一种用于SERF原子磁强计磁场测量的可调双光束产生装置的制作方法

一种用于serf原子磁强计磁场测量的可调双光束产生装置
技术领域
1.本发明涉及基于光学的磁强计、磁力仪、磁测量、及激光测量的技术领域，具体涉及一种用于serf原子磁强计磁场测量的可调双光束产生装置。


背景技术：

2.自二十世纪激光器的问世以来，利用激光进行光学测量的技术手段不断提高，已在众多光学测量技术领域广泛应用。磁场中蕴含着十分丰富的信息，磁场测量是基础物理学研究、生命科学、空间与地质科学和地球物理科学等多个领域中必不可少的信息测量手段，特别是在生命科学中有十分重要的应用价值和应用意义。常见的磁场测量仪器有磁通门磁强计、光泵磁力仪等仪器。光学磁强计是近年来兴起的一种利基于激光技术等光学手段，利用原子进行磁场测量的科学仪器。
3.无自旋交换弛豫(spin-exchange relaxation-free，简称serf)原子磁强计是一种利用碱金属原子自旋进行磁场测量的光学磁强计。serf原子磁强计具有极高的磁场测量精度，但是serf原子磁强计对工作环境的依赖性较大，其工作时碱金属原子必须到达serf态。serf原子磁强计对磁环境依赖性较大，必须在接近零磁的环境下进行磁场测量和检测。serf原子磁强计在测量磁场时一般需要两束激光，一束激光对碱金属原子进行泵补，另一束激光对碱金属原子进行状态检测。serf原子磁强计的检测光系统为装置检测端，检测光系统能否实现准确地磁场数据测量，并根据分析结果及时进行相应的信号输出工作，直接影响着整个系统的性能。因此，提出一种用于serf原子磁强计磁场测量的可调双光束产生装置具有重要的意义。
4.常见的serf原子磁强计都是单束检测光，单光束原子磁强计仅有一束光对碱金属原子进行状态检测，所以限制了磁强计的测量精度与灵敏度，那些针对于双光束原子磁强计的磁场测量方法都不再适用。普通双光束原子磁强计利用两束检测光进行碱金属原子的状态检测，具有测量分辨率高、灵敏度高等优点。但是普通双光束原子磁强计中检测碱金属状态的两束检测光为固定间距，不可调节，大大限制了两束检测光的测量范围和调节空间。普通双光束的同时也存在结构复杂、调节难、成本高和输出噪声大、响应弱等问题需要解决。


