CN113341353B - 基于数字微镜阵列的小尺度空间磁场梯度测量系统及方法 - Google Patents

基于数字微镜阵列的小尺度空间磁场梯度测量系统及方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113341353B
CN113341353B CN202110517664.5A CN202110517664A CN113341353B CN 113341353 B CN113341353 B CN 113341353B CN 202110517664 A CN202110517664 A CN 202110517664A CN 113341353 B CN113341353 B CN 113341353B
Authority
CN
China
Prior art keywords
magnetic field
detection light
light
atomic
gas chamber
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202110517664.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113341353A (zh
Inventor
范晓婷
刘院省
庄铭今
王学锋
黄伟
霍丽君
贺宇
李新坤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beijign Institute of Aerospace Control Devices
Original Assignee
Beijign Institute of Aerospace Control Devices
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beijign Institute of Aerospace Control Devices filed Critical Beijign Institute of Aerospace Control Devices
Priority to CN202110517664.5A priority Critical patent/CN113341353B/zh
Publication of CN113341353A publication Critical patent/CN113341353A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113341353B publication Critical patent/CN113341353B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/02—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux
    • G01R33/032—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux using magneto-optic devices, e.g. Faraday or Cotton-Mouton effect

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measuring Magnetic Variables (AREA)

Abstract

本发明提供一种基于数字微镜阵列的小尺度空间磁场梯度测量系统及方法，通过在测量系统中引入数字微镜阵列DMD，通过调整DMD微镜反射区域使探测光通过各测量点，调整驱动磁场的频率使测量点处原子发生核磁共振，进而得到小范围内静磁场的空间分布，测量方法和光路结构简单，磁场灵敏度和空间分辨率较高。

Description

基于数字微镜阵列的小尺度空间磁场梯度测量系统及方法
技术领域
