近年來,原子微波測量由于其具有將微波量與國際標準單位聯(lián)系起來的潛力,而成為國際研究熱點之一。由此相繼誕生了基于不同量子測量原理的原子微波電場計、原子微波磁場計和原子微波功率標準等。原子微波探測技術把電磁波的場強通過基本物理常量與拉比頻率Ω直接聯(lián)系起來,為電磁量的國際單位制溯源提供了基礎。這種新型微波測量技術的最大優(yōu)勢在于不需要校準,且其理論測量精度遠高于傳統(tǒng)技術。本學位論文基于原子拉比共振理論開發(fā)了一種頻率連續(xù)可調(diào)的寬帶微波磁場探測技術,重點研究了該技術的工作原理,并將其用于微波器件的寬帶特性評估。研究內(nèi)容主要包括如下四個部分:首先,根據(jù)原子拉比共振理論給出了未知微波磁場的場強測量模型。原子微波場探測器是量子物理和經(jīng)典物理相結合的產(chǎn)物,其研制開發(fā)牽涉到靜場、微波場、光場與原子互作用等多個物理過程�；诖�,本文介紹了磁場對原子的影響,建立了原子拉比頻率Ω與待測微波磁場強度B的關系,并重點闡述了本論文所用的原子拉比共振理論和基于該理論導出的微波場測量模型。這一模型的基本工作原理在于,二能級原子與相位調(diào)制微波場之間的相互作用可引起基態(tài)原子發(fā)生拉比共振,共振信號振幅的幅度是調(diào)制頻率ω的函數(shù),這... 

【文章來源】：電子科技大學四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：116 頁

【學位級別】：博士

【部分圖文】：

原子微波電場計所用的能級圖和實驗裝置

16(b)圖 2-2 銫原子躍遷頻率與靜磁場的關系。(a)靜磁場中的π躍遷；(b)靜磁場中的σ躍遷如上分析，借由銫原子躍遷頻率在靜磁場作用下的連續(xù)可調(diào)性，我們可以實續(xù)可調(diào)的寬帶微波磁場探測。與此同時，由于原子探測器具有頻率選擇特性，我們不僅可以探測已知頻率微波場，也可以探測未知頻率場。其基本原理已包前述理論討論中，即當目標微波場頻率未知時，通過調(diào)節(jié)靜磁場使得微波-原振，記錄共振時刻的靜磁場值，并根據(jù) Breit-Rabi 公式計算出原子躍遷頻率，到了未知微波場的工作頻率。故原子探測器除可以測量微波場強外，同時兼具儀的部分功能。

第三章 原子微波磁場探測器的實現(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，其對目標場的擾于傳統(tǒng)金屬探頭[13,14,25]。目前堿金屬原子氣室已廣泛應用于多種類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)學磁共振成像等[99型化甚至微加工的氣室近年來也一直在不斷被研究和改進，氣室尺寸已幾毫米量級，甚至可以做到更小。伴隨這一氣室加工工藝的進步，小型化級的原子鐘、靜磁場磁力儀和射頻場磁力儀應運而生[101-103]。特別是可以一個“點”的微氣室的應用，使得對場的空間分布信息測量成為可能[46]本論文采用銫原子(Csatoms)作為工作物質，其熔點為28.5°C�；趯嶒炘O子氣室要放置于截面為 22.86 mm × 10.16 mm 的 X 波段微波腔中，這對寸提出了要求。同時，氣室也不能過小，否則熱量無法通過腔壁傳導至銫設計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】：
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)
[2]基于里德堡原子的電場測量[J]. 黃巍,梁振濤,杜炎雄,顏輝,朱詩亮.  物理學報. 2015(16)
[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)
[4]用于光抽運銫束頻標的袖珍半導體激光鎖頻系統(tǒng)[J]. 王鳳芝,楊東海,王義遒.  計量學報. 1994(02)

博士論文
[1]小型光抽運銫束原子頻率標準關鍵技術研究[D]. 李孝峰.中國科學院研究生院（國家授時中心） 2015
[2]高頻和微波功率基準及其應用研究[D]. 劉欣萌.哈爾濱工業(yè)大學 2007



本文編號：3213162