CN208488535U - 一种多通道脉冲泵浦原子磁力传感装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种多通道脉冲泵浦原子磁力传感装置，包括至少一个分光保偏传输系统；至少一路泵浦光；多路探测光，探测光包括经一分光保偏传输系统分光而得的偏振光；与分光保偏传输系统相连接并接收探测光的原子磁力传感模块，分光保偏传输系统，包括退偏模块、分光模块以及起偏模块，退偏模块和分光模块相连接并设置在起偏模块之前。其优点在于，通过将激光进行先分光后退偏再起偏处理或者先退偏后分光再起偏处理，将激光分为所需的多路激光；利用泵浦光射入到原子气室中对原子进行极化，使得原子产生一个较大的宏观磁矩，满足了多路探测光共用一个原子气室进行多点信息测量的条件，提高了信息测量的效率。

Description

一种多通道脉冲泵浦原子磁力传感装置

技术领域

本实用新型涉及原子磁力仪领域，尤其涉及一种多通道脉冲泵浦原子磁力传感装置。

背景技术

磁场信息存在于很多场合，利用磁场信息可以获得许多未知信息，在地磁探测，生物磁场检测等方面有很多应用。经典的磁场测量仪器有磁通门，高斯计等装置。随着量子测量技术的成熟发展，出现了基于量子效应的原子磁力仪，主要有光泵磁力仪，质子磁力仪，无自旋交换弛豫磁力仪，以及脉冲泵浦式磁力仪。原子磁力仪具有更高的灵敏度以及准确度，是当前磁场测量仪器的主流发展方向。

但是，现有的原子磁力仪多为单通道技术方案，即单个原子气室中只通过一路探测光，探测光与原子相互作用产生信号，然后经过相应的光电感应装置来接收磁场信息。单通道技术方案只能测量原子气室中单点的信息，造成信息的测量效率较低。

实现多通道原子磁力传感装置的主要难点在于：1、现有针对单个原子气室的多通道技术存在缺陷，相邻探测光的间隔距离要大于原子的扩散长度才能保证不同的探测光作用的是不同的原子，探测的是不同的信号；2.多通道原子磁力传感装置必然需设置多束作为探测光的激光，而发射所需激光的激光器价格昂贵，如设置多台激光器，会大大提高整个传感装置的成本，不利于商业推广。而现有的分光方法，如采用分光镜或光学分束器，缺点是需搭建比较复杂的分路系统，且需要精确调整每个镜片，而且系统容易受振动影响；还有的分光方法为采用光纤分路器进行分光，但由于激光是一种偏振较好的相干光源，经光纤分路器分路后的激光偏振较差，原子磁力传感装置要求探测光均为偏振光，且光功率基本一致，因此，仅通过光纤分路器实现分路的多束激光无法满足原子磁力传感装置的工作要求。

实用新型内容

为了克服现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种多通道脉冲泵浦原子磁力传感装置，实现光路保偏分光和原子气室中的光路通道的密度问题，排除了不同通道之间的互相干扰，实现了泵浦光的光路共用，提高了信息的测量效率，减少激光器的数量，大大降低成本。

本实用新型的目的采用如下技术方案实现：

一种多通道脉冲泵浦原子磁力传感装置，包括

至少一个分光保偏传输系统；

至少一路泵浦光；

多路探测光，所述探测光包括经一分光保偏传输系统分光而得的偏振光；

与分光保偏传输系统相连接并接收所述探测光的原子磁力传感模块；

所述原子磁力传感模块包括至少一列依次排布的原子气室，以及与探测光数量相对应的光电感应装置，其中每个所述原子气室被至少一路所述探测光穿过，穿过同一所述原子气室的所述探测光的间距大于原子在一定温度一定缓冲气体气压下的扩散长度，所述光电感应装置设置在所述探测光射出所述原子气室的一侧，用于接收所述探测光与原子相互作用产生的信号，所述泵浦光穿过同一列上的所有所述原子气室；

所述分光保偏传输系统，包括用于将激光变为完全非偏振光的退偏模块、分光模块以及用于将变成完全非偏振光的激光转化成偏振光的起偏模块，所述退偏模块和所述分光模块相连接并设置在所述起偏模块之前。

