微型磁力计的实验探索
发布时间：2022-01-12 03:49
随着现代社会对磁场测量的需求,各种磁力计都快速发展,其中原子磁力计由于其易于小型化和灵敏度高的优点脱颖而出。以往原子磁力计体积较大,不能随身携带,不适合用于室外磁场测量。从实用的角度考虑,原子磁力计在保持高灵敏度的同时还需要进一步减小体积。为此,我们做了如下研究:1.在原子磁力计实验中,磁场测量往往需要多路激光,而一般常用的商业激光器及其锁频装置的体积都比较大,所以减小光源的相关部件体积是原子磁力计小型化的重要途径。我们利用分布式布拉格反射激光管搭建了体积仅为2.9cm×4.2 cm×4.2 cm的小型激光器,激光器的最大光功率为117 mW,其功率每12小时慢漂0.6%,在无需外部频率锁定时,通过温度控制器控制波长,输出光场的波长漂移为24小时0.0599)8)/℃。2.将搭建后的小型半导体激光器嵌入到原子磁力计系统中,并分析激光器的光场噪声和频率漂移对磁场灵敏度的影响。实验结果表明,小型半导体激光器的频率抖动对磁力计灵敏度的影响较小,该原子磁力计磁场测量的灵敏度约为10 fT/（?）,满足高灵敏度磁力计测量的需求。我们的工作对原子磁力计小型化进行了实验探索,为原子磁力计便携化提供了...
【文章来源】：华东师范大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：60 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Mx磁力计的基本原理图
华东师范大学硕士学位论文5量，为原子自旋在外磁场中的拉莫尔进动频率。为，=||(2.0.1)其中为旋磁比。探测光是一束远失谐的线偏振光。当探测光经过原子池后，其相位，振幅，偏振方向等由于原子的调制作用都会发生相应变化。通过测量其频率变化便可得到，利用公式便可知道磁场信息。2.1原子磁力计的发展在19世纪末，Corbino和Macaluso发现碱金属原子在外磁场下的吸收谱线附近有明显的共振结构，该现象被称为Farady效应[15-17]。Farady效应的原理如图2.2所示[18-20]。我们以最简单的二能级结构为例，其中和F分别为激发态和基态的总角动量。我们可以对线偏振光进行分解，分解出左旋光和右旋光，并将其射入到原子介质中，使其发生=±1的跃迁。在无外加磁场时，原子能级简并，原子介质对左旋光和右旋光的折射率相同，其原理如图2.2（a）所示。在有外加磁场时，原子能级发生劈裂，原子介质对左旋光和右旋光的折射率不相同，其原理如图2.2（b）所示。因为原子介质的折射率不同，会导致左旋光和右旋光在原子介质中的传播速度不同，在离开原子介质后，两束光合成新的线偏振光，其偏振方向与入射的线偏振光的偏振方向之间有一定夹角，图2.2：Farady效应在基态F=1到激发态F=0的跃迁原理图。其中图（a）为无外加磁场时的跃迁，其中图（b）为有外加磁场时的跃迁。
华东师范大学硕士学位论文6=()≈41+4(2.1.1)其中为左旋光在原子介质中的折射率，为右旋光在原子介质中的折射率，为原子介质的长度，为光的波长，为朗德因子，为外加磁场强度，为原子激发态的衰减几率，为普朗克常量，为吸收长度，4/为随磁场变化的线宽。在1950年，Kastler提出用圆偏振光替代线偏振光来极化原子的想法[21]。后来Bell,Dehmelt,Bloom在实验上实现了该想法，我们将圆偏振光注入的磁力计称之为非线性磁光旋转的磁力计。其原理主要是通过测量出射光场的光强大小或者光场的偏振方向，从而测量出圆偏振光极化原子后带来的各向异性。在1989年，Barkov利用非线性磁光旋转的磁力计发现在磁场强度为0的附近有三种磁共振信号，如图2.3所示[22,23]。这三种磁共振信号分别为线性磁光旋转、Bennett结构和Transit结构，其中线性磁光旋转的线宽最宽，Bennett结构次之，Transit结构的线宽最窄[24,25]。图2.3：线性及非线性磁光旋转示意图[22,23]。2.2原子磁力计的基本原理原子磁力计主要是利用光场使原子发生泵浦来产生磁矩，从而测量磁场信号。原子磁力计的基本原理主要是原子与磁场之间的作用和原子与光场的之间的作
【参考文献】：
期刊论文
[1]磁场测量技术的发展与应用[J]. 车晓芳. 湖北科技学院学报. 2014(10)
