CN110285798B - 微型化可折叠核磁共振陀螺仪表头 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种微型化可折叠核磁共振陀螺仪表头，采用的磁共振光学组件，将各光学元部件高度集成，有效减小了光学元件的体积；两路探测光检测单元独立工作，可以提供两路独立的核进动信号，提高了系统冗余度，陀螺精度也相应提高；将集成化原子气室工作必须的无磁加热系统对称地集成在原子气室的四个通光表面，提高了微型气室的集成度和加热温度均匀性，无磁加热线圈采用了具有磁场噪声抑制的双层对称结构，减小了加热电流引起的磁场噪声对陀螺信号的干扰，可进一步提高陀螺信号精度；三轴磁场线圈采用可折叠的柔性线圈结构，并集成了内部激光器、加热线圈等的连接电路，有效减少了磁屏蔽系统内导线的电磁干扰，极大减小了陀螺仪表头体积。
Description
技术领域
本发明涉及原子传感器技术领域，具体为一种微型化可折叠核磁共振陀螺仪表头。
背景技术
核磁共振陀螺是基于核磁共振原理，综合运用量子物理、激光、电磁和微电子等领域技术的新型固态陀螺仪，其利用原子核围绕外磁场进行拉莫尔进动来感知物体转动信息，兼具高精度、小体积、低功耗和抗干扰能力强等优点，在面向国防工业以及国民经济的导航与制导领域具有强大的应用潜力。
核磁共振陀螺作为一类精密仪器系统，集成了泵浦及探测光学系统、碱金属气室、无磁加热系统、三轴磁场发生系统、磁屏蔽装置以及信号处理与控制系统，而多系统的集成设计欠缺是制约核磁共振陀螺向小体积、高精度发展的性能瓶颈之一。目前国内的研究主要集成单个器件的优化设计和控制，且其中的光、电、热、磁、信号处理等分系统单独设计，各分系统之间耦合度、集成度不高，造成核磁共振陀螺表头体积、功耗等仍较大，工程化研制面临诸多问题；而国外方面，美国诺格公司2014年研制的样机体积已缩小至约为10立方厘米，国内外相关技术发展差距较大。因此微型核磁共振陀螺的高度集成化设计制造是提高陀螺整体性能的关键因素之一。
为了解决以上问题我方研发出了微型化可折叠核磁共振陀螺仪表头。
发明内容
本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种微型化可折叠核磁共振陀螺仪表头。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的：
微型化可折叠核磁共振陀螺仪表头，包括：
磁共振光学组件；磁共振光学组件包括泵浦光路组件和探测光路组件；
集成化原子气室；泵浦光路组件工作形成泵浦光，探测光路组件工作形成探测光，泵浦光、探测光分别沿集成化原子气室的相邻两个方向正交射入；集成化原子气室处于两束光路交叉的中心；
可折叠线圈骨架；
用于为陀螺仪工作提供三轴磁场的三轴线圈柔性电路板；三轴线圈柔性电路板安装在可折叠线圈骨架上。
具体地，泵浦光路组件包括微型激光器Ⅰ、非球面透镜Ⅰ、λ/4波片、反射镜Ⅰ、反射镜Ⅱ、反射镜Ⅲ、光电探测器Ⅰ，
其中，微型激光器Ⅰ产生的线偏振光经非球面透镜Ⅰ后平行准直，再经λ/波片后变为圆偏振平行光束，经过反射镜Ⅰ后作为泵浦光入射到集成化原子气室的一侧，对其中的碱金属进行极化，剩余泵浦光由集成化原子气室的另一侧射出，再经反射镜Ⅱ和反射镜Ⅲ后射入光电探测器Ⅰ。
进一步地，泵浦光经过反射镜Ⅰ后与集成化原子气室中石英加热片Ⅰ的表面垂直，经过反射镜Ⅲ的泵浦光后与微型激光器Ⅰ产生的线偏振光平行，并垂直射入光电探测器Ⅰ的中心。