本发明属于磁场测量技术领域，特别涉及一种基于数字微镜阵列的小尺度空间磁场梯度测量系统及方法。
背景技术
随着量子领域技术的发展，基于原子自旋的磁场测量是当今科技发展的一个重要领域。现有的磁通门、超导磁力仪等磁传感器技术难以进行小尺度空间的磁场测量。
利用原子自旋测量磁场梯度在灵敏度和空间分辨率上极具优势，已成为小尺度空间磁场测量的一种可行有效的方法，并在生物磁显微、量子仪表制造等领域具有广泛的应用价值，但现有原子自旋测量方法不能实现微米量级上磁场信息的测量。
发明内容
本发明的目的在于克服上述缺陷，提供一种基于数字微镜阵列的小尺度空间磁场梯度测量系统及方法，通过在测量系统中引入数字微镜阵列DMD，通过调整DMD微镜反射区域使探测光通过各测量点，调整驱动磁场的频率使测量点处原子发生核磁共振，进而得到小范围内静磁场的空间分布，测量方法和光路结构简单，磁场灵敏度和空间分辨率较高。
为实现上述发明目的，本发明提供如下技术方案：
一种基于数字微镜阵列的小尺度空间磁场梯度测量系统，包括探测光路、泵浦光路、原子气室、温度和磁场控制系统和信号采集处理系统；
探测光路包括探测光发生组件、数字微镜阵列DMD和探测光分光装置；数字微镜阵列DMD将探测光发生组件发出的线偏振态探测光反射至原子气室内部各测量点，携带各测量点磁场信息的探测光通过探测光分光装置后传输至信号采集处理系统；
泵浦光路用于产生泵浦光并传输至原子气室；
原子气室内原子在泵浦光作用下发生极化，并在待测磁场、温度和磁场控制系统的作用下产生核磁共振，使原子自旋的宏观磁矩进行Larmor进动；
温度和磁场控制系统用于激发和保持原子气室内的原子的Larmor进动，并根据信号采集处理系统得到参数信息调整驱动磁场频率，进而调整原子进动状态；
信号采集处理系统接收由探测光路输入的各监测点产生的探测光，得到反应原子进动状态的参数信息；根据所述参数信息得到各位置磁场信息。
进一步的，探测光发生组件包括探测光激光器、第一偏振片、第一透镜和λ/2波片；
所述探测光激光器用于发出探测光，探测光波长为原子气室中碱金属原子D2线跃迁频率对应的波长；探测光依次经第一偏振片变为线偏振光、经第一透镜使光斑直径放大至能覆盖原子气室、经λ/2波片调整偏振方向。
进一步的，探测光分光装置为偏振分束器，用于将携带各测量点磁场信息的探测光分为两路偏振方向相互垂直的线偏振光，同时结合λ/2波片调整所述线偏振光光强度相等。
进一步的，探测光路还包括位于数字微镜阵列DMD和原子气室之间的第二透镜，以及位于原子气室和探测光分光装置之间的第三透镜，用于消除探测光在传输过程中发生的衍射。
进一步的，温度和磁场控制系统包括磁屏蔽装置、驱动磁场线圈和加热体，所述加热体设于原子气室的外围，用于维持原子气室温度；所述加热体包括金属壳体、包裹金属壳体的柔性加热片，以及设于金属壳体内部的热敏电阻，所述热敏电阻用于实现温度的实时测量；
驱动磁场线圈设于所述加热体外围，用于产生驱动磁场；磁屏蔽装置设于驱动磁场线圈外围，用于屏蔽外部干扰磁场。
进一步的，泵浦光路包括泵浦光激光器、第二偏振片、扩束准直透镜、λ/4波片，泵浦光激光器用于产生泵浦光，所述泵浦光波长为原子气室中碱金属原子D1线跃迁频率对应的波长；
泵浦光依次经第二偏振片使变为线偏振光，经扩束准直透镜放大泵浦光光斑使其覆盖原子气室并减小光斑发散角，经λ/4波片将线偏振光变成圆偏振光。
进一步的，信号采集处理系统包括光电探测器和信号处理系统，2个光电探测器分别接收所述两路偏振方向相互垂直的线偏振光，并将光信号转换为电信号输入信号处理系统。
进一步的，原子气室内，泵浦光的光路与探测光的光路垂直设置。
进一步的，原子气室内，驱动磁场方向与泵浦光和探测光光路所在平面垂直，驱动磁场、泵浦光光路和探测光管路三者方向呈右手螺旋定则分布。
进一步的，原子气室尺寸≤3×3×3mm3，所述一种基于数字微镜阵列的小尺度空间磁场梯度测量系统空间分辨率≥15μm；
一种基于数字微镜阵列的小尺度空间磁场梯度测量方法，采用上述一种基于数字微镜阵列的小尺度空间磁场梯度测量系统实现，包括以下步骤：
