在今天的工業(yè)中，存在對于發(fā)展可以以非常低的功率消耗運(yùn)行的越來越小的傳感器的持續(xù)的需求。冷原子傳感器代表一種發(fā)展中的技術(shù)，其具有滿足針對這樣的小的傳感器(諸如高度地穩(wěn)定的微型原子時鐘和高性能慣性測量系統(tǒng))的大小和功率這兩者的需求的潛力。冷原子傳感器通過原子的激光冷卻和俘獲來進(jìn)行操作。反亥姆霍茲磁場可以然后被應(yīng)用以便創(chuàng)建俘獲電勢，其最小處限定陷阱的中心。反亥姆霍茲場輪廓通常由電磁線圈產(chǎn)生，在電磁線圈中通到線圈的電流在測量周期期間可以被接通和關(guān)斷。然而，這些電磁線圈可能在冷原子傳感器中消耗大量功率。該配置要求線圈保持被供能以維持原子陷阱，并且然后被暫時地關(guān)閉從而所俘獲的原子可以被探測以獲取測量。

由于上面說明的原因并且由于在閱讀并且理解說明書時對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說將變得明顯的下面說明的其它原因，現(xiàn)有技術(shù)中存在針對用于提供用于原子傳感器的低功率磁場生成的替換系統(tǒng)和方法的需要。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的實施例提供如下的方法和系統(tǒng)：所述方法和系統(tǒng)用于提供用于原子傳感器的低功率磁場生成，并且將通過閱讀和研究隨后的說明書而被理解。

提供了用于如下的系統(tǒng)和方法：用于使用電永磁體的原子傳感器的可切換的低功率磁場生成。在一個實施例中，一種用于針對原子傳感器的磁場生成的方法包括：在腔室中激光冷卻原子樣品；和通過使用至少一對電永磁體單元跨原子樣品應(yīng)用原子俘獲場來在所述腔室內(nèi)在磁光陷阱中俘獲原子樣品。

附圖說明

當(dāng)鑒于優(yōu)選實施例的描述和以下各圖來考慮時，本發(fā)明的實施例可以被更容易地理解并且其進(jìn)一步的優(yōu)點和用途更容易明顯，在各圖中：

圖1和圖1A是本公開的一個實施例的電永磁體單元的示圖；

圖1B是圖解本公開的一個實施例的電永磁體單元的硬對半硬磁性材料的磁性滯后示圖；

圖2，圖2A，圖2B和圖2C是本公開的一個實施例的冷原子傳感器的示圖；和

圖3是圖解本公開的一個實施例的方法的流程圖。

根據(jù)通常的實踐，各種所描述的特征并非是按比例繪制的，而是被繪制以強(qiáng)調(diào)與本發(fā)明有關(guān)的特征。參考符號貫穿各圖和本文指示同樣的元件。

具體實施方式

在下面的詳細(xì)描述中，參照形成在此的一部分的隨附附圖，并且在隨附附圖中以其中可以實踐本發(fā)明的特定的說明性實施例的方式進(jìn)行示出。這些實施例被以足夠的細(xì)節(jié)來描述以使得本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)嵺`本發(fā)明，并且要理解的是，其它的實施例可以被利用，并且在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下可以作出邏輯、機(jī)械和電上的改變。因此，不應(yīng)在限制的意義上看待下面的詳細(xì)描述。

本公開的實施例提供用于產(chǎn)生用于冷原子傳感器的可切換的類反亥姆霍茲場的系統(tǒng)和方法，冷原子傳感器通過利用電永磁體而展示出相對低的功率消耗。作為在此使用的術(shù)語，電永磁體單元是指均具有永久繼承磁性并且在沒有外部激勵的情況下產(chǎn)生磁場(即與電磁體相反，電磁體要求將電流應(yīng)用到線圈以產(chǎn)生磁場)的磁性材料的組件。然而，由電永磁體單元中的磁性材料中的至少一種產(chǎn)生的磁場的極性可以通過將該磁性材料暴露于足夠強(qiáng)度的外部磁場來進(jìn)行更改。如下面解釋的那樣，電永磁體單元被布置成對以與激光束對結(jié)合地在真空腔室或其它容器的中心創(chuàng)建磁場梯度，以創(chuàng)建其中可以冷卻并俘獲原子的勢阱。一旦原子被冷卻并被定位在空間中，俘獲電勢就可以被關(guān)閉并且原子可以被詢問和探測(例如使用激光器)以實現(xiàn)諸如原子時鐘、磁力計和慣性傳感器的裝置。

