【摘要】：高靈敏度磁場測量在基礎(chǔ)物理、磁異常探測及生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域有重要的應(yīng)用。用于測量磁場的儀器叫做磁力儀。磁力儀種類繁多,其中,由于靈敏度高、使用維護(hù)方便等優(yōu)勢,原子磁力儀得到了廣泛的應(yīng)用。原子磁力儀是一種基于Zeeman效應(yīng)來測量磁場的儀器,其工作過程中涉及到對(duì)原子自旋狀態(tài)的操控。一種常用的用于操控原子自旋狀態(tài)的技術(shù)是磁場調(diào)制技術(shù),這種技術(shù)可以用于抑制原子磁力儀低頻噪聲、拓展現(xiàn)有原子磁力儀工作模式。磁共振磁力儀方案是一種常用的原子磁力儀方案。在這種方案中,施加的磁場包含靜態(tài)偏置磁場以及與之垂直、在Larmor頻率處振蕩的驅(qū)動(dòng)磁場。其中,原子極化矢量繞偏置磁場做Larmor進(jìn)動(dòng)。本文主要研究對(duì)上述偏置磁場進(jìn)行磁場參量調(diào)制時(shí)的共振條件以及自旋進(jìn)動(dòng)的變化,并討論這種調(diào)制方案潛在的應(yīng)用價(jià)值。通過微擾求解Bloch方程以及在鉀原子磁力儀中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,我們發(fā)現(xiàn)當(dāng)驅(qū)動(dòng)磁場的頻率與Larmor頻率間的失諧量為參量調(diào)制頻率的諧頻時(shí),系統(tǒng)也會(huì)發(fā)生共振。此外,在原子極化矢量的進(jìn)動(dòng)中可觀測到一系列以驅(qū)動(dòng)頻率為中心,間隔為參量調(diào)制頻率的頻率邊帶,且通過改變參量調(diào)制幅度與頻率的比值,能夠控制這些頻率邊帶的幅度。這些特性能應(yīng)用于原子磁力儀信號(hào)頻率搬移、矢量磁探測及磁場線圈頻率響應(yīng)標(biāo)定等方面。
【圖文】：

國防科技大學(xué)研究生院碩士學(xué)位論文磁共振效應(yīng)可以實(shí)現(xiàn)地磁環(huán)境下（2 × 104 1 × 105n此它被廣泛應(yīng)用于礦藏探測、磁異常探測等方面。圖理示意。通常的磁共振方案中包含一個(gè)幅度較大的緩較小的交變驅(qū)動(dòng)磁場2Bacos (ωt)，，兩磁場的方向相互原子系綜首先會(huì)形成沿B0方向的極化矢量M′0；而后矢量有繞驅(qū)動(dòng)磁場進(jìn)動(dòng)的趨勢，但在弛豫效應(yīng)以及偏到穩(wěn)態(tài)時(shí)極化矢量與B0保持固定的夾角，并繞其以動(dòng)磁場的頻率等于原子磁矩在磁場B0下的 Larmor 進(jìn)的角度達(dá)到最大，系統(tǒng)達(dá)到共振狀態(tài)。由于共振時(shí)的幅度，因此利用這種效應(yīng)，既可以在2Bacos (ωt) 受控0幅度的探測，形成標(biāo)量磁力儀 [10]，又可以在 B0受rmor 頻率附近震蕩磁場的探測，形成射頻場（RF）磁

用超導(dǎo)量子干涉儀組成的磁力儀陣列進(jìn)行磁場探測，但近期原子磁力儀達(dá)到了與超導(dǎo)量子干涉儀相當(dāng)?shù)撵`敏度，且使用更加方便，因此有望代替超導(dǎo)量子干涉儀。為了直觀的對(duì)比超導(dǎo)量子干涉儀和原子磁力儀，圖2.8和圖2.9分別展現(xiàn)了超導(dǎo)量子干涉儀和原子磁力儀在腦磁圖應(yīng)用的使用場景，其中圖2.8中患者頭頂?shù)拇髨A柱體內(nèi)放置有超導(dǎo)量子干涉儀陣列，而圖2.9中患者佩戴了用于固定原子磁力儀陣列的外殼，其中的紅圈標(biāo)記出了一個(gè)原子磁力儀探頭。由于超導(dǎo)器件的工作需要維持在超低溫環(huán)境下，涉及到對(duì)超低溫冷卻液體的存儲(chǔ)、與患者的隔離等復(fù)雜的工程性問題，其探測器結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積巨大且不便移動(dòng)，限制了使用效率 [29]。相對(duì)而言，原子磁力儀不需要超低溫冷卻，使用方便且可穿戴 [49]，可以用于對(duì)患者狀態(tài)的長期觀察
【學(xué)位授予單位】：國防科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TH823;TN761;O441.2

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本文編號(hào)：2680182