發(fā)布時(shí)間：2020-08-24 07:26

【摘要】：從戰(zhàn)國(guó)時(shí)期僅能指明方向的司南,到近些年來(lái)最靈敏的超導(dǎo)量子干涉儀等,人們研制與發(fā)展超高靈敏度的磁力計(jì)的腳步從未停止。超靈敏原子磁力計(jì)是一種測(cè)量光泵后的堿金屬原子蒸氣在磁場(chǎng)中的拉莫爾進(jìn)動(dòng)來(lái)對(duì)微弱磁場(chǎng)進(jìn)行測(cè)量的儀器裝置。這種原子磁力計(jì)在靈敏度上可以與超導(dǎo)量子干涉儀相媲美,但無(wú)需超低溫液體來(lái)維持儀器的超導(dǎo)狀態(tài),因此,堿金屬原子磁力計(jì)具有超高靈敏度、低成本、可小型化等特點(diǎn)。本文設(shè)計(jì)并優(yōu)化了泵浦-探測(cè)構(gòu)型的Rb原子磁力計(jì),實(shí)現(xiàn)了優(yōu)于20 fT/Hz~(1/2)的靈敏度。本文成果如下:(1)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)了主被動(dòng)磁屏蔽系統(tǒng)。被動(dòng)磁屏蔽是由高磁導(dǎo)率坡莫合金制作的高屏蔽系數(shù)的磁屏蔽罩,理論上磁屏蔽系數(shù)為10~8,實(shí)際內(nèi)部剩余磁場(chǎng)低于1 nT;主動(dòng)磁屏蔽為高均勻度的勻場(chǎng)線圈,軸向不均勻度低于千分之一。(2)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)了泵浦-探測(cè)構(gòu)型的光路系統(tǒng)和基于堿金屬原子飽和吸收譜的鎖頻系統(tǒng)。(3)設(shè)計(jì)與加工了加熱爐與磁屏蔽內(nèi)部支撐,方形的Rb原子蒸氣室放置于加熱爐的中心,雙絞的加熱絲繞于加熱爐的表面。利用高頻交流電加熱和PID反饋方式實(shí)現(xiàn)了加熱和溫度控制,控溫精度0.1℃。(4)優(yōu)化激光參數(shù)和工作溫度,提高磁場(chǎng)信號(hào)的響應(yīng)幅度和信噪比,優(yōu)化磁力計(jì)靈敏度。
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TM936
【圖文】：

圖 1-1 環(huán)境磁場(chǎng)和人體產(chǎn)生磁場(chǎng)的范圍磁場(chǎng)測(cè)量是一種應(yīng)用十分廣泛的技術(shù)，據(jù)《古礦錄》中記載，早在戰(zhàn)國(guó)有利用天然磁鐵制作的司南指示方向的記錄。到了現(xiàn)代，磁場(chǎng)測(cè)量的最主要集中在地質(zhì)研究[1]、考古[2]、天然氣與石油的檢測(cè)、鐵磁性礦產(chǎn)勘查[3]等方面從17世紀(jì)開(kāi)始，便有了利用磁性羅盤(pán)來(lái)探測(cè)鐵磁性礦石的記錄。1832年，

因此該能級(jí)總電子角動(dòng)量量子數(shù)具有精細(xì)結(jié)構(gòu) J，這里我們使用標(biāo)準(zhǔn)光譜表示法，上標(biāo)表示自旋多重態(tài) 2S+1J。因此基態(tài)可以寫(xiě)作 ，第一激發(fā)態(tài)寫(xiě)作 和 。能級(jí)之間的躍遷分別稱為 D1 躍遷和 D2 躍遷。金屬原子同位素都有不同的核自旋 I，因此，電子自旋和原子用會(huì)產(chǎn)生超精細(xì)能級(jí)結(jié)構(gòu)。堿金屬原子的如圖所示。根據(jù) W角動(dòng)量矢量 J 必須與總原子角動(dòng)量矢量 F 平行，因此測(cè)量電上等于確定原子自旋向量的方向，反之亦然。 和 能F=I±1/2。例如， 裂分成 F=I+1/2 和 F=I-1/2 兩個(gè)能級(jí)， {I-3/2，I-1/2，I+1/2，I+3/2}四個(gè)能級(jí)。堿金屬原子的基態(tài)和與超精細(xì)結(jié)構(gòu)能級(jí)示意圖如圖所示。

圖 2-2 Rb 原子精細(xì)結(jié)構(gòu)在磁場(chǎng)中的塞曼效應(yīng)力計(jì)的信號(hào)幅度通常與堿金屬蒸氣的極化度正相關(guān)。因此，要非常大的原子極化度。在通常熱平衡的狀態(tài)下，原子的極12tanh( )s BtherBg BPk T 是電子的朗道 g 因子， t JT是玻爾磁矩，B 玻爾茲曼常數(shù)，T 為開(kāi)爾文溫度。舉例來(lái)說(shuō)，在室溫下，地中的熱極化度僅為 ，在 10 T 的磁場(chǎng)中熱極化度僅為 0測(cè)到磁力計(jì)信號(hào)。通過(guò)光泵的方式，將光子的角動(dòng)量轉(zhuǎn)移給生約為 1 的極化度。

【相似文獻(xiàn)】

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