CN113608151B - 基于原子蒸气量子关联光源的原子磁力计 - Google Patents
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Abstract
本发明公开基于原子蒸气量子关联光源的原子磁力计，主要由原子蒸气量子关联光源、λ/2波片、格兰‑汤普逊棱镜、多层磁屏蔽和保温炉、碱金属原子蒸气泡、光电二极管、平面反射镜、可调中性密度衰减片、格兰‑泰勒棱镜、λ/4波片、差分放大探测器、锁相放大器、信号发生器、数据采集卡和计算机组成。本发明采用原子蒸气量子关联光源，通过碱金属原子蒸气中的四波混频过程产生具有强度量子关联的探测光和参考光；利用探测光和参考光进行差分探测，将系统量子噪声降低至散粒噪声极限之下，有效提高原子磁力计的测量信噪比和测磁灵敏度。基于原子蒸气量子关联光源的原子磁力计具有结构紧凑、易于微小型化、系统稳定性好和探测灵敏度更高等特点。
Description
技术领域
本发明属于原子分子物理和精密测量物理领域，具体涉及基于原子蒸气量子关联光源的原子磁力计，适用于导航、磁异常探测、生物测磁和医学成像等领域。
背景技术
原子磁力计是一种高灵敏度的测磁传感器，在精密测量和量子传感领域具有广泛的应用潜力。目前，无自旋交换弛豫(Spin Exchange Relaxation Free,SERF)原子磁力计的测磁灵敏度已经达到～0.1fT/Hz1/2量级。随着原子磁力计灵敏度的提升，亟需采取非经典方法用于突破原子磁力计测磁灵敏度的标准量子极限(Standard Quantum Limit,SQL)。对于基于非线性磁光旋转(Nonlinear Magneto-Optical Rotation,NMOR)效应的原子磁力计，其主要噪声来源于原子投影噪声和光子散粒噪声，决定了测量灵敏度的量子极限。采用量子关联光源，能够使原子磁力计的测磁灵敏度超越散粒噪声极限(Shot Noise Limit,SNL)。
除基于光学-射频双共振的光泵原子磁力计之外，NMOR原子磁力计以及SERF原子磁力计，需要先使用一束泵浦激光产生原子的极化，再利用线偏振的探测光作用于原子，最后，通过测量探测光偏振面的转动角度来计算外磁场的大小。通常情况下，泵浦光和探测光由两束独立的相干光源提供[I.K.Kominis等,“Asubfemtotesla multichannel atomicmagnetometer”,Nature 422,596-599(2003)]，二者具有相互无关的相位和光子数涨落噪声，原子磁力计的灵敏度提高受限于标准量子极限。借助于光子之间的量子关联能够有效突破量子噪声的限制，量子关联光源已在光信息处理和通信，微弱信号探测，光量子传感以及引力波探测领域得到广泛应用，用于实现测量噪声低于散粒噪声极限的精密测量。C.F.McCormick等人[“Strong low-frequency quantum correlations from a four-wave-mixing amplifier”,Phys.Rev.A 78,043816(2008)]在原子蒸气中实验获得了探测光和闲置光之间8dB的强度差量子噪声抑制，验证了基于原子蒸气四波混频的光放大器可以用于实现强度量子关联光源。基于原子蒸气中四波混频效应的量子关联光源，与采用非线性晶体的光学参量过程的产生方式相比，具有装置简单、易于操作的特点，避免了采用外部光学腔造成的系统不稳定性，同时具有更多的参数调节自由度，在量子精密测量和量子传感领域具有重要应用价值。