进一步地，所述分光模块包括光纤分路器，所述光纤分路器之前连接有光纤耦合器，之后设有光纤准直器，所述光纤准直器设置在所述起偏模块之前。

进一步地，所述退偏模块为退偏器，设置在所述光纤分路器之前或所述光纤准直器之后。

进一步地，所述退偏模块为具有一定长度的大芯径多模光纤，与所述光纤分路器相连接，设置在光纤分路器和光纤准直器之间。

进一步地，所述分光模块包括多级所述光纤分路器，所述光纤耦合器与第一级光纤分路器相连接。

进一步地，所述分光模块包括光学分光装置，所述光纤耦合器设置在所述光学分光装置和多级所述光纤分路器之间。

进一步地，所述原子气室依次排布在同一直线上。

进一步地，所述探测光同时垂直于原子气室的表面和所述泵浦光。

优选的，多通道脉冲泵浦原子磁力传感装置包括至少一平面反射镜，所述平面反射镜设置在所述泵浦光射出所述原子气室的一侧，用于反射所述泵浦光沿原路返回，提高泵浦效率。

进一步地，所述泵浦光包括经另一分光保偏传输系统分光而得的偏振光。

相比现有技术，本实用新型的有益效果在于：

(1)通过将激光进行先分光后退偏再起偏处理或者先退偏后分光再起偏处理，将激光分为所需数量的多路激光，每路激光的功率大致相等，且均为偏振光，该偏振光可作为探测光或泵浦光。

(2)利用泵浦光射入到原子气室中对原子进行极化，使得原子产生一个较大的宏观磁矩。设置至少一路探测光穿过一原子气室，形成至少一个通道，且穿过同一所述原子气室的所述探测光的间距大于原子在一定温度一定缓冲气体气压下的扩散长度，满足了多路探测光共用一个原子气室进行多点信息测量的条件，提高了信息测量的效率；

(3)原子气室中的一个通道指的是一路探测光穿过原子气室，探测光与原子相互作用产生信号，并经过相应的光电感应装置接收信号，一路探测光对应一个光电感应装置，光电感应装置用于接收探测光与原子相互作用产生的信号，从而使得系统能够获得检测到的磁场信息。

附图说明

图1为本实用新型实施例的整体框架结构图；

图2为本实用新型的分光保偏传输系统的一个实施例的框架结构示意图，其显示了采用退偏器的先退偏后分光再起偏的框架结构；

图3为本实用新型的分光保偏传输系统的另一个实施例的框架结构示意图，其显示了采用退偏器的先分光后退偏再起偏的框架结构；

图4为本实用新型的分光保偏传输系统的另一个实施例的框架结构示意图，其显示了采用大芯径多模光纤的先分光后退偏再起偏的框架结构；

图5为本实用新型的分光保偏传输系统一实施例的分光模块的结构示意图；

图6为本实用新型的分光保偏传输系统的另一实施例的分光模块的结构示意图；

图7为本实用新型的光学分光装置的结构示意图；

图8为本实用新型的脉冲泵浦原子磁力传感模块的原理结构示意图；

图9为本实用新型的原子气室的一个优选实施例的配置示意图，其显示了单个原子气室被多路探测光射入；

图10为根据本实用新型的原子气室的另一优选实施例的另一配置示意图，其显示了单列原子气室的排列；

图11为根据本实用新型的原子气室的另一优选实施例的另一配置示意图，其显示了多列原子气室的排列；

图中：

10、激光；11、激光器；12、光纤；13、完全非偏振光；14、光纤耦合器；15、光纤准直器；

20、分光保偏传输系统；21、退偏模块；211、退偏器；212、大芯径多模光纤；22、分光模块；221、多模光纤；222、光学分光装置；23、起偏模块；

30、泵浦光；31、二分之一波片；32、四分之一波片；

40、探测光；41、二分之一波片；

50、原子磁力传感模块；51、原子气室；52、光电感应装置；53、温控装置；54、静态磁场；55、交变磁场；56、磁力信号；57、平面反射镜。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本实用新型做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。

以下描述用于揭露本实用新型以使本领域技术人员能够实现本实用新型。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本实用新型的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本实用新型的精神和范围的其他技术方案。

本领域技术人员应理解的是，在本实用新型的揭露中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此上述术语不能理解为对本实用新型的限制。

可以理解的是，术语“一”应理解为“至少一”或“一个或多个”，即在一个实施例中，一个元件的数量可以为一个，而在另外的实施例中，该元件的数量可以为多个，术语“一”不能理解为对数量的限制。

在本实用新型中，除另有明确规定和限定，如有术语“组装”、“相连”、“连接”术语应作广义去理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；也可以是机械连接；可以是直接相连，也可以是通过中间媒介相连，可以是两个元件内部相连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述的术语在本实用新型中的具体含义。

参见附图1至图11，根据本实用新型的实施例的多通道脉冲泵浦原子磁力传感装置将在接下来的描述中被阐明，其中分光保偏传输系统20解决了现有多通道检测技术中需使用多个激光器的问题，大大降低了成本，使每一路激光均符合原子磁力传感设备的检测要求，而原子磁力传感模块50解决了光路通道的密度问题，排除了同一原子气室内不同通道之间的互相干扰，提高了信息的测量效率。

