CN114527414B 自动补偿外干扰磁场的生物磁测量原子磁强计系统及方法 （西安交通大学）

自动补偿外干扰磁场的生物磁测量原子磁本发明公开了一种自动补偿外干扰磁场的背景低频干扰磁场太大所导致的脑磁信号测量2所述原子磁强计探头(3)设置在地磁屏蔽室(1)内，用于整个大脑脑磁述数据读取和处理系统(4)位于地磁屏蔽室(1)外，原子磁强计探头(3)和数据读取和处理所述原子磁强计探头(3)包括MEMS碱金属气室(9)，所述MEMS碱金属气室(9)内充有碱一全反射棱镜(7)和第二全反射棱镜(8)，MEMS碱金属气室(9)外侧设置有主磁场线圈(12)第二光电探测器(13)均与微弱光电流放大器(17)的输数据读取和处理系统(4)包括微弱光电流放大器(17)、信号处理模块(18)和抽运激光的输出信号转换为待测大脑(2)的微弱大2.根据权利要求1所述的一种自动补偿外干扰磁场的生物磁测量原子磁强计系统，其3.根据权利要求1或2所述的一种自动补偿外干扰磁场的生物磁测量原子磁强计系统，4.根据权利要求1所述的一种自动补偿外干扰磁场的生物磁测量原子磁强计系统，其5.根据权利要求1所述的一种自动补偿外干扰磁场的生物磁测量原子磁强计系统，其6.根据权利要求5所述的一种自动补偿外干扰磁场的生物磁测量原子磁强计系统，其7.根据权利要求1所述的一种自动补偿外干扰磁场的生物磁测量原子磁强计系统，其S1：使地磁屏蔽室(1)降低到10nT以内，调节抽运激S2：调节抽运激光器(27)的抽运激光功率，使得碱金属原子A的电子自旋极化率达到3S4：将主磁场线圈(12)产生的主磁场(24)大小调节测量不同抽运光功率下的电子自旋总弛豫率，测得一条电时的抽运光功率为电子自旋极化率达到504[0002]随着量子科学与技术的发展，基于原子无自旋交换碰撞弛豫态(SpinExchangeRelaxationFreeRegime:SERF)的超高灵敏原子磁强计(原子磁强计)被提出并得到实验验内部进一步对剩余磁场进行补偿。即便如此，脑磁的信号强度还是低于剩余磁场4个数量射棱镜下方设置有第二光电探测器；所述第一全反射棱镜正下方自上至下依次设置有λ/45光电探测器和第二光电探测器均与微弱光电流放大器[0016]S2：调节抽运激光器的抽运激光功率，使得碱金属原子A的电子自旋极化率达到6[0034]为了使本发明的目的和技术方案更加清晰和便于理解。7基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对上述术语在本发明中的具体含义。[0038]地磁屏蔽室1内部两侧设置有磁场补偿线圈5，磁场补偿线圈5用于进一步补偿地自己所产生磁场大小相等，方向相反的磁场；磁场调制线圈19设置在MEMS碱金属气室9外8过光纤28与加热激光器14连接，第一光学透镜15与真空隔热系统玻璃窗口6之间自下至上璃-硅键合工艺完成原子的封装，MEMS碱金属气室9两端的顶板和底板透光，为玻璃材质，充入3种原子，分别为A(优选Rb原子)，B(优选131Xe)和C(选择N2)，B的充入量优选为5-电子自旋超极化的惰性气体核自旋B产生核自旋磁场26，主磁场线圈12产生的主磁场24大再次通过第二全反射棱镜8折返之后进入第二光电探测器13转变为电流信号，即第二光电9要为了使得抽运激光器27所产生的抽运光、电子自旋A所构成的原子磁强计能对磁场进行对干扰低频磁场进行抵抗，而对于高频脑磁信号进行正常的敏感测量；直流磁场大小在-2000nT-2000nT之间,所施加偏置磁场的大小对于实现自动跟踪补偿外界干扰磁场的功能yy[0054]待抽运核自旋B至稳定状态时进行自动补偿干扰磁场工作点的寻找，自补偿工作化率在抽运光方向按照正弦变化，包含和调制频率相同的频率成分以及2倍于调制信号频18中的锁相环电路提取微弱光电流放大器17输出的一倍频信号同相位X部分幅值Vx(一倍频信号频率和ωm相同)，进入锁相环的参考信号选择施加给调制线圈19的交流磁场信号，yy[0059]其中，c为一个常数因子，主要和电子自旋的弛豫率以及电子自旋产生的磁场相关，从以上公式可以看出，在干扰磁场的频率趋向于0时，输入的干扰磁场被衰