1.一种实现SERF磁力仪矢量磁场测量的方法,其特征在于,包括如下步骤:
1)磁力仪工作在无自旋交换弛豫的状态,并且实现差分探测;
2)通过在三维磁场线圈的x方向和y方向上各施加一个频率振幅相同,但是相位相差90度的射频磁场,完成x方向和y方向的磁场调零;
3)改变射频磁场的频率,使得z方向磁场为零的点处在平衡探测器的直流输出振幅随z方向磁场变化的关系曲线图中吸收线型腰上斜率最大的位置,完成射频磁场频率优化;
4)三轴磁场测量时:平衡探测器输出的直流分量信号就代表z方向的磁场;平衡探测器输出端连接锁相放大器,以优化后的射频磁场频率作为参考频率解调之后,从锁相放大器得到x向输出和y向输出,就分别代表了x方向和y方向的磁场。
2.根据权利要求1所述的一种实现SERF磁力仪矢量磁场测量的方法,其特征在于,所述
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步骤1)中,原子气室(2)加热到105‑150摄氏度以获得10 ‑10 /cm的高原子密度,原子气室(2)处在非常低的外场下,三轴磁场接近于零,磁力仪处在无自旋交换弛豫的状态。
3.根据权利要求1所述的一种实现SERF磁力仪矢量磁场测量的方法,其特征在于,所述步骤1)中,一束泵浦光(1)经过原子气室(2),通过光泵浦将原子气室(2)中的铷原子极化;
透射光经过沃拉斯顿棱镜(3),分成两束到达平衡探测器(4),实现差分探测。
4.根据权利要求3所述的一种实现SERF磁力仪矢量磁场测量的方法,其特征在于,所述泵浦光(1)为椭圆偏振光,波长为铷原子D1线跃迁频率红失谐。
5.根据权利要求1所述的一种实现SERF磁力仪矢量磁场测量的方法,其特征在于,所述步骤2)中,将平衡探测器(4)得到的电压信号输入到频谱分析仪中,为了将x、y和z方向的磁场补偿到接近于零,首先在三维磁场线圈(5)的x方向上增加一个10Hz的正弦磁场信号,调节z方向磁场,当其接近零时,功率密度谱图中射频磁场频率处的10Hz旁瓣振幅最大,然后调节x方向和y方向的磁场,当功率密度谱图中射频磁场频率处的振幅为零时,x方向和y方向的磁场完成调零。
6.根据权利要求5所述的一种实现SERF磁力仪矢量磁场测量的方法,其特征在于,所述步骤3)中,改变10Hz正弦磁场信号的施加方向,将其加载在三维磁场线圈(5)的z方向;改变射频调制磁场的频率,使得z方向磁场为零的点处在吸收线型腰上斜率最大的位置,此时PSD图中10Hz频率处的振幅最大,完成射频磁场频率优化。
7.根据权利要求1所述的一种实现SERF磁力仪矢量磁场测量的方法,其特征在于,所述步骤4)中,将平衡探测器(4)得到的电压信号分别送入示波器和锁相放大器(7);示波器信号做低通滤波之后的直流分量信号(6)就代表了z方向的磁场;锁相放大器(7)以射频磁场频率作为参考频率,解调之后,从锁相放大器的同相通道和异相通道得到x向输出(8)和y向输出(9),就代表了x方向和y方向的磁场。
8.根据权利要求1所述的一种实现SERF磁力仪矢量磁场测量的方法,其特征在于,使磁力仪工作在横向参数共振模式下,x方向磁场引起的z方向自旋极化变化和y方向磁场引起的z方向自旋极化变化相位差恰好为90度,利用锁相放大器(7)以射频磁场频率解调信号,从锁相放大器(7)的同相通道和异相通道得到x方向和y方向的磁场;泵浦光z方向磁场的测量利用x‑y平面的圆偏振射频磁场使SERF磁力仪同时工作在Mz共振模式下,磁力仪工作点处在吸收线型腰上斜率最大的位置,平衡探测器(4)输出的直流分量信号(6)就代表了z方向的磁场。
9.一种实现SERF磁力仪矢量磁场测量的系统,其特征在于,采用如权利要求1至9中任一项所述的方法实施三轴磁场测量。
10.一种SERF磁力仪,其特征在于,包括如权利要求9所述的系统。