由现有技术可知，脉冲泵浦磁力仪需要两束光，一束为圆偏振的泵浦光，产生一个宏观的沿着Z方向进动的磁矩，泵浦光作用是以脉冲方式作用于原子气室，作用是将原子极化，需要的时间非常短暂，在探测过程关闭以不对探测光产生干扰；一束为线偏振的探测光。在脉冲泵浦磁力仪里面，探测的是磁矩的旋转，磁矩的旋转投影是在XOY平面，由于各个原子在XOY平面的投影并不一致，可以在X或者Y里面加入射频π/2脉冲，π/2脉冲的作用是将在XOY平面内所有原子磁矩的投影调整到与射频方向一致的方向，并且将将磁矩的旋转平面调整到XOY平面，原子磁矩在XOY平面最大的时候，线偏振探测光的偏振被原子调制，偏振产生旋转，旋转的频率就是原子围绕Z轴旋转的拉莫尔进动频率，偏振的旋转可以用检偏器或者偏振分束器检测到。

如图1所示，其显示了根据本实用新型的实施例的多通道脉冲泵浦原子磁力传感器，其包括

至少一个分光保偏传输系统20；

至少一路泵浦光30；

多路探测光40，探测光40包括经一分光保偏传输系统20分光而得的偏振光；

与分光保偏传输系统20相连接并接收探测光40的原子磁力传感模块50；

原子磁力传感模块50包括至少一列依次排布的原子气室51，以及与探测光40数量相对应的光电感应装置52，其中每个原子气室51被至少一路探测光40穿过，穿过同一原子气室51的探测光40间距大于原子在一定温度一定缓冲气体气压下的扩散长度，光电感应装置52设置在探测光40射出原子气室51的一侧，用于接收探测光40与原子相互作用产生的磁力信号56，泵浦光30穿过同一列上的所有原子气室51；

分光保偏传输系统20，包括用于将激光变为完全非偏振光13的退偏模块21、分光模块22以及用于将变成完全非偏振光13的激光转化成偏振光的起偏模块23，退偏模块21和分光模块22相连接并设置在起偏模块23之前。

原子磁力传感模块50中一个原子气室51需要两路不同频率的激光，即，一路为探测光40，另一路为泵浦光30，因此系统至少需要两个激光器11以及两个分光保偏传输系统20，如图1所示，为两个激光器11和两个分光保偏传输系统20，探测光40和泵浦光30分别经分光保偏传输系统20分为若干路，呈彼此垂直状态，穿过原子气室51。需要注意的是，在激光器11和分光保偏传输系统20的数量在本实施例中不受限制，可选地，本优选实施例的激光器11和分光保偏传输系统20的数量也可以为3、4、5、6、7、8个等。

本装置的实施例通过将激光进行先分光后退偏再起偏处理或者先退偏后分光再起偏处理，将激光分为所需数量的多路激光，每路激光的功率大致相等，且均为偏振光，该偏振光可作为探测光40或泵浦光30，每个探测光40对应一个光电感应装置52，多路探测光40可实现不同位置的原子状态信息的检测传递，提高检测效率；同时，利用泵浦光30射入到原子气室51中对原子进行极化，使得原子产生一个较大的宏观磁矩。另外，原子气室51中的一个通道指的是一路探测光40穿过原子气室51，探测光40与原子相互作用产生信号，并经过相应的光电感应装置52接收信号，一路探测光40对应一个光电感应装置52，光电感应装置52用于接收探测光40与原子相互作用产生的磁力信号56，从而使得系统能够获得检测到的磁场信息。脉冲泵浦原子磁力传感装置的探测光需测量偏振角度，因此，光电感应装置包括一个光分束器和两个光电探测器，探测光穿过原子气室后，被光分束器分成相互正交的两束光，两束光分别射入两个光电探测器中。

探测光40为由一分光保偏传输系统20进行分光的偏振光，泵浦光30为由另一分光保偏传输系统20进行分光的偏振光，每个原子气室51被至少一路探测光40穿过，泵浦光30穿过同一列上的所有原子气室51。如图8所示，原子磁力传感模块50的核心是一个密封的原子气室51，里面充入足量饱和的碱金属气体以及一定压强的缓冲气体。原子气室51需要一个温控装置53以保持一个恒定的较高的温度，以使碱金属饱和蒸汽保持稳定的、较高的浓度；另外需要一个静态磁场54和交变磁场55，他们都可以通过亥姆霍兹线圈产生。泵浦光30经由二分之一波片31、四分之一波片32形成一束平行的圆偏振光，作为泵浦光30进入原子气室51，激发碱金属原子，而探测光40经二分之一波片41形成一束平行的线偏振光，作为探测光40进入原子气室51。

