路驅動條件下原子感受到的磁場之差，實 現電加熱干擾磁場的精確測量。運一方法的不僅可W實現原位測量，消除測量的位置誤差， 而且由于=維原位磁補償技術是基于原子磁強計自身對磁場的測量信息，因此大大提高了 測量精度。
[0005] 本發明的技術解決方案為：一種堿金屬原子磁強計氣室電加熱磁場測量方法，其 實現方法及步驟如下：
[0006] (1)將堿金屬原子磁強計的氣室安裝于磁屏蔽桶內，使堿金屬原子工作于低磁場 環境W實現SERF態，采用直流電源驅動待測的電加熱器對氣室進行加熱，使氣室內的堿金 屬原子數密度達到10"~1〇14個/cm3量級并達到穩態；
[0007] (2)采用SERF磁強計的S維原位磁補償技術，利用函數發生器驅動S維磁場線圈將 原子感受到的磁場補償到0,記錄此時=個方向的磁補償值
[000引所述的磁補償值駕Sp等于磁屏蔽桶內S個方向E 至 加熱產生的S個方向的直流磁核
之和：
[0009]
[0010] (3)將步驟(2)中的直流電源進行高頻調制，之后將電加熱器的驅動源由直流電源 切換至高頻調制電路輸出，待氣室溫度達到與步驟(2)相同溫度并穩定后，再次采用=維原 位磁補償技術將原子感受到的磁場補償至0,記錄此時的=個方向的磁補償值馬品=(4告，^、.， 始(m"'，公f耶
[00川所述步驟(3)中的磁補償值娩P等于磁屏蔽桶內立個方向的剩磁妒i;
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[0013] 所述高頻調制電路將直流電源的輸出調制為交流輸出，高頻調制電路的調制頻率 遠大于原子磁強計的帶寬。
[0014] 所述的=維原位磁補償技術，是利用磁強計輸出信號中的信息，通過函數發生器 控制=維磁場線圈產生的磁場補償堿金屬氣室中原子感受到的磁場，使原子感受到的=個 方向磁場為0。
[0015] 本發明的原理在于：原子磁強計工作于SERF態時，可W利用S維原位磁補償技術 實現對準靜態環境磁場的補償，使原子感受到的磁場為0,因此當采用直流電源驅動電加熱 器時，磁補償值包含電加熱器產生的磁場。但是，當加熱驅動電流被調制至頻率遠高于磁強 計的帶寬時，利用運一技術則無法實現對電加熱磁場的補償。因此，將兩種驅動源下的磁補 償值相減，即可得到電加熱產生的磁場大小。
[0016] 本發明與現有技術相比的優點在于:常規的測量方法是采用其它種類的磁強計測 量氣室電加熱器通電后產生的磁場，運種測量方法不僅受到所使用磁強計的體積、安裝位 置的影響，無法實現原位測量，而且受限于所使用磁強計的靈敏度，測量精度不高。本發明 設及的方法是利用SERF原子磁強計S維原位磁補償技術，分別測量直流電源和高頻調制電 路驅動電加熱器時原子感受到的磁場，將兩者相減從而計算出電加熱磁場的大小。運一方 法不僅可W實現原位測量，消除測量的位置誤差，而且由于利用原子磁強計自身測量信息， 因而可大幅度提高測量精度。
【附圖說明】
[0017] 圖1為本發明的堿金屬原子磁強計氣室電加熱磁場測量方法流程圖；
[0018] 圖2為本發明中堿金屬原子磁強計氣室電加熱磁場測量方法實驗系統示意圖。
【具體實施方式】
[0019 ]如圖1所示，本發明具體實施步驟如下：
[0020] (1)將堿金屬氣室9安裝于磁屏蔽桶19內，使原子工作于低磁場環境W實現SERF 態。將開關5切換至直流電源3驅動待測的電加熱器10,使用電加熱器10為堿金屬氣室9加 熱，使堿金屬氣室9內的堿金屬原子數密度達到10"~1〇14個/cm3量級并達到穩態。