在一個實施例中，電永磁體單元可以包括在此被稱為在磁校準(zhǔn)上的“硬”磁體的材料和在此被稱為“半硬”磁體的材料。術(shù)語“硬”和“半硬”相對于磁體來說對于磁領(lǐng)域的技術(shù)人員而言是熟知的，并且一般是指磁性材料的矯頑性(Hc)。高矯頑性的磁性材料被磁化到飽和并且在相當(dāng)?shù)貜?qiáng)的磁場中經(jīng)歷極性上的反轉(zhuǎn)。因此材料的磁性硬度至少部分地表示所述磁性材料對于通過暴露于外部應(yīng)用的磁場來使其極性跳轉(zhuǎn)的順從的程度。這將在以下進(jìn)一步解釋。半硬磁體是與硬磁體相比具有相對少的矯頑性、但是與一般將被認(rèn)為是軟磁體的材料相比具有更多的矯頑性的磁體。“硬”磁體材料的示例是NdFeB，并且“半硬”磁體材料的示例是AlNiCo，但是也可以使用其它磁性材料。

圖1和圖1A是一般地圖解本公開的一個實施例的電永(EP)磁體單元101的示圖。圖1提供圖解的EP磁體單元101的爆炸視圖，EP磁體單元101包括第一磁性環(huán)110和第二磁性環(huán)120以及圍繞磁性環(huán)110和120纏繞的磁體布線130的線圈，第一磁性環(huán)110和第二磁性環(huán)120被定位為挨著彼此，從而它們的中心軸對準(zhǔn)以限定EP磁體單元101的中心軸115。如圖1A所示，當(dāng)將圖1的元件組裝時，第一磁性環(huán)110和第二磁性環(huán)120產(chǎn)生與中心軸115對準(zhǔn)的凈磁場，其具有從(EP)磁體單元101的第一側(cè)延伸的第一磁極(P1)和從(EP)磁體單元101的相反的第二側(cè)延伸的第二磁極(P2)。如將領(lǐng)會的那樣，P1和P2表示與由EP磁體單元101產(chǎn)生的磁場的任一側(cè)關(guān)聯(lián)的相反的磁性極性。也就是，當(dāng)P1是北磁性磁極時，那么P2是南磁性磁極。同樣地，當(dāng)P1是南磁性磁極時，那么P2是北磁性磁極。在該實施例中，第一磁性環(huán)110限定EP磁體單元101的“硬”磁體，而第二磁性環(huán)120限定“半硬”磁體。

在它們的初始狀態(tài)，磁性環(huán)110和120中的每一個包括展示出磁矩的材料，并且甚至當(dāng)沒有電流應(yīng)用到磁體布線130時，每一個也產(chǎn)生它們自己的磁場。在一個實施例中，當(dāng)EP磁體單元101處于其初始狀態(tài)(在此也稱為其“斷開”狀態(tài))時，磁性環(huán)110和120被布置從而來自磁性環(huán)110和120中的每一個的相同的磁性極性彼此面對。也就是，在斷開狀態(tài)下，環(huán)110的北磁極面對環(huán)120的北磁極，或者環(huán)110的南磁極面對環(huán)120的南磁極。在這種配置中，由每個磁性環(huán)產(chǎn)生的它們的相應(yīng)的磁場抵消，從而來自單元100的凈磁場將具有作為它們的各個場的幅度之間的差的函數(shù)的幅度。在一些實施例中，選擇用于制備磁性環(huán)110和120的尺寸、幾何形狀和材料，從而磁場當(dāng)在斷開狀態(tài)時完全地或幾乎完全地彼此抵消，并且EP磁體單元101產(chǎn)生本質(zhì)上為零的凈磁場。其中環(huán)110，120的相應(yīng)的場抵消的斷開狀態(tài)在此也被稱為EP磁體單元100的去激活狀態(tài)。