现针对本实用新型的各组成部分进行详细说明，温控装置53、静态磁场54和交变磁场55为现有技术，因此不进行详细描述。

激光为偏振光，对于如何实现偏振光分路并保偏传输，本实施例采用将激光先退偏后起偏的方式，更具体地说，是将激光进行先分光后退偏再起偏处理或者先退偏后分光再起偏处理，将激光先变成完全非偏振光13，而后利用起偏模块23将完全非偏振光13变为线偏振光，减小功率损耗，供后续系统使用，在将激光变为完全非偏振光13之前或之后，将其分为所需数量的多路光，再在使用前将其变为偏振光，使在使用的每路激光的功率大致相等，且均为偏振光。不论是先进行分光还是先进行退偏，在传输结束前，将激光变为完全非偏振光13并进行起偏，变为偏振光即可。

为了减小整个分光保偏传输系统20的体积，本实施例中的分光模块22包括光纤分路器221，相对于传统的分光镜或光学分束器，其分光系统较为简单，同时，基于光纤分路器221，显而易见的，本实施例中从光纤分路器221到光纤准直器15之间采用光纤12连接，有利于降低设备体积和系统复杂度。光纤的种类大致包括单模光纤和多模光纤，单模光纤又包括保偏单模光纤和非保偏单模光纤，而在一些对于激光偏振特性有要求的系统，会采用保偏单模光纤，该种光纤的稳定性比较好，在激光传输过程中可以较好地保持激光的偏振特性，但缺点在于，该种光纤的通光效率较弱，容易造成激光能量损耗，且使用难度较高，价格昂贵；也有一些系统采用多模光纤，通光效率高，使用比较简单，但稳定性不如保偏单模光纤，容易扰乱激光的偏振。而为了使激光进入光纤分路器221，光纤分路器221之前连接有光纤耦合器14，在探测光40或泵浦光30进入原子磁力传感模块50之前，需转化为空间自由光，因此，光纤分路器221之后连接有光纤准直器15，同时，光纤准直器15设置在起偏模块23之前。

由于经过光纤分光器的激光为部分偏振光，其偏振方向不定，无法直接利用起偏模块23将其变为线偏振光，容易大大损耗激光功率，使激光无法使用。因此，本实施例的分光保偏传输系统20通过将激光进行先分光后退偏再起偏处理或者先退偏后分光再起偏处理，将激光先变成完全非偏振光13，而后利用起偏模块23将完全非偏振光13变为线偏振光，减小功率损耗，供后续系统使用，在将激光变为完全非偏振光13之前或之后，将其分为所需数量的多路光，再在使用前将其变为偏振光，使在使用的每路激光的功率大致相等，且均为偏振光。不论是先进行分光还是先进行退偏，在传输结束前，将激光变为完全非偏振光13并进行起偏，变为偏振光即可。本实施例中的起偏模块23可采用偏振分束器，完全非偏振光13经偏振分束器分为水平偏振光和竖直偏振光，且两束光的功率完全相同。本实用新型中的激光器11是指广义上的能够发射激光的设备，整个处理过程是从激光器11产生激光开始，而不是从激光发射装置中射出开始。现实中一些激光发射装置的输出接口为光纤，为光纤耦合器14内置，在应用过程中，进行先退偏后分光再起偏处理时，需要在激光发射装置的输出接口连接光纤准直器15，将激光导出，通过退偏模块21退偏后，在通过另一光纤耦合器14导入到光纤分路器221中，进行分光；在进行先分光后退偏再起偏处理时，直接将激光发射装置的输出接口与光纤分路器221相连接，进行分光，本实用新型中描述的光纤耦合器14即为激光发射装置中内置的光纤耦合器14。

如图2、图3所示，退偏模块21的一种配置结构为，退偏模块21为退偏器211，设置在光纤分路器221之前或光纤准直器15之后。需要注意的是，由于分光模块22中包含光纤分路器221，而退偏器211和起偏器均为光学元件，因此，需要设置光纤耦合器14和光纤准直器15，激光器11发出的激光也需通过光纤耦合器14进入光纤分路器221。

更具体地说，如图2所示，为一种进行先退偏后分光的系统结构示意图，退偏模块21为退偏器211，设置在光纤分路器221之前，激光经过退偏器211后变为完全非偏振光13，而后通过分光模块22分为多路光，进行先退偏后分光处理。更具体地说，一种进行先退偏后分光再起偏处理的结构的实施例中，激光器11发出的激光首先经过退偏器211进行偏振扰乱，变为完全非偏振光13，完全非偏振光13通过光纤耦合器14进入光纤分路器221，被分成多路光，每路激光经过光纤传输到光纤准直器15，光纤准直器15与起偏模块23相连接，射出的激光重新变为线偏振光，起偏模块23为偏振分束器，完全非偏振光13经偏振分束器分为水平偏振光和竖直偏振光，且两束光的功率完全相同。

