基于光與原子相互作用的新型量子系綜的制備與應(yīng)用,在量子信息科學(xué)領(lǐng)域中具有重要的價(jià)值。本文主要介紹了兩種新型量子系綜的制備過程及其相關(guān)應(yīng)用:第一,基于無(wú)自旋交換碰撞弛豫(SERF)四通道小型化原子磁強(qiáng)計(jì)的研制,并利用該探頭實(shí)現(xiàn)穩(wěn)態(tài)視覺誘發(fā)電位(SSVEP)腦磁信號(hào)的精確測(cè)量;第二,提出一種新型的實(shí)驗(yàn)方法,利用一維遠(yuǎn)失諧激光實(shí)現(xiàn)超大光學(xué)厚度(OD)的冷原子量子系綜,并在該系綜下研究四波混頻(FWM)物理過程。SERF磁強(qiáng)計(jì)利用堿金屬原子自旋實(shí)現(xiàn)微弱磁場(chǎng)的精密測(cè)量,是一種新型的超高靈敏度光泵磁強(qiáng)計(jì)(OPM)。由于SERF磁強(qiáng)計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單便于小型化、低功耗、高靈敏度與穩(wěn)定性等特點(diǎn),在生物磁場(chǎng)領(lǐng)域其最有潛質(zhì)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的、造價(jià)和維護(hù)成本極高的量子超導(dǎo)干涉儀(SQUID)磁強(qiáng)計(jì)。本量子系綜主要是利用單束泵浦激光與體積為8 mm×8 mm×8 mm鉀原子氣室作用,實(shí)現(xiàn)四通道小型化原子磁強(qiáng)計(jì)。整個(gè)探頭體積為190 mm×40 mm×20 mm,主要包括光路系統(tǒng)、原子氣室、線圈系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)和信號(hào)放大四個(gè)部分。其中,我們利用高導(dǎo)熱率的熱管研制了一套新奇的無(wú)磁加熱系統(tǒng),使原子氣室加熱至160℃同時(shí)不引入額外的磁場(chǎng)噪音。本工作實(shí)現(xiàn)的磁強(qiáng)計(jì)探頭具有高梯度靈敏度(6 fT/Hz~(1/2)),能多通道測(cè)量以及高空間分辨率等特點(diǎn),能夠用于腦磁圖(MEG)和心磁圖(MCG)領(lǐng)域。另外,利用該四通道小型化原子磁強(qiáng)計(jì),我們實(shí)現(xiàn)了對(duì)SSVEP腦磁信號(hào)的測(cè)量,并分析了不同視覺刺激頻率下SSVEP腦磁信號(hào)強(qiáng)度與信噪比。本論文中實(shí)現(xiàn)的第二種新型量子系綜是大OD光阱冷原子系統(tǒng)。將磁光阱冷原子團(tuán)裝載到一維遠(yuǎn)失諧1064 nm激光光阱中,實(shí)現(xiàn)了OD為2857的量子系綜。相比于傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)方案二維磁光阱(2D-MOT),其系統(tǒng)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好、均勻好,是量子信息和非線性光學(xué)領(lǐng)域中理想的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。另外,在該新型量子系綜下,通過入射泵浦光和耦合光實(shí)現(xiàn)和分析了高效的FWM過程。實(shí)驗(yàn)中,FWM過程產(chǎn)生的斯托克斯和反斯托克斯光信號(hào)強(qiáng)度高達(dá)uW量級(jí)。相比于晶體介質(zhì),基于冷原子系綜FWM過程產(chǎn)生更窄線寬的非經(jīng)典光子對(duì)。并且,實(shí)驗(yàn)上也發(fā)現(xiàn)明顯的閾值效應(yīng),這可能是一種無(wú)反轉(zhuǎn)激光現(xiàn)象。
【學(xué)位單位】：中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院物理研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：O413;TM936
【部分圖文】：

及科學(xué)研究等領(lǐng)域是至關(guān)重要的。近年，以量子測(cè)量技術(shù)快速發(fā)展，量子磁精密測(cè)量是量子信紹磁場(chǎng)測(cè)量的研究背景和歷程以及幾種重要的內(nèi)容和結(jié)構(gòu)。和簡(jiǎn)介物理不斷深入研究和各項(xiàng)物理技術(shù)的出現(xiàn)，涌磁強(qiáng)計(jì)，如圖1.1所示。大體上，根據(jù)測(cè)量方式可量磁強(qiáng)計(jì) [22]。前者可以實(shí)現(xiàn)磁場(chǎng)矢量成分的測(cè)度大小。另外，磁強(qiáng)計(jì)也可分為固定式磁強(qiáng)計(jì)通門磁強(qiáng)計(jì)、SQUID 磁強(qiáng)計(jì)、光泵磁強(qiáng)計(jì)以及超

而是利用高速穩(wěn)壓器恒定該電壓，通過所用的反饋電壓表征磁通的變化信息。圖1.3 dc SQUID示意圖Figure 1.3 Schematic diagram of dc SQUID相比于 dc SQUID，rf SQUID 結(jié)構(gòu)中超導(dǎo)環(huán)只有一個(gè)約瑟夫森結(jié)，利用超導(dǎo)環(huán)和 LC 振蕩回路進(jìn)行耦合作用，對(duì)于不同類型的 SQUID 有詳細(xì)的描述 [28 31]，但是由于低噪音特性，一般商業(yè)上均是 dc SQUID。當(dāng)然，SQUID 磁強(qiáng)計(jì)中的超導(dǎo)需要使用液氦導(dǎo)致其造價(jià)和維護(hù)成本非常高，但是其靈敏度可達(dá) 1 fT/Hz1/2特性使得該磁強(qiáng)計(jì)是在弱磁精密測(cè)量領(lǐng)域占據(jù)著重要的地位。4

第 1 章 緒論圖1.4 I-V曲線及電壓-磁通特性Figure 1.4 I-V curve and the change in voltage allows the flux.1.2.3 光泵磁強(qiáng)計(jì)光泵磁強(qiáng)計(jì)是基于光與原子相互作用，在外磁場(chǎng)作用下氦、堿金屬銣或者銫、氮以及氫等原子產(chǎn)生塞曼劈裂為基礎(chǔ)，利用光磁共振原理實(shí)現(xiàn)磁場(chǎng)精密測(cè)量。光泵磁強(qiáng)計(jì)始于 1949 年 Bitter 提出磁共振光探測(cè)技術(shù) [32] 和 1950 年 AlfredKastler 光泵浦技術(shù) [33, 34] 的發(fā)展，1957 年 Demelt[10] 發(fā)現(xiàn)了基于磁致進(jìn)動(dòng)對(duì)光調(diào)制原理實(shí)現(xiàn)磁場(chǎng)測(cè)量的方法，同年，Bell 和 Bloom[35] 實(shí)驗(yàn)上實(shí)現(xiàn)全光型磁強(qiáng)計(jì)，證實(shí)通過偏振光的吸收對(duì)原子極化進(jìn)行測(cè)量。如圖1.5是一種典型的基于氦原子光泵磁強(qiáng)計(jì)。圖1.54He光泵磁強(qiáng)計(jì)Figure 1

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 陳正想;盧俊杰;;弱磁探測(cè)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀[J];水雷戰(zhàn)與艦船防護(hù);2011年04期

本文編號(hào)：2817065