基于双光束三轴矢量原子磁强计光磁非正交角原位测量方法
专利汇可以提供基于双光束三轴矢量原子磁强计光磁非正交角原位测量方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且基于双光束三轴矢量 原子 磁强计 光磁非 正交 角 原位测量方法，有助于降低三轴矢量原子磁强计的系统误差，对研制新一代超高灵敏度三轴 磁场 测量和惯性测量装置有着重要的意义和价值，将服务于未来各个领域特别是物理 基础 研究、地质勘探、军事国防、 生物 医疗等方面磁场和惯性测量应用，其特征在于，包括以下步骤，向三轴矢量原子磁强计测量装置中的 碱 金属气室输入两路光束，所述两路光束中的第一路光束沿所述碱金属气室的X轴方向输入，第二路光束沿所述碱金属气室的Z轴方向输入，所述第一路光束和所述第二路光束通过分时将所述碱金属气室中的碱金属原子自旋极化，利用两束光均敏感同一轴的磁场矢量响应差异得出非正交角信息。，下面是基于双光束三轴矢量原子磁强计光磁非正交角原位测量方法专利的具体信息内容。
1.基于双光束的三轴矢量原子磁强计光磁非正交角的原位测量方法，其特征在于，包括以下步骤，向三轴矢量原子磁强计测量装置中的碱金属气室输入两路光束，所述两路光束中的第一路光束沿所述碱金属气室的X轴方向输入，第二路光束沿所述碱金属气室的Z轴方向输入，所述第一路光束和所述第二路光束通过分时将所述碱金属气室中的碱金属原子自旋极化，利用两束光均敏感同一轴的磁场矢量响应差异得出非正交角信息。
2.根据权利要求1所述的基于双光束的三轴矢量原子磁强计光磁非正交角的原位测量方法，其特征在于，所述第一路光束为第一路圆偏振光束，所述第二路光束为第二路圆偏振光束，所述第一路圆偏振光束和所述第二路圆偏振光束均来源于同一激光器发射的原始激光光束，所述原始激光光束通过第一偏振分光棱镜分成两路初始光束。
3.根据权利要求2所述的基于双光束的三轴矢量原子磁强计光磁非正交角的原位测量方法，其特征在于，所述非正交角信息包括第一路圆偏振光束与第二路圆偏振光束之间的非正交角α，或者三轴磁补偿线圈产生的x方向磁场Bx与z方向磁场的非正交角βxz，或者三轴磁补偿线圈产生的x方向磁场Bx与y方向磁场的非正交角βxy，或者三轴磁补偿线圈产生的z方向磁场Bz与y方向磁场的非正交角βyz，或者三轴磁补偿线圈产生的x方向磁场Bx与第一路圆偏振光束的非正交角γx，或者三轴磁补偿线圈产生的z方向磁场Bz与第二路圆偏振光束的非正交角γz，或者第一路圆偏振光束与第二路圆偏振光束之间的非正交角α，或者以上非正交角的任意组合。
4.根据权利要求1所述的基于双光束的三轴矢量原子磁强计光磁非正交角的原位测量方法，其特征在于，所述三轴矢量原子磁强计包括激光器(1)，原始激光光束(2)，第一1/2波片(3)，第一偏振分光棱镜(4)，第一凸透镜(5)，第二凸透镜(6)，反射镜(7)，第二偏振分光棱镜(8)，第一1/4波片(9)，第三凸透镜(10)，第一光电探测器(11)，第二1/2波片(12)，光纤耦合器(13)，单模保偏光纤(14)，准直器(15)，准直光束(16)，第三1/2波片(17)，第三偏振分光棱镜(18)，第四凸透镜(19)，第五凸透镜(20)，第四偏振分光棱镜(21)，第二1/4波片(22)，第六凸透镜(23)，第二光电探测器(24)，锁相放大器(25)，计算机(26)，磁屏蔽桶(27)，三轴磁补偿线圈(28)，无磁电加热烤箱(29)，碱金属气室(30)，第一路圆偏振光束(31)，以及第二路圆偏振光束(32)。