本发明针对原子磁力计作为高灵敏度磁场量子传感器在微弱生物磁场探测和医学成像领域应用的目的，提出一种使用原子蒸气量子关联光源的原子磁力计，利用原子蒸气中的四波混频过程产生具有强度量子关联的信号光和闲置光作为原子磁力计的探测光和参考光，进一步提高原子磁力计的探测性能。在测磁灵敏度接近量子极限情况下，采用量子关联光源突破量子噪声对测磁灵敏度提高的限制，从而建立一种新型的高灵敏度原子磁力计。
发明内容
本发明的目的在于针对高灵敏度原子磁力计的需求、以及现有技术存在的问题，提出基于原子蒸气量子关联光源的原子磁力计，解决传统泵浦-探测型原子磁力计由于泵浦光和探测光功率起伏引入的系统噪声。同时，利用由量子关联引起的具有强度差压缩的探测光和参考光做差分放大探测，有效地降低系统量子噪声，从而提高原子磁力计的测磁灵敏度。具体地，使用外腔半导体激光器、半导体锥形放大器和声光移频器，通过原子蒸气中的四波混频过程产生具有量子关联的信号光和闲置光，同时利用产生四波混频过程的泵浦光，分别作为原子磁力计的探测光、参考光和泵浦光。基于量子关联光源的原子磁力计装置具有结构紧凑、易于实现的特点。另外，相对于传统泵浦-探测型原子磁力计通常采用相互独立的相干光源，本发明中使用的原子蒸气量子关联光源，其输出的分别用于探测光、参考光和泵浦光的三束激光均由同一激光光源产生，减少了不同激光之间相对功率起伏的影响，将其集成到原子磁力计中有利于获得更高的探测信噪比和测磁灵敏度。
为了实现上述目的，本发明专利采用以下技术方案：
基于原子蒸气量子关联光源的原子磁力计，包括原子蒸气量子关联光源，原子蒸气量子关联光源出射探测光、参考光和泵浦光，
探测光和参考光依次通过第一可调中性密度衰减片和第一格兰-汤普逊棱镜后入射第一碱金属原子蒸气泡，探测光和参考光从第一碱金属原子蒸气泡出射后再经过第二格兰-汤姆逊棱镜后分别由第一光电二极管和第二光电二极管将偏振旋转角度转化为电压信号，第二格兰-汤姆逊棱镜与第一格兰-汤姆逊棱镜的光轴正交，
泵浦光依次通过可调中性密度衰减片、格兰-泰勒棱镜和第一λ/4波片后入射第一碱金属原子蒸气泡，透过第一碱金属原子蒸气泡的泵浦光被发黑挡光板遮挡。
如上所述的第一光电二极管和第二光电二极管转化的电压信号经过差分放大探测器、锁相放大器解调后再经数据采集卡采集获得采集信号输入到计算机。
如上所述的第一碱金属原子蒸气泡置于多层磁屏蔽和保温装置内，多层磁屏蔽和保温装置包括多层坡莫合金磁屏蔽室和设置在多层坡莫合金磁屏蔽室中的特氟龙保温室，第一碱金属原子蒸气泡位于特氟龙保温室中。
如上所述的原子蒸气量子关联光源包括半导体外腔激光器,半导体外腔激光器产生的初始激光依次经过第一光隔离器和第二λ/2波片后入射半导体锥形放大器，半导体锥形放大器的出射光依次经聚焦和整形棱镜组、第二光隔离器、以及第三λ/2波片后再经偏振分束器分束为透射光和反射光，
透射光经第一凸透镜聚焦后，再通过声光移频器产生布拉格衍射，获得0级光和1级光，0级光被挡光板遮挡，1级光沿衍射角经过第二凸透镜和第二λ/4波片后经反射镜反射且沿原路返回偏振分束器并经偏振分束器反射作为信号光，信号光经过第二中性密度衰减片进行衰减后通过反射镜反射进入置于温控室中的第二碱金属原子蒸气泡，
反射光经扩束棱镜扩束后再经反射镜反射作为泵浦光，泵浦光与信号光以设定夹角进入第二碱金属原子蒸气泡，
泵浦光和信号光在第二碱金属原子蒸气泡中发生四波混频过程，并产生闲置光，
经过第二碱金属原子蒸气泡的泵浦光作为输出的泵浦光1c，
经过第二碱金属原子蒸气泡的信号光作为输出的探测光1a，
经由四波混频过程产生的闲置光作为输出的参考光1b。
本发明较现有技术相比，具有以下优点：