與斷開狀態(tài)相反，EP磁體單元101也可以被設(shè)置為在此被稱為“導(dǎo)通”或“激活”狀態(tài)的第二狀態(tài)。為了將EP磁體單元101從斷開狀態(tài)切換到導(dǎo)通狀態(tài)，使電流脈沖通過磁布線130，從而第二磁性環(huán)120(即半硬磁體)的磁性極化矢量跳轉(zhuǎn)而與磁性環(huán)110的極化平行。也就是，磁性環(huán)120的極性跳轉(zhuǎn)，從而環(huán)120和環(huán)110的相異的磁性磁極彼此面對。在這種配置中，與彼此抵消不同，由磁性環(huán)110和120產(chǎn)生的兩個磁場是疊加的，從而來自單元100的凈磁場將具有累加的幅度(即它們的各個場的幅度的和的函數(shù))。

為了再一次將EP磁體單元101從導(dǎo)通狀態(tài)去激活回到斷開狀態(tài)，可以在與為激活EP磁體單元101而應(yīng)用的電流相反的方向上通過磁布線130通入另一短的電流脈沖。當(dāng)這樣的電流被應(yīng)用時，磁性環(huán)120的磁性極化矢量跳轉(zhuǎn)為反平行于磁性環(huán)110的磁性極化矢量，從而它們的各個磁場再一次抵消。

為使單元100的狀態(tài)跳轉(zhuǎn)而應(yīng)用的電流脈沖可以在微秒到幾百微秒的量級上，并具有足夠的幅度以產(chǎn)生足以使磁性環(huán)120的極性跳轉(zhuǎn)、但是不足以使磁性環(huán)110的極性跳轉(zhuǎn)的磁場。同時，被選擇用于環(huán)120的材料也被選擇具有足夠的矯頑磁性，它將不會響應(yīng)于由磁性環(huán)110產(chǎn)生的磁場而使極性跳轉(zhuǎn)或被消磁。就是說，磁性環(huán)120具有足夠的磁硬度以抵抗響應(yīng)于來自磁性環(huán)110的磁場而使磁極跳轉(zhuǎn)，但是將響應(yīng)于當(dāng)應(yīng)用電流時由磁布線130產(chǎn)生的磁場而進(jìn)行跳轉(zhuǎn)。磁性環(huán)110具有足夠的磁硬度以抵抗響應(yīng)于來自磁性環(huán)120的磁場而使磁極跳轉(zhuǎn)，并且抵抗響應(yīng)于來自磁布線130的磁場而使磁極跳轉(zhuǎn)。

圖1B提供示例的磁化(M)對于所應(yīng)用的磁場(H)滯后曲線190和192，其圖解“硬”對“半硬”磁性材料的特性。一般來說，磁性材料的“硬度”(即它的矯頑性或為引起材料在極性上跳轉(zhuǎn)所需要的被應(yīng)用的磁場的幅度)至少部分地是材料的滯后曲線沿著水平的“所應(yīng)用的磁場”(H)軸的寬度的函數(shù)，從而任何兩種磁性材料的相對硬度或半硬度(如這些術(shù)語在此被使用)可以通過比較它們的滯后曲線在該軸處的相對寬度來評估。當(dāng)足以引起飽和磁化的驅(qū)動場(即應(yīng)所用的磁場)被應(yīng)用到(在190處圖解的)硬磁性材料時，甚至當(dāng)驅(qū)動場被移除時硬磁性材料也將保持飽和場的部分。相比之下，當(dāng)足以引起飽和磁化的相同的驅(qū)動場被應(yīng)用到(在192處圖解的)半硬磁性材料時，當(dāng)驅(qū)動場被移除時，半硬磁性材料將保持飽和場的更小的部分。像這樣，至少部分地因為在外部應(yīng)用的磁場被移除之后存在于材料中的飽和場上的差異，與硬磁性材料相比，半硬磁性材料更順從于響應(yīng)于外部應(yīng)用的磁場而使極性反轉(zhuǎn)。

