一種用于光泵浦裝置中的軸向磁場調(diào)整裝置及調(diào)整方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及光泵浦技術(shù)領(lǐng)域，具體地涉及可用于光泵浦裝置中的軸向磁場調(diào)整裝置及相應(yīng)的調(diào)整方法。本發(fā)明所述裝置包括光泵浦發(fā)生組件S1、磁場強(qiáng)度和位置探測組件S2、磁場位置調(diào)節(jié)組件S3以及磁場發(fā)生控制組件S4。本發(fā)明利用磁場的矢量疊加進(jìn)行磁場強(qiáng)度和位置控制，具有較高的靈敏度并且沒有引入額外的剩余磁場，結(jié)構(gòu)簡單，體積較小，能夠在磁屏蔽桶內(nèi)部實(shí)現(xiàn)磁場調(diào)節(jié)。
【專利說明】
一種用于光泵浦裝置中的軸向磁場調(diào)整裝置及調(diào)整方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及光栗浦技術(shù)領(lǐng)域，具體地涉及可用于光栗浦裝置中的軸向磁場調(diào)整裝置及相應(yīng)的調(diào)整方法。
【背景技術(shù)】
[0002]光栗浦是一種通過激光輻射工作物質(zhì)，使物質(zhì)內(nèi)部發(fā)生粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，最終使大部分原子處于特定的相同能級(jí)狀態(tài)，即實(shí)現(xiàn)原子極化的技術(shù)手段。在授時(shí)、磁力儀、量子光學(xué)、導(dǎo)航和醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域中，光栗浦都得到廣泛的應(yīng)用。
[0003]光栗浦的基本原理是通過激光與原子的相互作用將光子的角動(dòng)量傳遞給原子。從廣泛意義上講，光栗浦實(shí)現(xiàn)了對(duì)原子平移及自旋自由度的排列。典型的光栗浦實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)包含以下幾部分:波長諧振于工作物質(zhì)特定躍迀(例如Rb原子Dl躍迀)的圓偏振栗浦激光;方向與激光傳播方向一致的恒定軸向磁場;封裝有堿金屬蒸汽及其他緩沖氣體的原子氣室。一般軸向(沿栗浦光方向)磁場由一對(duì)亥姆霍茲線圈產(chǎn)生。光栗浦裝置中要求軸向磁場幅值保持穩(wěn)定并且原子氣室需置于一對(duì)亥姆霍茲線圈的主軸中心位置(在軸向上與兩線圈距離相等)，以保證原子氣室范圍內(nèi)磁場強(qiáng)度的均勻和方向的一致，但實(shí)際操作中存在的安裝誤差是不可避免的。在光栗浦一般應(yīng)用中，需要引入磁屏蔽削弱外界磁場的影響。因此在空間上限制了手動(dòng)調(diào)節(jié)磁場位置的可能性。如果引入電機(jī)控制調(diào)節(jié)磁場位置，則會(huì)通過電流引入磁場噪聲。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提供一種用于光栗浦裝置中的軸向磁場調(diào)整裝置及相應(yīng)的軸向磁場調(diào)整方法，實(shí)現(xiàn)了非接觸的軸向磁場強(qiáng)度和位置調(diào)節(jié)。
[0005]本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:一種用于光栗浦裝置中的軸向磁場調(diào)整裝置，包括光栗浦發(fā)生組件S1、磁場強(qiáng)度和位置探測組件S2、磁場位置調(diào)節(jié)組件S3以及磁場發(fā)生控制組件S4，所述光栗浦發(fā)生組件SI用于產(chǎn)生光栗浦現(xiàn)象，所述磁場強(qiáng)度和位置探測組件S2用于測量軸向磁場強(qiáng)度以及軸向磁場與原子氣室的位置偏差，所述磁場位置調(diào)節(jié)組件S3用于形成新的可控制的調(diào)節(jié)磁場，調(diào)整軸向磁場的位置，所述磁場發(fā)生控制組件S4通過比較原子氣室中堿金屬原子的實(shí)際Larmor進(jìn)動(dòng)頻率ω