技术实现要素：

5.针对现有技术的不足，本发明提供了一种用于serf原子磁强计磁场测量的可调双光束产生装置，具有成本低、结构简单、调节范围大、调节精密程度高，易于维护等优点。
6.为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种用于serf原子磁强计磁场测量的可调双光束产生装置，包括沿光路方向设置的光源、分光反射机构、双光束间距调节机构，所述光源用于为装置提供稳定的检测激光，所述分光反射机构用于对检测激光进行分束并反射给双光束间距调节机构，双光束间距调节机构用于对反射过来的两束激光进行间距调节后输出。
7.作为优选，所述的光源包括激光器，其用于发射单色相干光。
8.作为优选，所述的分光反射机构包括分光镜和若干反射镜，所述分光镜用于将单色相干光源激光器发射的单色相干光分成透射光和反射光，透射光和反射光分别经过反射镜的反射后输出给双光束间距调节机构。
9.作为优选，所述的双光束间距调节机构包括位移定位机构和三角反射机构，位移定位机构可沿水平方向移动，三角反射机构固定在位移定位机构朝向出射光方向的一端。
10.作为优选，所述的单色相干光沿水平方向。
11.作为优选，所述分光镜的分光面与水平方向的夹角为45度。
12.作为优选，所述的三角反射机构设有上反射面和下反射面，上反射面和下反射面垂直且与水平方向的夹角均为45度。
13.作为优选，所述的上反射面和下反射面分别接收来自分光反射机构的两束光，并使它们沿水平方向出射。
14.作为优选，所述射向上反射面和下反射面的两束光在同一竖直平面上。
15.本发明通过一种用于serf原子磁强计磁场测量的可调双光束产生装置，基于所述的分光反射机构和双光束间距调节机构，实现了检测光源的光束分光以及两束分光光束之间的间距调节，产生了可用于serf原子磁强计磁场测量的可调节的双光束。
16.本发明的有益效果是：采用在serf原子磁强计单束检测光的平行方向上增加一束可调节的检测光来使输出噪声减小、信号响应变强，再通过输出响应信号调节补偿和提高serf原子磁强计的检测精度与灵敏度，具有成本低、结构简单、调节范围大、调节精密程度高，易于维护等优点。这种低成本、方便实用的可调节双光束产生装置将对超高精度的双光束检测serf原子磁强计磁场测量产生重要作用。未来可应用于超高精度极弱磁测量、心脑磁测量等高精度、高灵敏度的磁场信号测量等领域，为一种切实有效的装置。
附图说明
17.图1为本发明的装置结构示意图；
18.图2为本发明的原理示意图。
具体实施方式
19.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
20.一种用于serf原子磁强计磁场测量的可调双光束产生装置，包括沿光路方向设置的光源、分光反射机构、双光束间距调节机构，所述光源用于为装置提供稳定的检测激光，所述分光反射机构用于对检测激光进行分束并反射给双光束间距调节机构，双光束间距调节机构用于对反射过来的两束激光进行间距调节后输出，双光束间距调节机构包括位移定位机构和三角反射机构。
21.如图1所示，光源包括激光器1，分光反射机构包括分光镜2、第一反射镜3、第二反射镜4、第三反射镜5，位移定位机构包括压电陶瓷驱动器6，三角反射机构包括三角反射镜7，所述三角反射镜7固定在压电陶瓷驱动器6的一端，三角反射镜7设有相互垂直的上反射面702和下反射面701，上反射面702和下反射面701均与水平方向成45度角，所述的压电陶
瓷驱动器6可用于超高真空环镜下，尺寸为高44mm，底面半径20mm，行程为25μm，运动分辨率为50nm，最大负载1kg，材料为铝合金，可实现对位移量的精准调节。
22.所述激光器1发射检测激光，检测激光以水平方向射入分光镜2并被分成水平方向的透射光和竖直向上的反射光，其中透射光在经过第二反射镜4反射后竖直向上射入三角反射镜7，并被三角反射镜7的下反射面701反射后形成水平方向的出射平行光a，另一束反射光经过第一反射镜3和第三反射镜5的反射后竖直向下射入三角反射镜7，并被三角反射镜7的上反射面702反射后形成水平方向的出射平行光b。
23.如图2所示，根据双光束间距模型，两束平行光a和b的间距变化量为两倍的压电陶瓷驱动器的位移量，所述的双光束间距模型具体是：
24.d1-d2＝2d
25.其中，d1为压电陶瓷驱动器位移前平行光a和b之间的间距，d2为压电陶瓷驱动器位移后平行光a和b之间的间距，d为压电陶瓷驱动器的位移量。于是，根据压电陶瓷驱动器的位移情况即可判断和确定平行光a和b之间的距离情况及间距大小，其大小变化量为两倍的压电陶瓷驱动器的位移量。最终通过压电陶瓷驱动器的位移控制实现对平行光a和b的间距调节。
26.本发明提出了一种用于serf原子磁强计磁场测量的可调双光束产生装置，其具体的实施方式如下：首先，通过为装置提供稳定的单色相干光源激光器产生为装置提供稳定的单色相干光源的输出激光；第二，通过基于所述的分光反射机构，实现了为装置提供稳定的检测光源的光束分光；最后，通过基于双光束间距调节机构，实现了两束分光光束之间的间距调节，产生了可用于serf原子磁强计磁场测量的可调节的双光束。
27.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。