双线偏振光路CPT原子磁力仪测量磁场矢量方法

作     者：刘崇泰 王学锋 卢向东 邓意成 刘院省 李建军 徐强锋 LIU Chongtai;WANG Xuefeng;LU Xiangdong;DENG Yicheng;LIU Yuanxing;LI Jianjun;XU Qiangfeng

作者机构：北京航天控制仪器研究所北京100039 中国航天科技集团有限公司量子工程研究中心北京100094 

出 版 物：《导航与控制》 (Navigation and Control)

年 卷 期：2023年第22卷第6期

页      面：55-63,36页

学科分类：08[工学] 080401[工学-精密仪器及机械] 0804[工学-仪器科学与技术] 081102[工学-检测技术与自动化装置] 0811[工学-控制科学与工程] 

主　　题：CPT效应 原子磁力仪 磁场矢量 线偏振光 亥姆霍兹线圈 原子吸收光谱 

摘      要：相干布居囚禁(CPT)磁力仪可以实现磁场标量的高精度测量,但却很难实现磁场矢量的高精度测量。为了实现地磁场量级磁场矢量信息的测量,提出了一种基于CPT效应的双线偏振旋转调节光路测量磁场矢量的方法。该方法利用3.4 GHz微波模块调制VCSEL光源产生满足CPT效应的泵浦光,并通过光路结构实现两束传播方向相互垂直的线偏振光进入原子气室,调节两束线偏振光的偏振方向,测量CPT信号峰极值对应的偏振方向,进而确定磁场在垂直于光传播方向平面中的角位置,通过两束光的测量得到磁场的大小及方向。实验在总场为2133 nT条件下的角度误差在1°左右,验证了所提出的磁场矢量测量方法的可行性。该方法具有不受信号幅值波动影响、理论测量精度高、无需三轴线圈辅助等优点,并可使测磁系统简化,在卫星测磁等领域具有重要意义。