5.根据权利要求4所述的基于双光束的三轴矢量原子磁强计光磁非正交角的原位测量方法，其特征在于，所述三轴磁补偿线圈(28)、无磁电加热烤箱(29)和碱金属气室(30)在磁屏蔽桶(27)的内部，磁屏蔽桶(27)用于为碱金属气室(30)提供三轴矢量原子磁强计工作所需的弱磁场环境，三轴磁补偿线圈(28)分别在x，y，z三个正交方向施加频率不同的三个正弦磁场用于补偿磁屏蔽桶(27)内的剩余磁场，无磁电加热烤箱(29)用于给碱金属气室(30)加热，将碱金属气室(30)内充有的碱金属原子从常温固态加热到气态，碱金属气室(30)内充有碱金属原子、缓冲气体氦气和淬灭气体氮气，碱金属原子为钾、铷、铯其中的一种，激光器(1)发射出原始激光光束(2)，依次经过第一1/2波片(3)和第一偏振分光棱镜(4)，被第一偏振分光棱镜(4)分为相互垂直的两束光，与原传输方向相同的一路光束通过第一凸透镜(5)和第二凸透镜(6)实现光斑扩束，经反射镜7后将光路反射至与原方向垂直之后通过第二偏振分光棱镜(8)和第一1/4波片(9)转换为第一路圆偏振光束(31)，穿过磁屏蔽桶(27)和无磁电加热烤箱(28)，照射碱金属气室(30)，用于极化碱金属气室(30)内充有的碱金属原子，第一路圆偏振光束出射光经第三凸透镜(10)会聚到第一光电探测器(11)中转换为电信号，原始激光光束(2)经过偏振分光棱镜4之后的另一路光束通过第二1/2波片(12)进入光纤耦合器(13)，通过单模保偏光纤(14)进入光纤准直器(15)，光纤准直器(15)的出射光为准直光束(16)，之后通过第三1/2波片(17)、第三偏振分光棱镜(18)，之后通过第四凸透镜(19)和第五凸透镜(20)实现光斑扩束之后通过第四偏振分光棱镜(21)和第二1/4波片(22)转换为第二路圆偏振光束(32)，穿过磁屏蔽桶(27)和无磁电加热烤箱(28)，照射碱金属气室(30)，用于极化碱金属气室(30)内充有的碱金属原子，第二路圆偏振光束(32)出射光经第六凸透镜(23)会聚到第二光电探测器(24)中转换为电信号，第一光电探测器(11)与第二光电探测器(24)利用光吸收原理检测原子自旋进动信号，将输出电信号连接锁相放大器(25)，从而对原子自旋进动信号进行解调，锁相放大器(25)与计算机(26)相连，计算机(26)驱动锁相放大器(25)，显示并存储锁相放大器(25)提取的信号，实现对三轴矢量磁场的高灵敏度测量。
6.根据权利要求5所述的基于双光束的三轴矢量原子磁强计光磁非正交角的原位测量方法，其特征在于，所述三轴矢量原子磁强计的非正交角来自于主要来自于光束之间非正交角，即自旋极化方向的非正交；三轴磁补偿线圈产生的磁场之间的非正交角，即三维磁场的非正交；光束与三轴磁补偿线圈产生的磁场方向之间的非正交角，即自旋极化与三维磁场的非正交，具体有：①光束非正交角α，即第一路圆偏振光束(31)和第二路圆偏振光束(32)夹角的余角；②三轴磁补偿线圈产生的x方向磁场与y方向磁场的非正交角βxy，即三轴磁补偿线圈产生的x方向磁场与y方向磁场夹角的余角；③三轴磁补偿线圈产生的y方向磁场与z方向磁场的非正交角βyz，即三轴磁补偿线圈产生的y方向磁场与z方向磁场夹角的余角；④三轴磁补偿线圈产生的x方向磁场与z方向磁场的非正交角βxz，即三轴磁补偿线圈产生的x方向磁场与z方向磁场夹角的余角；⑤三轴磁补偿线圈产生的x方向磁场Bx与第一路圆偏振光束(31)的非正交角γx，即三轴磁补偿线圈产生的x方向磁场Bx与第一路圆偏振光束(31)的夹角；⑥三轴磁补偿线圈产生的z方向磁场Bz与第二路圆偏振光束(32)的非正交角γz，即三轴磁补偿线圈产生的z方向磁场Bz与第二路圆偏振光束(32)的夹角。
7.根据权利要求6所述的基于双光束的三轴矢量原子磁强计光磁非正交角的原位测量方法，其特征在于，当使用所述三轴矢量原子磁强计进行三轴磁场测量时，第一路圆偏振光束(31)的原子自旋方向被抽运到x轴方向，敏感y,z轴方向磁场，第二路圆偏振光束(32)的原子自旋方向被抽运到z轴方向，敏感x,y轴方向磁场，由此得到四个方向磁场测量结果y1,z1,y2,x2，其中有一个冗余的y轴方向磁场测量结果；以y轴的磁场方向作为基准，若第一路圆偏振光束(31)与第二路圆偏振光束(32)存在非正交，则三轴矢量原子磁强计对y轴磁场的响应不同，即得到的两个y轴方向磁场测量结果不同；当且仅当第一路圆偏振光束(31)与第二路圆偏振光束(32)正交时即光束非正交角α为零，两光束对y轴的响应相同，得到的两个y轴方向磁场测量结果相同，且第一路圆偏振光束(31)和第二路圆偏振光束(32)对y轴的响应方向均与y轴磁场方向一致，测量结果与y轴方向磁场By相同，此时y自旋极化方向与y轴磁场方向保持一致，即第一路圆偏振光束(31)与第二路圆偏振光束(32)的非正交角α补偿完毕；补偿前后的y轴方向磁场测量结果的比值为光束与y轴磁场方向夹角的余弦值，光束非正交角α为两夹角之和，表达式为：
