近年來(lái),原子微波測(cè)量由于其具有將微波量與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)單位聯(lián)系起來(lái)的潛力,而成為國(guó)際研究熱點(diǎn)之一。由此相繼誕生了基于不同量子測(cè)量原理的原子微波電場(chǎng)計(jì)、原子微波磁場(chǎng)計(jì)和原子微波功率標(biāo)準(zhǔn)等。原子微波探測(cè)技術(shù)把電磁波的場(chǎng)強(qiáng)通過(guò)基本物理常量與拉比頻率Ω直接聯(lián)系起來(lái),為電磁量的國(guó)際單位制溯源提供了基礎(chǔ)。這種新型微波測(cè)量技術(shù)的最大優(yōu)勢(shì)在于不需要校準(zhǔn),且其理論測(cè)量精度遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)技術(shù)。本學(xué)位論文基于原子拉比共振理論開(kāi)發(fā)了一種頻率連續(xù)可調(diào)的寬帶微波磁場(chǎng)探測(cè)技術(shù),重點(diǎn)研究了該技術(shù)的工作原理,并將其用于微波器件的寬帶特性評(píng)估。研究?jī)?nèi)容主要包括如下四個(gè)部分:首先,根據(jù)原子拉比共振理論給出了未知微波磁場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)測(cè)量模型。原子微波場(chǎng)探測(cè)器是量子物理和經(jīng)典物理相結(jié)合的產(chǎn)物,其研制開(kāi)發(fā)牽涉到靜場(chǎng)、微波場(chǎng)、光場(chǎng)與原子互作用等多個(gè)物理過(guò)程�；诖�,本文介紹了磁場(chǎng)對(duì)原子的影響,建立了原子拉比頻率Ω與待測(cè)微波磁場(chǎng)強(qiáng)度B的關(guān)系,并重點(diǎn)闡述了本論文所用的原子拉比共振理論和基于該理論導(dǎo)出的微波場(chǎng)測(cè)量模型。這一模型的基本工作原理在于,二能級(jí)原子與相位調(diào)制微波場(chǎng)之間的相互作用可引起基態(tài)原子發(fā)生拉比共振,共振信號(hào)振幅的幅度是調(diào)制頻率ω的函數(shù),這... 

【文章來(lái)源】：電子科技大學(xué)四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

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【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

原子微波電場(chǎng)計(jì)所用的能級(jí)圖和實(shí)驗(yàn)裝置

16(b)圖 2-2 銫原子躍遷頻率與靜磁場(chǎng)的關(guān)系。(a)靜磁場(chǎng)中的π躍遷；(b)靜磁場(chǎng)中的σ躍遷如上分析，借由銫原子躍遷頻率在靜磁場(chǎng)作用下的連續(xù)可調(diào)性，我們可以實(shí)續(xù)可調(diào)的寬帶微波磁場(chǎng)探測(cè)。與此同時(shí)，由于原子探測(cè)器具有頻率選擇特性，我們不僅可以探測(cè)已知頻率微波場(chǎng)，也可以探測(cè)未知頻率場(chǎng)。其基本原理已包前述理論討論中，即當(dāng)目標(biāo)微波場(chǎng)頻率未知時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)靜磁場(chǎng)使得微波-原振，記錄共振時(shí)刻的靜磁場(chǎng)值，并根據(jù) Breit-Rabi 公式計(jì)算出原子躍遷頻率，到了未知微波場(chǎng)的工作頻率。故原子探測(cè)器除可以測(cè)量微波場(chǎng)強(qiáng)外，同時(shí)兼具儀的部分功能。

第三章 原子微波磁場(chǎng)探測(cè)器的實(shí)現(xiàn)原子氣室一般由石英或派克斯玻璃等介電材料制作而成，其對(duì)目標(biāo)場(chǎng)的擾于傳統(tǒng)金屬探頭[13,14,25]。目前堿金屬原子氣室已廣泛應(yīng)用于多種類(lèi)型的原子物理裝置中，如陀螺儀共振[93]、磁力儀[94,95]、材料分析[96,97]、原子鐘[98]和醫(yī)學(xué)磁共振成像等[99型化甚至微加工的氣室近年來(lái)也一直在不斷被研究和改進(jìn)，氣室尺寸已幾毫米量級(jí)，甚至可以做到更小。伴隨這一氣室加工工藝的進(jìn)步，小型化級(jí)的原子鐘、靜磁場(chǎng)磁力儀和射頻場(chǎng)磁力儀應(yīng)運(yùn)而生[101-103]。特別是可以一個(gè)“點(diǎn)”的微氣室的應(yīng)用，使得對(duì)場(chǎng)的空間分布信息測(cè)量成為可能[46]本論文采用銫原子(Csatoms)作為工作物質(zhì)，其熔點(diǎn)為28.5°C�；趯�(shí)驗(yàn)設(shè)子氣室要放置于截面為 22.86 mm × 10.16 mm 的 X 波段微波腔中，這對(duì)寸提出了要求。同時(shí)，氣室也不能過(guò)小，否則熱量無(wú)法通過(guò)腔壁傳導(dǎo)至銫設(shè)計(jì)加工的氣室如下圖所示，其直徑約為 20 mm，高度約為 10 mm。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]Microwave interrogation cavity for the rubidium space cold atom clock[J]. 任偉,高源慈,李唐,呂德勝,劉亮.  Chinese Physics B. 2016(06)
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[3]Design and test of the microwave cavity in an optically-pumped Rubidium beam frequency standard[J]. 劉暢,王延輝.  Chinese Physics B. 2015(01)
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博士論文
[1]小型光抽運(yùn)銫束原子頻率標(biāo)準(zhǔn)關(guān)鍵技術(shù)研究[D]. 李孝峰.中國(guó)科學(xué)院研究生院（國(guó)家授時(shí)中心） 2015
[2]高頻和微波功率基準(zhǔn)及其應(yīng)用研究[D]. 劉欣萌.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2007



本文編號(hào)：3213162