而如图3所示，为一种进行先分光后退偏的系统结构示意图，退偏模块21为退偏器211，设置在光纤准直器15之后，激光通过分光模块22分为多路光后，每路光均经过退偏器211处理变为完全非偏振光13，进行先分光后退偏处理。更具体地说，一种进行先分光后退偏再起偏处理的结构的实施例中，激光通过光纤耦合器14进入光纤分路器221，被分为多束激光，而后每束激光被分别传输到光纤准直器15，光纤准直器15与退偏器211相连接，将从光纤准直器15中射出的激光变为完全非偏振光13，退偏器211后的起偏模块23再将完全非偏振光13变为线偏振光，起偏模块23为偏振分束器，完全非偏振光13经偏振分束器分为水平偏振光和竖直偏振光，且两束光的功率完全相同。

由于光纤芯径越粗，光纤内部传递的模式越多，激光的耦合效率越高，但激光的偏振也会越乱，因此，采用一定长度的大芯径多模光纤212也可以将激光的偏振扰乱，在长度足够的大芯径多模光纤212中传输的激光最终可变为完全非偏振光13，因此，退偏模块21的另一种配置结构为，如图4所示，退偏模块21为具有一定长度的大芯径多模光纤212，与光纤分路器221相连接，设置在光纤分路器221和光纤准直器15之间，激光进入光纤分路器221之后分为多路光并分别进入对应的大芯径多模光纤212，在传输过程中变为完全非偏振光13，进行先分光后退偏处理。

更具体地说，如图4所示，激光通过光纤耦合器14进入光纤分路器221，被分为多束激光，而后每束激光分别进入对应的大芯径多模光纤212，在传输过程中变为完全非偏振光13，而后经光纤准直器15输出，经由起偏模块23变为偏振光，起偏模块23为偏振分束器，完全非偏振光13经偏振分束器分为水平偏振光和竖直偏振光，且两束光的功率完全相同。经实验可得，大芯径多模光纤212为芯径为400微米-800微米，长度为米量级以上即可。光纤分路器221中的多模光纤的芯径为50微米或62.5微米，从细芯径的多模光纤到粗芯径的多模光纤的激光耦合效率很高，光纤分路器221与大芯径多模光纤212之间通过转接法兰盘进行连接，光纤准直器15与大芯径多模光纤212相连接。

另外，激光分光的方式也会影响到激光的光功率损失和分路均匀，本实用新型的分光模块22的一种配置结构为，包括多级光纤分路器221，激光或完全非偏振光13通过光纤耦合器14进入第一级的光纤分路器221，分出的光进入下一级的若干光纤分路器221，直至获得所需路数的光。光纤分路器221是目前通信设备领域常用的分光设备，用于把一路激光分成n路，n通常有2/4/8/16/32/64等规格，当然也有除上述数值外的特殊数值，从光纤种类分，常见的有单模光纤分路器和多模光纤分路器，单模光纤芯径较细(常见10微米以下)，激光进入光纤的耦合难度大，耦合器成本高；同时单模光纤传输的功率较多模光纤低很多，本实用新型中采用的为多模光纤分路器，降低系统成本。一个光纤分路器221本身就可以作为分光模块22，当需要的激光束数量比较大时，单个光纤分路器221不能满足的情况下，可以采用多级光纤分路器221，把下一级光纤分路器221的输入接口接在上一级的光纤分路器221的输出上，从而成指数增加输出的路数。然而，光纤分路器221级数多了，会造成光功率损失，分路不均匀等不良后果，很多激光应用系统，比如原子磁力传感器要求每路激光的功率偏差不超过10％，因此，实际应用时，通常用一级或两级光纤分路器221。本领域技术人员可以理解的是，光纤分路器221的数量和规格在本实用新型实施例中不受限制，可根据实际应用中所需的激光束数量进行设置，例如，在图5所示的具体示例中，以采用两级的2分路光纤分路器221分出8路光为例来阐述和揭露本实用新型实施例的分光方法的内容和特征，但采用两级的2分路光纤分路器221分出8路光并不能被视为对本优选实施例的分光方法的内容和范围的限制。可选地，在本实施例的分光方法的其他可能的示例中，采用的光纤分路器221也可以是但不限于4/8/16/32/64等规格，也可以是除上述数值外的特殊数值，而由于光纤分路器221本身的优化，采用级数也可以是3、4、5级等，使每路功率偏差符合激光应用系统的要求即可。