[0021] 抽運激光器2輸出的激光先后經過起偏器7和1/4波片8后成為圓偏振光照射堿金 屬氣室9,實現對原子的抽運。檢測激光器1輸出的激光先后經過反射鏡12和起偏器13成為 線偏振光，之后進入氣室9,其線偏振角發生改變從而實現原子進動信號的檢測，之后分別 經過反射鏡14和1/2波片15,進入渥拉斯通棱鏡16,渥拉斯通棱鏡16將檢測光分為兩束進入 差分探測器17,差分探測器輸出磁強計的信號18。
[0022] (2)利用磁強計的輸出信號18,采用=維原位磁補償技術，通過函數發生器6控制 =維磁場線圈11產生的磁場補償堿金屬氣室9中原子感受到的磁場，使原子感受到的=個 方向磁場為0。記錄此時S個方向的磁補償值巧(《品^ A品_，，錢,)。
[0023] 此時，所述的磁補償值幫mp等于磁屏蔽桶內S個方向的剩磁5""=(5產，常s'，^si) 與電加熱產生的=個方向的直流磁核
之和：
[0024]
[0025] (3)利用高頻調制電路4對直流電源3的輸出進行調制，其調制頻率遠大于原子磁 強計的帶寬。之后利用開關引尋電加熱器10的驅動源由直流電源切換為高頻調制電路4。待 氣室9溫度達到與步驟(2)相同溫度并穩定后，再次采用=維原位磁補償技術將原子感受到 的磁場補償至0,記錄此時的=個方向的磁補償值
[0026] 此時，所述的磁補償值填t等于磁屏蔽桶內S個方向的剩磁皆氣
[0027] (4)將步驟(2)記錄的磁補償值祗,P和步驟(3)中記錄的磁補償值費U目減，得到電 加熱產生的干擾磁場#eat"。
[0028] 總之，本發明避免了常規方法使用其它傳感器測量引起的位置誤差;采用=維原 位磁補償技術，利用原子磁強計自身的敏感信息實現磁場測量，由于原子磁強計具有非常 高的靈敏度。
[0029] 本發明說明書中未做詳細描述的內容屬于本領域專業技術人員公知的現有技術。
【主權項】
1. 一種堿金屬原子磁強計氣室電加熱磁場測量方法，其特征在于包括以下步驟： (1) 將堿金屬原子磁強計的氣室安裝于磁屏蔽桶內，使堿金屬原子工作于低磁場環境 以實現SERF態，采用直流電源驅動待測的電加熱器對氣室進行加熱，使氣室內的堿金屬原 子數密度達到IO 13~IO14個/cm3量級并達到穩態； (2) 采用SERF磁強計的三維原位磁補償技術，利用函數發生器驅動三維磁場線圈將原 子感受到的磁場補償到0,記錄此時三個方向的磁補償彳所 述的磁補償值及=1>等于磁屏蔽桶內三個方向的剩??電加熱產生的 三個方向的直流磁i之和：(3) 將步驟(2)中的直流電源進行高頻調制，之后將電加熱器的驅動源由直流電源切換 至高頻調制電路輸出，待氣室溫度達到與步驟(2)相同溫度并穩定后，再次采用三維原位磁 補償技術將原子感受到的磁場補償至〇,記錄此時的三個方向的磁補償值氣所述步驟(3)中的磁補償值等于磁屏蔽桶內三個方向的剩磁萬一; (4) 將步驟(2)記錄的磁補償值及&,和步驟(3)中記錄的磁補償值相減，得到電加熱 產生的干擾磁場^2. 根據權利要求1所述的堿金屬原子磁強計電加熱器磁場測量方法，其特征在于:所述 高頻調制電路將直流電源的輸出調制為交流輸出，高頻調制電路的調制頻率遠大于原子磁 強計的帶寬。3. 根據權利要求1所述的堿金屬原子磁強計電加熱器磁場測量方法，其特征在于:所述 的三維原位磁補償技術，是利用磁強計輸出信號中的信息，通過函數發生器控制三維磁場 線圈產生的磁場補償堿金屬氣室中原子感受到的磁場，使原子感受到的三個方向磁場為0。
【文檔編號】G01R33/032GK106019180SQ201610565179
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年7月18日
【發明人】房建成, 錢政, 陸吉璽, 尹彥, 胡朝暉, 劉剛
【申請人】北京航空航天大學