γ Bot與設(shè)定的縱向磁場強(qiáng)度Bq對(duì)應(yīng)的Larmor進(jìn)動(dòng)頻率ω a= γ Bq，控制主磁場線圈調(diào)整軸向磁場強(qiáng)度，控制射頻磁場線圈實(shí)現(xiàn)軸向磁場位置和強(qiáng)度探測，控制兩組位置調(diào)節(jié)磁場線圈調(diào)節(jié)軸向磁場與原子氣室的相對(duì)位置，以實(shí)現(xiàn)軸向磁場與原子氣室的空間對(duì)準(zhǔn)；
[0006]所述光栗浦發(fā)生組件SI包含栗浦激光器1、一號(hào)起偏器2、四分之一波片3、擴(kuò)束系統(tǒng)4、充有堿金屬蒸汽和緩沖氣體的原子氣室5和主磁場線圈12，所述栗浦激光器1、一號(hào)起偏器2、四分之一波片3、擴(kuò)束系統(tǒng)4、充有堿金屬蒸汽和緩沖氣體的原子氣室5位于同一光路上，并且該光路的軸線及主磁場線圈12的軸線與ζ軸重合；
[0007]所述磁場強(qiáng)度和位置探測組件S2包含探測激光器6、二號(hào)起偏器7、射頻磁場線圈8和光電探測器9，所述探測激光器6、二號(hào)起偏器7、射頻磁場線圈8和光電探測器9位于同一光路上，并且該光路的軸線與X軸重合；
[0008]所述磁場強(qiáng)度和位置調(diào)節(jié)組件S3包含一號(hào)位置調(diào)節(jié)磁場線圈13和二號(hào)位置調(diào)節(jié)磁場線圈14，且一號(hào)位置調(diào)節(jié)磁場線圈13和二號(hào)位置調(diào)節(jié)磁場線圈14的軸線與ζ軸平行但不重合；當(dāng)用所述磁場強(qiáng)度和位置調(diào)節(jié)組件S3來調(diào)整軸向磁場與原子氣室在X方向上相對(duì)位置的偏移時(shí)，一號(hào)位置調(diào)節(jié)磁場線圈13和二號(hào)位置調(diào)節(jié)磁場線圈14的軸線與X軸分別交于x = b點(diǎn)和x = _b點(diǎn)；當(dāng)用所述磁場強(qiáng)度和位置調(diào)節(jié)組件S3來調(diào)整軸向磁場與原子氣室在y方向上相對(duì)位置的偏移，一號(hào)位置調(diào)節(jié)磁場線圈13和二號(hào)位置調(diào)節(jié)磁場線圈14的軸線與y軸分別交于y = b點(diǎn)和y = _b點(diǎn);b的取值決定了本發(fā)明的磁場位置調(diào)節(jié)范圍，一般情況下，選擇b近似等于原子氣室沿探測光方向的長度；
[0009]所述磁場發(fā)生控制組件S4包含處理器10和磁場產(chǎn)生控制器11，其中處理器10與光電探測器9連接，用于測量堿金屬原子的Larmor進(jìn)動(dòng)頻率和橫向弛豫時(shí)間，磁場產(chǎn)生控制器11分別與射頻磁場線圈8、主磁場線圈12、一號(hào)位置調(diào)節(jié)磁場線圈13和二號(hào)位置調(diào)節(jié)磁場線圈14相連，對(duì)磁場線圈提供驅(qū)動(dòng)電流、控制磁場強(qiáng)度。
[0010]本發(fā)明提供一種用于光栗浦裝置中的軸向磁場調(diào)整方法，具體包含以下步驟:
[0011]S1.栗浦激光器I沿ζ軸方向出射的激光經(jīng)過一號(hào)起偏器2和四分之一波片3后轉(zhuǎn)化為圓偏振光，再通過擴(kuò)束系統(tǒng)4輻照原子氣室5，主磁場線圈12沿ζ軸方向向原子氣室5施加幅值恒定的軸向主磁場Bo ；
