原子磁強(qiáng)計(jì)中堿金屬原子氣室無磁電加熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)

郭 驥，李仔艷，康翔宇，丁思同，李 陽

(上海理工大學(xué) 光電信息與計(jì)算機(jī)工程學(xué)院，上海200093)

0 引 言

原子磁強(qiáng)計(jì)是在待測磁場中通過堿金屬原子與光的相互作用來檢測磁場的一種裝置，隨著關(guān)注度的提高，磁強(qiáng)計(jì)正在快速發(fā)展，靈敏度已經(jīng)能達(dá)到fT級別［1］。超高靈敏度的磁場檢測儀器在軍事國防、生物醫(yī)療和地球勘探等領(lǐng)域都有著良好的應(yīng)用前景。原子氣室是原子磁強(qiáng)計(jì)的敏感單元，在待測磁場中，堿金屬原子在泵浦光的作用下通過檢測原子的拉莫爾進(jìn)動(dòng)頻率來計(jì)算待測磁場大小［2］。檢測靈敏度與氣室內(nèi)原子數(shù)密度關(guān)系密切，而原子數(shù)密度與氣室溫度呈正相關(guān)［3］。因此可以通過控制氣室的工作溫度來提高磁強(qiáng)計(jì)的靈敏度，所以一套溫控加熱系統(tǒng)對于磁強(qiáng)計(jì)來說是非常必要的。

對于原子氣室的加熱除了溫度控制要精準(zhǔn)之外，還要做到無磁加熱，原子氣室的無磁加熱系統(tǒng)已經(jīng)成為了原子磁強(qiáng)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)之一［4］。原子氣室的加熱通常有激光加熱、熱氣流加熱、電加熱和熱管加熱這幾種方式。激光加熱是通過對氣室鍍膜來吸收激光能量的方式進(jìn)行加熱的，優(yōu)點(diǎn)是沒有產(chǎn)生磁場干擾，缺點(diǎn)是價(jià)格昂貴且有明顯的溫度梯度；熱氣流加熱是利用管道將熱氣流導(dǎo)向氣室的方式進(jìn)行加熱的，這種加熱方式不會(huì)產(chǎn)生磁場干擾，但是設(shè)備龐大且加熱慢、溫度控制精度小；電加熱是通過加熱片對氣室進(jìn)行加熱，電加熱加熱速度快、精度高且易于控制，但是容易產(chǎn)生磁場干擾；……