本发明所述的基于原子蒸气量子关联光源的原子磁力计，利用同一束激光和声光移频器产生泵浦光和信号光。再经由第二碱金属原子蒸气泡构成的四波混频低噪声光放大器产生的具有强度差量子关联的信号光和闲置光，分别作为原子磁力计的探测光和参考光。最后，通过差分放大探测的方式，将系统量子噪声降低至散粒噪声极限之下，能够有效提高原子磁力计的性能和测磁灵敏度。与采用传统相干光源的原子磁力计相比，基于原子蒸气量子关联光源的原子磁力计具有结构紧凑、可突破散粒噪声极限、探测灵敏度更高的特点。
附图说明
图1是使用原子蒸气量子关联光源的原子磁力计的原理图。
图1中：1-原子蒸气量子关联光源，2-λ/2波片，3-第一格兰-汤普逊棱镜，4-多层磁屏蔽和保温炉，5-第一碱金属原子蒸气泡，6-第二格兰-汤普逊棱镜，7-第一光电二极管，8-第二光电二极管，9-第一平面反射镜，10-第一可调中性密度衰减片，11-格兰-泰勒棱镜，12-第一λ/4波片，13-第二平面反射镜，14-挡光板，15-差分放大探测器，16-锁相放大器，17-数据采集卡和计算机，18-信号发生器。
图2是原子蒸气量子关联光源的原理图。
图2中：101-外腔半导体激光器，102-第一光隔离器，103-第二λ/2波片，104-第三平面反射镜,105-第四平面反射镜，106-半导体锥形放大器，107-聚焦和整形棱镜组，108-第二光隔离器，109-第三λ/2波片，110-偏振分束器，111-第一凸透镜，112-声光移频器，113-声光移频器驱动，114-第二凸透镜，115-第二λ/4波片，116-第五平面反射镜，117-第六平面反射镜，118-第二中性密度可调衰减片，119-第七平面反射镜,120-第八平面反射镜，121-挡光板，122-第九平面反射镜，123-扩束镜，124-第十平面反射镜,125-第十一平面反射镜，126-温控室，127-第二碱金属原子蒸气泡，128-第十二平面反射镜，129-第十三平面反射镜，130-第十四平面反射镜，131-第十五平面反射镜，132-第十六平面反射镜。
具体实施方式
为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合实施例对本发明作进一步的详细描述，应当理解，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
本实施例中，第一碱金属原子蒸气泡5和第二碱金属原子蒸气泡127中分别封装有天然铷原子碱金属。
如图1所示，基于原子蒸气量子关联光源的原子磁力计，包括原子蒸气量子关联光源1，通过原子蒸气量子关联光源1产生三束光，分别为用于原子磁力计的探测光1a、参考光1b以及泵浦光1c，探测光1a的波长为795nm，探测光1a和参考光1b的激光功率约为百微瓦量级，泵浦光1c的激光功率约为百毫瓦量级。其中，泵浦光1c的频率对应于铷-85原子D1线F＝3→F’＝3跃迁，探测光1a相对于泵浦光1c的频率移动为3.04GHz(对应铷-85原子基态的超精细分裂频率)。原子蒸气量子关联光源1出射的泵浦光1c用于极化原子磁力计中的原子蒸气。之后，原子蒸气量子关联光源1出射的泵浦光1c经第一平面反射镜9反射后再依次通过可调中性密度衰减片10、格兰-泰勒棱镜11和第一λ/4波片12后，泵浦光1c变为圆偏振光。圆偏振的泵浦光1c经第二平面反射镜13反射进入第一碱金属原子蒸气泡5，对原子磁力计中原子蒸气产生极化。最后，透过第一碱金属原子蒸气泡5的泵浦光1c被发黑挡光板遮挡。
原子蒸气量子关联光源1出射的探测光1a和参考光1b依次通过第一可调中性密度衰减片2和第一格兰-汤普逊棱镜3后，探测光1a和参考光1b的偏振变为竖直方向入射第一碱金属原子蒸气泡5。
第一碱金属原子蒸气泡5内充入天然铷原子，通过空气传导方式加热至约150度。第一碱金属原子蒸气泡5置于多层磁屏蔽和保温装置4内，多层磁屏蔽和保温装置4包括多层坡莫合金磁屏蔽室和设置在多层坡莫合金磁屏蔽室中的特氟龙保温室，第一碱金属原子蒸气泡5位于特氟龙保温室中，多层磁屏蔽和保温装置4将背景磁场降至10nT的超低磁场环境。