在冷原子傳感器(諸如時鐘或慣性傳感器)的情況下，原子俘獲場(諸如反赫姆霍茲場)被應(yīng)用以在高真空腔室內(nèi)俘獲原子(諸如但是不限制于原子銣(Rb)、銫(Cs)、鈣(Ca)或鐿(Yb))。圖2是圖解這樣的冷原子傳感器200的示圖，冷原子傳感器200包括一組成對的EP磁體單元組201-1和201-2，它們中的每個具有如上面針對EP磁體單元101描述那樣的結(jié)構(gòu)和配置。像這樣，來自關(guān)于EP磁體單元101的上面的討論的細(xì)節(jié)應(yīng)用于EP磁體單元201-1和201-2中的每個，并且反之亦然。

EP磁體單元201-1和201-2被定位在超高真空艙或腔室220的相對側(cè)上，以在真空轉(zhuǎn)換器220內(nèi)引入原子俘獲磁場(諸如反亥姆霍茲磁場或四極磁場)。也就是，如在圖2A中進(jìn)一步圖解那樣，兩個EP磁體單元201-1(在215-1處示出)和201-2(在215-2處示出)的每一個的中心軸被對準(zhǔn)以與彼此共線并且與被限定在真空腔室220內(nèi)的磁光陷阱222的中心共線。兩個EP磁體單元201-1和201-2的每個被相對于磁光陷阱222定向，從而當(dāng)它們兩者都被切換到導(dǎo)通狀態(tài)時，它們的相應(yīng)的磁場的極性是反平行的，并且在磁光陷阱222的正中心處彼此抵消(即它們的相應(yīng)的磁極被定向在相反的方向上)，造成原子俘獲磁梯度225，諸如反亥姆霍茲磁場配置。為了使俘獲發(fā)生，通過適當(dāng)?shù)厥еC的激光束230，232來對原子進(jìn)行激光冷卻。原子俘獲磁場可以通過將EP磁體單元201-1和201-2切換到導(dǎo)通狀態(tài)以便創(chuàng)建俘獲電勢225而被應(yīng)用，電勢225的最小處限定磁光陷阱222的中心。如術(shù)語被在此使用那樣，失諧的激光束是指被調(diào)諧到稍微從自然的原子共振頻率偏離的頻率的激光。紅色失諧光可以向原子提供摩擦力——每當(dāng)其朝向激光源移動時——由此減慢或“冷卻”原子。

在圖2示出的實施例中，失諧的激光束230，232的每一個是由相應(yīng)的激光源231和233生成的。激光源231和233與相應(yīng)的EP磁體單元201-1和201-2的每一個的中心軸115對準(zhǔn)，從而激光束230，232通過每一個的中心環(huán)孔112，并且在陷阱222的中心處相遇。以此方式，激光束230，232的每個與由EP磁體單元201-1和201-2在腔室220中產(chǎn)生的磁梯度對準(zhǔn)。還應(yīng)當(dāng)領(lǐng)會的是雖然激光源231和233被示出為是分離的，但是激光源231和233將典型地(但是并非總是)使用一個單個的激光生成裝置來實現(xiàn)，以使得激光束230，232兩者都是從單個的公共激光束得到的。

為了把被冷卻的原子加載到在空間上依賴的陷阱222中，應(yīng)用電流脈沖以激活EP磁體單元201-1和201-2，生成造成類反亥姆霍茲配置的凈磁場的原子俘獲磁場梯度225(即在陷阱222處)。更具體地，原子俘獲磁場225包括線性梯度，其在陷阱222的正中心處為零，并且在朝向EP磁體單元201-1和201-2移動的情況下在幅度上增加。因為原子試圖在最低電勢的點處停止，所以它們變?yōu)楸环@在磁光陷阱222中。

雖然在傳感器200中的原子俘獲磁場被應(yīng)用以俘獲原子，但是為了表征原子(例如，通過詢問和探測原子的內(nèi)部狀態(tài))，磁場被暫時地去能。為了對提供磁梯度的磁場去能，電流脈沖被應(yīng)用到每個EP磁體單元以把它們的相應(yīng)的EP磁體單元轉(zhuǎn)變?yōu)閿嚅_狀態(tài)。然后可以通過本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的手段來表征原子。一旦完成表征，另一電流脈沖就被在相反方向上應(yīng)用到EP磁體單元中的每個以將它們的相應(yīng)的EP磁體單元轉(zhuǎn)變到它們的導(dǎo)通狀態(tài)并且重新建立陷阱222。

