射频原子磁力仪及其测量核磁共振信号的方法

摘要

本发明公开了一种射频原子磁力仪及其测量核磁共振信号的方法，所述原子磁力仪包括核磁共振系统、激光光源、探头和检测装置，所述激光光源、探头和检测装置通过激光光路连接构成原子磁力仪的检测部分；所述方法包括在核磁共振系统的作用下，样品产生一个核磁共振或核四极矩共振的自由感应衰减信号；激光光源产生的泵浦光在经扩束后进入铷原子气室，对铷原子蒸汽进行泵浦；在自由感应衰减信号的作用下，入射泵浦光的偏振角发生调制，检测出射泵浦光的偏振角调制，通过分析偏振角调制信息以确定自由感应衰减信号的频率成分，从而获得样品的信息。本发明磁力仪结构简单、灵敏度高、技术实现要求低、功耗低，可用于检测核磁共振系统所产生的射频磁场。

主权项

射频原子磁力仪，其特征在于：包括核磁共振系统、激光光源、探头和检测装置，所述激光光源、探头和检测装置通过激光光路连接构成原子磁力仪的检测部分，其中：所述核磁共振系统，用于使流体样品产生一个核磁共振的自由感应衰减信号，或使固体样品产生一个核四极矩共振的自由感应衰减信号；所述激光光源，用于通过激光器产生线偏振的泵浦光；所述探头，用于感应样品的自由感应衰减信号，自由感应衰减信号可使入射泵浦光的偏振面旋转发生变化；所述探头置于一个偏置磁场中，包括一个内含铷原子蒸汽的铷原子气室，所述铷原子气室靠近样品放置，并放置在一个恒温箱内以进行温度控制，所述恒温箱外放置有磁屏蔽装置；所述铷原子气室呈圆柱形状，内部抽真空、内壁涂上石蜡涂层，并在两侧分别设有入射光口和出射光口；所述检测装置，用于检测出射泵浦光的偏振角调制，通过分析偏振角调制信息以确定自由感应衰减信号的频率成分，从而获得样品的信息；所述检测装置置于出射光口外，包括偏振分光棱镜、光电二极管、转换电路和信号处理模块；在恒温箱中通入热气流，控制铷原子气室内的铷原子蒸汽的温度在40℃～80℃；激光光源产生的泵浦光在经扩束后，通过入射光口进入铷原子气室，对铷原子蒸汽进行泵浦，使铷原子蒸汽处于四极矩充分对齐状态；在自由感应衰减信号的作用下，在铷原子气室中的泵浦光的偏振面旋转发生变化，泵浦光的偏振角发生调制，此时该泵浦光通过出射光口出射，经过偏振分光棱镜后分为两个偏振状态的光，由光电二极管把光信号变成电信号，经转换电路作差、放大和滤波后，用锁相放大器接入信号处理模块进行处理，得到两种成分的光的相对强弱，由此得出泵浦光的偏振角旋转角度，进而得到偏振角调制信息，偏振振荡响应于自由感应衰减信号，通过分析偏振角调制信息以确定自由感应衰减信号的频率成分，从而获得样品的信息，完成测量。