用于產生均勻磁場的裝置和方法制造方法及圖紙

本發明專利技術公開了一種用于產生均勻磁場的裝置和方法，涉及冷原子干涉領域。其中的裝置包括纏繞在干涉區域周圍的至少兩段相互分離的螺線管，其中：每個螺線管上的電流相互獨立，以便在干涉區域的軸線方向上生成均勻的磁場。本發明專利技術可以在干涉區域的軸向形成均勻磁場，從而擴大了螺線管內部軸向磁場的均勻范圍。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及冷原子干涉領域，特別涉及一種用于產生均勻磁場的裝置和方法。
技術介紹
冷原子干涉測量裝置利用原子的波動性對加速度、角速度等物理量進行精密測量，在重力測量、慣性導航、科學研究等領域扮演著非常重要的角色。與傳統裝置相比，由于工作時不需要元件的移動，所以其可靠性與分辨率都較前者有很大的提升空間。目前技術上比較成熟的冷原子干涉儀都是基于脈沖拉曼激光方式的。脈沖光拉曼干涉儀利用原子基態的超精細結構能級間的受激拉曼躍遷來實現對原子波包的分束、反轉、合束等相干操作，從而實現原子在兩個路徑間的干涉。當其他系統效應的影響可以忽略時，其位相差可以表示為：其中為有效波矢量，為待測的加速度，T為自由演化時間。但是在實際系統中，外界因素對干涉儀相位的影響總是存在的，特別是磁場的影響。在外磁場中，角動量量子數不為零的原子能級將發生塞曼分裂。即使通過態選擇的方法將原子制備在磁量子數mf＝0的態上，二階塞曼效應仍然存在。因此通常將干涉裝置放在磁屏蔽中間，減小外界磁場對干涉儀的影響。但是為了保證原子在確定的量子態之間躍遷，需要外加一個恒定的磁場來作為量子化軸。產生恒定磁場最常用的方法就是通過密繞的通電螺線管方法，如圖1所示。這種裝置的優點是結構簡單，只需要在線圈中通一個恒定的電流，軸線中心磁場在一定范圍內均勻。如圖2A示，這種裝置的缺點是，螺線管兩端附近磁場強度顯著降低，并且磁場的均勻性依賴
于導線密繞的均勻度。為使得干涉區域的軸向磁場有更大的均勻范圍，避免螺線管兩端附近磁場強度顯著降低，可以采用增加螺線管長度的方法，如圖2B示。這種方法只有當螺線管的長度比直徑大很多時軸向磁場才會有較大的均勻范圍，而螺線管產生的磁場會影響到冷卻區和探測區的正常工作，且冷原子干涉儀的整體結構顯得臃腫。在冷原子干涉精密測量中，為了使得結構緊湊，通常干涉區與冷卻區和探測區會離的很近。而冷卻區需要安裝激光冷卻光筒，探測區需要安裝探測器。這就造成螺線管的長度不能太長，或者不能密繞。這兩種情況都會造成中心軸線上磁場不夠均勻，從而影響測量的準確度。
技術實現思路
本專利技術的一個目的是提出一種用于產生均勻磁場的裝置和方法，可以在干涉區域的軸向形成均勻磁場，從而擴大了螺線管內部軸向磁場的均勻范圍。根據本專利技術實施例的一個方面，提供了一種用于產生均勻磁場的裝置，其特征在于，包括纏繞在干涉區域周圍的至少兩段相互分離的螺線管，其中：每個螺線管上的電流相互獨立，以便在干涉區域的軸線方向上生成均勻的磁場。在一些實施例中，各段螺線管的軸線與干涉區域的軸線相互重合。在一些實施例中，每段螺線管在軸線上產生的磁場強度與該螺線管上的電流及該螺線管中心的坐標以及螺線管的幾何尺寸相關聯。在一些實施例中，干涉區域軸線上任一點的磁場強度為各段螺線管在該點所產生磁場強度的總和。在一些實施例中，第i段螺線管在軸線上x點產生的磁場強度Bi(x)為 B i ( x ) = μ 0 nI i 2 × ( x - x i + l / 2 R 2 + ( x - x i + l / 2 ) 2 - x - x i - l / 2 R 2 + ( x - x i - l / 2 ) 2 ) ]]>其中，Ii表示第i段螺線管中的電流強度，μ0表示真空磁導率，n表示第i個螺線管單位長度的線圈匝數，l表示干涉區域的長度，R表示第i段螺線管的半徑，xi表示第i段螺線管中心的坐標。根據本專利技術實施例的一個方面，提供了一種用于產生均勻磁場的方法，其特征在于，包括：在干涉區域周圍纏繞至少兩段相互分離的螺線管；為每個螺線管提供相互獨立的電流，以便在干涉區域的軸線方向上生成均勻的磁場。在一些實施例中，將各段螺線管的軸線設置為與干涉區域的軸線相互重合。在一些實施例中，每段螺線管在軸線上產生的磁場強度與該螺線管上的電流及該螺線管中心的坐標以及螺線管的幾何尺寸相關聯。在一些實施例中，干涉區域軸線上任一點的磁場強度為各段螺線管在該點所產生磁場強度的總和。在一些實施例中，第i段螺線管在軸線上x點產生的磁場強度Bi(x)為 B i ( x ) = μ 0 nI i 2 × ( 本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于產生均勻磁場的裝置，其特征在于，包括纏繞在干涉區域周圍的至少兩段相互分離的螺線管，其中：每個螺線管上的電流相互獨立，以便在干涉區域的軸線方向上生成均勻的磁場。

【技術特征摘要】
1.一種用于產生均勻磁場的裝置，其特征在于，包括纏繞在干涉區域周圍的至少兩段相互分離的螺線管，其中：每個螺線管上的電流相互獨立，以便在干涉區域的軸線方向上生成均勻的磁場。2.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，各段螺線管的軸線與干涉區域的軸線相互重合。3.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，每段螺線管在軸線上產生的磁場強度與該螺線管上的電流及該螺線管中心的坐標以及螺線管的幾何尺寸相關聯。4.根據權利要求3所述的裝置，其特征在于，干涉區域軸線上任一點的磁場強度為各段螺線管在該點所產生磁場強度的總和。5.根據權利要求1-4中任一項所述的裝置，其特征在于，第i段螺線管在軸線上x點產生的磁場強度Bi(x)為 B i ( x ) = μ 0 nI i 2 × ( x - x i + l / 2 R 2 + ( x - x i + l / 2 ) 2 - x - x i - l / 2 R 2 + ( x - x i - l / 2 ) 2 ) ]]>其中，Ii表示第i段螺線管中的電流強度，μ0表示真空磁導率，n表示第i個螺線管單位長度的線圈匝數，l表示干涉區域的長度，R表示第i段螺線管的半徑，xi表示第i段螺線管中心的坐標。6.一種用...

【專利技術屬性】
技術研發人員：王少凱，趙陽，莊偉，李天初，
申請(專利權)人：中國計量科學研究院，
類型：發明
國別省市：北京;11