與傳統(tǒng)的電磁線圈不同，在此描述的EP磁體單元具有一旦被激活就在不使用任何功率來維持磁場的情況下保持被磁化的能力。通過利用圖1和圖1A所示的EP磁體單元101，本公開的實施例提供低功率和快速的方式來執(zhí)行切換，因為每個EP磁體單元僅需要被暫時地供能以把EP磁體單元在導(dǎo)通和斷開狀態(tài)之間切換，但是EP磁體單元不需要保持被供能以維持反亥姆霍茲磁場。

關(guān)于用于制備永磁體的磁性材料的一個問題是它們生成的磁場可能隨著時間的經(jīng)過而漂移。例如，一些磁性材料對于溫度靈敏，并且將產(chǎn)生作為溫度上的改變的函數(shù)而改變的磁場。因此，對于一些實施例而言，可以可選地通過測量被激光冷卻的原子的內(nèi)部狀態(tài)并且將這些狀態(tài)轉(zhuǎn)化為被應(yīng)用到EP磁體單元的反饋信號來在EP磁體單元外校正磁場偏置。一個這樣的用于減輕漂移的實施例在圖2B中示出。

圖2B是圖解冷原子傳感器200的示圖，在冷原子傳感器200中成對的EP磁體單元201-1和201-2中的每一個進(jìn)一步包括勻場線圈280。應(yīng)當(dāng)領(lǐng)會的是，雖然關(guān)于EP磁體單元201-1和201-2討論了勻場線圈280，但是它們同樣也可以被利用于其它幾何形狀。在一個實施例中，勻場線圈280是低電流承載線圈，其可以被利用于補(bǔ)償由溫度或其它環(huán)境效應(yīng)引起的在EP磁體單元201-1和201-2的永磁場中的任何漂移。當(dāng)EP磁體單元處于斷開狀態(tài)時，勻場線圈280也可以被用于進(jìn)一步使陷阱222內(nèi)可能存在的任何殘余磁場清零。就是說，即使在斷開狀態(tài)，第一磁性環(huán)110和第二磁性環(huán)120的磁場也可能漂移，從而它們并未完美地抵消，這在斷開狀態(tài)下意味著低的殘余磁場的可能保持存在。通過使電流通過勻場線圈280，該低的殘余磁場可以被減輕。

在一個實施例中，冷原子傳感器200進(jìn)一步包括原子表征函數(shù)285。被激光冷卻的原子的內(nèi)部狀態(tài)對于殘余的磁場靈敏，并且可以以與針對磁力計的相同的方式被探測以確定作用在它們上的任何磁場的幅度。在一個實施例中，使用塞曼(Zeeman)狀態(tài)校正或其它方法的有效磁場清零(nulling)可以被使用以便及時補(bǔ)償場變化。例如，塞曼光譜可以由原子表征函數(shù)285使用以探測陷阱222中的原子的原子狀態(tài)，以測量殘余的磁場。原子表征函數(shù)285從該測量生成進(jìn)入到勻場線圈280中的一個或兩個勻場線圈280中的成比例的電流，以產(chǎn)生校正磁場，其進(jìn)行作用以使殘留的磁場清零。在一個實施例中，使用勻場線圈280執(zhí)行周期性的重新校正，以修正可能隨時間的經(jīng)過而發(fā)生的磁漂移。應(yīng)用到勻場線圈180的電流本質(zhì)上是當(dāng)磁場應(yīng)當(dāng)為零時(即當(dāng)EP磁體單元201-1和201-2處于斷開狀態(tài)時)用于將如在原子陷阱222中測量的磁場驅(qū)動為零的誤差或反饋信號。

應(yīng)當(dāng)注意的是在一些替換實施例中，用于磁性環(huán)110和120的尺寸、幾何形狀和材料被選擇為在斷開狀態(tài)下僅部分地抵消，從而即使當(dāng)單元101被去激活時，圍繞單元101的磁場中保持有所意圖的偏置。這樣的實施例可以被用在一些時鐘應(yīng)用中。在這樣的替換實施例中，勻場線圈280可以被與原子表征函數(shù)285一起利用以校正EP磁體單元以在斷開狀態(tài)下具有想要的所意圖的抵消而不是為零的凈磁場。

