阅读说明：本技术 基于电子自旋反射对消的磁场检测系统及方法 (Magnetic field detection system and method based on electron spin reflection cancellation ) 是由 秦杰 孙晓光 万双爱 庞喜浪 于 2019-09-10 设计创作，主要内容包括：本发明涉及磁场检测技术领域,公开了一种基于电子自旋反射对消的磁场检测系统及方法。其中,该系统包括：检测光源,用于产生检测光；偏振反射棱镜,用于对入射的检测光进行起偏；原子气室,原子气室内充有用于敏感角速率的介质；三维线圈,原子气室设置在三维线圈中心位置,三维线圈用于产生磁场；驱动光源,用于产生驱动光,使原子气室中的原子指向同一方向；反射镜,用于将经过原子气室的起偏后的检测光再经原子气室反射回偏振反射棱镜进行检偏；探测器,用于探测经偏振反射棱镜检偏的检测光；信号处理装置,与探测器连接,用于根据探测到的光确定磁场。由此,可以提高原子磁强计检测系统的准确度和稳定性,保证原子磁强计磁场测量的稳定性。(The invention relates to the technical field of magnetic field detection, and discloses a magnetic field detection system and method based on electron spin reflection cancellation. Wherein, this system includes: a detection light source for generating detection light; the polarization reflecting prism is used for polarizing the incident detection light; an atomic gas chamber filled with a medium for sensitive angular rate; the atomic gas chamber is arranged at the central position of the three-dimensional coil, and the three-dimensional coil is used for generating a magnetic field; the driving light source is used for generating driving light to enable the atoms in the atom gas chamber to point to the same direction; the reflector is used for reflecting the detection light polarized by the atomic gas chamber back to the polarization reflecting prism through the atomic gas chamber for polarization detection; a detector for detecting the detection light analyzed by the polarizing reflection prism; and a signal processing device connected with the detector and used for determining the magnetic field according to the detected light. Therefore, the accuracy and the stability of the atomic magnetometer detection system can be improved, and the stability of the magnetic field measurement of the atomic magnetometer is ensured.)

基于电子自旋反射对消的磁场检测系统及方法

技术领域

本发明涉及磁场检测技术领域，尤其涉及一种基于电子自旋反射对消的磁场检测系统及方法。

背景技术

原子磁强计是目前磁场测量领域测量灵敏度最高的磁强计。其超高灵敏度，小体积以及低功耗等特点，被视为未来磁强计的主要发展方向。原子磁强计通过精密操控量子，通过提取磁强计中碱金属原子敏感磁场所导致原子偏转角度来达到测量磁场的目的。因此磁强计内部检测光路中的各部件对激光的影响直接决定了原子磁强计的磁场检测稳定性。但目前磁强计内部光学部件由于外界温度、内部应力等影响对检测激光偏转角存在较大的影响。在实际情况中，检测系统中的光学部件对检测激光偏角的影响是一个不确定因素，直接制约了传感器的稳定性。因此，需要一种可以避免掉光学部件对激光偏转角影响的磁场检测系统及方法，保证原子磁强计的测量稳定性。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术不足，提供了一种基于电子自旋反射对消的磁场检测系统及方法，能够解决现有技术中光学部件对激光偏转角影响的问题。

本发明的技术解决方案：一种基于电子自旋反射对消的磁场检测系统，其中，该系统包括：

检测光源，用于产生检测光；

偏振反射棱镜，用于对入射的检测光进行起偏；

原子气室，所述原子气室内充有用于敏感角速率的介质；

三维线圈，所述原子气室设置在所述三维线圈中心位置，所述三维线圈用于产生磁场；

驱动光源，用于产生驱动光，使所述原子气室中的原子指向同一方向；

反射镜，用于将经过所述原子气室的起偏后的检测光再经所述原子气室反射回所述偏振反射棱镜进行检偏；

探测器，用于探测经所述偏振反射棱镜检偏的检测光；

信号处理装置，与所述探测器连接，用于根据探测到的光确定磁场。

优选地，所述信号处理装置根据探测到的光确定磁场包括：

基于探测到的光和预先标定的标度因数确定磁场。

优选地，所述探测器为光电探测器。

优选地，所述检测光源和驱动光源均为激光源。

本发明还提供了一种基于电子自旋反射对消的磁场检测方法，其中，该方法包括：

检测光源产生检测光并入射至偏振反射棱镜；

所述偏振反射棱镜对入射的检测光进行起偏，起偏后的检测光经原子气室到达反射镜，其中，所述原子气室内充有用于敏感角速率的介质，所述原子气室设置在产生磁场的三维线圈中心位置，驱动光源产生驱动光使所述原子气室中的原子指向同一方向；

所述反射镜将经过所述原子气室的起偏后的检测光再经所述原子气室反射回所述偏振反射棱镜；

所述偏振反射棱镜对反射回来的检测光进行检偏；

探测器探测经所述偏振反射棱镜检偏的检测光；

信号处理装置根据探测到的光确定磁场。

优选地，根据探测到的光确定磁场包括：

基于探测到的光和预先标定的标度因数确定磁场。

通过上述技术方案，可以利用检测光正反穿过(原子磁强计内部的)磁场检测系统的光学部件，使由于外界温度、内部应力等对检测激光偏转角存在较大的影响的因素通过对消达到抑制磁场检测系统共模偏差的目的。由此，可以提高原子磁强计检测系统的准确度和稳定性，保证原子磁强计磁场测量的稳定性。

