技術(shù)特征：

1.一種基于縱向磁場(chǎng)調(diào)制的三軸矢量原子磁力儀，其特征在于：所述磁力儀包含由一號(hào)895nm DFB半導(dǎo)體激光器、一號(hào)凸透鏡、二號(hào)凸透鏡、一號(hào)線(xiàn)偏振片和λ/4玻片組成的抽運(yùn)光路、由二號(hào)895nm DFB半導(dǎo)體激光器、三號(hào)凸透鏡、四號(hào)凸透鏡、二號(hào)線(xiàn)偏振片、沃拉斯特棱鏡和平衡探測(cè)器組成的探測(cè)光路、由互相正交的一號(hào)亥姆霍茲線(xiàn)圈、二號(hào)亥姆霍茲線(xiàn)圈、三號(hào)亥姆霍茲線(xiàn)圈組成的三維磁場(chǎng)產(chǎn)生裝置、加熱裝置、原子氣室、鎖定放大器、信號(hào)處理系統(tǒng)；所述原子氣室中充有¹³³Cs原子與緩沖氣體；所述抽運(yùn)光路沿z軸方向傳播，用于極化原子氣室中的¹³³Cs原子，以大幅提高x軸方向磁化強(qiáng)度M_x，從而提高三軸矢量原子磁力儀的靈敏度；所述探測(cè)光路沿x軸方向傳播，用于探測(cè)x軸方向磁化強(qiáng)度M_x；所述組成三維磁場(chǎng)產(chǎn)生裝置的一號(hào)亥姆霍茲線(xiàn)圈、二號(hào)亥姆霍茲線(xiàn)圈與三號(hào)亥姆霍茲線(xiàn)圈均由銅線(xiàn)繞制，用于產(chǎn)生磁場(chǎng)，一號(hào)亥姆霍茲線(xiàn)圈、二號(hào)亥姆霍茲線(xiàn)圈與三號(hào)亥姆霍茲線(xiàn)圈分別產(chǎn)生沿x軸、z軸與y軸方向的磁場(chǎng)；所述加熱裝置包含銅夾具、無(wú)磁電阻加熱片以及無(wú)磁溫度傳感器，其中銅夾具用于固定原子氣室，無(wú)磁電阻加熱片用于對(duì)原子氣室進(jìn)行加熱，以適當(dāng)提高原子氣室內(nèi)¹³³Cs原子蒸汽密度，從而提高三軸矢量原子磁力儀的靈敏度，無(wú)磁溫度傳感器用于測(cè)量原子氣室的溫度；所述鎖定放大器用于同向與正交解調(diào)探測(cè)光路探測(cè)的M_x信號(hào)，其參考頻率由信號(hào)處理系統(tǒng)調(diào)節(jié)；所述信號(hào)處理系統(tǒng)包含數(shù)據(jù)采集卡與計(jì)算機(jī)，負(fù)責(zé)信號(hào)的采集、產(chǎn)生與處理，同時(shí)用于驅(qū)動(dòng)與控制三維磁場(chǎng)產(chǎn)生裝置，實(shí)時(shí)補(bǔ)償原子氣室處的磁場(chǎng)并提供調(diào)制磁場(chǎng)，信號(hào)處理系統(tǒng)還用于驅(qū)動(dòng)與控制加熱裝置，使其加熱原子氣室，并保持原子氣室溫度的穩(wěn)定；