具体地，组成探测光路的元器件包括微型激光器Ⅱ、非球面透镜Ⅱ、λ/2波片、反射镜Ⅰ、反射镜Ⅱ、反射镜Ⅳ、偏振分束棱镜、反射镜Ⅴ、光电探测器Ⅱ及光电探测器Ⅲ，
其中，微型激光器Ⅱ产生线偏振光经非球面透镜Ⅱ和λ/2波片后变为线偏振平行光束，再经集成化原子气室下表面的石英加热片Ⅱ射入，经过反射镜Ⅰ、反射镜Ⅱ和反射镜Ⅳ后的光束与偏振分束棱镜分束面的夹角成45°，并被偏振分束棱镜分为S偏振光和P偏振光，S偏振光由光电探测器Ⅱ收集，P偏振光经反射镜Ⅴ反射后与S偏振光平行，并由光电探测器Ⅲ收集。
进一步地，线偏振平行光束射入集成化原子气室后与集成化原子气室中石英加热片Ⅱ表面垂直；光束经反射镜Ⅳ后与经过反射镜Ⅰ的光束相互平行反向；由偏振分束棱镜分束的S偏振光和经反射镜Ⅴ反射的P偏振光都与微型激光器Ⅱ产生的线偏振光平行，并分别垂直射入光电探测器Ⅱ和光电探测器Ⅲ的中心。
优选地，微型激光器Ⅰ和微型激光器Ⅱ的发光面中心分别位于非球面透镜Ⅰ和非球面透镜Ⅱ的焦点处。
具体地，集成化原子气室包括两片石英加热片Ⅰ、两片石英加热片Ⅱ、两片石英玻璃、气室支承座，两片石英加热片Ⅰ、两片石英加热片Ⅱ、两片石英玻璃组合形成封闭的原子气室并固定在气室支承座上；石英加热片Ⅰ的底部和石英加热片Ⅱ的底部均沉积有加热引脚接口；气室支承座上开设有电连接引脚和电连接线。
具体地，可折叠线圈骨架包括前骨架、后骨架、左骨架、右骨架、上骨架、下骨架、卡轴及卡销；前骨架、后骨架、左骨架、右骨架分别与下骨架通过卡轴连接，上骨架通过卡轴与后骨架连接，前骨架、后骨架、左骨架、右骨架、上骨架、下骨架在通过卡扣互锁定位后围成正方体结构。
具体地，三轴线圈柔性电路板上分别印制有磁场线圈组Ⅰ、磁场线圈组Ⅱ、磁场线圈组Ⅲ、加热片连接引脚、微型激光器引脚和光电探测器引脚；三轴线圈柔性电路板与可折叠线圈骨架的形状相互匹配，三轴线圈柔性电路板通过电路印制沉积在可折叠线圈骨架的外表面上，磁场线圈组Ⅰ对称安装在前骨架和后骨架上，磁场线圈组Ⅱ对称安装在上骨架和下骨架上，磁场线圈组Ⅲ对称安装在左骨架和右骨架上；加热片连接引脚与电连接引脚联接；微型激光器引脚与微型激光器Ⅰ的引脚和微型激光器Ⅱ的引脚联接；光电探测器引脚分别与光电探测器Ⅰ的引脚、光电探测器Ⅱ的引脚及光电探测器Ⅲ的引脚的引脚联接。
具体地，微型激光器Ⅰ、微型激光器Ⅱ、光电探测器Ⅰ、光电探测器Ⅱ及光电探测器Ⅲ均安装在下骨架上，偏振分束棱镜和反射镜Ⅴ固定在反射镜Ⅰ的外表面上，非球面透镜Ⅰ、λ/4波片、反射镜Ⅰ、反射镜Ⅱ、反射镜Ⅲ、非球面透镜Ⅱ、λ/2波片、反射镜Ⅳ、气室支承座均固定在镜片底座上。
本发明的有益效果在于：
(1)本申请采用的磁共振光学组件，将各光学元部件高度集成，各元器件位置集中固定，便于光学装调，保证了光学信号质量，且有效减小了光学元件的体积；采用两路探测光检测陀螺仪核自旋进动，两路探测光检测单元独立工作，可以提供两路独立的核进动信号，提高了系统冗余度，陀螺精度也相应提高；
(2)本申请采用集成化原子气室，将气室工作必须的无磁加热系统对称地集成在原子气室的四个通光表面，提高了微型气室的集成度和加热温度均匀性，无磁加热线圈采用了具有磁场噪声抑制的双层对称结构，减小了加热电流引起的磁场噪声对陀螺信号的干扰，可进一步提高陀螺信号精度，同时也便于整个陀螺系统向芯片化、低功耗发展；
(3)三轴磁场线圈采用可折叠的柔性线圈结构，并集成了内部激光器、加热线圈等的连接电路，有效减少了磁屏蔽系统内导线的电磁干扰，极大减小了陀螺仪表头体积。
附图说明
图1为本申请中折叠前的总体结构示意图；
图2为本申请中折叠后的总体结构示意图；
图3为本申请中磁共振光学组件结构示意图；
