1.一种光纤式原子磁力仪探头,其特征在于包括激光光源(1)、原子传感系统(2)、探测系统(3);激光光源(1)、原子传感系统(2)、探测系统(3)依次通过激光光路连接;
所述的激光光源(1)包括半导体激光器(4)、光隔离器(5)、二分之一波片(6)、第一光纤耦合器(7)、单模光纤(8)、第一准直透镜(9);半导体激光器(4)发射出激光,激光依次透过光隔离器(5)、二分之一波片(6)后,由第一光纤耦合器(7)进入单模光纤(8)并从第一准直透镜(9)出射;
所述的原子传感系统(2)包括侧向位移分光棱镜(10)、第一四分之一波片(11)、第二四分之一波片(12)、第一凸透镜(13)、原子气室(14)、第二凸透镜(15)、第三四分之一波片(16);第一四分之一波片(11)与第二四分之一波片(12)的光轴垂直;第一准直透镜(9)出射的激光透过侧向位移分光棱镜(10)后分为偏振相互垂直且传播方向平行的两束线偏振光,即第一透射光(17)与第二透射光(18);第一透射光(17透过第一四分之一波片(11)后转变为圆偏振光,第二透射光(18)透过第二四分之一波片(12)后转变为与第一透射光(17)相同偏振的圆偏振光;第一透射光(17)与第二透射光(18)同时通过第一凸透镜(13),两者均从平行光转变为发散光,并且传播路径发生重叠,传播方向相同;原子气室(14)位于第一透射光(17)与第二透射光(18)传播路径重叠的位置;经过原子气室(14)的第一透射光(17)与第二透射光(18)同时透过第二凸透镜(15),两者均从发散光转变为平行光,再透过第三四分之一波片(16)转变为两束偏振相同的线偏振光;
所述的探测系统(3)包括第二准直透镜(19)、多模光纤(20)、第二光纤耦合器(21)、光电探测器(22);透过第三四分之一波片(16)的两束线偏振光透过第二准直透镜(19)进入多模光纤(20),并从第二光纤耦合器(21)出射;从第二光纤耦合器(21)出射的激光由光电探测器(22)探测全部光强,并将光强值转变为电信号。
2.如权利要求1所述的一种光纤式原子磁力仪探头,其特征在于单模光纤(8)的一端与第一光纤耦合器(7)通过FC/APC接口相连,另一端与第一准直透镜(9)通过光胶进行胶合。
3.如权利要求1所述的一种光纤式原子磁力仪探头,其特征在于所述第一透射光(17)与第二透射光(18)的间距不大于2cm。
4.如权利要求1所述的一种光纤式原子磁力仪探头,其特征在于所述原子气室(14)内部设有碱金属原子与缓冲气体。
5.如权利要求4所述的一种光纤式原子磁力仪探头,其特征在于所述原子气室(14)采用包含碱金属饱和蒸汽及缓冲气体的玻璃泡。
6.如权利要求1所述的一种光纤式原子磁力仪探头,其特征在于多模光纤(20)的一端与第二准直透镜(19)通过光胶胶合,另一端与第二光纤耦合器(21)通过FC/APC接口相连。
7.如权利要求1所述的一种光纤式原子磁力仪探头,其特征在于调节第一凸透镜(13)的位置,使得第一透射光(17)与第二透射光(18)传播路径的重叠部分覆盖整个原子气室。
8.一种光纤式原子磁力仪探头的调节方法,其特征在于具体是:步骤(1)、调节激光光源(1):
1‑1调节半导体激光器(4),保持半导体激光器(4)发射出的激光波长稳定,且保持半导体激光器(4)发射出的激光波长与原子传感系统(2)中碱金属原子基态能级共振;
1‑2将光隔离器(5)放置于激光光束方向,防止光反馈现象的发生;
1‑3将二分之一波片(6)、第一光纤耦合器(7)依次置于激光光束方向;
1‑4调节第一光纤耦合器(7)与激光的相对位置,使得激光从第一光纤耦合器(7)进入单模光纤(8)并从第一准直透镜(9)出射;
1‑5调节二分之一波片(6)的光轴方向,使得第一准直透镜(9)出射的激光光强值最大;
步骤(2)、调节原子传感系统(2):
2‑1将侧向位移分光棱镜(10)垂直置于第一准直透镜(9)出射的激光光束传播方向,调节侧向位移分光棱镜(10)的位置,使得经过侧向位移分光棱镜(10)的激光光束分为偏振方向相互垂直的第一透射光(17)与第二透射光(18),第一透射光(17)与第二透射光(18)传播方向平行;
2‑2将第一四分之一波片(11)垂直放置于第一透射光(17)传播方向,调节第一四分之一波片(11)的光轴方向,使得第一透射光(17)的偏振方向变为左旋圆偏振光或右旋圆偏振光;将第二四分之一波片(12)垂直放置于第二透射光(18)传播方向,调节第二四分之一波片(12)的光轴方向,使得第二透射光(18)的偏振方向与第一透射光(17)的偏振方向相同;
2‑3将第一凸透镜(13)垂直置于第一透射光(17)和第二透射光(18)传播方向,使得第一透射光(17)与第二透射光(18)从平行光变成发散光且两者光路出现重叠;
2‑4将原子气室(14)放置于第一透射光(17)与第二透射光(18)光路重叠的位置;
2‑5将第二凸透镜(15)放置于经过原子气室(14)后的第一透射光(17)与第二透射光(18)传播方向上,调节第二凸透镜(15)的位置,使得第一透射光(17)与第二透射光(18)从发散光变成平行光;
2‑6将第三四分之一波片(16)垂直置于经过第二凸透镜(15)后的第一透射光(17)与第二透射光(18)传播方向上,调节第三四分之一波片(16)的光轴方向,使得第一透射光(17)与第二透射光(18)同时转变为线偏振光;
步骤(3)、调节探测系统(3):
3‑1调节第二准直透镜(19)的位置,使得经过第三四分之一波片(16)后的第一透射光(17)与第二透射光(18)进入多模光纤(20),并使得第二光纤耦合器(21)出射的激光光强值最大;
3‑2调节光电探测器(22)的位置,使得光电探测器(22)接收所有第二光纤耦合器(21)出射的激光,并将光强信号转变成电信号。
9.如权利要求8所述的一种光纤式原子磁力仪探头的调节方法,其特征在于所述的半导体激光器(4)发射出的激光波长在光隔离器、二分之一波片、侧向位移分光棱镜、第一至三四分之一波片、准直透镜、第一至二凸透镜及第一至二光纤耦合器的波长范围内。
10.一种磁场测量方法,是采用权利要求1‑7任一所述的一种光纤式原子磁力仪探头获取原子在待测磁场下的拉莫尔进动信号,进而获知待测磁场的大小。