探测光1a和参考光1b从第一碱金属原子蒸气泡5出射后再经过第二格兰-汤姆逊棱镜6，第二格兰-汤姆逊棱镜6与第一格兰-汤姆逊棱镜3的光轴正交，经过第二格兰-汤姆逊棱镜6后的探测光1a和参考光1b分别由第一光电二极管7和第二光电二极管8将偏振旋转角度转化为电压信号后，第一光电二极管7和第二光电二极管8采集的电压信号经过差分放大探测器15、锁相放大器16解调后再经数据采集卡采集获得采集信号，采集信号输入到计算机17行分析处理。
原子蒸气量子相关光源1如图2所示。半导体外腔激光器101产生约40mW功率的795nm波长的初始激光，初始激光依次经过第一光隔离器102和第二λ/2波片103后，再依次经第三平面反射镜104、第四平面反射镜105反射后入射半导体锥形放大器106。半导体锥形放大器106的出射光依次经聚焦和整形棱镜组107、第二光隔离器108、以及第三λ/2波片109后由偏振分束器110分为透射光和反射光。其中反射光用于产生原子蒸气四波混频的泵浦光；透射光经第一凸透镜111后入射声光移频器112，声光移频器驱动113产生用于驱动声光移频器112的1.52GHz的射频信号，并可用于通过信号发生器18对光进行频率或幅度调制。使用第一光隔离器102减少反射扰动，以使外腔半导体激光器101稳定工作于单模状态。第二λ/2波片103用于调节光的偏振方向，通过第三平面反射镜104、第四平面反射镜105来调节激光注入半导体锥形放大器106的角度。第三λ/2波片109用于改变光的偏振方向，从而调节偏振分束器110的透射光和反射光的功率比例。
透射光经第一凸透镜111聚焦后，再通过声光移频器112产生布拉格衍射，获得0级光和1级光。0级光被挡光板121遮挡。1级光沿衍射角经过第二凸透镜114和第二λ/4波片115后，再经第五平面反射镜116反射。经第五平面反射镜116反射后的光沿原路返回偏振分束器110并经偏振分束器110反射作为信号光，即经第五平面反射镜116反射后的光依次经第二λ/4波片115、第二凸透镜114、声光移频器112和第一凸透镜111后入射偏振分束器110，再经偏振分束器110反射作为信号光。由于经第三λ/2波片109入射偏振分束器110的透射光与经第二λ/4波片115入射偏振分束器110的光的偏振方向正交，经第二λ/4波片115入射偏振分束器110的光将由偏振分束器110反射获得信号光，信号光经过第六平面反射镜117反射后再经过第二中性密度衰减片118进行衰减，之后依次被第七平面反射镜119和第八平面反射镜120反射后进入置于温控室126中的第二碱金属原子蒸气泡127。第七平面反射镜119和第八平面反射镜120用于改变入射进入第二碱金属原子蒸气泡125的角度。
偏振分束器110的反射光经第九平面反射镜122和扩束棱镜123后，再依次经第十平面反射镜124和第十一平面反射镜125反射后作为泵浦光，泵浦光与信号光以设定夹角进入第二碱金属原子蒸气泡127。
泵浦光和信号光在满足相位匹配的情况下，在第二碱金属原子蒸气泡127中发生四波混频过程，并产生另外一束新频率的闲置光。经过第二碱金属原子蒸气泡127的泵浦光再通过第十一平面反射镜128输出作为原子磁力计的泵浦光1c。经过第二碱金属原子蒸气泡127的信号光再依次通过第十三平面反射镜129、十四平面反射镜130反射后输出，用于原子磁力计的探测光1a。四波混频过程产生的闲置光依次通过第十五平面反射镜131、第十六平面反射镜132反射后输出，作为原子磁力计用于获得强度差压缩的参考光1b。