图4为本申请中集成化原子气室的分解结构示意图；
图5为本申请中集成化原子气室的组合结构示意图；
图6为本申请中可折叠线圈骨架的展开结构示意图；
图7为本申请中卡销的安装结构示意图；
图8为本申请中三轴线圈柔性电路板的展开结构示意图。
其中：
1-磁共振光学组件；101-微型激光器Ⅰ；102-非球面透镜Ⅰ；103-λ/4波片；104-反射镜Ⅰ；105-反射镜Ⅱ；106-反射镜Ⅲ；107-微型激光器Ⅱ；108-非球面透镜Ⅱ；109-λ/2波片；110-反射镜Ⅳ；111-偏振分束棱镜；112反射镜Ⅴ；113镜片底座；114-光电探测器Ⅰ；115-光电探测器Ⅱ；116-光电探测器Ⅲ；
2-集成化原子气室；201-石英加热片Ⅰ；202-石英加热片Ⅱ；203-石英玻璃；204-加热引脚接口；205-气室支承座；206-电连接引脚；207-电连接线；
3-可折叠线圈骨架；301-前骨架；302-后骨架；303-左骨架；304-右骨架；305-上骨架；306下骨架；307-卡轴；308-卡销；
4-三轴线圈柔性电路板；401-磁场线圈组Ⅰ；402-磁场线圈组Ⅱ；403-磁场线圈组Ⅲ；404-加热片连接引脚；405-微型激光器引脚；406-光电探测器引脚。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明：
实施例1，如图1、2所示；
微型化可折叠核磁共振陀螺仪表头，包括：
磁共振光学组件(1)；磁共振光学组件(1)包括泵浦光路组件和探测光路组件；
集成化原子气室(2)；泵浦光路组件工作形成泵浦光，探测光路组件工作形成探测光，泵浦光、探测光分别沿集成化原子气室(2)的相邻两个方向正交射入；集成化原子气室处于两束光路交叉的中心；
可折叠线圈骨架(3)；
用于为陀螺仪工作提供三轴磁场的三轴线圈柔性电路板(4)；三轴线圈柔性电路板(4)安装在可折叠线圈骨架(3)上。
实施例2，如图3所示；
本实施例与实施例1的区别在于：
泵浦光路组件包括微型激光器Ⅰ(101)、非球面透镜Ⅰ(102)、λ/4波片(103)、反射镜Ⅰ(104)、反射镜Ⅱ(105)、反射镜Ⅲ(106)、光电探测器Ⅰ(114)，
其中，微型激光器Ⅰ(101)产生的线偏振光经非球面透镜Ⅰ(102)后平行准直，再经λ/4波片(103)后变为圆偏振平行光束，经过反射镜Ⅰ(104)后作为泵浦光入射到集成化原子气室(2)的一侧，对其中的碱金属进行极化，剩余泵浦光由集成化原子气室(2)的另一侧射出，再经反射镜Ⅱ(105)和反射镜Ⅲ(106)后射入光电探测器Ⅰ(114)。
实施例3，如图3所示；
本实施例与实施例2的区别在于：
泵浦光经过反射镜Ⅰ(104)后与集成化原子气室(2)中石英加热片Ⅰ(201)的表面垂直，经过反射镜Ⅲ(106)的泵浦光后与微型激光器Ⅰ(101)产生的线偏振光平行，并垂直射入光电探测器Ⅰ(114)的中心。
实施例4，如图3所示；
本实施例与实施例3的区别在于：
组成探测光路的元器件包括微型激光器Ⅱ(107)、非球面透镜Ⅱ(108)、λ/2波片(109)、反射镜Ⅰ(104)、反射镜Ⅱ(105)、反射镜Ⅳ(110)、偏振分束棱镜(111)、反射镜Ⅴ(112)、光电探测器Ⅱ(115)及光电探测器Ⅲ(116)，
其中，微型激光器Ⅱ(107)产生线偏振光经非球面透镜Ⅱ(108)和λ/2波片(109)后变为线偏振平行光束，再经集成化原子气室(2)下表面的石英加热片Ⅱ(202)射入，经过反射镜Ⅰ(104)、反射镜Ⅱ(105)和反射镜Ⅳ(110)后的光束与偏振分束棱镜(111)分束面的夹角成45°，并被偏振分束棱镜(111)分为S偏振光和P偏振光，S偏振光由光电探测器Ⅱ(115)收集，P偏振光经反射镜Ⅴ(112)反射后与S偏振光平行，并由光电探测器Ⅲ(116)收集。