S1泵浦光路产生泵浦光并传输至原子气室，探测光发生组件发出线偏振态的探测光并通过数字微镜阵列DMD反射至原子气室中心点，携带中心点磁场信息的探测光传输至探测光分光装置，进行分光；
S2探测光信号采集处理系统接收分光后的探测光，得到反应原子Larmor进动状态的参数信息，所述参数信息包括原子进动信号的幅值和频率；
S3根据原子进动的幅值调整温度和磁场控制系统中驱动磁场的频率；
S4根据原子进动信号幅值最大时的原子进动信号频率，即原子达到最佳核磁共振状态时的频率，得到原子气室中心点的磁场信息；
S5以S1中的中心点为基准，调整数字微镜阵列DMD中的相应微镜，使探测光反射至原子气室内部其他测量点；
S6重复步骤S2～S5，得到垂直于探测光方向上的平面中各测量点的磁场信息，进而得到待测磁场在与探测光垂直平面上的磁场梯度。
本发明与现有技术相比具有如下有益效果：
(1)本发明一种基于数字微镜阵列的小尺度空间磁场梯度测量系统中，利用DMD和光电探测器结合，提高了空间分辨率，测量方法和光路结构简单，磁场灵敏度和空间分辨率较高。
(2)本发明一种基于数字微镜阵列的小尺度空间磁场梯度测量方法，通过调整驱动磁场频率得到原子最佳共振态，可通过探测光输出信号的强度和频率直接得到测量点处磁场的标量信息。
(3)本发明一种基于数字微镜阵列的小尺度空间磁场梯度测量系统，核心部件原子气室可做到3×3×3mm3以内大小，磁场线圈和加热片均采用柔性板制作，具有小型化的潜力。
附图说明
图1为本发明一种基于数字微镜阵列的小尺度空间磁场梯度测量系统的示意图。
具体实施方式
下面通过对本发明进行详细说明，本发明的特点和优点将随着这些说明而变得更为清楚、明确。
在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。
本发明技术方案原理为，原子气室内包括碱金属、惰性气体、缓冲气体和淬灭气体，利用与原子基态到激发态跃迁频率对应波长的圆偏振光使原子极化到特定的塞曼能级。在与泵浦光垂直的方向上施加驱动磁场，在泵浦光、待测磁场和一定频率的驱动磁场作用下惰性气体原子的宏观自旋磁矩实现Larmor进动，即通过调整驱动磁场频率使惰性气体原子发生核磁共振，原子自旋磁矩的进动相位达到一致，实现宏观的Larmor进动，此时探测光探测到的进动信号频率即共振频率，通过数字微镜阵列DMD反射使不同位置的探测光通过，依次得到不同位置处的磁场信息。
本发明一种基于数字微镜阵列的小尺度空间磁场梯度测量系统，系统的空间分辨率可达到15μm，系统包括探测光路I、泵浦光路II、原子气室7、温度和磁场控制系统III和信号采集处理系统IV；
探测光路包括探测光发生组件、数字微镜阵列DMD5和探测光分光装置；数字微镜阵列DMD5将探测光发生组件发出的部分线偏振态探测光反射至原子气室内部各测量点，携带各测量点磁场信息的探测光通过探测光分光装置后传输至信号采集处理系统；
泵浦光路用于产生极化原子的泵浦光并传输至原子气室，泵浦光波长可取对应原子能级跃迁(D1线)频率的波长；
原子气室内原子在泵浦光作用下发生极化，并在待测磁场、温度和磁场控制系统的作用下产生核磁共振，原子自旋的宏观磁矩进行Larmor进动；
温度和磁场控制系统用于激发并保持原子气室内的原子进行Larmor进动，并根据信号采集处理系统得到探测光参数信息调整驱动磁场频率；
信号采集处理系统接收由探测光路输入的各监测点产生的探测光，得到反应原子核磁共振时原子进动状态参数信息；根据最佳核磁共振状态时对应的原子进动状态的参数信息得到各位置磁场信息。
进一步的，所述探测光发生组件包括探测光激光器1、第一偏振片2、第一透镜3和λ/2波片4；
所述探测光激光器1用于发出探测光，波长可取原子气室7中碱金属原子D2线跃迁频率对应的波长，一般与泵浦光波长的差值≤10nm；探测光依次经第一偏振片2变为线偏振光、经第一透镜3使固定光斑直径放大至能覆盖原子气室7的尺寸，光斑直径一般≥3mm、经λ/2波片4调整偏振方向。
进一步的，探测光分光装置为偏振分束器13，用于将携带各测量点磁场信息的探测光分为两路偏振方向相互垂直的线偏振光，同时结合λ/2波片4调整两路分束光强度相等。