應(yīng)當(dāng)領(lǐng)會的是雖然圖2，圖2A和圖2B圖解與EP磁體單元201-1和201-2對準(zhǔn)的一對激光束的運(yùn)用，但是磁光陷阱222可以實際上通過附加的激光束對在所有三個笛卡爾方向上實現(xiàn)。例如，圖2C圖解與第二激光束對270和272(在262處示出，由相應(yīng)的激光源271和273產(chǎn)生)和第三激光束對275和277(在264處示出，由相應(yīng)的激光源276和278產(chǎn)生)結(jié)合使用的激光束對230和232(在260處示出，由相應(yīng)的激光源231和233產(chǎn)生)，每一對被相對于彼此正交地定向，并且具有在磁光陷阱222的中心處相互交叉的軸。

圖3是圖解用于針對原子傳感器的低功率磁場生成的本公開的一個實施例的方法300的流程圖。在一些實施例中，方法300的要素可以被用于實現(xiàn)上面關(guān)于上面各圖描述任何實施例的一個或多個要素。像這樣，方法300的要素可以被與上面描述的實施例結(jié)合地或與上面描述的實施例組合地使用，并且來自上面的討論的細(xì)節(jié)應(yīng)用于方法應(yīng)用于方法300，并且反之亦然。

方法在310處開始，其中在腔室中激光冷卻原子樣品。為了使俘獲發(fā)生，原子被適當(dāng)?shù)厥еC的激光束激光冷卻。原子俘獲磁場(諸如反亥姆霍茲磁場或四極磁場)通過將EP磁體單元切換到導(dǎo)通狀態(tài)而被應(yīng)用以便創(chuàng)建俘獲電勢梯度，其最小處限定磁光陷阱的中心。

相應(yīng)地，所述方法前進(jìn)到320，其中通過使用至少一對電永磁體單元跨原子樣品應(yīng)用原子俘獲磁場從而在腔室內(nèi)在磁光陷阱中俘獲原子樣品。如上面描述那樣，至少一對電永磁體單元中的每個電永磁體單元可以包括：第一磁性材料的第一磁性環(huán)；第二磁性材料的第二磁性環(huán)；和磁體布線的線圈，其圍繞第一磁性環(huán)和第二磁性環(huán)中的一個或這兩者纏繞。在這種情況下，跨原子樣品應(yīng)用反亥姆霍茲磁場或其它原子俘獲磁場進(jìn)一步包括：對線圈應(yīng)用具有第一持續(xù)時間和幅度的第一電流脈沖，其中于此第一電流脈沖通過在不切換第一磁性環(huán)的極性的情況下切換第二磁性環(huán)的磁性極性從而將每個電永磁體單元從斷開狀態(tài)切換到導(dǎo)通狀態(tài)。換句話說，第一磁性環(huán)限定EP磁體單元的“硬”磁體，而第二磁性環(huán)限定“半硬”磁體。在斷開狀態(tài)下，第一磁性環(huán)的第一磁場和第二磁性環(huán)的第二磁場被相反地極化從而以與上面關(guān)于圖1描述的相同方式彼此抵消。類似地，在導(dǎo)通狀態(tài)下，第一磁性環(huán)的第一磁場和第二磁性環(huán)的第二磁場被類似地極化以彼此疊加。

原子俘獲磁場被應(yīng)用以俘獲原子。但是為了表征原子(也就是，探測原子的內(nèi)部狀態(tài))，磁場被暫時地去能。像這樣在一些實施例中，方法300可以通過如下前進(jìn)到330：在原子樣品上執(zhí)行想要的原子詢問方案，同時暫時地對跨原子樣品的原子俘獲磁場去能。該詢問方案可以包括：探測原子樣品的內(nèi)部狀態(tài)；探測原子樣品的外部運(yùn)動狀態(tài)；或一些其它的原子詢問。以上面描述的方式，為了對提供磁梯度的磁場去能，(在第一脈沖的相反的方向上)對EP磁體單元中的每個應(yīng)用第二電流脈沖，以將它們的相應(yīng)的EP磁體單元轉(zhuǎn)換到它們的斷開狀態(tài)。然后可以通過對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說已知的手段來表征原子。一旦完成表征，就在相反的方向上對EP磁體單元中的每個應(yīng)用另一電流脈沖，以將它們的相應(yīng)的EP磁體單元切換到它們的導(dǎo)通狀態(tài)，并且重新建立磁光陷阱。

