原子干涉仪真空管 磁屏蔽罩
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)及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