由于光纤分路器级数多了，会造成光功率损失，分路不均匀等不良后果，因此，优选地，如图6所示，分光模块22还包括光学分光装置222，光学分光装置222设置在多级光纤分路器221之前，激光或完全非偏振光13经光学分光装置222进行初步分光，初步分光后的光通过光纤耦合器14进入第一级的光纤分路器221，而后分别进入下一级的若干光纤分路器221，直至获得所需路数的光。激光器11射出的激光束，通过光学分光装置222，把激光分为n路，光学分光装置222采用透镜、棱镜、反光镜等光学器件，把激光输入分成多束激光输出，此时的射入和射出的激光均为空间自由光，光学分光装置222之后设置光纤耦合器14，将经光学分光装置222分出的激光经光纤耦合器14接入后一级的光纤分路器221中，进行进一步分光。在实际应用中，对于一些输出接口为光纤的激光发射装置，需适用光纤准直器15导出激光，而后采用光学分光装置222进行分光，利用现有的光学分光装置222，可实现均匀分光，光学分光装置222的结构如图7所示，但不限于图7中示出的8路分光，可根据实际的激光束数量需求以及后续的光纤分路器221的规格和数量进行设置，可以是2、4、8等，也可以是除上述数值外的特殊数值。采用光学分光装置222的优点在于，可以减少一级光纤分路器221，从而使得分光更均匀、损耗较小。

将包含光学分光装置222的分光模块22与上述的退偏模块21相结合，当退偏模块21选用退偏器211，退偏器211和光学分光装置222均为光学器件，其安装方式有两种，一种是将退偏器211设在激光器11和光学分光装置222之间，激光先经过退偏器211变为完全非偏振光13，而后进入光学分光装置222进行初步分光，多束完全非偏振光13通过之后的光纤耦合器14进入下一级的光纤分路器221进行进一步分光；另一种是将退偏器211设在光学分光装置222和光纤耦合器14之间，激光通过光学分光装置222进行初步分光后，每束光均进过退偏器211变为完全非偏振光13，而后通过光纤耦合器14进入下一级的光纤分路器221进行进一步分光。

如图9所示，其显示了根据本实用新型的一个优选实施例的单个原子气室51被多路探测光40射入构成多通道原子气室51，经分光保偏传输模块分光的探测光40或泵浦光30传输至原子磁力传感模块50，更具体地说，穿过其中的原子气室51。如上文，原子气室51中的一个通道指的是一路探测光40穿过原子气室51，探测光40与原子相互作用产生信号，并经过相应的光电感应装置52接收信号，一路探测光40对应一个通道。

原子气室51内部有处于气态的原子和缓冲气体，原子在空间中高速自由运动，不断与缓冲气体分子碰撞，原子团的运动被限制在一定区域内，称之为扩散长度。在一定的温度和缓冲气体气压作用下，原子扩散长度为一个常数。射入同一原子气室51中的相邻探测光40的间距需要大于扩散长度，才能保证不同的探测光40检测的是不同的原子。因此必须保证同一原子气室51内相邻原子的间隔距离要大于扩散长度，多路探测光40才能够共用一个原子气室51来检测多点的磁场信息，同时也节省了空间和成本。

如图9所示，4路探测光40同时射入单个原子气室51，在探测光40射出原子气室51的一侧设置相应数量的4个光电感应装置52用于接收探测光40与原子相互作用产生的磁力信号。通过这样的方式，实现了4路探测光40同时共用单个原子气室51进行四点的信息测量，提高了测量效率。

值得一提的是，穿过单个原子气室51的探测光40的数量在本优选实施例中不受限制，例如，在附图9示出的具体示例中，以4路探测光40穿过单个原子气室51为例来阐述和揭露本优选实施例的多通道原子气室51的实现方法的内容和特征，但穿过单个原子气室51的探测光40的数量为4路并不能被视为对本优选实施例的多通道原子气室51的实现方法的内容和范围的限制。可选地，在本优选实施例的多通道原子气室51的实现方法的其他可能的示例中，穿过单个原子气室51的探测光40的数量也可以但不限于被实施为1、2、3、5、6、7、8路等。

如图10所示，原子气室51排成一列，至少一路泵浦光30穿过同列上的所有原子气室51，每个原子气室51至少被一路探测光40射入，在探测光40射出原子气室51的一侧设置与探测光40数量相应的光电感应装置52，多个原子气室51依次排布在同一列上，并且将至少一路泵浦光30从设置于列头的原子气室51射入，泵浦光30穿过同一列上的所有原子气室51，从设置于列尾的原子气室51射出，实现了同一列上的多个原子气室51共用泵浦光30。

优选地，将多个原子气室51依次排布在同一直线上，泵浦光30穿过同一直线上的所有原子气室51，同时，同一列上的每个原子气室51被多路探测光40射入，形成多通道进行信息测量，提高信息测量的效率。

如图10所示，将3个原子气室51依次排布在同一列，每个原子气室51被2路探测光40穿过，在探测光40射出原子气室51的每一侧设置相应数量的2个光电感应装置52用于接收探测光40与原子相互作用产生的信号。通过这样的方式，实现了2路探测光40同时共用单个原子气室51进行两点的信息测量，进一步实现了单列3个原子气室51同时进行六点的信息测量。

