真空雙折射是光在真空中穿過與光傳播方向垂直的電場或磁場時,由于真空極化而發(fā)生雙折射的現(xiàn)象。通過檢測光通過外加磁場后偏振狀態(tài)的變化就可以檢測真空雙折射的發(fā)生。由于效應(yīng)微弱,作為量子電動力學(xué)的重要預(yù)言之一,真空雙折射現(xiàn)象至今為止尚未由宏觀實驗直接觀測到。實驗中需要使用高靈敏度的偏振檢測裝置,同時使用諧振腔使光在磁場區(qū)域多次往返以累積效應(yīng)來實現(xiàn)對真空雙折射效應(yīng)的觀測。我們結(jié)合目前實驗室以及國際上已有的研究,成功研制了一套用于真空雙折射實驗的高靈敏度偏振儀。該偏振儀采用了光彈調(diào)制和待測偏振態(tài)調(diào)制組合的雙調(diào)制方案,在對信號進行調(diào)制的同時,也避開了低頻噪聲對實驗結(jié)果的影響。同時開發(fā)了一套基于數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的數(shù)字解調(diào)系統(tǒng),該解調(diào)系統(tǒng)的噪聲本底達到了2.4×10-8V/Hz1/2,滿足了我們實驗的需求。在實驗過程中,我們重點研究了光彈調(diào)制器的溫度噪聲,光彈調(diào)制幅度的優(yōu)化等問題。在經(jīng)過光彈調(diào)制器的溫度調(diào)制實驗之后,我們確定了信號會受到溫度的影響,在此基礎(chǔ)上我們設(shè)計了光彈調(diào)制器的主動控溫系統(tǒng),成功將溫度波動控制在lmK之內(nèi),顯著減少了溫度對噪聲的影響。通過對激光和PD中各項主要噪聲的分析,我們發(fā)現(xiàn)了偏振角度... 

【文章來源】：華中科技大學(xué)湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：69 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

各個真空雙折射實驗給出的CMk系數(shù)上限，圖中的誤差取1置信水平

圖 1-3 偏振儀測量雙折射(左)和干涉儀測量雙折射(右)示意圖考慮到真空雙折射效應(yīng)及其微弱，只依靠提高偏振儀的靈敏度幾乎不可能，因此需要在系統(tǒng)中加入以下部分：在光路中加入兩面鏡子組成諧振腔以使射的效果多次疊加；將磁鐵旋轉(zhuǎn)起來，以和直流項分離提高信噪比；同時將調(diào)制至高頻，以避開探測器和激光在低頻處的噪聲�；谝陨系脑O(shè)計思路和考慮，我們參考 PVLAS 方案[17]設(shè)計了真空雙折射實主要原理如圖 1-4 所示。主要的組成部分就是偏振儀和 F-P 腔。偏振儀的主分是起偏器(Polarizer)、檢偏器(Analyzer)和光彈調(diào)制器(PEM，Photo-Edulator)，在起偏器和光彈調(diào)制器中間是旋轉(zhuǎn)的強磁場，可以產(chǎn)生交流的雙折再用光彈調(diào)制器將頻率二次調(diào)制至高頻，避開低頻處的噪聲，獲得較高的信噪同時，以上的裝置僅可以降低噪聲，但是不足以觀測到雙折射信號。因此，側(cè)添加高反射率的鏡子 M1 和 M2 組成 F-P 腔，使偏振光在磁場區(qū)域多次度

圖 1-4 雙折射實驗(設(shè)計)的原理圖 真空雙折射實驗現(xiàn)狀目前國際上有三個小組正在進行真空雙折射實驗：PVLAS，Q&A 以及 BM前已經(jīng)實施的實驗方案中，都采用了測量光偏振態(tài)改變的方法(即偏振儀)測折射，具體的實驗細(xì)節(jié)則有所不同，具體參數(shù)如表 1-2 所示，接下來我們會不同的參數(shù)對實驗的影響。首先是使用的磁鐵不同：BMV 使用的是超導(dǎo)磁鐵，而剩下兩個小組使用的轉(zhuǎn)的永磁鐵。這兩種磁鐵的區(qū)別在于：超導(dǎo)磁鐵可以達到很高的磁場強度(~1鐵最大磁場強度為 2.5T 左右，永磁鐵的作用范圍長度較長，而超導(dǎo)磁鐵的很小，綜合來說超導(dǎo)磁鐵的磁場有效作用長度要更勝一籌(磁場有效長度2 dL計算，具體數(shù)值見表 1-2 所示)，同時超導(dǎo)磁鐵的調(diào)制頻率可以達到百赫

【參考文獻】：
碩士論文
[1]真空雙折射效應(yīng)[D]. 陳旻.華中科技大學(xué) 2007
[2]平面偏振光微小偏轉(zhuǎn)角的精密測量[D]. 徐麗珊.華中科技大學(xué) 2006



本文編號：3089400