示例實施例

示例1包括用于針對原子傳感器的磁場生成的方法，所述方法包括：在腔室中激光冷卻原子樣品；和通過使用至少一對電永磁體單元跨所述原子樣品應(yīng)用原子俘獲場來在所述腔室內(nèi)在磁光陷阱中俘獲所述原子樣品。

示例2包括示例1的方法，進(jìn)一步包括：在所述原子樣品上執(zhí)行詢問方案，同時暫時地對跨所述原子樣品的所述原子俘獲磁場去能。

示例3包括示例1到2中的任一個的方法，其中所述至少一對電永磁體單元中的每個電永磁體單元包括：第一磁性材料的第一磁性環(huán)；第二磁性材料的第二磁性環(huán)；和磁體布線的線圈，其圍繞所述第一磁性環(huán)和第二磁性環(huán)中的一個或這兩者纏繞；其中跨原子樣品應(yīng)用原子俘獲磁場進(jìn)一步包括：對線圈應(yīng)用具有第一持續(xù)時間和幅度的第一電流脈沖，其中于此第一電流脈沖通過在不切換第一磁性環(huán)的極性的情況下切換第二磁性環(huán)的磁性極性從而將每個電永磁體單元從斷開狀態(tài)切換到導(dǎo)通狀態(tài)。

示例4包括示例3的方法，其中在斷開狀態(tài)下，第一磁性環(huán)的第一磁場和第二磁性環(huán)的第二磁場被相反地極化以彼此抵消，并且其中，在導(dǎo)通狀態(tài)下，第一磁性環(huán)的第一磁場和第二磁性環(huán)的第二磁場被類似地極化以彼此疊加。

示例5包括示例3到4中的任一個的方法，第一磁性材料具有足以不響應(yīng)于第一電流脈沖而改變極性的第一磁硬度；并且第二磁性材料具有比第一磁性材料小的第二磁硬度，以使得第二磁性材料將響應(yīng)于第一電流脈沖而改變極性，但是其中第二磁硬度足以不響應(yīng)于第一磁性環(huán)的第一磁場而改變極性。

示例6包括示例1到5中的任一個的方法，其中所述至少一對電永磁體單元包括：第一電永磁體單元，具有第一中心環(huán)孔；和第二電永磁體單元，具有第二中心環(huán)孔；其中激光冷卻進(jìn)一步包括：通過第一中心環(huán)孔朝向第二中心環(huán)孔投射第一激光束，并且通過第二中心環(huán)孔朝向第一中心環(huán)孔投射第二激光束，其中所述第一激光束和第二激光束是共線的并且在磁光陷阱處交叉。

示例7包括示例1到6中的任一個的方法，其中激光冷卻進(jìn)一步包括將第一激光束和第二激光束應(yīng)用到磁光陷阱中，第一激光束和第二激光束的每個對準(zhǔn)反亥姆霍茲磁場的軸。

示例8包括示例1到7中的任一個的方法，其中所述原子樣品包括原子銣(Rb)、銫(Cs)、原子鈣(Ca)、或原子鐿(Yb)中的一個。

示例9包括示例1到8中的任一個的方法，進(jìn)一步包括：探測原子樣品以測量凈磁場；并且基于通過探測測量的凈磁場，校正至少一對電永磁體單元中的至少第一電永磁體單元。

示例10包括示例9的方法，其中所述第一電永磁體單元進(jìn)一步包括至少一個勻場線圈；并且其中校正至少第一電永磁體單元包括：基于通過探測測量的凈磁場，控制到至少一個勻場線圈的反饋電流。