本领域技术人员可以理解的是，依次排布在同一列上的原子气室51的数量在本优选实施例中不受限制，例如，在附图10示出的具体示例中，以依次排布在同一列上的原子气室51的数量为3个为例来阐述和揭露本优选实施例的多通道原子气室51阵列的实现方法的内容和特征，但依次排布在同一列上的原子气室51的数量为3个并不能被视为对本优选实施例的多通道原子气室51阵列的实现方法的内容和范围的限制。可选地，在本优选实施例的多通道原子气室51阵列的实现方法的其他可能的示例中，依次排布在同一列上的原子气室51的数量也可以但不限于被实施为2、4、5、6、7、8个等。

本领域技术人员还可以理解的是，穿过单个原子气室51的探测光40的数量在本优选实施例中不受限制，例如，在附图10示出的具体示例中，以2路探测光40穿过单个原子气室51为例来阐述和揭露本优选实施例的多通道原子气室51阵列的实现方法的内容和特征，但穿过单个原子气室51的探测光40的数量为2路并不能被视为对本优选实施例的多通道原子气室51阵列的实现方法的内容和范围的限制。可选地，在本优选实施例的多通道原子气室51阵列的实现方法的其他可能的示例中，穿过单个原子气室51的探测光40的数量也可以但不限于被实施为1、3、4、5、6、7、8路等。

另外，为了提高泵浦效率，在泵浦光30射出原子气室51的一侧设置平面反射镜57，用于反射泵浦光30沿原路返回。

泵浦光为圆偏振光(左旋圆偏振或者右旋圆偏振)。对于介质膜的反射镜，泵浦光经过平面反射镜之后会有一个半波损失，相当于相位偏转180度。由于经反射之后的泵浦光对于原子来说只是从左旋圆偏振光变成了右旋圆偏振光(或者从右旋圆偏振光变成了左旋圆偏振光)，因此对于原子来说，经平面反射镜57反射回来的泵浦光30和入射的泵浦光30作用相同。通过在泵浦光30射出原子气室51的一侧设置平面反射镜57实现了二次泵浦，提高了泵浦效率。

如图11所示，本实用新型进一步提供一种多通道原子磁力传感装置的原子气室51阵列结构，包括多列依次排布的原子气室51，多路探测光40，多路泵浦光30，以及与探测光40数量相应的光电感应装置52。每个原子气室51被至少一路探测光40射入，光电感应装置52设置在探测光40射出原子气室51的一侧用于接收探测光40与原子相互作用产生的信号，泵浦光30穿过同一列上的所有原子气室51。

多列原子气室51依次排布组成点阵，每列原子气室51都被至少一路泵浦光30穿过，实现了同一列上的所有原子气室51共用泵浦光30。

优选地，同一列上的所有原子气室51依次排布在同一直线上。泵浦光30经光纤准直器15的准直作用后转变为平行光穿过同一直线上的所有原子气室51。

同时，同一列上的每个原子气室51被至少一路探测光40射入，在泵浦光30的作用下形成多通道气室进行信息测量，提高了信息测量的效率。

如附图11所示，将3列原子气室51依次排布，每列由3个原子气室51组成，每个原子气室51被2路探测光40穿过，在探测光40射出原子气室51的每一侧设置相应数量的2个光电感应装置52用于接收探测光40与原子相互作用产生的信号。通过这样的方式，实现了单列3个原子气室51同时进行六点的信息测量，进一步实现了3列9个原子气室51同时进行十八点的信息测量。

值得一提的是，依次排布的原子气室51的列数在本优选实施例中不受限制，例如，在附图11示出的具体示例中，以依次排布的原子气室51的列数为3个为例来阐述和揭露本优选实施例的多通道原子气室51阵列系统的内容和特征，但依次排布的原子气室51的列数为3个并不能被视为对本优选实施例的多通道原子气室51阵列系统的内容和范围的限制。可选地，在本优选实施例的多通道原子气室51阵列系统的其他可能的示例中，依次排布的原子气室51的列数也可以但不限于被实施为1、2、4、5、6、7、8个等。

本领域技术人员可以理解的是，依次排布在同一列上的原子气室51的数量在本优选实施例中不受限制，例如，在附图11示出的具体示例中，以依次排布在同一列上的原子气室51的数量为3个为例来阐述和揭露本优选实施例的多通道原子气室51阵列系统的内容和特征，但依次排布在同一列上的原子气室51的数量为3个并不能被视为对本优选实施例的多通道原子气室51阵列系统的内容和范围的限制。可选地，在本优选实施例的多通道原子气室51阵列系统的其他可能的示例中，依次排布在同一列上的原子气室51的数量也可以但不限于被实施为1、2、4、5、6、7、8个等。