进一步的，探测光路还包括位于数字微镜阵列DMD5和原子气室7之间的第二透镜6，以及位于原子气室7和探测光分光装置之间的第三透镜12，用于消除探测光在传输过程中发生的衍射。探测光依次通过第一偏振片2第一透镜3、λ/2波片4和数字微镜阵列DMD5后，经过第二透镜6和偏振分束器13进入光电探测器中，信号输出到信号处理系统中进行处理；
进一步的，所述温度和磁场控制系统包括磁屏蔽装置8、驱动磁场线圈10和加热体11，所述加热体11设于原子气室7的外围，用于加热和维持原子气室温度；驱动磁场线圈10设于所述加热体11外围，用于产生驱动磁场；所述加热体11包括金属壳体、包裹金属壳体的柔性加热片，以及设于金属壳体内部的热敏电阻，所述热敏电阻用于实现温度的实时测量和控制，所述柔性加热片用于实现原子气室7的无磁加热；
磁屏蔽装置8设于驱动磁场线圈10外围，用于屏蔽地磁等外部干扰磁场。
进一步的，泵浦光路包括泵浦光激光器16、第二偏振片19、扩束准直透镜18、λ/4波片17组成，泵浦光激光器16用于产生使碱金属原子发生能级跃迁的泵浦光；泵浦光依次经第二偏振片19使变为线偏振光，经扩束准直透镜18放大泵浦光光斑使其覆盖原子气室7并减小光斑发散角，具体的，扩束准直透镜18用于扩大并固定光斑直径，使光斑在覆盖原子气室的基础上不会进一步发散；经λ/4波片17将线偏振光变成圆偏振光。泵浦光依次通过第二偏振片19、扩束准直透镜18、λ/4波片17后，穿过磁屏蔽装置8到达原子气室7。
进一步的，信号采集处理系统包括光电探测器14和信号处理系统15，2个光电探测器14分别接收两束偏振方向相互垂直的线偏振光，并将光信号转换为电信号输入信号处理系统15。
进一步的，原子气室7内，泵浦光的光路与探测光的光路垂直设置。
进一步的，原子气室7内，驱动磁场方向与泵浦光和探测光光路所在平面垂直，驱动磁场、泵浦光光路和探测光管路三者方向呈右手螺旋定则分布。
进一步的，原子气室7尺寸≤3×3×3mm3，优选的，原子气室7为3×3×3mm3尺寸的高硼硅材料制成的立方体，内部充满碱金属原子、惰性气体、缓冲气体和淬灭气体。
进一步的，磁屏蔽装置8为四层坡莫合金材料的屏蔽桶，用于屏蔽地磁等外部磁场的干扰。
如图1所示，设坐标系中y轴方向为探测光路方向，z轴方向为泵浦光路方向，x轴方向为按照y轴和z轴方向，根据右手定则确定的方向。如图1所示，驱动磁场线圈产生x方向上的振荡场，用于检测恒磁场线圈产生静磁场B0，即待测磁场在xz平面的磁场梯度；泵浦光激光器沿z轴产生波长与原子能级跃迁频率相对应的光；探测光激光器沿y轴产生稍偏离泵浦光波长的光，数字微镜阵列DMD5将探测光在xz平面内空间分割成微米级别的光斑并反射使探测光通过原子气室待测量位置；光斑信号通过光电探测器输入到信号处理系统。
一种基于数字微镜阵列的小尺度空间磁场梯度测量方法，采用上述一种基于数字微镜阵列的小尺度空间磁场梯度测量系统实现，包括以下步骤：
S1泵浦光激光器和λ/4波片产生能使原子发生能级跃迁波长的圆偏振光，探测光发生组件发出线偏振态的探测光并通过数字微镜阵列DMD5反射至原子气室中心点，携带中心点磁场信息的探测光传输至探测光分光装置，进行分光；
S2探测光信号采集处理系统接收分光后的探测光，得到反应原子进动状态的参数信息，所述参数信息包括原子进动信号的幅值和频率；
S3根据信号采集处理系统得到的原子进动信号的幅值，调整磁场和温度控制系统中的驱动磁场频率，使原子气室中探测光区域内原子达到最佳核磁共振态，探测光光斑信号通过光电探测器再进入到信号采集处理系统中进行数据处理；
S4根据原子进动信号的幅值最大时的原子的进动信号频率，即原子达到最佳核磁共振状态时的频率，得到原子气室中心点的磁场信息；原子进动信号的幅值最大时原子产生最佳核磁共振态，此时的信号频率为原子自旋磁矩的Larmor进动频率，即相对应的驱动磁场频率，根据Larmor进动频率测量点位置磁场信息；
S5以S1中的中心点为基准，调整数字微镜阵列DMD5中的相应微镜，使探测光反射至原子气室内部其他测量点；
