一种全偏振调控极弱磁场检测装置

技术特征：
1.一种全偏振调控极弱磁场检测装置，其特征在于，包括圆偏振泵浦光路、线偏振检测光路、磁屏蔽和磁补偿系统(21)、检测系统以及数据采集和处理系统，所述检测系统与所述数据采集和处理系统信号连接；所述磁屏蔽和磁补偿系统(21)内部设有碱金属原子气室(20)；所述圆偏振泵浦光路发射圆偏振光进入所述碱金属原子气室(20)，实现碱金属原子的极化；所述线偏振检测光路由光路发生器以及依次光路设置的相位控制系统和滤波系统组成，所述相位控制系统包括反射式相位空间调制器(6)和依次光路设置的第一分束棱镜(5)、第五透镜(7)、第六透镜(8)、第二反射镜(9)和m阶涡旋波片(10)，所述第五透镜(7)、第六透镜(8)、第二反射镜(9)和m阶涡旋波片(10)的焦距相同；所述光路发生器发射检测光路，所述检测光路通过所述第一分束棱镜(5)进入所述反射式相位空间光调制器(6)中进行特定编码调制，经过特制编码调制后的所述检测光路通过所述第一分束棱镜(5)折射后依次通过第五透镜(7)、第六透镜(8)、第二反射镜(9)和m阶涡旋波片(10)，在检测光路中的九个点生成偏振方向不同的混合线偏振矢量涡旋光束并形成检测光阵；所述检测光阵通过所述滤波系统进入所述碱金属原子气室(20)并与所述圆偏振泵浦光路正交，对极化后的碱金属原子进行检测，检测后的所述检测光阵进入检测系统。2.根据权利要求1所述的全偏振调控极弱磁场检测装置，其特征在于，所述检测系统检测通过碱金属原子气室(20)后的检测光阵的光强信息，得到空间中的光强分布信息，所述信号采集和处理系统将检测到的信息进行光场模式提取，同时将检测到的光强信号转化为磁场信息，从而实现单检测光束多通道磁场分布检测，达到像素级磁场分布成像效果。3.根据权利要求2所述的全偏振调控极弱磁场检测装置，其特征在于，所述检测系统包括1/2波片(23)、第二分束棱镜(24)、光场模式检测组件和光电探测器检测组件，所述光场模式检测组件和光电探测器检测组件皆与所述数据采集和处理系统信号连接，所述检测光阵穿过所述1/2波片(23)后经过所述第二分束棱镜(24)分为两道光束，一道光束进入所述光场模式检测组件，另一道光束进入所述光电探测器检测组件。4.根据权利要求3所述的全偏振调控极弱磁场检测装置，其特征在于，所述光场模式检测组件包括依次光路设置的检偏器(25)和ccd探测器(26),所述ccd探测器(26)探测检测光阵的光场模式信息并通过信号传输至所述数据采集和处理系统；所述光电探测器检测组件包括依次光路设置偏振差分阵列(27)和光电探测器阵列(28)，所述偏振差分阵列(27)对检测阵列的光强信号进行差分计算，光电探测器阵列(28)探测检测阵列的光强信息，并将所述光强信息和计算信息通过信号传输至所述数据采集和处理系统。5.根据权利要求4所述的全偏振调控极弱磁场检测装置，其特征在于，所述磁屏蔽和磁补偿系统(21)由磁屏蔽桶和主动补偿件组成，所述主动补偿件设于所述磁屏蔽桶内部，所述磁屏蔽桶采用高导磁材料的一种；所述主动补偿件采用三轴线圈结构设置。6.根据权利要求5所述的全偏振调控极弱磁场检测装置，其特征在于，所述磁屏蔽桶外周设有供所述圆偏振泵浦光路通过的第一透光孔组，所述磁屏蔽桶的端部设有供所述线偏振检测光路通过的第二透光孔组，每组透光孔组设有两个透光孔，第一组所述透光孔组的两个所述透光孔对称设于所述磁屏蔽桶的外周，所述第二组透光孔组的两个所述透光孔分别设于所述磁屏蔽桶相对的两端。
7.根据权利要求6所述的全偏振调控极弱磁场检测装置，其特征在于，所述圆偏振泵浦光路包括发射圆偏振光的激光器(14)、以及依次光路设置的第一透镜(15)、第二透镜(16)、光阑(17)、第一起偏器(18)和1/4波片(19)，所述泵浦光路穿过所述1/4波片(19)后通过所述第一透光孔组进入所述碱金属原子气室(20)，使碱金属原子产生自旋极化。8.根据权利要求7所述的全偏振调控极弱磁场检测装置，其特征在于，所述圆偏振泵浦光路还设有第一反射镜(22)，所述圆偏正泵浦光路通过所述第一反射镜(22)原光路返回至所述碱金属原子气室(20)，使所述碱金属原子产生二次极化。9.根据权利要求1所述的全偏振调控极弱磁场检测装置，其特征在于，所述碱金属原子气室(20)外周还设有加热件，所述加热件通过无磁电加热或激光加热方式对碱金属原子气室(20)进行加热。10.根据权利要求1所述的全偏振调控极弱磁场检测装置，其特征在于，所述步骤1中，所述碱金属原子气室(20)内碱金属原子为钾原子、铷原子、铯原子其中的一种或其中两种混合。

技术总结
本发明公开了一种全偏振调控极弱磁场检测装置，包括圆偏振泵浦光路、线偏振检测光路、磁屏蔽和磁补偿系统、光场模式检测系统、光电探测器检测系统以及数据采集和处理系统，本发明基于相位矢量化偏振模式调控方法和微弱磁场信号检测技术，光束经过相位矢量化后可以对线偏振光进行单点调制，在光束中九个不同位置生成偏振方向不同的混合线偏振矢量涡旋光束，达到了光束的像素级控制；通过对检测光的超高精度调控，提高了磁场检测的灵敏度和检测精度；采用单检测光束解决了系统级联时相互影响、强耦合的的问题，系统稳定性好、可靠性强、分辨率高。分辨率高。分辨率高。


技术研发人员：王冠学 康翔宇 李月 李仔艳 孙晓婕 高秀敏
受保护的技术使用者：上海理工大学
技术研发日：2022.02.22
技术公布日：2022/5/25