CN109613455A - 一种基于光场与磁场复合调制的原子磁强计及使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于光场与磁场复合调制的原子磁强计，包括：检测光源：用于产生检测光；起偏器：用于对检测光进行起偏，使其成为线偏振纯度较高的光束；原子气室：内部充有用于感应磁场的碱金属气体；三维线圈：用于产生磁场；检偏器：用于对已经起偏的检测光进行检测；光电探测器：用于探测透过检偏器的检测光；驱动光源：用于产生驱动光；信号处理***：用于对信号进行处理以及对磁场进行扫描和控制。一种基于光场与磁场复合调制的原子磁强计的使用方法，可以抑制1/f噪声提高原子磁强计低频检测能力，又能够避免多通道磁场交叉耦合缺陷，且可以确定背景磁场大小的原子磁强计。
Description
技术领域
发明涉及脑磁测量装置技术领域，具体为一种基于光场与磁场复合调制的原子磁强计及使用方法。
背景技术
原子磁强计是一种无需使用液氦就能测量极微弱磁场的传感器，在最近十几年中得到了快速发展，成为新一代脑磁图的理想磁敏感器件。由于脑磁信号大部分处于低频段，需要提高原子磁强计低频检测能力，一般采用磁场调制来抑制1/f噪声，但随着脑磁图通道数增加，基于磁场调制的原子磁强计在构建脑磁图时，存在多通道磁场交叉耦合，影响脑磁测量结果。采用光场调制，可以抑制1/f噪声，提高原子磁强计低频检测能力，同时，又避免了多通道磁场交叉耦合缺陷，但无法确定背景磁场大小。
因此，需要一种可以抑制1/f噪声提高原子磁强计低频检测能力，又能够避免多通道磁场交叉耦合缺陷，且可以确定背景磁场大小的原子磁强计。
发明内容
发明的目的在于提供一种基于光场与磁场复合调制的原子磁强计及使用方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，发明提供如下技术方案：一种基于光场与磁场复合调制的原子磁强计，包括：
检测光源：用于产生检测光；
起偏器：用于对检测光进行起偏，使其成为线偏振纯度较高的光束；
原子气室：内部充有对磁场敏感的碱金属气体；
三维线圈：用于产生磁场；
检偏器：用于对已经起偏的检测光进行检测；
光电探测器：用于探测透过检偏器的检测光；
驱动光源：用于产生驱动光；
信号处理***：用于对信号进行处理以及对磁场进行扫描和控制。
优选的，所述三维线圈上设置有用于将洛伦兹曲线完整扫描出来的扫描磁场，所述扫描磁场连接有用于改变磁场大小的PID控制器。
优选的，所述碱金属原子一般为钾、铷、铯或其中两者混合；
一种基于光场与磁场复合调制的原子磁强计的使用方法，具体包括以下步骤：
第一步，加热原子气室，打开检测光源以及驱动光源，打开光电探测器的电源，确保实验装置正常运行；
第二步，在三维线圈上施加一个扫描磁场，调整扫描磁场的幅度，确保能将洛伦兹曲线完整扫描出来，将信号求导，并通过PID控制器改变磁场大小，将求导信号稳定在0附近；
第三步，对驱动光源进行调制，在保证驱动光源内的激光器正常工作条件下，使调制幅度尽可能大，然后在信号处理***中对经过光场调制的信号进行解调
优选的，所述扫描磁场的频率与调制的激光器的频率间隔大于100Hz。
与现有技术相比，发明的有益效果是：该基于光场与磁场复合调制的原子磁强计及使用方法，首先通过磁场调制确定背景磁场大小，在此基础上，关闭磁场调制，更换光场调制，抑制1/f噪声，提高原子磁强计低频检测能力，避免多通道磁场交叉耦合缺陷。
附图说明
图1为一种基于光场与磁场复合调制的原子磁强计的硬件连接示意图；
图2为一种基于光场与磁场复合调制的原子磁强计的使用方法中的扫描磁场所得到的洛伦兹曲线以及求导反向后的曲线示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1和图2，发明提供一种技术方案：一种基于光场与磁场复合调制的原子磁强计，包括：