S6重复步骤S2～S5，观察输出信号的幅值变化，调整驱动磁场使输出信号幅值最大，得到垂直于探测光方向上的平面中各测量点的磁场信息，进而得到待测磁场在与探测光垂直平面上的磁场梯度。
实施例1
本发明一种基于数字微镜阵列的小尺度空间磁场梯度测量方法，如下所示：
在原子气室7内充入少量碱金属原子和惰性气体，本实施例分别采用87Rb和129Xe，并充入N2作为缓冲气体和淬灭气体，气室采用3×3×3mm3的高硼硅材料制成的立方体，原子气室7放于加热体11内，采用柔性加热片对气室进行加热，温度控制在130℃；泵浦光激光器16、第二偏振片19和λ/4波片17产生波长为795nm的圆偏振光沿z轴极化铷原子；探测光激光器1、第一偏振片2产生波长为780nm的线偏振光沿y轴探测原子进动信息；
沿z轴方向施加10μT左右的静磁场B0，沿x轴方向施加初始频率为120Hz的驱动磁场，调整驱动磁场频率使探测光输出信号幅值最大，此时原子发生核磁共振；
本实施例中DMD微镜像素大小为13.7×13.7μm2，调整DMD微镜，首先使探测光通过原子气室中心位置，探测光光斑信号通过差分探测器进入到信号处理系统；
光电探测器得到的信号最大幅度对应原子最佳核磁共振态，此时的原子进动信号频率为原子自旋磁矩的Larmor进动频率，根据Larmor进动频率得到中心位置处磁场的大小；
从DMD中心处向外依次调节微镜反射使通过对应测量点的探测光信号幅值最大，重复上述步骤直至得到xz平面内静磁场的梯度分布。
另外，可以在光电探测器14前加一组λ/4波片和偏振片减少背景光干扰。
以上结合具体实施方式和范例性实例对本发明进行了详细说明，不过这些说明并不能理解为对本发明的限制。本领域技术人员理解，在不偏离本发明精神和范围的情况下，可以对本发明技术方案及其实施方式进行多种等价替换、修饰或改进，这些均落入本发明的范围内。本发明的保护范围以所附权利要求为准。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (10)

1.一种基于数字微镜阵列的小尺度空间磁场梯度测量系统，其特征在于，
包括探测光路、泵浦光路、原子气室(7)、温度和磁场控制系统和信号采集处理系统；
探测光路包括探测光发生组件、数字微镜阵列DMD(5)和探测光分光装置；数字微镜阵列DMD(5)将探测光发生组件发出的线偏振态探测光反射至原子气室内部各测量点，携带各测量点磁场信息的探测光通过探测光分光装置后传输至信号采集处理系统；
泵浦光路用于产生泵浦光并传输至原子气室；
原子气室(7)内原子在泵浦光作用下发生极化，并在待测磁场、温度和磁场控制系统的作用下产生核磁共振，使原子自旋的宏观磁矩进行Larmor进动；
温度和磁场控制系统用于激发和保持原子气室内的原子的Larmor进动，并根据信号采集处理系统得到参数信息调整驱动磁场频率，进而调整原子进动状态；
信号采集处理系统接收由探测光路输入的各监测点产生的探测光，得到反应原子进动状态的参数信息；根据所述参数信息得到各位置磁场信息；
所述温度和磁场控制系统包括磁屏蔽装置(8)、驱动磁场线圈(10)和加热体(11)，所述加热体(11)设于原子气室(7)的外围，用于维持原子气室温度；所述加热体(11)包括金属壳体、包裹金属壳体的柔性加热片，以及设于金属壳体内部的热敏电阻，所述热敏电阻用于实现温度的实时测量；
驱动磁场线圈(10)设于所述加热体(11)外围，用于产生驱动磁场；磁屏蔽装置(8)设于驱动磁场线圈(10)外围，用于屏蔽外部干扰磁场；
采用上述基于数字微镜阵列的小尺度空间磁场梯度测量系统实现的一种基于数字微镜阵列的小尺度空间磁场梯度测量方法，包括以下步骤：
S1泵浦光路产生泵浦光并传输至原子气室，探测光发生组件发出线偏振态的探测光并通过数字微镜阵列DMD(5)反射至原子气室中心点，携带中心点磁场信息的探测光传输至探测光分光装置，进行分光；
S2探测光信号采集处理系统接收分光后的探测光，得到反应原子Larmor进动状态的参数信息，所述参数信息包括原子进动信号的幅值和频率；