需要指出的是，本发明中所描述的具体实施例仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例作各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或超越所附权利要求书所定义的范围。
Claims (3)
1.基于原子蒸气量子关联光源的原子磁力计，包括原子蒸气量子关联光源（1），其特征在于，原子蒸气量子关联光源（1）出射探测光（1a）、参考光（1b）和泵浦光（1c），
探测光（1a）和参考光（1b）依次通过第一可调中性密度衰减片（2）和第一格兰-汤普逊棱镜（3）后入射第一碱金属原子蒸气泡（5），探测光（1a）和参考光（1b）从第一碱金属原子蒸气泡（5）出射后再经过第二格兰-汤姆逊棱镜（6）后分别由第一光电二极管（7）和第二光电二极管（8）将偏振旋转角度转化为电压信号，第二格兰-汤姆逊棱镜（6）与第一格兰-汤姆逊棱镜（3）的光轴正交，
泵浦光（1c）依次通过可调中性密度衰减片（10）、格兰-泰勒棱镜（11）和第一λ/4波片（12）后入射第一碱金属原子蒸气泡（5），透过第一碱金属原子蒸气泡（5）的泵浦光被发黑挡光板遮挡，
所述的原子蒸气量子关联光源（1）包括半导体外腔激光器（101），半导体外腔激光器（101）产生的初始激光依次经过第一光隔离器（102）和第二λ/2波片（103）后入射半导体锥形放大器（106），半导体锥形放大器（106）的出射光依次经聚焦和整形棱镜组（107）、第二光隔离器（108）、以及第三 λ/2波片（109）后再经偏振分束器（110）分束为透射光和反射光，
透射光经第一凸透镜（111）聚焦后，再通过声光移频器（112）产生布拉格衍射，获得0级光和1级光，0级光被挡光板（121）遮挡，1级光沿衍射角经过第二凸透镜（114）和第二 λ/4波片（115）后经反射镜反射且沿原路返回偏振分束器（110）并经偏振分束器（110）反射作为信号光，信号光经过第二中性密度衰减片（118）进行衰减后通过反射镜反射进入置于温控室（126）中的第二碱金属原子蒸气泡（127），
反射光经扩束棱镜（123）扩束后再经反射镜反射作为泵浦光，泵浦光与信号光以设定夹角进入第二碱金属原子蒸气泡（127），
泵浦光和信号光在第二碱金属原子蒸气泡（127）中发生四波混频过程，并产生闲置光，
经过第二碱金属原子蒸气泡（127）的泵浦光作为输出的泵浦光（1c），
经过第二碱金属原子蒸气泡（127）的信号光作为输出的探测光（1a），
经由四波混频过程产生的闲置光作为输出的参考光（1b）。
2.根据权利要求1所述的基于原子蒸气量子关联光源的原子磁力计，其特征在于，所述的第一光电二极管（7）和第二光电二极管（8）转化的电压信号经过差分放大探测器（15）、锁相放大器（16）解调后再经数据采集卡采集获得采集信号输入到计算机（17）。
3.根据权利要求1所述的基于原子蒸气量子关联光源的原子磁力计，其特征在于，所述的第一碱金属原子蒸气泡（5）置于多层磁屏蔽和保温装置（4）内，多层磁屏蔽和保温装置（4）包括多层坡莫合金磁屏蔽室和设置在多层坡莫合金磁屏蔽室中的特氟龙保温室，第一碱金属原子蒸气泡（5）位于特氟龙保温室中。
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Citations (4)
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|---|---|---|---|---|
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|---|---|---|---|---|
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