一號(hào)895nm DFB半導(dǎo)體激光器輸出的抽運(yùn)光經(jīng)過(guò)一號(hào)凸透鏡與二號(hào)凸透鏡后被擴(kuò)束準(zhǔn)直，再由一號(hào)線(xiàn)偏振片和λ/4玻片將其轉(zhuǎn)變?yōu)閳A偏振光；隨后，圓偏振光照射原子氣室，實(shí)現(xiàn)對(duì)原子氣室中¹³³Cs原子的極化；二號(hào)895nm DFB半導(dǎo)體激光器輸出的探測(cè)光經(jīng)過(guò)三號(hào)凸透鏡與四號(hào)凸透鏡后被擴(kuò)束準(zhǔn)直，再經(jīng)過(guò)二號(hào)線(xiàn)偏振片后照射原子氣室，探測(cè)光與原子氣室中¹³³Cs原子相互作用后，探測(cè)光的偏振面會(huì)受到x軸方向磁化強(qiáng)度M_x的調(diào)制；穿過(guò)原子氣室的探測(cè)光依次經(jīng)過(guò)λ/2玻片、沃拉斯特棱鏡和平衡探測(cè)器，平衡探測(cè)器的輸出信號(hào)反映探測(cè)光偏振面的變化，平衡探測(cè)器的輸出信號(hào)被鎖定放大器同向與正交解調(diào)后，由信號(hào)處理系統(tǒng)采集鎖定放大器的輸出信號(hào)；信號(hào)處理系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)與控制加熱裝置，使其加熱原子氣室，并保持原子氣室溫度的穩(wěn)定；信號(hào)處理系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)與控制三維磁場(chǎng)產(chǎn)生裝置，實(shí)時(shí)補(bǔ)償原子氣室處的磁場(chǎng)并提供調(diào)制磁場(chǎng)，通過(guò)調(diào)節(jié)三維磁場(chǎng)產(chǎn)生裝置產(chǎn)生的調(diào)制磁場(chǎng)的頻率，跟蹤M_R信號(hào)的中心共振頻率，根據(jù)此頻率得到B_z，同時(shí)從同向解調(diào)信號(hào)與正交解調(diào)信號(hào)中分別提取得到B_y與B_x。

2.一種如權(quán)利要求1所述裝置的使用方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

步驟一，信號(hào)處理系統(tǒng)產(chǎn)生遠(yuǎn)離磁共振頻率|γB|的高頻振蕩電流，B為磁場(chǎng)的強(qiáng)度，輸入到加熱裝置中的無(wú)磁電阻加熱片，對(duì)原子氣室進(jìn)行加熱，并采集加熱裝置中的無(wú)磁溫度傳感器測(cè)量得到原子氣室的溫度值，通過(guò)反饋控制，調(diào)節(jié)高頻振蕩電流的幅值，以穩(wěn)定原子氣室的溫度；

步驟二，打開(kāi)一號(hào)895nm DFB半導(dǎo)體激光器，將其調(diào)節(jié)到¹³³Cs原子D1線(xiàn)躍遷共振頻率，輸出抽運(yùn)光，抽運(yùn)光沿著z軸方向的抽運(yùn)光路傳播，開(kāi)始極化原子氣室中¹³³Cs原子；打開(kāi)二號(hào)895nm DFB半導(dǎo)體激光器，將其調(diào)節(jié)到¹³³Cs原子D1線(xiàn)躍遷共振頻率，輸出探測(cè)光，探測(cè)光沿著x軸方向的探測(cè)光路傳播，開(kāi)始探測(cè)x軸方向磁化強(qiáng)度M_x；鎖定放大器同向與正交解調(diào)探測(cè)光路中平衡探測(cè)器輸出的信號(hào)；信號(hào)處理系統(tǒng)采集鎖定放大器輸出的同向解調(diào)信號(hào)、正交解調(diào)信號(hào)和M_R信號(hào)；

步驟三，信號(hào)處理系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)一號(hào)亥姆霍茲線(xiàn)圈產(chǎn)生x軸方向的激勵(lì)磁場(chǎng)，鎖定放大器的參考頻率取激勵(lì)磁場(chǎng)的頻率；同時(shí)，信號(hào)處理系統(tǒng)通過(guò)調(diào)節(jié)激勵(lì)磁場(chǎng)的頻率，跟蹤采集得到M_R信號(hào)的中心頻率ω₀，即磁共振頻率|γB|，從而確定原子氣室處磁場(chǎng)的強(qiáng)度B＝|ω₀/γ|；信號(hào)處理系統(tǒng)通過(guò)調(diào)節(jié)三維磁場(chǎng)產(chǎn)生裝置中的電流，并觀測(cè)磁共振頻率，使其逐漸減小，直至接近于0，實(shí)現(xiàn)對(duì)周?chē)艌?chǎng)的粗略補(bǔ)償；