检测光源：用于产生检测光；
起偏器：用于对检测光进行起偏，使其成为线偏振纯度较高的光束；
原子气室：内部充有用于感应磁场的碱金属气体；
三维线圈：用于产生磁场；
检偏器：用于对已经起偏的检测光进行检测；
光电探测器：用于探测透过检偏器的检测光；
驱动光源：用于产生驱动光；
信号处理***：用于对信号进行处理以及对磁场进行扫描和控制。
优选的，所述三维线圈上设置有用于将洛伦兹曲线完整扫描出来的扫描磁场，所述扫描磁场连接有用于改变磁场大小的PID控制器。
优选的，所述碱金属原子一般为钾、铷、铯或其中两者混合。
一种基于光场与磁场复合调制的原子磁强计的使用方法，具体包括以下步骤：
第一步，加热原子气室，打开检测光源以及驱动光源，打开光电探测器的电源，确保实验装置正常运行；
第二步，在三维线圈上施加一个扫描磁场，调整扫描磁场的幅度，确保能将洛伦兹曲线完整扫描出来，将信号求导，并通过PID控制器改变磁场大小，将求导信号稳定在0附近；
第三步，对驱动光源进行调制，在保证驱动光源内的激光器正常工作条件下，使调制幅度尽可能大，然后在信号处理***中对经过光场调制的信号进行解调
优选的，所述扫描磁场的频率与调制的激光器的频率间隔大于100Hz。
工作原理：在脑磁测量前，首先通过磁场调制确定背景磁场大小，通过磁场补偿将待测背景磁场尽量补到零磁场，具体解决方案是：利用原子磁强计处于零磁场环境时扫描洛伦兹曲线的导数斜率最高，磁场灵敏度最高这一原理，进行磁场调制，使原子磁强计始终处于灵敏度最高点，确定背景磁场大小。在此基础上，开始脑磁测量阶段，利用光场调制抑制1/f噪声，提高原子磁强计低频检测能力，避免多通道磁场交叉耦合缺陷，具体解决方案：通过调制驱动光源与检测光源，通过锁相提取调制频率的一倍频信号，获取待测磁场信号。
发明的有益效果是：该基于光场与磁场复合调制的原子磁强计及使用方法，首先通过磁场调制确定背景磁场大小，在此基础上，关闭磁场调制，更换光场调制，抑制1/f噪声，提高原子磁强计低频检测能力，避免多通道磁场交叉耦合缺陷。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (5)
1.一种基于光场与磁场复合调制的原子磁强计，其特征在于：包括：
检测光源：用于产生检测光；
起偏器：用于对检测光进行起偏，使其成为线偏振纯度较高的光束；
原子气室：内部充有用于敏感磁场的介质碱金属原子；
三维线圈：用于产生磁场；
检偏器：用于对已经起偏的检测光进行检测；
光电探测器：用于探测透过检偏器的检测光；
驱动光源：用于产生驱动光；
信号处理***：用于对信号进行处理以及对磁场进行扫描和控制。
2.如权利要求1所述的一种基于光场与磁场复合调制的原子磁强计，其特征在于：所述三维线圈上设置有用于将洛伦兹曲线完整扫描出来的扫描磁场，所述扫描磁场连接有用于改变磁场大小的PID控制器。
3.如权利要求1所述的一种基于光场与磁场复合调制的原子磁强计，其特征在于：所述碱金属气体原子一般为钾、铷、铯或其中两者混合。
4.一种基于光场与磁场复合调制的原子磁强计的使用方法，其特征在于：具体包括以下步骤：
第一步，加热原子气室，打开检测光源以及驱动光源，打开光电探测器的电源，确保实验装置正常运行；
第二步，在三维线圈上施加一个扫描磁场，调整扫描磁场的幅度，确保能将洛伦兹曲线完整扫描出来，将信号求导，并通过PID控制器改变磁场大小，将求导信号稳定在0附近；
第三步，对驱动光源进行调制，在保证驱动光源内的激光器正常工作条件下，使调制幅度尽可能大，然后在信号处理***中对经过光场调制的信号进行解调。
5.如权利要求4所述的一种基于光场与磁场复合调制的原子磁强计的使用方法，其特征在于：所述扫描磁场的频率与调制的激光器的频率间隔大于100Hz。
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