1.矢量磁力仪,其特征在于:包括设置在磁屏蔽单元(9)内的光源(1)、光路准直单元(2)、线偏振光纯化单元(3)、圆偏振片(4)、原子气室单元(5)、光路控制单元(6)、光电检测单元(7)和三轴磁场线圈单元(8),以及设置在磁屏蔽单元(9)外的锁相放大器单元(10)、上位机(11)和磁场控制单元(12);
所述光源(1)、光路准直单元(2)、线偏振光纯化单元(3)、圆偏振片(4)和原子气室单元(5)沿光路依次设置,光源(1)发出的激光进入光路准直单元(2),光路准直单元(2)将光源(1)发出的激光转换为准直的均匀光斑,准直的均匀光斑经过线偏振光纯化单元(3)后变为准直均匀的线偏振光,准直均匀的线偏振光经过圆偏振片(4)后变为准直均匀的圆偏振光,准直均匀的圆偏振光45°入射原子气室单元(5);
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所述原子气室单元(5)的壳体内充有缓冲气体和碱金属蒸汽,缓冲气体为N2,He中的一种或两种,碱金属为钾,铷,铯中的一种或多种;壳体呈长方体形,将壳体的四个侧壁依次称为A面、B面、C面和D面,A面、B面、C面的内侧设有保偏反射膜或保偏反射镜;准直均匀的圆偏振光45°入射原子气室单元(5)的D面,在A面垂直反射后45°入射B面,在B面垂直反射后45°入射C面,在C面垂直反射后45°入射D面,最终从D面射出得到出射光;出射光与准直均匀的圆偏振光互相垂直,出射光进入光电检测单元(7);
所述光电检测单元(7)包括光电检测器与信号放大电路,光电检测器紧靠原子气室单元(5)设置且光电检测器与出射光垂直;光电检测单元(7)与锁相放大器单元(10)电连接,光电检测器将光电信号经过电路输入给所述放大电路,经所述电路放大后的光电信号输出给锁相放大器单元(10),锁相放大器单元(10)解调光电信号得到X、Y、Z方向磁场信号,并将X、Y、Z方向磁场信号传输至上位机(11);
所述原子气室单元(5)外设有三轴磁场线圈单元(8),三轴磁场线圈单元(8)包括X、Y、Z方向磁场线圈,三轴磁场线圈单元(8)补偿测量区剩余磁场至SERF磁力最佳工作区间,并能输出交流射频调制磁场用于调制原子极化矢量;三轴磁场线圈单元(8)与磁场控制单元(12)电连接,磁场控制单元(12)与上位机(11)电连接;上位机(11)接收锁相放大器单元(10)解调的X、Y、Z方向磁场信号并反馈控制三轴磁场线圈单元(8);
原子气室单元(5)中光与原子气室某一侧面成45°角入射进入原子气室,在原子气室内部光线发生三次90°反射,实现对气室中原子在X,Y两个方向的极化;根据SERF磁力仪的原理,X方向的极化原子在磁场调制下通过出射光信号解调出Y,Z方向磁场,Y方向的极化原子在磁场调制下通过出射光信号解调出X,Z方向磁场,从而实现三轴测量;
三轴磁场线圈单元(8)具有同时输出直流和交流磁场能力;本矢量磁力仪是射频调制SERF磁力仪,线圈同时能输出不同频率交流调制磁场,X方向的极化原子,通过出射光信号解调出Y,Z方向磁场;Y方向的极化原子可以通过出射光信号解调出X,Z方向磁场;最终解调出三个轴的磁场信号。
2.如权利要求1所述的矢量磁力仪,其特征在于:所述光源(1)是VCSEL激光器、无磁VCSEL激光器、DFB激光器或DL PRO激光器。
3.如权利要求1所述的矢量磁力仪,其特征在于:所述光路准直单元(2)是准直透镜或透镜组。