本文關(guān)鍵詞：超高靈敏度K-SERF原子磁強計研發(fā)

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【摘要】：磁場探測有著很長的歷史。弱磁探測是磁場探測中的重要分支,被廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)、軍事、工業(yè)生產(chǎn)、礦產(chǎn)開采以及基礎(chǔ)物理研究領(lǐng)域。近年來,超導(dǎo)量子干涉儀(Supercon-ducting quantum interfere device,SQUID)靈敏度能夠達(dá)到1 fT/Hz-1/2,使其成為最靈敏的弱磁探測器。然而,SQUID磁強計需要在超導(dǎo)狀態(tài)下工作,而超導(dǎo)裝態(tài)的獲得需要昂貴的制冷設(shè)備,這導(dǎo)致其無法廣泛使用。本文主要研究了基于無自旋交換弛豫(spin-exchange relaxation-free,SERF)理論搭建的新型原子磁強計,無需使用高昂的制冷設(shè)備即可以低成本獲得超高靈敏度,理論靈敏度可達(dá)0.01 fT/Hz-1/2。目前最高單通道靈敏度是美國普林斯頓大學(xué)Romalis小組實現(xiàn)的1 fT/Hz-1/2.最終本文實現(xiàn)原子磁強計單通道靈敏度8fT/Hz-1/2,屬于目前國內(nèi)最高靈敏度。本文成果如下：一、探測光大失諧情況下的頻率穩(wěn)定直接影響最終信號的強度和穩(wěn)定。通過在Lab-VIEW系統(tǒng)搭建虛擬PID進行激光鎖頻,最終實現(xiàn)激光鎖頻精度為100 MHz(受限于波長計)。二、在無磁和高溫的環(huán)境下,氣室的固定是很棘手的問題。最終采用氮化硼和四氟乙烯作為制作材料,實現(xiàn)了溫度和光路的穩(wěn)定。三、由于原子磁強計需在無磁環(huán)境下工作。最終實現(xiàn)了實測剩磁1 nT的無磁環(huán)境,其屏蔽效能達(dá)105。四、利用PID反饋實現(xiàn)了溫度精確控制,溫度控制精度達(dá)0.01℃(受限于測溫計)。并且,基于LabVIEW實現(xiàn)了溫度可視化。五、早期實驗系統(tǒng)手動控制過多造成實驗不便。本文采用LabVIEW平臺實現(xiàn)了實驗測量和數(shù)據(jù)采集的自動化。六、驗證了SERF機制和非SERF機制的拉莫爾進動頻率的關(guān)系,并且給出SERF機制下原子磁強計的靈敏度。
【關(guān)鍵詞】：拉莫爾進動 無自旋交換弛豫 虛擬儀器
【學(xué)位授予單位】：云南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TM936
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-7
• 第一章 引言7-13
• 1.1 緒論7-8
• 1.2 磁強計的研究現(xiàn)狀8-12
• 1.2.1 磁通門磁力儀8-9
• 1.2.2 質(zhì)子旋進磁力儀9-10
• 1.2.3 He-3與He-4磁強計10
• 1.2.4 SQUID磁強計10-11
• 1.2.5 堿金屬(銣、銫和鉀)磁強計11-12
• 1.3 超高靈敏度K-SERF原子磁強計的研究12-13
• 第二章 SERF理論13-27
• 2.1 原子磁強計13-16
• 2.1.1 光學(xué)原子磁強計13-14
• 2.1.2 自旋交換碰撞和SERF機制14-16
• 2.2 SERF原子磁強計16-23
• 2.2.1 光學(xué)泵浦18-19
• 2.2.2 由于混合氣體和探測吸收造成的自旋弛豫19-20
• 2.2.3 擴散20-21
• 2.2.4 拉莫爾進動21
• 2.2.5 布洛赫方程和穩(wěn)態(tài)響應(yīng)21-22
• 2.2.6 探測法拉第旋角22-23
• 2.3 激光參數(shù)的空間獨立性23-27
• 2.3.1 高斯光束的空間傳播24
• 2.3.2 探測光的縱向傳播24-25
• 2.3.3 泵浦光的縱向傳播25-27
• 第三章 原子磁強計的實驗裝置27-41
• 3.1 實驗光路與對激光器的要求27-30
• 3.2 原子磁探頭30-32
• 3.3 磁屏蔽32-34
• 3.4 溫控系統(tǒng)34-37
• 3.5 自動化實驗記錄系統(tǒng)37-41
• 第四章 數(shù)據(jù)收集和分析41-47
• 4.1 磁強計工作與DC模式41-42
• 4.2 消除剩余磁場42
• 4.3 實驗觀測SERF機制和標(biāo)定原子磁計靈敏度42-47
• 4.3.1 實驗觀測SERF機制42-45
• 4.3.2 標(biāo)定原子磁強計靈敏度45-47
• 第五章 總結(jié)與展望47-49
• 參考文獻49-55
• 攻讀碩士學(xué)位期間完成的科研成果55-57
• 致謝57

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本文編號：518533