激光對銫原子磁力儀靈敏度影響.pdf

1、微弱磁場精確探測技術在許多方面,如醫(yī)學、軍事、地球物理和工業(yè)中,都有著不可替代的重要作用。提高磁力儀的靈敏度成為了自上個世紀50年代以來科研工作者一直努力的方向。60年代,人們以約瑟夫森效應為理論基礎利用超導材料制成了超導量子磁力儀,其測量靈敏度極高,可以達到10-15T·Hz-1/2,但其不足也非常明顯,要求在液氮的低溫環(huán)境下才能工作。用Cs原子作為工作物質,在100℃左右的溫度下就可以實現(xiàn)無自旋交換弛豫(Self-Exchange

2、Relaxation-Free,SERF)原子磁力儀。
　　 本論文用唯像理論分析了在SERF-Cs原子磁力儀中,原子橫向弛豫及線寬與緩沖氣體He的壓強及Cs泡溫度之間的變化曲線。通過對曲線進行分析,給出了實現(xiàn)SERF-Cs原子磁力儀最佳工作參數(shù),即在Cs泡溫度為105℃,緩沖氣體He的壓強為600Torr的條件下,SERF-Cs原子磁力儀譜線的極限寬度為24.2Hz。由于SERF-Cs原子磁力儀是利用已被極化的電子自旋來測量弱

3、磁場,因此泵浦和檢測強度制約著其測量靈敏度。這樣就需要尋找到最佳泵浦光光強和檢測光光強,通過數(shù)值計算得出泵浦光強和檢測光光強分別為52mW/cm2和0.6mW/cm2。我們還分析了自旋投影噪聲、光子散粒噪聲、光頻移對SERF-Cs原子磁力儀靈敏度影響程度。對這三種噪聲與激光頻率失諧關系進行了數(shù)值計算,得出自旋投影噪聲大約為1.23fT·Hz-1/2;光子散粒噪聲大約為1.0fT-Hz-1/2;光頻移大約為0.12fT·Hz-1/2;其總

4、噪聲大約在1.6fT·Hz-1/2。這些研究工作為我們進行SERF-Cs原子磁力儀的實驗研究提供了必要的理論依據(jù)。
　　 本論文共分五部分:第一章介紹SERF-Cs原子磁力儀研究的背景和國內外研究現(xiàn)狀。第二章介紹了SERF-Cs原子磁力儀的物理基礎和基本工作原理。第三章對SERF-Cs原子磁力儀共振譜線寬度進行了數(shù)值計算,論證了最佳泵浦光功率和最佳檢測光功率。第四章從理論方面探討了制約SERF-Cs原子磁力儀靈敏度的因素,提出了