实施例5，如图3所示；
本实施例与实施例4的区别在于：
线偏振平行光束射入集成化原子气室(2)后与集成化原子气室(2)中石英加热片Ⅱ(202)表面垂直；光束经反射镜Ⅳ(110)后与经过反射镜Ⅰ(104)的光束相互平行反向；由偏振分束棱镜(111)分束的S偏振光和经反射镜Ⅴ(112)反射的P偏振光都与微型激光器Ⅱ(107)产生的线偏振光平行，并分别垂直射入光电探测器Ⅱ(115)和光电探测器Ⅲ(116)的中心。
实施例6，如图3所示；
本实施例与实施例4或5的区别在于：
微型激光器Ⅰ(101)和微型激光器Ⅱ(107)的发光面中心分别位于非球面透镜Ⅰ(102)和非球面透镜Ⅱ(108)的焦点处。
实施例7，如图4、5所示；
本实施例与实施例4或5的区别在于：
集成化原子气室(2)包括两片石英加热片Ⅰ(201)、两片石英加热片Ⅱ(202)、两片石英玻璃(203)、气室支承座(205)，两片石英加热片Ⅰ(201)、两片石英加热片Ⅱ(202)、两片石英玻璃(203)组合形成封闭的原子气室并固定在气室支承座(205)上；石英加热片Ⅰ(201)的底部和石英加热片Ⅱ(202)的底部均沉积有加热引脚接口(204)；气室支承座(205)上开设有电连接引脚(206)和电连接线(207)。
实施例8，如图6所示；
本实施例与实施例7的区别在于：
可折叠线圈骨架(3)包括前骨架(301)、后骨架(302)、左骨架(303)、右骨架(304)、上骨架(305)、下骨架(306)、卡轴(307)及卡销(308)；前骨架(301)、后骨架(302)、左骨架(303)、右骨架(304)分别与下骨架(306)通过卡轴(307)连接，上骨架(305)通过卡轴(307)与后骨架(302)连接，前骨架(301)、后骨架(302)、左骨架(303)、右骨架(304)、上骨架(305)、下骨架(306)在通过卡扣互锁定位后围成正方体结构。
如图7所示；其中用卡销(308)对卡轴(307)的轴向窜动进行限位，卡销(308)配合卡轴(307)安装；
实施例9，如图8所示；
本实施例与实施例8的区别在于：
三轴线圈柔性电路板(4)上分别印制有磁场线圈组Ⅰ(401)、磁场线圈组Ⅱ(402)、磁场线圈组Ⅲ(403)、加热片连接引脚(404)、微型激光器引脚(405)和光电探测器引脚(406)；三轴线圈柔性电路板(4)与可折叠线圈骨架(3)的形状相互匹配，三轴线圈柔性电路板(4)通过电路印制沉积在可折叠线圈骨架(3)的外表面上，磁场线圈组Ⅰ(401)对称安装在前骨架(301)和后骨架(302)上，磁场线圈组Ⅱ(402)对称安装在上骨架(305)和下骨架(306)上，磁场线圈组Ⅲ(403)对称安装在左骨架(303)和右骨架(304)上；加热片连接引脚(404)与电连接引脚(206)联接；微型激光器引脚(405)与微型激光器Ⅰ(101)的引脚和微型激光器Ⅱ(107)的引脚联接；光电探测器引脚(406)分别与光电探测器Ⅰ(114)的引脚、光电探测器Ⅱ(115)的引脚及光电探测器Ⅲ(116)的引脚的引脚联接。
实施例10，如图1、3所示；
本实施例与实施例9的区别在于：