示例11包括一種冷原子傳感器，所述傳感器包括：真空腔室，具有密封在所述真空腔室內(nèi)的原子樣品；跨所述真空腔室布置的至少一對電永磁體單元，所述至少一對電永磁體單元包括具有第一中心環(huán)孔的第一電永磁體單元和具有第二中心環(huán)孔的第二電永磁體單元；第一激光源，被配置為通過第一中心環(huán)孔并且朝向第二中心環(huán)孔投射第一激光束；和第二激光源，被配置為通過第二中心環(huán)孔并且朝向第一中心環(huán)孔投射第二激光束，其中所述第一激光束和第二激光束是共線的；其中當(dāng)?shù)谝患す馐偷诙す馐还┠軙r，所述第一激光源和第二激光源被配置為激光冷卻所述原子樣品，并且所述第一電永磁體單元和第二電永磁體單元被配置為產(chǎn)生原子俘獲磁場，其將原子樣品保持在磁光陷阱中。

示例12包括示例11的傳感器，其中所述至少一對電永磁體單元中的每個電永磁體單元包括：第一磁性材料的第一磁性環(huán)；第二磁性材料的第二磁性環(huán)；和磁體布線的線圈，其圍繞所述第一磁性環(huán)和第二磁性環(huán)中的一個或這兩者纏繞；其中所述至少一對電永磁體單元被配置為通過對線圈應(yīng)用具有第一持續(xù)時間和幅度的第一電流脈沖來跨原子樣品產(chǎn)生原子俘獲磁場，其中于此第一電流脈沖通過在不切換第一磁性環(huán)的極性的情況下切換第二磁性環(huán)的磁性極性從而將每個電永磁體單元從斷開狀態(tài)切換到導(dǎo)通狀態(tài)。

示例13包括示例12的傳感器，其中所述冷原子傳感器被配置為在原子樣品上執(zhí)行詢問，同時通過切換第二磁性環(huán)的極性來暫時地對跨原子樣品的原子俘獲磁場去能。

示例14包括示例12到13中的任一個的傳感器，其中當(dāng)被切換到斷開狀態(tài)時，第一磁性環(huán)的第一磁場和第二磁性環(huán)的第二磁場被相反地極化以互相抵消，并且其中當(dāng)被切換到導(dǎo)通狀態(tài)時，第一磁性環(huán)的第一磁場和第二磁性環(huán)的第二磁場極性被類似地極化以互相疊加。

示例15包括示例12到14中的任一個的傳感器，所述第一磁性材料具有足以不響應(yīng)于第一電流脈沖而改變極性的第一磁硬度；并且所述第二磁性材料具有小于第一磁性材料的第二磁硬度，以使得第二磁性材料將響應(yīng)于第一電流脈沖而改變極性，但是其中第二磁硬度足以不響應(yīng)于第一磁性環(huán)的第一磁場而改變極性。

示例16包括示例11到15中的任一個的傳感器，其中第一激光束和第二激光束的每個對準(zhǔn)原子俘獲磁場的軸。

示例17包括示例11到16中的任一個的傳感器，其中原子樣品包括原子銣(Rb)、銫(Cs)、原子鈣(Ca)或原子鏡(Yb)中的一個。

示例18包括示例11到17中的任一個的傳感器，進(jìn)一步包括：原子表征函數(shù)，被配置為探測原子樣品以測量凈磁場；并且其中所述原子表征函數(shù)被配置為：基于通過探測測量的凈磁場，校正至少一對電永磁體單元中的至少第一電永磁體單元。

示例19包括示例11到18中的任一個的傳感器，其中成對的電永磁體單元中的至少一個包括勻場線圈；并且其中所述原子表征函數(shù)被配置為：基于通過探測測量的凈磁場，控制到至少一個勻場線圈的反饋電流。

示例20包括示例11到19中的任一個的傳感器，其中所述至少一對電永磁體單元包括：第一對電永磁體單元，跨磁光陷阱產(chǎn)生第一反亥姆霍茲磁場梯度。

雖然已經(jīng)在此圖解和描述了特定實施例，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將領(lǐng)會的是，被計算以實現(xiàn)相同目的的任何布置可以替代所示出的特定實施例。本申請意圖覆蓋本發(fā)明的任何適配或修改。因此，明顯意圖的是本發(fā)明僅由權(quán)利要求及其等同物限制。