[2]原子磁力仪研究进展[J]. 晋芳,杨宇山,郑振宇,鲁永康,张昌达. 地球物理学进展. 2011(03)
[3]磁场测量方法及其应用[J]. 胡苗苗,刘海顺,李端明,王怀军. 现代物理知识. 2008(04)
[4]磁场测量仪器及其发展趋势[J]. 李大明. 电测与仪表. 1983(06)
硕士论文
[1]DBR激光器控制技术及其在PON-ONU的应用[D]. 李程.华中科技大学 2018
[2]可调谐半导体激光器波长检测与控制的研究[D]. 林屹.华中科技大学 2015
本文编号：3584042
【文章来源】：华东师范大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：60 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Mx磁力计的基本原理图
华东师范大学硕士学位论文5量，为原子自旋在外磁场中的拉莫尔进动频率。为，=||(2.0.1)其中为旋磁比。探测光是一束远失谐的线偏振光。当探测光经过原子池后，其相位，振幅，偏振方向等由于原子的调制作用都会发生相应变化。通过测量其频率变化便可得到，利用公式便可知道磁场信息。2.1原子磁力计的发展在19世纪末，Corbino和Macaluso发现碱金属原子在外磁场下的吸收谱线附近有明显的共振结构，该现象被称为Farady效应[15-17]。Farady效应的原理如图2.2所示[18-20]。我们以最简单的二能级结构为例，其中和F分别为激发态和基态的总角动量。我们可以对线偏振光进行分解，分解出左旋光和右旋光，并将其射入到原子介质中，使其发生=±1的跃迁。在无外加磁场时，原子能级简并，原子介质对左旋光和右旋光的折射率相同，其原理如图2.2（a）所示。在有外加磁场时，原子能级发生劈裂，原子介质对左旋光和右旋光的折射率不相同，其原理如图2.2（b）所示。因为原子介质的折射率不同，会导致左旋光和右旋光在原子介质中的传播速度不同，在离开原子介质后，两束光合成新的线偏振光，其偏振方向与入射的线偏振光的偏振方向之间有一定夹角，图2.2：Farady效应在基态F=1到激发态F=0的跃迁原理图。其中图（a）为无外加磁场时的跃迁，其中图（b）为有外加磁场时的跃迁。
华东师范大学硕士学位论文6=()≈41+4(2.1.1)其中为左旋光在原子介质中的折射率，为右旋光在原子介质中的折射率，为原子介质的长度，为光的波长，为朗德因子，为外加磁场强度，为原子激发态的衰减几率，为普朗克常量，为吸收长度，4/为随磁场变化的线宽。在1950年，Kastler提出用圆偏振光替代线偏振光来极化原子的想法[21]。后来Bell,Dehmelt,Bloom在实验上实现了该想法，我们将圆偏振光注入的磁力计称之为非线性磁光旋转的磁力计。其原理主要是通过测量出射光场的光强大小或者光场的偏振方向，从而测量出圆偏振光极化原子后带来的各向异性。在1989年，Barkov利用非线性磁光旋转的磁力计发现在磁场强度为0的附近有三种磁共振信号，如图2.3所示[22,23]。这三种磁共振信号分别为线性磁光旋转、Bennett结构和Transit结构，其中线性磁光旋转的线宽最宽，Bennett结构次之，Transit结构的线宽最窄[24,25]。图2.3：线性及非线性磁光旋转示意图[22,23]。2.2原子磁力计的基本原理原子磁力计主要是利用光场使原子发生泵浦来产生磁矩，从而测量磁场信号。原子磁力计的基本原理主要是原子与磁场之间的作用和原子与光场的之间的作
【参考文献】：
期刊论文
[1]磁场测量技术的发展与应用[J]. 车晓芳. 湖北科技学院学报. 2014(10)
[2]原子磁力仪研究进展[J]. 晋芳,杨宇山,郑振宇,鲁永康,张昌达. 地球物理学进展. 2011(03)
[3]磁场测量方法及其应用[J]. 胡苗苗,刘海顺,李端明,王怀军. 现代物理知识. 2008(04)
[4]磁场测量仪器及其发展趋势[J]. 李大明. 电测与仪表. 1983(06)
硕士论文
[1]DBR激光器控制技术及其在PON-ONU的应用[D]. 李程.华中科技大学 2018
[2]可调谐半导体激光器波长检测与控制的研究[D]. 林屹.华中科技大学 2015
本文编号：3584042
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