S3根据原子进动的幅值调整温度和磁场控制系统中驱动磁场的频率；
S4根据原子进动信号幅值最大时的原子进动信号频率，即原子达到最佳核磁共振状态时的频率，得到原子气室中心点的磁场信息；
S5以S1中的中心点为基准，调整数字微镜阵列DMD(5)中的相应微镜，使探测光反射至原子气室内部其他测量点；
S6重复步骤S2～S5，得到垂直于探测光方向上的平面中各测量点的磁场信息，进而得到待测磁场在与探测光垂直平面上的磁场梯度。
2.根据权利要求1所述的一种基于数字微镜阵列的小尺度空间磁场梯度测量系统，其特征在于，所述探测光发生组件包括探测光激光器(1)、第一偏振片(2)、第一透镜(3)和λ/2波片(4)；
所述探测光激光器(1)用于发出探测光，探测光波长为原子气室(7)中碱金属原子D2线跃迁频率对应的波长；探测光依次经第一偏振片(2)变为线偏振光、经第一透镜(3)使光斑直径放大至能覆盖原子气室(7)、经λ/2波片(4)调整偏振方向。
3.根据权利要求2所述的一种基于数字微镜阵列的小尺度空间磁场梯度测量系统，其特征在于，所述探测光分光装置为偏振分束器(13)，用于将携带各测量点磁场信息的探测光分为两路偏振方向相互垂直的线偏振光，同时结合λ/2波片(4)调整所述线偏振光光强度相等。
4.根据权利要求1所述的一种基于数字微镜阵列的小尺度空间磁场梯度测量系统，其特征在于，所述探测光路还包括位于数字微镜阵列DMD(5)和原子气室(7)之间的第二透镜(6)，以及位于原子气室(7)和探测光分光装置之间的第三透镜(12)，用于消除探测光在传输过程中发生的衍射。
5.根据权利要求1所述的一种基于数字微镜阵列的小尺度空间磁场梯度测量系统，其特征在于，所述泵浦光路包括泵浦光激光器(16)、第二偏振片(19)、扩束准直透镜(18)、λ/4波片(17)，泵浦光激光器(16)用于产生泵浦光，所述泵浦光波长为原子气室(7)中碱金属原子D1线跃迁频率对应的波长；
泵浦光依次经第二偏振片(19)使变为线偏振光，经扩束准直透镜(18)放大泵浦光光斑使其覆盖原子气室(7)并减小光斑发散角，经λ/4波片(17)将线偏振光变成圆偏振光。
6.根据权利要求3所述的一种基于数字微镜阵列的小尺度空间磁场梯度测量系统，其特征在于，所述信号采集处理系统包括光电探测器(14)和信号处理系统(15)，2个光电探测器(14)分别接收所述两路偏振方向相互垂直的线偏振光，并将光信号转换为电信号输入信号处理系统(15)。
7.根据权利要求1所述的一种基于数字微镜阵列的小尺度空间磁场梯度测量系统，其特征在于，原子气室(7)内，泵浦光的光路与探测光的光路垂直设置。
8.根据权利要求1所述的一种基于数字微镜阵列的小尺度空间磁场梯度测量系统，其特征在于，原子气室(7)内，驱动磁场方向与泵浦光和探测光光路所在平面垂直，驱动磁场、泵浦光光路和探测光管路三者方向呈右手螺旋定则分布。
9.根据权利要求1所述的一种基于数字微镜阵列的小尺度空间磁场梯度测量系统，其特征在于，原子气室(7)尺寸≤3×3×3mm3；所述基于数字微镜阵列的小尺度空间磁场梯度测量系统空间分辨率≥15μm。
10.一种基于数字微镜阵列的小尺度空间磁场梯度测量方法，其特征在于，采用权利要求1～9任一项所述的一种基于数字微镜阵列的小尺度空间磁场梯度测量系统实现，包括以下步骤：
S1泵浦光路产生泵浦光并传输至原子气室，探测光发生组件发出线偏振态的探测光并通过数字微镜阵列DMD(5)反射至原子气室中心点，携带中心点磁场信息的探测光传输至探测光分光装置，进行分光；
S2探测光信号采集处理系统接收分光后的探测光，得到反应原子Larmor进动状态的参数信息，所述参数信息包括原子进动信号的幅值和频率；
S3根据原子进动的幅值调整温度和磁场控制系统中驱动磁场的频率；
S4根据原子进动信号幅值最大时的原子进动信号频率，即原子达到最佳核磁共振状态时的频率，得到原子气室中心点的磁场信息；
S5以S1中的中心点为基准，调整数字微镜阵列DMD(5)中的相应微镜，使探测光反射至原子气室内部其他测量点；
