隨著現(xiàn)代社會對磁場測量的需求,各種磁力計都快速發(fā)展,其中原子磁力計由于其易于小型化和靈敏度高的優(yōu)點脫穎而出。以往原子磁力計體積較大,不能隨身攜帶,不適合用于室外磁場測量。從實用的角度考慮,原子磁力計在保持高靈敏度的同時還需要進一步減小體積。為此,我們做了如下研究:1.在原子磁力計實驗中,磁場測量往往需要多路激光,而一般常用的商業(yè)激光器及其鎖頻裝置的體積都比較大,所以減小光源的相關(guān)部件體積是原子磁力計小型化的重要途徑。我們利用分布式布拉格反射激光管搭建了體積僅為2.9cm×4.2 cm×4.2 cm的小型激光器,激光器的最大光功率為117 mW,其功率每12小時慢漂0.6%,在無需外部頻率鎖定時,通過溫度控制器控制波長,輸出光場的波長漂移為24小時0.0599)8)/℃。2.將搭建后的小型半導(dǎo)體激光器嵌入到原子磁力計系統(tǒng)中,并分析激光器的光場噪聲和頻率漂移對磁場靈敏度的影響。實驗結(jié)果表明,小型半導(dǎo)體激光器的頻率抖動對磁力計靈敏度的影響較小,該原子磁力計磁場測量的靈敏度約為10 fT/（?）,滿足高靈敏度磁力計測量的需求。我們的工作對原子磁力計小型化進行了實驗探索,為原子磁力計便攜化提供了... 

【文章來源】：華東師范大學(xué)上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：60 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

Mx磁力計的基本原理圖

華東師范大學(xué)碩士學(xué)位論文5量，為原子自旋在外磁場中的拉莫爾進動頻率。為，=||(2.0.1)其中為旋磁比。探測光是一束遠失諧的線偏振光。當(dāng)探測光經(jīng)過原子池后，其相位，振幅，偏振方向等由于原子的調(diào)制作用都會發(fā)生相應(yīng)變化。通過測量其頻率變化便可得到，利用公式便可知道磁場信息。2.1原子磁力計的發(fā)展在19世紀(jì)末，Corbino和Macaluso發(fā)現(xiàn)堿金屬原子在外磁場下的吸收譜線附近有明顯的共振結(jié)構(gòu)，該現(xiàn)象被稱為Farady效應(yīng)[15-17]。Farady效應(yīng)的原理如圖2.2所示[18-20]。我們以最簡單的二能級結(jié)構(gòu)為例，其中和F分別為激發(fā)態(tài)和基態(tài)的總角動量。我們可以對線偏振光進行分解，分解出左旋光和右旋光，并將其射入到原子介質(zhì)中，使其發(fā)生=±1的躍遷。在無外加磁場時，原子能級簡并，原子介質(zhì)對左旋光和右旋光的折射率相同，其原理如圖2.2（a）所示。在有外加磁場時，原子能級發(fā)生劈裂，原子介質(zhì)對左旋光和右旋光的折射率不相同，其原理如圖2.2（b）所示。因為原子介質(zhì)的折射率不同，會導(dǎo)致左旋光和右旋光在原子介質(zhì)中的傳播速度不同，在離開原子介質(zhì)后，兩束光合成新的線偏振光，其偏振方向與入射的線偏振光的偏振方向之間有一定夾角，圖2.2：Farady效應(yīng)在基態(tài)F=1到激發(fā)態(tài)F=0的躍遷原理圖。其中圖（a）為無外加磁場時的躍遷，其中圖（b）為有外加磁場時的躍遷。

華東師范大學(xué)碩士學(xué)位論文6=()≈41+4(2.1.1)其中為左旋光在原子介質(zhì)中的折射率，為右旋光在原子介質(zhì)中的折射率，為原子介質(zhì)的長度，為光的波長，為朗德因子，為外加磁場強度，為原子激發(fā)態(tài)的衰減幾率，為普朗克常量，為吸收長度，4/為隨磁場變化的線寬。在1950年，Kastler提出用圓偏振光替代線偏振光來極化原子的想法[21]。后來Bell,Dehmelt,Bloom在實驗上實現(xiàn)了該想法，我們將圓偏振光注入的磁力計稱之為非線性磁光旋轉(zhuǎn)的磁力計。其原理主要是通過測量出射光場的光強大小或者光場的偏振方向，從而測量出圓偏振光極化原子后帶來的各向異性。在1989年，Barkov利用非線性磁光旋轉(zhuǎn)的磁力計發(fā)現(xiàn)在磁場強度為0的附近有三種磁共振信號，如圖2.3所示[22,23]。這三種磁共振信號分別為線性磁光旋轉(zhuǎn)、Bennett結(jié)構(gòu)和Transit結(jié)構(gòu)，其中線性磁光旋轉(zhuǎn)的線寬最寬，Bennett結(jié)構(gòu)次之，Transit結(jié)構(gòu)的線寬最窄[24,25]。圖2.3：線性及非線性磁光旋轉(zhuǎn)示意圖[22,23]。2.2原子磁力計的基本原理原子磁力計主要是利用光場使原子發(fā)生泵浦來產(chǎn)生磁矩，從而測量磁場信號。原子磁力計的基本原理主要是原子與磁場之間的作用和原子與光場的之間的作

【參考文獻】：
期刊論文
[1]磁場測量技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用[J]. 車曉芳.  湖北科技學(xué)院學(xué)報. 2014(10)
[2]原子磁力儀研究進展[J]. 晉芳,楊宇山,鄭振宇,魯永康,張昌達.  地球物理學(xué)進展. 2011(03)
[3]磁場測量方法及其應(yīng)用[J]. 胡苗苗,劉海順,李端明,王懷軍.  現(xiàn)代物理知識. 2008(04)
[4]磁場測量儀器及其發(fā)展趨勢[J]. 李大明.  電測與儀表. 1983(06)

碩士論文
[1]DBR激光器控制技術(shù)及其在PON-ONU的應(yīng)用[D]. 李程.華中科技大學(xué) 2018
[2]可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器波長檢測與控制的研究[D]. 林屹.華中科技大學(xué) 2015



本文編號：3584042