原子磁力儀利用原子的自旋進動實現(xiàn)對磁場的探測。提高靈敏度、響應(yīng)速度、測量范圍、空間分辨率,以及降低體積和功耗是原子磁力儀一直追求的目標。最近幾十年,隨著多種關(guān)鍵技術(shù)和原理的突破,原子磁力儀各單項性能取得了顯著提高。未來一段時間,原子磁力儀在追求更高性能的同時將向著貼近實際應(yīng)用的綜合性方向發(fā)展。本研究便是圍繞提高磁力儀靈敏度的同時保持磁力儀系統(tǒng)的小型化開展的,主要包含以下幾個方面:首先搭建了一套用于制備含有多反射腔原子氣室的陽極鍵合系統(tǒng),并對鍵合系統(tǒng)的各個參數(shù)進行了研究,總結(jié)出了制作含有多反射腔原子氣室的標準化流程。研究中搭建的陽極鍵合裝置結(jié)構(gòu)簡單,制作流程標準化。因此很容易被復(fù)制和推廣,預(yù)期具有一定的應(yīng)用潛力。此后,我們將標準化制作的含多反射腔的原子氣室應(yīng)用于標量磁力儀（scalar magnetometer）中。標量磁力儀有較大的探測帶寬和動態(tài)范圍,但受限于原子的弛豫時間,其探測的靈敏度還有提升的空間。利用厘米量級的含有多反射腔的原子氣室,我們在閉環(huán)工作模式下將標量磁力儀探測靈敏度提高到了 50fT/Hz1/2以內(nèi)。最后,我們利用多反射腔和雙Bell-Bloom抽運相結(jié)合的方法實現(xiàn)了... 

【文章來源】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)安徽省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：98 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

圖１．１?８ＳＲｂ原子能級結(jié)構(gòu)圖??原子在各塞曼子能級之間的磁偶極躍遷時需服從選擇定則ＡｍＦ?＝?０，?±?１

?第１章緒論???Ｂ八??一一???ｃ?－－；＞??〇）Ｌ?＇＇?，??／??科／?、丨??＇、、、、一ｙ??圖１．２原子磁矩在外磁場作用下的拉莫進動??如果在垂直于磁場Ｂ的方向上外加一個頻率為拉莫進動頻率的交變磁場，??就會驅(qū)動原子在不同塞曼能級間的躍遷，這種現(xiàn)象就稱為磁共振現(xiàn)象。這個現(xiàn)象??可以用經(jīng)典的阻尼振子的受迫振動模型來解釋，當射頻場的頻率等于振子的固有??頻率時，振子對射頻場的響應(yīng)最強，此時對應(yīng)的就是能級躍遷的共振現(xiàn)象。??１．?１．?３光栗浦與原子極化過程??在熱平衡狀態(tài)下，處于外磁場環(huán)境下的原子各塞曼子能級粒子數(shù)服從玻爾茲??曼分布??（１．２）??Ｎ２?ｋＢＴ?Ｋ?｝??式中，ｍＦ為磁量子數(shù)，為朗德因子，為玻爾磁子，／＾為玻爾茲曼常數(shù)，ｒ為??開氏溫度。在常溫、弱磁場下，上式中的Ａ￡ｙ（ｆｃＢｒ）很小，。可以看到此??時各塞曼子能級上的粒子數(shù)分布差異非常小，原子極化度很低，與原子極化對應(yīng)??的信號很難被探測到。??為了增大原子的極化度，上世紀５０年代法國物理學(xué)家Ａｌｆｒｅｄ?Ｋａｓｔｌｅｒ和Ｊｅａｎ??４??

?第１章緒論???速退激發(fā)。由于有淬滅氣體的存在，激發(fā)態(tài)原子返回基態(tài)各塞曼子能級的概率相??等，均變?yōu)椋保病４藭r有：??ｊｔｐ．?＝?－Ｒｐ．＋ｊＲｐ．?ｊｔｐ＋＝＼Ｒｐ．?（１．５）??可得ｐ＿（ｔ）?＝?ｅ＿Ｒｔ／２／２，電子極化度Ｐ?＝?ｌ－ｆＲｔ／２。對于義個原子，全部抽運到??ｍ?＝?＋１／２態(tài)上需要的光子數(shù)為：??＝?［?ＲＮａｐｄｔ?＝?Ｎａ?（１．６）??對于堿金屬原子的Ｄ２躍遷，能級圖如圖１．４所示。當有淬滅氣體存在且考??慮到ＣＧ系數(shù)的影響時，有：??＾Ｐ－?＝?￣Ｒｐ￣?＋－（Ｒｐ￣?＋?３／？ｐ＋）?（１．７）??石?ｐ＋＝－３／？ｐ＋＋?３／？ｐ＋）?（１．８）??解方程可得，??⑴＝卜?Ｐ?＝?－＾ｌ－ｅ￣２Ｒｔ）?（１．９）??達到平衡時，產(chǎn)生的極化度Ｐ?＝－１／２。所以抽運一般采用Ｄ１躍遷，而不是Ｄ２??躍遷。??ｍ’＝－３／２?ｍ，＝?—?１／２?ｍ＾＋１／２?ｍ’＝＋３／２??退激發(fā)??退激發(fā)??Ｌ／??ｍ＝－ｌ／２?ｍ＝＋ｌ／２??圖１．４堿金屬原子Ｄ２線抽運過程??前面的討論都沒有考慮基態(tài)原子塞曼子能級間的弛豫現(xiàn)象。當存在自旋弛豫??時，電子自旋的極化度取決于光泵浦的速率和基態(tài)能級間的弛豫速率最??終達到一個平衡狀態(tài)。此時電子的極化度??６??

【參考文獻】：
期刊論文
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博士論文
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碩士論文
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本文編號：2899721