微型激光器Ⅰ(101)、微型激光器Ⅱ(107)、光电探测器Ⅰ(114)、光电探测器Ⅱ(115)及光电探测器Ⅲ(116)均安装在下骨架(306)上，偏振分束棱镜(111)和反射镜Ⅴ(112)固定在反射镜Ⅰ(104)的外表面上，非球面透镜Ⅰ(102)、λ/4波片(103)、反射镜Ⅰ(104)、反射镜Ⅱ(105)、反射镜Ⅲ(106)、非球面透镜Ⅱ(108)、λ/2波片(109)、反射镜Ⅳ(110)、气室支承座(205)均固定在镜片底座(113)上。
本申请中：
微型激光器Ⅰ101和微型激光器Ⅱ107采用VCSEL激光器，波段分别为780nm和795nm，其发光面中心分别位于非球面透镜Ⅰ102和非球面透镜Ⅱ108的焦点处；λ/4波片103和λ/2波片109可分别沿轴心实现360°旋转，以分别调节泵浦光和探测光的偏振方向；各反射镜均为45°反射镜，入射到反射镜表面的光束均与反射面成45°；偏振分束棱镜111为45°分光，分得的两束光相互正交垂直，且光强比接近1：1；光电探测器Ⅰ114为780nm波段探测器，光电探测器Ⅱ115和光电探测器Ⅲ116均为795nm波段探测器。
微型激光器Ⅰ101、微型激光器Ⅱ107、光电探测器Ⅰ114、光电探测器Ⅱ115及光电探测器Ⅲ116均安装在可折叠线圈骨架3的下骨架306内表面上；除偏振分束棱镜111和反射镜Ⅴ112以外的其余光学元器件均采用光胶工艺粘接固定在镜片底座113上后，偏振分束棱镜111和反射镜Ⅴ112则采用相同工艺固定在反射镜Ⅰ104的外表面上。
组成集成化原子气室2的石英加热片Ⅰ201、石英加热片Ⅱ202及石英玻璃203各两片，采用抛光光胶工艺组装为正方体结构，抛光时使光胶合位置达到光胶表面的精度要求，通光表面的光学质量满足气室通光要求；
组成集成化原子气室2的石英加热片Ⅰ201和石英加热片Ⅱ202为玻璃-加热线圈-玻璃的三层复合结构，通过微机电工艺将加热线圈封装在玻璃衬底中间；
气室支承座205采用耐高温高分子材料，先在材料上进行激光穿孔，通过电镀工艺将气室支承座205上的电连接线填满，并沉积电连接引脚，该引脚与集成化原子气室2上的加热引脚接口焊接。
集成化原子气室2的中心与泵浦光路和探测光路交汇的中心重合。
集成化原子气室2内含有碱金属87Rb、惰性气体同位素129Xe和131Xe、缓冲气体4He以及淬灭气体N2。
骨架均采用硅基芯片材料，并设计有快速卡扣结构，通过卡扣互锁定位围成正方体结构。
三轴线圈柔性电路板4与可折叠线圈骨架3配对制造，采用电路印制工艺将三轴线圈柔性电路板4沉积在可折叠线圈骨架3的外表面上；
本实施方案在工作时，在所有部件装配完成后，首先对集成化原子气室2中两片石英加热片Ⅰ201和两片石英加热片Ⅱ202通高频交流电，且对称的两片通电电流方向相反，对集成化原子气室2进行加热，同时三轴线圈柔性电路板4上的磁场线圈组Ⅲ403在Z轴提供稳恒主磁场B0和调制磁场Bc，磁场线圈组Ⅱ402在X轴提供横向激励磁场B1，磁场线圈组Ⅰ401提供补偿磁场，补偿加热线圈在集成化原子气室2工作区产生的剩磁，为陀螺工作提供必须的温度、磁场环境条件；
泵浦光路与稳恒主磁场B0的方向一致，并与核磁共振陀螺本体坐标系的Z轴一致，由微型激光器Ⅰ101产生的线偏振光经非球面透镜Ⅰ102后激光平行准直，再经λ/4波片103后变为圆偏振平行光束；光束经过反射镜Ⅰ104后作为泵浦光垂直入射到集成化原子气室2中石英加热片Ⅰ201的表面，泵浦极化气室中的87Rb原子，通过碱金属原子与惰性气体129Xe、131Xe的自旋交换碰撞，使惰性气体同位素超极化，在稳恒主磁场B0的作用下，惰性气体同位素原子核产生拉莫尔进动，其进动角频率与主磁场B0和原子核旋磁比有关；
在磁场线圈组Ⅱ402提供的横向激励磁场B1作用下，维持惰性气体同位素处于核磁共振状态，剩余泵浦光由集成化原子气室2的另一侧射出，再经反射镜Ⅱ和反射镜Ⅲ后光束与微型激光器Ⅰ101产生的线偏振光平行，并垂直射入光电探测器Ⅰ114的中心；
探测光路中由微型激光器Ⅱ107产生线偏振光经非球面透镜Ⅱ108和λ/2波片109后变为线偏振平行光束，再经集成化原子气室2下表面的石英加热片Ⅱ202射入，经过反射镜Ⅰ104、反射镜Ⅱ和反射镜Ⅳ后的光束与经过反射镜Ⅰ104的光束相互平行反向，并与偏振分束棱镜111分束面的夹角成45°，并被偏振分束棱镜111分为S偏振光和P偏振光；S偏振光和经反射镜Ⅴ112反射的P偏振光都与微型激光器Ⅱ107产生的线偏振光平行，并分别垂直射入光电探测器Ⅱ115和光电探测器Ⅲ116的中心。
当陀螺绕Z轴转动时，光电探测器Ⅱ115和光电探测器Ⅲ116中两路独立光路测得129Xe、131Xe两个核磁共振频率，都包含了其进动角频率和陀螺相对惯性空间的转动角速度，从而实现对角度的测量，同时也避免了主磁场B0波动的影响。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围内。
Claims (7)
1.微型化可折叠核磁共振陀螺仪表头，其特征在于，包括：
磁共振光学组件(1)；磁共振光学组件(1)包括泵浦光路组件和探测光路组件；
集成化原子气室(2)；泵浦光路组件工作形成泵浦光，探测光路组件工作形成探测光，泵浦光、探测光分别沿集成化原子气室(2)的相邻两个方向正交射入；集成化原子气室处于两束光路交叉的中心；
可折叠线圈骨架(3)；
用于为陀螺仪工作提供三轴磁场的三轴线圈柔性电路板(4)；三轴线圈柔性电路板(4)安装在可折叠线圈骨架(3)上；
泵浦光路组件包括微型激光器Ⅰ(101)、非球面透镜Ⅰ(102)、λ/4波片(103)、反射镜Ⅰ(104)、反射镜Ⅱ(105)、反射镜Ⅲ(106)、光电探测器Ⅰ(114)，
其中，微型激光器Ⅰ(101)产生的线偏振光经非球面透镜Ⅰ(102)后平行准直，再经λ/4波片(103)后变为圆偏振平行光束，经过反射镜Ⅰ(104)后作为泵浦光入射到集成化原子气室(2)的一侧，对其中的碱金属进行极化，剩余泵浦光由集成化原子气室(2)的另一侧射出，再经反射镜Ⅱ(105)和反射镜Ⅲ(106)后射入光电探测器Ⅰ(114)；
组成探测光路的元器件包括微型激光器Ⅱ(107)、非球面透镜Ⅱ(108)、λ/2波片(109)、反射镜Ⅰ(104)、反射镜Ⅱ(105)、反射镜Ⅳ(110)、偏振分束棱镜(111)、反射镜Ⅴ(112)、光电探测器Ⅱ(115)及光电探测器Ⅲ(116)，
其中，微型激光器Ⅱ(107)产生线偏振光经非球面透镜Ⅱ(108)和λ/2波片(109)后变为线偏振平行光束，再经集成化原子气室(2)下表面的石英加热片Ⅱ(202)射入，经过反射镜Ⅰ(104)、反射镜Ⅱ(105)和反射镜Ⅳ(110)后的光束与偏振分束棱镜(111)分束面的夹角成45°，并被偏振分束棱镜(111)分为S偏振光和P偏振光，S偏振光由光电探测器Ⅱ(115)收集，P偏振光经反射镜Ⅴ(112)反射后与S偏振光平行，并由光电探测器Ⅲ(116)收集；微型激光器Ⅰ和微型激光器Ⅱ采用VCSEL激光器；
集成化原子气室(2)包括两片石英加热片Ⅰ(201)、两片石英加热片Ⅱ(202)、两片石英玻璃(203)、气室支承座(205)，两片石英加热片Ⅰ(201)、两片石英加热片Ⅱ(202)、两片石英玻璃(203)组合形成封闭的原子气室并固定在气室支承座(205)上；石英加热片Ⅰ(201)的底部和石英加热片Ⅱ(202)的底部均沉积有加热引脚接口(204)；气室支承座(205)上开设有电连接引脚(206)和电连接线(207)。