S6重复步骤S2～S5，得到垂直于探测光方向上的平面中各测量点的磁场信息，进而得到待测磁场在与探测光垂直平面上的磁场梯度。
CN202110517664.5A 2021-05-12 2021-05-12 基于数字微镜阵列的小尺度空间磁场梯度测量系统及方法 Active CN113341353B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110517664.5A CN113341353B (zh) 2021-05-12 2021-05-12 基于数字微镜阵列的小尺度空间磁场梯度测量系统及方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110517664.5A CN113341353B (zh) 2021-05-12 2021-05-12 基于数字微镜阵列的小尺度空间磁场梯度测量系统及方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113341353A CN113341353A (zh) 2021-09-03
CN113341353B true CN113341353B (zh) 2023-05-09

Family

ID=77469236

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110517664.5A Active CN113341353B (zh) 2021-05-12 2021-05-12 基于数字微镜阵列的小尺度空间磁场梯度测量系统及方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113341353B (zh)

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050052650A1 (en) * 2003-09-05 2005-03-10 Zhen Wu System for high-resolution measurement of a magnetic field/gradient and its application to a magnetometer or gradiometer
JP6299128B2 (ja) * 2013-09-24 2018-03-28 セイコーエプソン株式会社 測定装置および磁気測定装置
CN105137374B (zh) * 2014-06-03 2018-09-25 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 一种超高分辨率的磁共振成像方法及装置
JP2017190956A (ja) * 2016-04-11 2017-10-19 株式会社東芝 磁気計測装置および磁気計測方法
US10677953B2 (en) * 2016-05-31 2020-06-09 Lockheed Martin Corporation Magneto-optical detecting apparatus and methods
CN106886000B (zh) * 2017-02-23 2019-07-02 中国人民解放军国防科学技术大学 一种利用核磁共振实现磁场幅度稳定的装置及方法
CN107702705B (zh) * 2017-09-29 2020-05-19 上海交通大学 激光加热核磁共振陀螺仪
JP2019124556A (ja) * 2018-01-16 2019-07-25 株式会社国際電気通信基礎技術研究所 光導波機構を有するセルを用いた磁気計測装置
CN108508382B (zh) * 2018-06-06 2020-12-25 北京航空航天大学 一种基于serf原子自旋效应的三维梯度磁场测量装置
CN110261797B (zh) * 2019-07-23 2024-06-14 中国人民解放军军事科学院国防科技创新研究院 一种基于多程环形光腔的光泵原子磁力仪