8.根据权利要求6所述的基于双光束的三轴矢量原子磁强计光磁非正交角的原位测量方法，其特征在于，当使用所述三轴矢量原子磁强计进行三轴磁场测量时，首先进行光束非正交角α的补偿与测量：应调节第一路圆偏振光束(31)和第二路圆偏振光束(32)在y轴方向磁场测量结果相同，保证第一路圆偏振光束(31)与第二路圆偏振光束(32)正交即光束非正交角α为零，且y自旋极化方向与y轴磁场方向保持一致；完成光束非正交角α的补偿与测量后，控制三轴磁补偿线圈仅产生x方向磁场Bx，测量此时三轴矢量原子磁强计对x,y,z轴方向磁场的响应得到x,y,z轴方向磁场测量结果xx,yx,zx，即线圈产生的x方向磁场在光束的测量轴x,y,z方向上的投影分量；
三轴磁补偿线圈产生的y方向磁场与测量轴y方向一致，由此可求出三轴磁补偿线圈产生的x方向磁场与y方向磁场的非正交角βxy，表达式为：
第一路圆偏振光束(31)与测量轴x方向一致，由此可求出三轴磁补偿线圈产生的x方向磁场Bx与第一路圆偏振光束(31)的非正交角γx，表达式为：
9.根据权利要求6所述的基于双光束的三轴矢量原子磁强计光磁非正交角的原位测量方法，其特征在于，完成光束非正交角α的补偿与测量后，控制三轴磁补偿线圈仅产生的z方向磁场Bz，测量此时三轴矢量原子磁强计对x,y,z轴方向磁场的响应得到x,y,z轴方向磁场测量结果xz,yz,zz即线圈产生的z方向磁场在光束的测量轴x,y,z方向上的投影分量；三轴磁补偿线圈产生的y方向磁场与测量轴y方向一致，由此可求出三轴磁补偿线圈产生的z方向磁场与y方向磁场的非正交角βyz，表达式为：
第二路圆偏振光束(32)与测量轴z方向一致，由此可求出三轴磁补偿线圈产生的z方向磁场Bz与第二路圆偏振光束(32)的非正交角γz，表达式为：
10.根据权利要求6所述的基于双光束的三轴矢量原子磁强计光磁非正交角的原位测量方法，其特征在于，完成光束非正交角α的补偿与测量后，分别控制三轴磁补偿线圈仅产生的x方向磁场Bx和z方向磁场Bz，分别测量三轴矢量原子磁强计对x,y,z轴方向磁场的响应得到x,y,z轴方向磁场测量结果xx,yx,zx，xz,yz,zz，可求出三轴磁补偿线圈产生的x方向磁场与z方向磁场的非正交角βxz，表达式为：
基于双光束三轴矢量原子磁强计光磁非正交角原位测量方法
技术领域
背景技术
磁强计(理论灵敏度达到aT/Hz 量级)。根据测量的磁场信息是否包含方向信息，可以将原子磁强计分为标量磁强计和矢量磁强计两大类。其中矢量磁强计可以测量磁场空间分量，获得空间中某点磁场更加完整的信息。三轴矢量原子磁强计能够同时提供磁场三轴矢量方向、幅度信息以及总的标量磁场幅值，被广泛应用于基础物理学、计量基准、深空/深地探测、脑磁心磁探测、生物极弱磁测量等领域，已成为新一代磁强计的发展方向。然而由于生产水平和安装工艺的限制，实际应用的三轴矢量原子磁强计不严格正交，即三轴矢量原子磁强计存在交叉耦合，也称为非正交，这使得三轴磁强计的实际测量数据存在较大测量误差。如果无法实现非正交角的原位测量，则无法对非正交角进行抑制。因此，开展三轴矢量原子磁强计光磁非正交角的原位测量方法研究已经十分迫切，这将促进超高灵敏矢量原子磁强计相关科学问题的探索，为未来三轴矢量原子磁强计的成品化奠定重要基础。
发明内容
24-第二光电探测器；25-锁相放大器；26-计算机；27-磁屏蔽桶；28-三轴磁补偿线圈；29-无磁电加热烤箱；30-碱金属气室；31-第一路圆偏振光束；32-第二路圆偏振光束。
具体实施方式
15、光束16、1/2波片17、偏振分光棱镜18、凸透镜19、凸透镜20、偏振分光棱镜21、1/4波片