附图说明

所包括的附图用来提供对本发明实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本发明的实施例，并与文字描述一起来阐释本发明的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种基于电子自旋反射对消的磁场检测系统的框图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的具体实施例进行详细说明。在下面的描述中，出于解释而非限制性的目的，阐述了具体细节，以帮助全面地理解本发明。然而，对本领域技术人员来说显而易见的是，也可以在脱离了这些具体细节的其它实施例中实践本发明。

在此需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与根据本发明的方案密切相关的设备结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。

图1为本发明实施例提供的一种基于电子自旋反射对消的磁场检测系统的框图。

如图1所示，本发明实施例提供了一种基于电子自旋反射对消的磁场检测系统，其中，该系统包括：

检测光源10，用于产生检测光；

偏振反射棱镜12，用于对入射的检测光进行起偏；

即，使检测光偏振态与起偏方向相同的光透过棱镜成为线偏振纯度较高的光束。

原子气室14，所述原子气室14内充有用于敏感角速率的介质；

三维线圈16，所述原子气室14设置在所述三维线圈16中心位置，所述三维线圈16用于产生磁场；

驱动光源18，用于产生驱动光，使所述原子气室14中的原子指向同一方向；

也就是，为原子气室内的介质原子赋予动能，使原子指向同一方向。

反射镜20，用于将经过所述原子气室14的起偏后的检测光再经所述原子气室14反射回所述偏振反射棱镜12进行检偏；

也就是，所述偏振反射棱镜12可以对检测光进行起偏，以及对反射回来经过原子气室的检测光进行检偏。

探测器22，用于探测经所述偏振反射棱镜12检偏的检测光；

信号处理装置24，与所述探测器22连接，用于根据探测到的光确定磁场。

通过上述技术方案，可以利用检测光正反穿过(原子磁强计内部的)磁场检测系统的光学部件，使由于外界温度、内部应力等对检测激光偏转角存在较大的影响的因素通过对消达到抑制磁场检测系统共模偏差的目的。由此，可以提高原子磁强计检测系统的准确度和稳定性，保证原子磁强计磁场测量的稳定性。

其中，信号处理装置24通过对探测器22输出的信号进行分析，可以补偿磁场以提高磁强计的灵敏度。

根据本发明一种实施例，所述信号处理装置24根据探测到的光确定磁场包括：

基于探测到的光和预先标定的标度因数确定磁场。

根据本发明一种实施例，所述探测器22可以为光电探测器。

举例来讲，信号处理装置24可以通过预先标定的标度因数将光电探测器输出的电压信号换算成对应的磁场，由此实现磁场的检测。

由此可见，从光电探测器中输出的就是通过反射对消得到的磁场测量信号，这样不仅提高了原子磁强计检测系统的标度因数稳定性和一致性，同时也提高了原子磁强计的磁场检测稳定性。

根据本发明一种实施例，所述检测光源10和驱动光源18均可以为激光源。

在本发明实施例中，在装配检测光路时，可以使检测光尽量垂直入射反射镜，并且使反射回来的光能进入偏振反射棱镜而尽量减少光功率损失，进而反射进入光电探测器被光电探测器探测到。

此外，本发明实施例中的反射镜的角度可以根据实际情况进行调整。举例来讲，在没有外界磁场条件下光电探测器输出在0附近，如果不在0附近，可以通过调整反射镜的角度直至光电探测器输出到0附近。

本发明实施例还提供了一种基于电子自旋反射对消的磁场检测方法，其中，该方法包括：

检测光源产生检测光并入射至偏振反射棱镜；

所述偏振反射棱镜对入射的检测光进行起偏，起偏后的检测光经原子气室到达反射镜，其中，所述原子气室内充有用于敏感角速率的介质，所述原子气室设置在产生磁场的三维线圈中心位置，驱动光源产生驱动光使所述原子气室中的原子指向同一方向；

所述反射镜将经过所述原子气室的起偏后的检测光再经所述原子气室反射回所述偏振反射棱镜；

所述偏振反射棱镜对反射回来的检测光进行检偏；

探测器探测经所述偏振反射棱镜检偏的检测光；

信号处理装置根据探测到的光确定磁场。

通过上述技术方案，可以利用检测光正反穿过(原子磁强计内部的)磁场检测系统的光学部件，使由于外界温度、内部应力等对检测激光偏转角存在较大的影响的因素通过对消达到抑制磁场检测系统共模偏差的目的。由此，可以提高原子磁强计检测系统的准确度和稳定性，保证原子磁强计磁场测量的稳定性。

根据本发明一种实施例，根据探测到的光确定磁场包括：

基于探测到的光和预先标定的标度因数确定磁场。

上述描述的方法与前述图1描述的系统相对应，具体示例说明可以参见前述关于图1描述的系统的说明，在此不再赘述。

从上述实施例可以看出，本发明上述实施例中所述的系统和方法使光在检测系统中正反通过两遍，将检测系统中有关光学元器件对激光偏振态的共模影响进行差分对消，从而达到提高检测光路稳定性的目的，提高了原子磁强计的性能。

如上针对一种实施例描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施例中使用，和/或与其它实施例中的特征相结合或替代其它实施例中的特征使用。

应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤、组件或其组合的存在或附加。

这些实施例的许多特征和优点根据该详细描述是清楚的，因此所附权利要求旨在覆盖这些实施例的落入其真实精神和范围内的所有这些特征和优点。此外，由于本领域的技术人员容易想到很多修改和改变，因此不是要将本发明的实施例限于所例示和描述的精确结构和操作，而是可以涵盖落入其范围内的所有合适修改和等同物。

本发明未详细说明部分为本领域技术人员公知技术。