[0012]S2.探測激光器6沿X軸方向出射的激光經(jīng)過二號(hào)起偏器7轉(zhuǎn)化為線偏振光，透過原子氣室5后由光電探測器9接收，射頻磁場線圈8沿X軸方向向原子氣室5施加射頻磁場，施加的射頻磁場的頻率等于堿金屬原子在軸向主磁場下的Larmor進(jìn)動(dòng)頻率Oa= γΒο，其中γ為原子氣室內(nèi)堿金屬原子的旋磁比，光電探測器9將接收到的光信號(hào)反饋給處理器10;
[0013]S3.處理器10提取反饋光信號(hào)中堿金屬原子的實(shí)際Larmor進(jìn)動(dòng)頻率col= yBot，并與設(shè)定的縱向磁場強(qiáng)度Bo對(duì)應(yīng)的Larmor進(jìn)動(dòng)頻率ω a= γ Bo比較，得到實(shí)際磁場強(qiáng)度Bot與設(shè)定磁場強(qiáng)度Bo的偏差Δ Bo = Bo-Bot,通過磁場產(chǎn)生控制器11對(duì)主磁場線圈12的驅(qū)動(dòng)電流進(jìn)行調(diào)整，實(shí)現(xiàn)對(duì)軸向磁場強(qiáng)度的閉環(huán)控制，使其穩(wěn)定在設(shè)定的縱向磁場強(qiáng)度B0;
[0014]S4.調(diào)節(jié)一號(hào)位置調(diào)節(jié)磁場線圈13的驅(qū)動(dòng)電流為11和二號(hào)位置調(diào)節(jié)磁場線圈14的驅(qū)動(dòng)電流為IQ2，實(shí)現(xiàn)軸向磁場與原子氣室的對(duì)準(zhǔn):本發(fā)明利用了軸向磁場與原子氣室位置偏差會(huì)導(dǎo)致的堿金屬橫向弛豫時(shí)間縮短的現(xiàn)象。[具體參見“李瑩穎.核磁共振原子自旋陀螺儀中Bloch方程的應(yīng)用研究[D].國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)碩士學(xué)位論文，2013.”]。
[0015]S4.1磁場產(chǎn)生控制器11控制射頻磁場線圈8，實(shí)現(xiàn)對(duì)堿金屬橫向弛豫時(shí)間的測量，磁場產(chǎn)生控制器11掃描一號(hào)位置調(diào)節(jié)磁場線圈13驅(qū)動(dòng)電流，同時(shí)保持二號(hào)位置調(diào)節(jié)磁場線圈14的驅(qū)動(dòng)電流不變，得到橫向弛豫時(shí)間處于極大值時(shí)，磁場產(chǎn)生控制器11輸出的一號(hào)位置調(diào)節(jié)磁場線圈13的驅(qū)動(dòng)電流為101;
[0016]S4.2磁場產(chǎn)生控制器11保持一號(hào)位置調(diào)節(jié)磁場線圈13的驅(qū)動(dòng)電流為IQ1，同時(shí)掃描二號(hào)位置調(diào)節(jié)磁場線圈14的驅(qū)動(dòng)電流，測量得到橫向弛豫時(shí)間處于極大值時(shí)，磁場產(chǎn)生控制器11輸出的二號(hào)位置調(diào)節(jié)磁場線圈14的驅(qū)動(dòng)電流為102;
[0017]S4.3磁場產(chǎn)生控制器11保持二號(hào)位置調(diào)節(jié)磁場線圈14的驅(qū)動(dòng)電流為IQ2，重復(fù)步驟S4.1，得到橫向弛豫時(shí)間處于極大值時(shí)，磁場產(chǎn)生控制器11輸出的一號(hào)位置調(diào)節(jié)磁場線圈13的驅(qū)動(dòng)電流為In;
[0018]S4.4磁場產(chǎn)生控制器11保持一號(hào)位置調(diào)節(jié)磁場線圈13的驅(qū)動(dòng)電流為In，重復(fù)步驟S4.2，得到橫向弛豫時(shí)間處于極大值時(shí)，磁場產(chǎn)生控制器11輸出的二號(hào)位置調(diào)節(jié)磁場線圈14的驅(qū)動(dòng)電流為I12;
[0019]S4.5重復(fù)S4.1-S4.4，直到一號(hào)位置調(diào)節(jié)磁場線圈13的驅(qū)動(dòng)電流I1和二號(hào)位置調(diào)節(jié)磁場線圈14的驅(qū)動(dòng)電流I2無明顯變化；
[0020]S4.6設(shè)置磁場產(chǎn)生控制器11對(duì)一號(hào)位置調(diào)節(jié)磁場線圈13的驅(qū)動(dòng)電流為I1，對(duì)二號(hào)位置調(diào)節(jié)磁場線圈14的驅(qū)動(dòng)電流為12，即實(shí)現(xiàn)了軸向磁場與原子氣室的對(duì)準(zhǔn)。
[0021]本發(fā)明具有以下技術(shù)效果:首先，與其他調(diào)節(jié)方式相比，本發(fā)明利用磁場的矢量疊加進(jìn)行磁場強(qiáng)度和位置控制，具有較高的靈敏度;其次，本發(fā)明沒有引入額外的剩余磁場；最后，本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，體積較小，能夠在磁屏蔽桶內(nèi)部實(shí)現(xiàn)磁場調(diào)節(jié)。
【附圖說明】
[0022]圖1為用于光栗浦裝置的示范性軸向磁場調(diào)整系統(tǒng)的工作流程圖；
[0023]圖2為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的用于光栗浦裝置的軸向磁場調(diào)整系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖3為用于調(diào)整軸向磁場沿X方向位置的線圈結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖4為用于調(diào)整軸向磁場沿y方向位置的線圈結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡明本發(fā)明，應(yīng)理解本實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍，在閱讀了本發(fā)明之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的各種等同形式的修改均落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求所限定的范圍。
[0027]參考圖1，本發(fā)明的用于光栗浦裝置中的軸向磁場調(diào)整裝置，利用光栗浦發(fā)生組件SI產(chǎn)生極化的堿金屬原子;磁場強(qiáng)度和位置探測組件S2利用極化的堿金屬原子對(duì)軸向磁場強(qiáng)度和位置進(jìn)行探測，將得到的軸向強(qiáng)度和位置信息傳遞給磁場發(fā)生控制組件S4;磁場發(fā)生控制組件S4控制光栗浦發(fā)生組件SI調(diào)整軸向磁場強(qiáng)度，控制磁場位置調(diào)節(jié)組件S3調(diào)節(jié)軸向磁場與原子氣室的相對(duì)位置，控制磁場強(qiáng)度和位置探測組件S2再一次對(duì)軸向磁場位置和強(qiáng)度進(jìn)行探測。
[0028]參考圖2，本發(fā)明的用于光栗浦裝置中的軸向磁場調(diào)整裝置中，所述光栗浦發(fā)生組件SI包含栗浦激光器1、一號(hào)起偏器2、四分之一波片3、擴(kuò)束系統(tǒng)4、充有堿金屬蒸汽和緩沖氣體的原子氣室5和主磁場線圈12，栗浦激光器1、一號(hào)起偏器2、四分之一波片3、擴(kuò)束系統(tǒng)
4、充有堿金屬蒸汽和緩沖氣體的原子氣室5位于同一光路上，并且該光路的軸線及主磁場線圈12的軸線與ζ軸重合，參考圖3(在圖3中ζ軸正方向垂直于紙面向里)。
[0029]磁場強(qiáng)度和位置探測組件S2包含探測激光器6、二號(hào)起偏器7、射頻磁場線圈8和光電探測器9，探測激光器6、二號(hào)起偏器7、射頻磁場線圈8和光電探測器9位于同一光路上，并且該光路的軸線與X軸重合。
[0030]磁場強(qiáng)度和位置調(diào)節(jié)組件S3包含一號(hào)位置調(diào)節(jié)磁場線圈13和二號(hào)位置調(diào)節(jié)磁場線圈14，且一號(hào)位置調(diào)節(jié)磁場線圈13和二號(hào)位置調(diào)節(jié)磁場線圈14的軸線與ζ軸平行但不重合。若所述裝置用來調(diào)整軸向磁場與原子氣室在X方向上相對(duì)位置的偏移，一號(hào)位置調(diào)節(jié)磁場線圈13和二號(hào)位置調(diào)節(jié)磁場線圈14的軸線與X軸分別交于x = b點(diǎn)和x = -b點(diǎn)，參考圖3;若所述裝置用來調(diào)整軸向磁場與原子氣室在y方向上相對(duì)位置的偏移，一號(hào)位置調(diào)節(jié)磁場線圈13和二號(hào)位置調(diào)節(jié)磁場線圈14的軸線與y軸分別交于y = b點(diǎn)和y = _b點(diǎn)，參考圖4。13決定了本發(fā)明的磁場位置調(diào)節(jié)范圍，一般情況下，選擇b近似等于原子氣室沿探測光方向的長度。
[0031]磁場發(fā)生控制組件S4包含處理器10和磁場產(chǎn)生控制器11，其中處理器10與光電探測器9連接，用于測量堿金屬原子的Larmor進(jìn)動(dòng)頻率和橫向弛豫時(shí)間，磁場產(chǎn)生控制器11分別與射頻磁場線圈8、主磁場線圈12、一號(hào)位置調(diào)節(jié)磁場線圈13和二號(hào)位置調(diào)節(jié)磁場線圈14相連，對(duì)磁場線圈提供驅(qū)動(dòng)電流、控制磁場強(qiáng)度。
[0032]本發(fā)明提供一種用于光栗浦裝置中的軸向磁場調(diào)整方法，具體包含以下步驟:
[0033]S1.栗浦激光器I沿ζ軸方向出射的激光經(jīng)過一號(hào)起偏器2和四分之一波片3后轉(zhuǎn)化為圓偏振光，再通過擴(kuò)束系統(tǒng)4輻照原子氣室5，主磁場線圈12沿ζ軸方向向原子氣室5施加幅值恒定的軸向主磁場Bo ；
[0034]S2.探測激光器6沿X軸方向出射的激光經(jīng)過二號(hào)起偏器7轉(zhuǎn)化為線偏振光，透過原子氣室5后由光電探測器9接收，射頻磁場線圈8沿X軸方向向原子氣室5施加射頻磁場，施加的射頻磁場的頻率等于堿金屬原子在軸向主磁場下的Larmor進(jìn)動(dòng)頻率Oa= γΒο，其中γ為原子氣室內(nèi)堿金屬原子的旋磁比，光電探測器9將接收到的光信號(hào)反饋給處理器10;
[00；35] S3.處理器10提取反饋光信號(hào)中堿金屬原子的實(shí)際Larmor進(jìn)動(dòng)頻率col= yBot，并與設(shè)定的縱向磁場強(qiáng)度Bo對(duì)應(yīng)的Larmor進(jìn)動(dòng)頻率ω a= γ Bo比較，得到實(shí)際磁場強(qiáng)度Bot與設(shè)定磁場強(qiáng)度Bo的偏差Δ Bo = Bo-Bot,通過磁場產(chǎn)生控制器11對(duì)主磁場線圈12的驅(qū)動(dòng)電流進(jìn)行調(diào)整，實(shí)現(xiàn)對(duì)軸向磁場強(qiáng)度的閉環(huán)控制，使其穩(wěn)定在設(shè)定的縱向磁場強(qiáng)度B0;
[0036]S4.調(diào)節(jié)一號(hào)位置調(diào)節(jié)磁場線圈13的驅(qū)動(dòng)電流為11和二號(hào)位置調(diào)節(jié)磁場線圈14的驅(qū)動(dòng)電流為IQ2，實(shí)現(xiàn)軸向磁場與原子氣室的對(duì)準(zhǔn):本發(fā)明利用了軸向磁場與原子氣室位置偏差會(huì)導(dǎo)致的堿金屬橫向弛豫時(shí)間縮短的現(xiàn)象。[具體參見“李瑩穎.核磁共振原子自旋陀螺儀中Bloch方程的應(yīng)用研究[D].國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)碩士學(xué)位論文，2013.”]。
[0037]S4.1磁場產(chǎn)生控制器11控制射頻磁場線圈8，實(shí)現(xiàn)對(duì)堿金屬橫向弛豫時(shí)間的測量，磁場產(chǎn)生控制器11掃描一號(hào)位置調(diào)節(jié)磁場線圈13驅(qū)動(dòng)電流，同時(shí)保持二號(hào)位置調(diào)節(jié)磁場線圈14的驅(qū)動(dòng)電流不變，得到橫向弛豫時(shí)間處于極大值時(shí)，磁場產(chǎn)生控制器11輸出的一號(hào)位置調(diào)節(jié)磁場線圈13的驅(qū)動(dòng)電流為101;
[0038]S4.2磁場產(chǎn)生控制器11保持一號(hào)位置調(diào)節(jié)磁場線圈13的驅(qū)動(dòng)電流為IQ1，同時(shí)掃描二號(hào)位置調(diào)節(jié)磁場線圈14的驅(qū)動(dòng)電流，測量得到橫向弛豫時(shí)間處于極大值時(shí)，磁場產(chǎn)生控制器11輸出的二號(hào)位置調(diào)節(jié)磁場線圈14的驅(qū)動(dòng)電流為102;
[0039]S4.3磁場產(chǎn)生控制器11保持二號(hào)位置調(diào)節(jié)磁場線圈14的驅(qū)動(dòng)電流為IQ2，重復(fù)步驟S4.1，得到橫向弛豫時(shí)間處于極大值時(shí)，磁場產(chǎn)生控制器11輸出的一號(hào)位置調(diào)節(jié)磁場線圈13的驅(qū)動(dòng)電流為In;
[0040]S4.4磁場產(chǎn)生控制器11保持一號(hào)位置調(diào)節(jié)磁場線圈13的驅(qū)動(dòng)電流為In，重復(fù)步驟
S4.2，得到橫向弛豫時(shí)間處于極大值時(shí)，磁場產(chǎn)生控制器11輸出的二號(hào)位置調(diào)節(jié)磁場線圈14的驅(qū)動(dòng)電流為I12;
[0041]S4.5重復(fù)S4.1-S4.4，直到一號(hào)位置調(diào)節(jié)磁場線圈13的驅(qū)動(dòng)電流I1和二號(hào)位置調(diào)節(jié)磁場線圈14的驅(qū)動(dòng)電流I2無明顯變化；
[0042]S4.6設(shè)置磁場產(chǎn)生控制器11對(duì)一號(hào)位置調(diào)節(jié)磁場線圈13的驅(qū)動(dòng)電流為I1，對(duì)二號(hào)位置調(diào)節(jié)磁場線圈14的驅(qū)動(dòng)電流為12，即實(shí)現(xiàn)了軸向磁場與原子氣室的對(duì)準(zhǔn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于光栗浦裝置中的軸向磁場調(diào)整裝置，其特征在于:所述裝置包括光栗浦發(fā)生組件(SI)、磁場強(qiáng)度和位置探測組件(S2)、磁場位置調(diào)節(jié)組件(S3)以及磁場發(fā)生控制組件(S4)，所述光栗浦發(fā)生組件(SI)用于產(chǎn)生光栗浦現(xiàn)象，所述磁場強(qiáng)度和位置探測組件(52)用于測量軸向磁場強(qiáng)度以及軸向磁場與原子氣室的位置偏差，所述磁場位置調(diào)節(jié)組件(53)用于形成新的可控制的調(diào)節(jié)磁場，調(diào)整軸向磁場的位置，所述磁場發(fā)生控制組件(S4)通過比較原子氣室中堿金屬原子的實(shí)際Larmor進(jìn)動(dòng)頻率ω L = γ Bot與設(shè)定的縱向磁場強(qiáng)度Bo對(duì)應(yīng)的Larmor進(jìn)動(dòng)頻率ω a= γ Βο，控制主磁場線圈調(diào)整軸向磁場強(qiáng)度，控制射頻磁場線圈實(shí)現(xiàn)軸向磁場位置和強(qiáng)度探測，控制兩組位置調(diào)節(jié)磁場線圈調(diào)節(jié)軸向磁場與原子氣室的相對(duì)位置，以實(shí)現(xiàn)軸向磁場與原子氣室的空間對(duì)準(zhǔn)； 所述光栗浦發(fā)生組件(SI)包含栗浦激光器(I)、一號(hào)起偏器(2)、四分之一波片(3)、擴(kuò)束系統(tǒng)(4)、充有堿金屬蒸汽和緩沖氣體的原子氣室(5)和主磁場線圈(12)，所述栗浦激光器(I)、一號(hào)起偏器(2)、四分之一波片(3)、擴(kuò)束系統(tǒng)(4)、充有堿金屬蒸汽和緩沖氣體的原子氣室(5)位于同一光路上，并且該光路的軸線及主磁場線圈(12)的軸線與ζ軸重合； 所述磁場強(qiáng)度和位置探測組件(S2)包含探測激光器(6)、二號(hào)起偏器(7)、射頻磁場線圈(8)和光電探測器(9)，所述探測激光器(6)、二號(hào)起偏器(7)、射頻磁場線圈(8)和光電探測器(9)位于同一光路上，并且該光路的軸線與X軸重合； 所述磁場強(qiáng)度和位置調(diào)節(jié)組件(S3)包含一號(hào)位置調(diào)節(jié)磁場線圈(13)和二號(hào)位置調(diào)節(jié)磁場線圈(14)，且一號(hào)位置調(diào)節(jié)磁場線圈(13)和二號(hào)位置調(diào)節(jié)磁場線圈(14)的軸線與ζ軸平行但不重合；當(dāng)用所述磁場強(qiáng)度和位置調(diào)節(jié)組件(S3)來調(diào)整軸向磁場與原子氣室在X方向上相對(duì)位置的偏移時(shí)，一號(hào)位置調(diào)節(jié)磁場線圈(13)和二號(hào)位置調(diào)節(jié)磁場線圈(14)的軸線與X軸分別交于x = b點(diǎn)和x = -b點(diǎn)；當(dāng)用所述磁場強(qiáng)度和位置調(diào)節(jié)組件(S3)來調(diào)整軸向磁場與原子氣室在y方向上相對(duì)位置的偏移，一號(hào)位置調(diào)節(jié)磁場線圈(13)和二號(hào)位置調(diào)節(jié)磁場線圈(14)的軸線與y軸分別交于y = b點(diǎn)和y = _b點(diǎn)； 所述磁場發(fā)生控制組件(S4)包含處理器(10)和磁場產(chǎn)生控制器(11)，其中處理器(10)與光電探測器(9)連接，用于測量堿金屬原子的Larmor進(jìn)動(dòng)頻率和橫向弛豫時(shí)間，磁場產(chǎn)生控制器(11)分別與射頻磁場線圈(8)、主磁場線圈(12)、一號(hào)位置調(diào)節(jié)磁場線圈(13)和二號(hào)位置調(diào)節(jié)磁場線圈(14)相連，對(duì)磁場線圈提供驅(qū)動(dòng)電流、控制磁場強(qiáng)度。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述用于光栗浦裝置中的軸向磁場調(diào)整裝置，其特征在于:b的取值近似等于原子氣室沿探測光方向的長度。3.—種權(quán)利要求1所述裝置中的軸向磁場調(diào)整方法，其特征在于該方法具體包含以下步驟: S1.栗浦激光器(I)沿Z軸方向出射的激光經(jīng)過一號(hào)起偏器(2)和四分之一波片(3)后轉(zhuǎn)化為圓偏振光，再通過擴(kuò)束系統(tǒng)(4)輻照原子氣室(5)，主磁場線圈(12)沿ζ軸方向向原子氣室(5)施加幅值恒定的軸向主磁場Bo ； S2.探測激光器(6)沿X軸方向出射的激光經(jīng)過二號(hào)起偏器(7)轉(zhuǎn)化為線偏振光，透過原子氣室(5)后由光電探測器(9)接收，射頻磁場線圈(8)沿X軸方向向原子氣室(5)施加射頻磁場，施加的射頻磁場的頻率等于堿金屬原子在軸向主磁場下的Larmor進(jìn)動(dòng)頻率ω a= γΒο，其中γ為原子氣室內(nèi)堿金屬原子的旋磁比，光電探測器(9)將接收到的光信號(hào)反饋給處理器(10);S3.處理器(10)提取反饋光信號(hào)中堿金屬原子的實(shí)際Larmor進(jìn)動(dòng)頻率Col=yBot，并與設(shè)定的縱向磁場強(qiáng)度Bo對(duì)應(yīng)的Larmor進(jìn)動(dòng)頻率ω a= γ Bo比較，得到實(shí)際磁場強(qiáng)度Bot與設(shè)定磁場強(qiáng)度Bo的偏差Δ Bo = Bo-Bot,通過磁場產(chǎn)生控制器(11)對(duì)主磁場線圈(12)的驅(qū)動(dòng)電流進(jìn)行調(diào)整，實(shí)現(xiàn)對(duì)軸向磁場強(qiáng)度的閉環(huán)控制，使其穩(wěn)定在設(shè)定的縱向磁場強(qiáng)度B0;S4.調(diào)節(jié)一號(hào)位置調(diào)節(jié)磁場線圈(13)的驅(qū)動(dòng)電流為11和二號(hào)位置調(diào)節(jié)磁場線圈(14)的驅(qū)動(dòng)電流為IQ2，實(shí)現(xiàn)軸向磁場與原子氣室的對(duì)準(zhǔn): S4.1磁場產(chǎn)生控制器(11)控制射頻磁場線圈(8)，實(shí)現(xiàn)對(duì)堿金屬橫向弛豫時(shí)間的測量，磁場產(chǎn)生控制器(11)掃描一號(hào)位置調(diào)節(jié)磁場線圈(13)驅(qū)動(dòng)電流，同時(shí)保持二號(hào)位置調(diào)節(jié)磁場線圈(14)的驅(qū)動(dòng)電流不變，得到橫向弛豫時(shí)間處于極大值時(shí)，磁場產(chǎn)生控制器(11)輸出的一號(hào)位置調(diào)節(jié)磁場線圈(13)的驅(qū)動(dòng)電流為101; S4.2磁場產(chǎn)生控制器(11)保持一號(hào)位置調(diào)節(jié)磁場線圈(13)的驅(qū)動(dòng)電流為IQ1，同時(shí)掃描二號(hào)位置調(diào)節(jié)磁場線圈(14)的驅(qū)動(dòng)電流，測量得到橫向弛豫時(shí)間處于極大值時(shí)，磁場產(chǎn)生控制器(11)輸出的二號(hào)位置調(diào)節(jié)磁場線圈(14)的驅(qū)動(dòng)電流為102; S4.3磁場產(chǎn)生控制器(11)保持二號(hào)位置調(diào)節(jié)磁場線圈(14)的驅(qū)動(dòng)電流為IQ2，重復(fù)步驟S4.1，得到橫向弛豫時(shí)間處于極大值時(shí)，磁場產(chǎn)生控制器(11)輸出的一號(hào)位置調(diào)節(jié)磁場線圈(13)的驅(qū)動(dòng)電流為In; S4.4磁場產(chǎn)生控制器(11)保持一號(hào)位置調(diào)節(jié)磁場線圈(13)的驅(qū)動(dòng)電流為In，重復(fù)步驟S4.2，得到橫向弛豫時(shí)間處于極大值時(shí)，磁場產(chǎn)生控制器(11)輸出的二號(hào)位置調(diào)節(jié)磁場線圈(14)的驅(qū)動(dòng)電流為I12; S4.5重復(fù)步驟S4.1-S4.4，直到一號(hào)位置調(diào)節(jié)磁場線圈(13)的驅(qū)動(dòng)電流I1和二號(hào)位置調(diào)節(jié)磁場線圈(14)的驅(qū)動(dòng)電流I2無明顯變化； S4.6設(shè)置磁場產(chǎn)生控制器(11)對(duì)一號(hào)位置調(diào)節(jié)磁場線圈(13)的驅(qū)動(dòng)電流為I1，對(duì)二號(hào)位置調(diào)節(jié)磁場線圈(14)的驅(qū)動(dòng)電流為12，即實(shí)現(xiàn)了軸向磁場與原子氣室的對(duì)準(zhǔn)。
【文檔編號(hào)】H01S3/03GK105896237SQ201610364120
【公開日】2016年8月24日
【申請(qǐng)日】2016年5月26日
【發(fā)明人】李瑩穎, 汪之國, 袁杰, 金世龍, 展翔, 陳運(yùn)達(dá), 易鑫
【申請(qǐng)人】中國人民解放軍國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)