US11747413B2 (en) * 2019-09-03 2023-09-05 Hi Llc Methods and systems for fast field zeroing for magnetoencephalography (MEG)
CN110568382B (zh) * 2019-09-09 2020-08-18 北京航空航天大学 基于serf的双抽运光束三轴原子矢量磁场测量装置
CN110879374A (zh) * 2019-11-26 2020-03-13 北京航空航天大学 一种单光束自旋极化和检测方法
CN111025206B (zh) * 2019-12-20 2022-08-12 北京航天控制仪器研究所 一种基于原子磁共振的静磁场空间分布测量系统及方法
CN111044948B (zh) * 2020-01-03 2021-09-24 北京航空航天大学 一种基于钾铷混合抽运的高空间分辨率矢量磁场测量装置
CN112433071B (zh) * 2020-12-23 2023-08-29 中北大学 一种气室镀膜能量转移与弛豫特性的纳米尺度同时显微测量系统

Also Published As

Publication number Publication date
CN113341353A (zh) 2021-09-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108508382B (zh) 一种基于serf原子自旋效应的三维梯度磁场测量装置
JP5854735B2 (ja) 核磁気共鳴イメージング装置及び核磁気共鳴イメージング方法
JP5854736B2 (ja) 核磁気共鳴イメージング装置及び核磁気共鳴イメージング方法
JP5264242B2 (ja) 原子磁力計及び磁力計測方法
JP6222974B2 (ja) 光ポンピング磁力計および磁気センシング方法
JP2018004462A (ja) 磁場計測装置、磁場計測装置の調整方法、および磁場計測装置の製造方法
CN108519566B (zh) 一种基于光频移调制的serf原子磁强计装置及方法
CN106886000B (zh) 一种利用核磁共振实现磁场幅度稳定的装置及方法
CN110261796B (zh) 一种基于零场共振的serf原子磁强计及磁补偿方法
CN112946541B (zh) 一种碱金属原子自旋全光学控制系统及探测方法
CN111025206B (zh) 一种基于原子磁共振的静磁场空间分布测量系统及方法
CN115856726A (zh) 一种基于金刚石nv色心零场探测的矢量磁力显微镜及成像方法
CN110849343A (zh) 一种单激光器的核磁共振陀螺仪
CN113341353B (zh) 基于数字微镜阵列的小尺度空间磁场梯度测量系统及方法
CN113341235B (zh) 一种基于serf磁力仪的磁场微波场一体化测量装置
CN113311369A (zh) 基于光纤环形器的微小型原子磁强计及磁成像系统
CN210268668U (zh) 微型化可折叠核磁共振陀螺仪表头
CN210376655U (zh) 一种基于多程环形光腔的光泵原子磁力仪
CN114199277B (zh) 原子自旋陀螺仪电子极化率测量的测试方法及系统
CN109613456A (zh) 一种全光学原子磁强计及方法
CN115754845B (zh) 基于矢量光调制的原子磁强计空间磁场成像装置及方法
CN114234951B (zh) 一种基于核自旋极化抑制的serf惯性装置磁场波动测试方法
CN116879813B (zh) 基于原位磁补偿甚低频原子磁强计的信号检测方法及系统
RU2776466C1 (ru) Оптический магнитометр
CN115629342A (zh) 一种serf惯性测量系统中检测光抽运效应的测量方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant