原子磁力儀的基本工作原理是通過光泵浦將原子極化,并通過檢測自旋極化的拉莫爾進動來完成磁場探測,其中用來極化原子的泵浦激光起到了重要作用。自由運轉(zhuǎn)的激光器由于受環(huán)境的影響,其頻率隨時間抖動,從而導(dǎo)致原子磁力儀輸出的波動。本文首先在理論上推導(dǎo)了Bell-Bloom磁力儀輸出與泵浦光頻率波動的關(guān)系,其次采用基于雙AOM移頻的差分探測法實現(xiàn)系統(tǒng)穩(wěn)頻,并自行設(shè)計了自動鎖頻算法且對其進行了實驗驗證,結(jié)果表明可使系統(tǒng)穩(wěn)定在工作零點。穩(wěn)頻前頻率的抖動均方根約為28.02 MHz,通過雙AOM穩(wěn)頻模塊后激光頻率抖動均方根減小到0.12 MHz。通過激光頻率的變化反推到銫原子磁力儀中,測得閉環(huán)的等效輸出噪聲為0.012 pT。 

【文章來源】：儀器儀表學(xué)報. 2020,41(10)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

Bell-Bloom磁強計測試原理

AOM可使激光移頻,當(dāng)AOM外部施加電場時,在聲光介質(zhì)內(nèi)部會產(chǎn)生固定頻率的超聲場,從而使得介質(zhì)的折射率發(fā)生周期性的改變,此時可將聲光介質(zhì)視為相位光柵;光線通過此相位光柵之后發(fā)生衍射,當(dāng)滿足布拉格衍射條件時,出射的一級衍射光會在原輸入頻率上疊加或減小一個超聲頻率,從而實現(xiàn)聲光移頻[16]。激光在經(jīng)過AOM左右移頻后會產(chǎn)生-1級衍射光和+1級衍射光。左右移頻后的原子吸收曲線如圖2所示,兩吸收曲線分別相對初始吸收譜線左右移動Δν,且Δν=ν0-ν1=ν2-ν0。2.2 鑒頻曲線的產(chǎn)生

將各參數(shù)代入到式(10)中,并利用Mathematica軟件得到鑒頻曲線的仿真結(jié)果如圖3所示。對于銫原子磁力儀選取D1線上的(F=3→F′=3和 F=3→F′=4)兩個超精細(xì)躍遷過程,得到的鑒頻曲線是兩條呈洛倫茲色散型的曲線。根據(jù)鑒頻曲線的斜率大小,我們選擇將激光頻率鎖定在F=3→F′=4鑒頻曲線線性段斜率最大值處,即激光器工作的零點。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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本文編號：3124162