原子干涉仪真空管 磁屏蔽罩

原子干涉仪真空管 磁屏蔽罩 - 磁屏蔽

原子干涉仪通过激光脉冲对超冷原子云的操控,利用原子波包的干涉来实现重力加速度、精细结构常数、等效原理检验等物理量的超高精度测量。原子干涉的相位对磁场极其敏感——地磁场(约25–65 μT)及实验室杂散磁场会引入二阶塞曼频移和相位噪声,直接劣化测量灵敏度与系统误差

原子干涉仪的核心是超高空真空(UHV/XHV)管道,原子在其中自由落体或抛射飞行。我们的原子干涉仪真空管磁屏蔽罩专为此场景设计——采用多层高磁导率坡莫合金(MuMETAL®/1J85)同心圆筒结构,逐段拼接包裹真空管全长,为原子干涉区域构建极低噪声、高度均匀的磁场环境。

该方案已在10米级长基线原子干涉仪空间原子干涉任务(STE-QUEST)可搬运量子重力仪中得到验证


  • 多层同心屏蔽,逐级衰减:采用2–3层坡莫合金同心圆筒嵌套结构。外层大幅衰减地磁场及环境杂散场,内层精细衰减残余磁场,层间通过非导磁材料实现磁路隔离。典型单层厚度0.76 mm。大型装置中,3层坡莫合金屏蔽的屏蔽系数可达10⁵(地磁场抑制10万倍)

  • 模块化分段设计,适配任意基线长度:针对长基线原子干涉仪,屏蔽罩采用分段拼接结构——每个屏蔽段独立加工、退火,现场逐段拼接。MAGIS-100的100米基线采用17个相同屏蔽段;VLBAI的10米屏蔽通过模块化设计可扩展至更长基线而不损失性能

  • 超高真空(UHV/XHV)兼容:屏蔽罩安装在真空管外侧不侵入真空,不影响真空系统。兼容10⁻¹¹ mbar级的极端高真空(XHV)环境。屏蔽材料经严格真空处理,确保不污染超高真空系统

  • 主动补偿可选,性能再升级:可在屏蔽罩内壁集成磁场补偿线圈,对残余磁场进行主动补偿。11.4米三层坡莫合金屏蔽结合主动补偿后,10米轴向残余磁场压缩至8.0 nT(峰峰值)。补偿线圈可生成三个均匀磁场和三个恒定线性梯度磁场

  • 经验证的屏蔽效能:10米长VLBAI磁屏蔽实现残余磁场<4 nT、纵向不均匀性<2.5 nT/m(8米范围内)。双层坡莫合金屏蔽的圆柱形结构可提供>65 dB的衰减。MIGA(物质波激光干涉引力天线)采用3层不同μ-metal屏蔽包裹真空管系统


原子干涉仪真空管磁屏蔽罩的性能,核心体现在“三个极致”

极致低的残余磁场:10米长VLBAI屏蔽——<4 nT;11.4米三层屏蔽+主动补偿——8.0 nT(峰峰值);NIM原子绝对重力仪——<150 nT

极致高的屏蔽衰减:空间原子干涉任务(STE-QUEST)——地磁场抑制10⁵倍;MAIUS-1探空火箭任务——屏蔽系数≥1000;紧凑型磁屏蔽——低频磁噪声降低>5个数量级

极致优的磁场均匀性:轴向不均匀性——<2.5 nT/m(8米范围);10米轴向梯度——<30 nT/m;空间原子干涉任务中,C场线圈半径变化需控制在nm级以确保磁场均匀性


指标项目参数
屏蔽材料MuMETAL® / 1J85 高磁导率坡莫合金
初始磁导率≥80,000(1J85)
屏蔽层数2–3层同心圆筒嵌套
单层典型厚度0.76 mm
屏蔽结构分段式圆柱/八边形截面圆筒,逐段拼接
残余磁场<4 nT(10米VLBAI)<150 nT(重力仪)
轴向不均匀性<2.5 nT/m(8米范围)
屏蔽系数10⁵(空间原子干涉任务)≥1000(MAIUS-1)
低频磁噪声抑制>5个数量级
主动补偿(可选)磁场补偿线圈,轴向残余磁场8.0 nT(峰峰值)
真空兼容超高真空(UHV)/ 极端高真空(XHV,10⁻¹¹ mbar
定制能力按真空管直径、基线长度、屏蔽层数、线圈规格定制


我们的客户