本领域技术人员还可以理解的是，穿过单个原子气室51的探测光40的数量在本优选实施例中不受限制，例如，在附图11示出的具体示例中，以2路探测光40穿过单个原子气室51为例来阐述和揭露本优选实施例的多通道原子气室51阵列系统内容和特征，但穿过单个原子气室51的探测光40的数量为2路并不能被视为对本优选实施例的多通道原子气室51阵列系统的内容和范围的限制。可选地，在本优选实施例的多通道原子气室51阵列系统的其他可能的示例中，穿过单个原子气室51的探测光40的数量也可以但不限于被实施为1、3、4、5、6、7、8路等。

由于原子气室51的表面存在一定的反射，为了避免探测光40被反射到系统的其他位置产生干扰，优选地，探测光40垂直于原子气室51的表面穿过原子气室51。

优选地，泵浦光30垂直于探测光40穿过同一列上的所有原子气室51。

值得一提的是，多通道原子气室51阵列系统进一步包括至少一平面反射镜57，平面反射镜57设置在泵浦光30射出原子气室51的一侧，用于反射泵浦光30沿原路返回，提高泵浦效率。

由于原子气室51的排列数量增加，单一泵浦光30无法满足多通道原子磁力传感装置的需求，因此，泵浦光30也可采用经另一分光保偏传输系统20分光而得的偏振光，而后经由二分之一波片31、四分之一波片32形成平行的圆偏振光，作为泵浦光30进入原子气室51，激发碱金属原子，该分光保偏传输系统20的配置结构与上述的分光保偏传输系统20一致。

上述实施方式仅为本实用新型的优选实施方式，不能以此来限定本实用新型保护的范围，本领域的技术人员在本实用新型的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本实用新型所要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种多通道脉冲泵浦原子磁力传感装置，其特征在于，包括

至少一个分光保偏传输系统；

至少一路泵浦光；

多路探测光，所述探测光包括经一所述分光保偏传输系统分光而得的偏振光；

与所述分光保偏传输系统相连接并接收所述探测光的原子磁力传感模块；

所述原子磁力传感模块包括至少一列依次排布的原子气室，以及与所述探测光数量相对应的光电感应装置，其中每个所述原子气室被至少一路所述探测光穿过，穿过同一所述原子气室的所述探测光的间距大于原子在一定温度一定缓冲气体气压下的扩散长度，所述光电感应装置设置在所述探测光射出所述原子气室的一侧，用于接收所述探测光与原子相互作用产生的信号，所述泵浦光穿过同一列上的所有所述原子气室；

所述分光保偏传输系统，包括用于将激光变为完全非偏振光的退偏模块、分光模块以及用于将变成完全非偏振光的激光转化成偏振光的起偏模块，所述退偏模块和所述分光模块相连接并设置在所述起偏模块之前。

2.如权利要求1所述的多通道脉冲泵浦原子磁力传感装置，其特征在于，所述分光模块包括光纤分路器，所述光纤分路器之前连接有光纤耦合器，之后设有光纤准直器，所述光纤准直器设置在所述起偏模块之前。

3.如权利要求2所述的多通道脉冲泵浦原子磁力传感装置，其特征在于，所述退偏模块为退偏器，设置在所述光纤分路器之前或所述光纤准直器之后。

4.如权利要求2所述的多通道脉冲泵浦原子磁力传感装置，其特征在于，所述退偏模块为具有一定长度的大芯径多模光纤，与所述光纤分路器相连接，设置在所述光纤分路器和所述光纤准直器之间。

5.如权利要求2或3或4所述的多通道脉冲泵浦原子磁力传感装置，其特征在于，所述分光模块包括多级所述光纤分路器，所述光纤耦合器与第一级所述光纤分路器相连接。

6.如权利要求5所述的多通道脉冲泵浦原子磁力传感装置，其特征在于，所述分光模块包括光学分光装置，所述光纤耦合器设置在所述光学分光装置和多级所述光纤分路器之间。

7.如权利要求1-4任一条所述的多通道脉冲泵浦原子磁力传感装置，其特征在于，所述原子气室依次排布在同一直线上。

8.如权利要求1-4任一条所述的多通道脉冲泵浦原子磁力传感装置，其特征在于，所述探测光同时垂直于所述原子气室的表面和所述泵浦光。

9.如权利要求1-4任一条所述的多通道脉冲泵浦原子磁力传感装置，其特征在于，进一步包括至少一平面反射镜，所述平面反射镜设置在所述泵浦光射出所述原子气室的一侧，用于反射所述泵浦光沿原路返回。

10.如权利要求1-4任一条所述的多通道脉冲泵浦原子磁力传感装置，其特征在于，所述泵浦光包括经另一所述分光保偏传输系统分光而得的偏振光。