步驟四，撤除x軸方向的激勵(lì)磁場(chǎng)，根據(jù)步驟三磁場(chǎng)補(bǔ)償?shù)慕Y(jié)果，信號(hào)處理系統(tǒng)調(diào)節(jié)三維磁場(chǎng)產(chǎn)生裝置中的電流，使原子氣室處的磁場(chǎng)滿(mǎn)足：|B_x|<<|B_z|、|B_y|<<|B_z|，且|γB_x|<<1/T₁、|γB_y|<<1/T₁；

步驟五，信號(hào)處理系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)二號(hào)亥姆霍茲線(xiàn)圈產(chǎn)生z軸方向的調(diào)制磁場(chǎng)，鎖定放大器選定下式中M_x的p次諧波進(jìn)行解調(diào)，鎖定放大器的參考頻率取pω₁：

$M_x=\underset{n=-\mathrm{\&infin;}}{\overset{\mathrm{\&infin;}}{\&Sigma;}}\frac{T_2{M}_z{\mathrm{\&gamma;J}}_n\left(k_B\right)}{1+{\left(R_c{T}_2\right)}^2}\&times;\left\{\begin{array}{c}(B_x{R}_c{T}_2-B_y)J_n\left(k_B\right)\\ +\underset{p=1}{\overset{\mathrm{\&infin;}}{\&Sigma;}}\left\{\begin{array}{c}(B_x{R}_c{T}_2-B_y)\&lsqb;J_{n+p}\left(k_B\right)+J_{n-p}\left(k_B\right)\&rsqb;\cos \left({\mathrm{p\&omega;}}_{1}t\right)\\ +(B_y{R}_c{T}_2+B_y)\&lsqb;J_{n+p}\left(k_B\right)-J_{n-p}\left(k_B\right)\&rsqb;\sin \left({\mathrm{p\&omega;}}_{1}t\right)\end{array}\right\}\end{array}\right\}$

式中，n與p均為整數(shù)，R_c＝γB_z+nω₁,k_B＝γB₁/ω₁，J_n、J_n+p與J_n-p分別為n階、n+p階與n-p階貝塞爾函數(shù)；

同時(shí)，信號(hào)處理系統(tǒng)通過(guò)調(diào)節(jié)調(diào)制磁場(chǎng)的頻率ω₁，跟蹤采集得到的M_R信號(hào)的n次共振頻率ω_n，即-γB_z/n，根據(jù)此共振頻率ω_n以及二號(hào)亥姆霍茲線(xiàn)圈沿z軸施加的補(bǔ)償磁場(chǎng)B_z0，提取得到縱向磁場(chǎng)B_z＝-nω_n/γ-B_z0；

步驟六，當(dāng)調(diào)制頻率已跟蹤n次共振頻率ω_n時(shí)，信號(hào)處理系統(tǒng)根據(jù)采集得到的同向解調(diào)信號(hào)S_i與正交解調(diào)信號(hào)S_q，以及三號(hào)亥姆霍茲線(xiàn)圈沿y軸施加的補(bǔ)償磁場(chǎng)B_y0與一號(hào)亥姆霍茲線(xiàn)圈沿x軸施加的補(bǔ)償磁場(chǎng)B_x0，分別提取得到橫向磁場(chǎng)B_y＝S_i/k_i-B_y0與B_x＝＝S_q/k_q-B_x0；

步驟七，信號(hào)處理系統(tǒng)通過(guò)反饋控制，實(shí)時(shí)補(bǔ)償原子氣室處的磁場(chǎng)，使其維持一定值，且滿(mǎn)足：磁場(chǎng)的縱向分量遠(yuǎn)大于橫向分量，且橫向分量不為0，即B_x與B_y不同時(shí)為0；重復(fù)步驟四到步驟六，實(shí)現(xiàn)對(duì)原子氣室處磁場(chǎng)強(qiáng)度與方向的實(shí)時(shí)測(cè)量。