22、凸透镜23、光电探测器24、锁相放大器25、计算机26、磁屏蔽桶27、三轴磁补偿线圈28、无磁电加热烤箱29、碱金属气室30、信号发生器31。其中，三轴磁补偿线圈28、无磁电加热烤箱
29、碱金属气室30在磁屏蔽桶27的内部，磁屏蔽桶27用于为碱金属气室30提供三轴矢量原子磁强计工作所需的弱磁场环境，三轴磁补偿线圈28分别在x，y，z三个正交方向施加频率不同的三个正弦磁场用于补偿磁屏蔽桶27内的剩余磁场，无磁电加热烤箱29用于给碱金属气室30加热，将碱金属气室30内充有的碱金属原子从常温固态加热到气态。碱金属气室30内充有碱金属原子、缓冲气体氦气和淬灭气体氮气，碱金属原子为钾、铷、铯其中的一种。激光器1发射出光束2，依次经过1/2波片3和偏振分光棱镜4，被偏振分光棱镜4分为相互垂直的两束光，与原传输方向相同的一路光束通过凸透镜5和凸透镜6实现光斑扩束，经反射镜7后将光路反射至与原方向垂直，光束之后通过偏振分光棱镜8和1/4波片9转换为圆偏振光束31，穿过磁屏蔽桶27和无磁电加热烤箱28，照射碱金属气室30，用于极化碱金属气室30内充有的碱金属原子。出射光经凸透镜10会聚到光电探测器11中转换为电信号。光束2经过偏振分光棱镜4之后的另一束光通过1/2波片12进入光纤耦合器13，通过单模保偏光纤14进入准直器15，光纤准直器15的出射光为光束16，之后通过1/2波片17、偏振分光棱镜18，之后通过凸透镜19和凸透镜20实现光斑扩束，光束之后通过偏振分光棱镜21和1/4波片22转换为圆偏振光束32，穿过磁屏蔽桶27和无磁电加热烤箱28，照射碱金属气室30，用于极化碱金属气室30内充有的碱金属原子。出射光经凸透镜23会聚到光电探测器24中转换为电信号。光电探测器11与光电探测器24利用光吸收原理检测原子自旋进动信号，将输出电信号连接锁相放大器25，从而对原子自旋进动信号进行解调。锁相放大器25与计算机26相连，计算机26驱动锁相放大器25，显示并存储锁相放大器25提取的信号，实现对三轴矢量磁场的高灵敏度测量。本装置利用两束正交圆偏振光束31和32分时将碱金属气室30中的碱金属原子自旋极化，利用横向调制方法对两束光的输出结果进行磁场矢量解耦。两束光均敏感同一轴的磁场矢量，响应差异反应了非正交角信息。
| 标题 | 发布/更新时间 | 阅读量 |
|---|---|---|
| 一种聚磷腈共价三嗪聚合物及其制备方法和应用 | 2022-05-17 | 1 |
| 一种利用猪粪制备生物质肥的方法 | 2023-06-28 | 0 |
| 一种磁性氧化石墨及其制备方法及应用 | 2020-07-11 | 2 |
| 由乙醇在两个低水和低能耗反应步骤中制备丁二烯和氢气的方法 | 2020-10-19 | 0 |
| 植物蛋白体系油脂微囊粉及其制备方法 | 2021-03-31 | 0 |
| 覆膜铁用桐酸甲酯共聚环氧细乳液及其制备和使用方法 | 2022-11-17 | 0 |
| 一种噬菌体的冻干粉胶囊保存方法 | 2020-07-04 | 0 |
| 一种同时检测四水合辅羧酶两种杂质含量的方法 | 2020-06-16 | 1 |
| 一种以石棉尾矿为原料的CaO-MgO-SiO2系泡沫陶瓷 | 2020-12-18 | 1 |
| 形成高效率地热井筒的方法 | 2021-07-23 | 1 |
高效检索全球专利专利汇是专利免费检索,专利查询,专利分析-国家发明专利查询检索分析平台，是提供专利分析，专利查询，专利检索等数据服务功能的知识产权数据服务商。
我们的产品包含105个国家的1.26亿组数据，免费查、免费专利分析。
专利汇分析报告产品可以对行业情报数据进行梳理分析，涉及维度包括行业专利基本状况分析、地域分析、技术分析、发明人分析、申请人分析、专利权人分析、失效分析、核心专利分析、法律分析、研发重点分析、企业专利处境分析、技术处境分析、专利寿命分析、企业定位分析、引证分析等超过60个分析角度，系统通过AI智能系统对图表进行解读，只需1分钟，一键生成行业专利分析报告。
