【摘要】：磁場(chǎng)精密測(cè)量在礦產(chǎn)勘探、地質(zhì)檢測(cè)、生物醫(yī)學(xué)、航天航空等方面均有廣泛的應(yīng)用。在過(guò)去的近半個(gè)世紀(jì)里,隨著人們對(duì)光場(chǎng)及原子性質(zhì)的了解不斷深入,以光與原子相互作用為基本原理的磁力儀得以實(shí)現(xiàn)并不斷發(fā)展。目前原子磁力儀的靈敏度可達(dá)到fT/(?)乃至0.1fT/(?)量級(jí),且可以實(shí)現(xiàn)對(duì)近零磁場(chǎng)、非零磁場(chǎng)以及地磁、標(biāo)量與矢量磁場(chǎng)的測(cè)量,具有廣闊的應(yīng)用前景。人們?cè)趯?shí)驗(yàn)上開(kāi)展了大量原子測(cè)磁的相關(guān)工作,這些工作可以幫助我們認(rèn)識(shí)原子與磁場(chǎng)及原子與光場(chǎng)之間的相互作用,了解原子測(cè)磁系統(tǒng)中影響磁測(cè)量的因素,進(jìn)而可以通過(guò)優(yōu)化系統(tǒng)提高磁場(chǎng)測(cè)量靈敏度。本論文的主要研究?jī)?nèi)容是線(xiàn)極化的原子測(cè)磁系統(tǒng)的相關(guān)理論和實(shí)驗(yàn)。我們?cè)诹私饬巳绾卫迷訉?duì)磁場(chǎng)進(jìn)行測(cè)量的基礎(chǔ)之上,進(jìn)一步掌握了靈敏度的測(cè)量辦法。并結(jié)合理論搭建了原子測(cè)磁系統(tǒng),進(jìn)而對(duì)影響磁測(cè)量的因素進(jìn)行了分析和解釋。本文工作主要分為以下幾個(gè)部分:1)回顧并介紹了磁測(cè)量的發(fā)展及原子測(cè)磁系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀。2)介紹了如何利用密度矩陣描述光場(chǎng)的偏振以及原子的極化,并結(jié)合原子極化的可視化模型,理解光極化原子的指向性及原子極化在磁場(chǎng)中的演化;3)設(shè)計(jì)并搭建了一套泵浦光和探測(cè)光均為線(xiàn)偏光的原子測(cè)磁系統(tǒng)。在系統(tǒng)搭建的過(guò)程中,對(duì)氣室內(nèi)的自旋弛豫進(jìn)行了分析,研究了磁場(chǎng)不均勻?qū)Υ艤y(cè)量的影響,并對(duì)無(wú)磁電加熱的器件和電路進(jìn)行了初步設(shè)計(jì);4)在探測(cè)光頻率對(duì)應(yīng)銫原子D2線(xiàn)躍遷62S1/2F=4-62P3/2F=5,且泵浦光頻率分別對(duì)應(yīng)銫原子D1線(xiàn)躍遷6281/2F=4-62P1/2F=3的條件下,對(duì)磁共振線(xiàn)寬與泵浦光光強(qiáng)的關(guān)系進(jìn)行測(cè)量。在理論上通過(guò)建立簡(jiǎn)化的原子能級(jí)模型對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行解釋和說(shuō)明。5)在泵浦光光強(qiáng)分別對(duì)應(yīng)銫原子D1線(xiàn)躍遷6281/2F=4-62P1/2F=3(直接泵浦)和62S1/2F=3-62P1/2F=4(間接泵浦)的條件下,獲得了磁共振線(xiàn)寬、磁共振頻率處的信噪比和磁場(chǎng)測(cè)量靈敏度隨泵浦光光強(qiáng)的變化規(guī)律。在理論上,通過(guò)推導(dǎo)含自旋弛豫的速率方程對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了分析。6)在間接泵浦的情況下,分析了探測(cè)光的光強(qiáng)對(duì)磁測(cè)量的影響,實(shí)驗(yàn)結(jié)果和理論分析均表明若泵浦光與探測(cè)光對(duì)應(yīng)的基態(tài)不同,采用雙洛倫茲線(xiàn)型對(duì)磁共振譜線(xiàn)進(jìn)行擬合更加合適;在直接泵浦的情況下,通過(guò)測(cè)量?jī)蓚�(gè)氣室對(duì)磁場(chǎng)的響應(yīng),簡(jiǎn)要分析了氣室內(nèi)緩沖氣體的量對(duì)磁測(cè)量的影響;7)結(jié)合已經(jīng)完成的實(shí)驗(yàn)和理論模型,以及目前實(shí)驗(yàn)室已有的研究基礎(chǔ),提出了下一步對(duì)磁測(cè)量系統(tǒng)的優(yōu)化方案。
【圖文】：

圖 1.1 實(shí)驗(yàn)室使用的磁通門(mén)磁力儀。1955 年，第一臺(tái)質(zhì)子磁力儀在美國(guó)研制成功，這也是磁測(cè)量發(fā)展歷史上第一臺(tái)量子磁力儀。其基本原理是水中的氫原子核（即質(zhì)子）在磁場(chǎng)中的磁共振，，通過(guò)測(cè)量

圖 1.2 原子磁力儀的工作原理[11]。原子實(shí)現(xiàn)對(duì)磁場(chǎng)的測(cè)量，其基本原理如下（圖 1.2）：處于磁場(chǎng)中的響而發(fā)生變化，這種變化和光與原子相互作用制備的原子態(tài)有關(guān)（
【學(xué)位授予單位】：山西大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：P318.63

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本文編號(hào)：2612519