2.根据权利要求1所述的微型化可折叠核磁共振陀螺仪表头，其特征在于，泵浦光经过反射镜Ⅰ(104)后与集成化原子气室(2)中石英加热片Ⅰ(201)的表面垂直，经过反射镜Ⅲ(106)的泵浦光后与微型激光器Ⅰ(101)产生的线偏振光平行，并垂直射入光电探测器Ⅰ(114)的中心。
3.根据权利要求1所述的微型化可折叠核磁共振陀螺仪表头，其特征在于：线偏振平行光束射入集成化原子气室(2)后与集成化原子气室(2)中石英加热片Ⅱ(202)表面垂直；光束经反射镜Ⅳ(110)后与经过反射镜Ⅰ(104)的光束相互平行反向；由偏振分束棱镜(111)分束的S偏振光和经反射镜Ⅴ(112)反射的P偏振光都与微型激光器Ⅱ(107)产生的线偏振光平行，并分别垂直射入光电探测器Ⅱ(115)和光电探测器Ⅲ(116)的中心。
4.根据权利要求3所述的微型化可折叠核磁共振陀螺仪表头，其特征在于：微型激光器Ⅰ(101)和微型激光器Ⅱ(107)的发光面中心分别位于非球面透镜Ⅰ(102)和非球面透镜Ⅱ(108)的焦点处。
5.根据权利要求1所述的微型化可折叠核磁共振陀螺仪表头，其特征在于：可折叠线圈骨架(3)包括前骨架(301)、后骨架(302)、左骨架(303)、右骨架(304)、上骨架(305)、下骨架(306)、卡轴(307)及卡销(308)；前骨架(301)、后骨架(302)、左骨架(303)、右骨架(304)分别与下骨架(306)通过卡轴(307)连接，上骨架(305)通过卡轴(307)与后骨架(302)连接，前骨架(301)、后骨架(302)、左骨架(303)、右骨架(304)、上骨架(305)、下骨架(306)在通过卡扣互锁定位后围成正方体结构。
6.根据权利要求5所述的微型化可折叠核磁共振陀螺仪表头，其特征在于，三轴线圈柔性电路板(4)上分别印制有磁场线圈组Ⅰ(401)、磁场线圈组Ⅱ(402)、磁场线圈组Ⅲ(403)、加热片连接引脚(404)、微型激光器引脚(405)和光电探测器引脚(406)；三轴线圈柔性电路板(4)与可折叠线圈骨架(3)的形状相互匹配，三轴线圈柔性电路板(4)通过电路印制沉积在可折叠线圈骨架(3)的外表面上，磁场线圈组Ⅰ(401)对称安装在前骨架(301)和后骨架(302)上，磁场线圈组Ⅱ(402)对称安装在上骨架(305)和下骨架(306)上，磁场线圈组Ⅲ(403)对称安装在左骨架(303)和右骨架(304)上；加热片连接引脚(404)与电连接引脚(206)联接；微型激光器引脚(405)与微型激光器Ⅰ(101)的引脚和微型激光器Ⅱ(107)的引脚联接；光电探测器引脚(406)分别与光电探测器Ⅰ(114)的引脚、光电探测器Ⅱ(115)的引脚及光电探测器Ⅲ(116)的引脚的引脚联接。
7.根据权利要求6所述的微型化可折叠核磁共振陀螺仪表头，其特征在于，微型激光器Ⅰ(101)、微型激光器Ⅱ(107)、光电探测器Ⅰ(114)、光电探测器Ⅱ(115)及光电探测器Ⅲ(116)均安装在下骨架(306)上，偏振分束棱镜(111)和反射镜Ⅴ(112)固定在反射镜Ⅰ(104)的外表面上，非球面透镜Ⅰ(102)、λ/4波片(103)、反射镜Ⅰ(104)、反射镜Ⅱ(105)、反射镜Ⅲ(106)、非球面透镜Ⅱ(108)、λ/2波片(109)、反射镜Ⅳ(110)、气室支承座(205)均固定在镜片底座(113)上。
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