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(shù)在許多方面,如醫(yī)學(xué)、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(gè)世紀(jì)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(yīng)為理論基礎(chǔ)利用超導(dǎo)材料制成了超導(dǎo)量子磁力儀,其測量靈敏度極高,可以達(dá)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(zhì),在100℃左右的溫度下就可以實(shí)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(qiáng)及Cs泡溫度之間的變化曲線。通過對曲線進(jìn)行分析,給出了實(shí)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(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)和檢測光光強(qiáng),通過數(shù)值計(jì)算得出泵浦光強(qiáng)和檢測光光強(qiáng)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(guān)系進(jìn)行了數(shù)值計(jì)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(jìn)行SERF-Cs原子磁力儀的實(shí)驗(yàn)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(nèi)外研究現(xiàn)狀。第二章介紹了SERF-Cs原子磁力儀的物理基礎(chǔ)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(jìn)行了數(shù)值計(jì)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