论文部分内容阅读
磁场探测技术是研究与磁现象有关物理现象的重要手段,已经逐渐形成一门独立的学科。在科学研究、国防建设、工业生产、生物医疗科学、日常生活等领域,磁场的测量尤其是弱磁场的测量技术,常常发挥着不可替代的重要作用。目前,国内外常见的弱磁场测量仪器种类繁多,但是它们各自受到精度高低、体积大小、功耗多少以及经济等诸多方面因素的影响,使得其应用范围受到一定的限制。但是最近发展起来的CPT (coherent population trapping相干布居囚禁)磁力仪具有精度高、体积小、功耗低等特点,因此引起了各国科研工作者的关注。在本文的工作中,我们主要对这种高灵敏度CPT原子磁力仪进行了研究,分别对其工作原理、实验装置、实验结果进行相关的研究和分析。并根据实验结果详细分析了影响其灵敏度的相关因素,并据此对实验方法提出了改进方案。在第一章中,我们主要介绍了弱磁场测量的重要性及其应用。首先区分了灵敏度和分辨率这两个概念。其次介绍了目前常用的高灵敏度磁力仪的特性。然后分析了当前磁力仪发展的趋势、各领域的需求以及我国自主研发高灵敏度磁力仪的重要性。最后介绍了本论文的主要研究内容及其意义。在第二章中,通过给出原子与光、磁场作用的基本理论,经过相关计算,从理论上解释了CPT原子磁力仪的基本工作原理。其中,主要介绍了铷原子特性和塞曼效应。在此基础上总结了CPT效应的应用方向。最后介绍了本实验中原子磁力仪的光路图及实验装置,并给出利用此装置得到的初步实验结果。第三章中,为了能更好的了解提高磁力仪灵敏度的方法,首先对各种可能影响灵敏度的参量进行了实验测量,其中包括:激光直径、光强、频率失谐、偏振方向、扫描时间和功率稳定对信号的影响,以及原子气室温度对信号的影响、激光偏振对不同方向磁场的响应、两台激光器相位锁定、缓冲气体、激光频率的稳定以及探测器性能。通过上述实验结果,直接观察影响CPT信号线宽的各种因素。并对其中部分影响因素进行了理论推导,模拟计算或定性的解释分析。最后提出实验的改进方案在第四章中,对全文的工作进行了总结,并对CPT原子磁力仪的改进和应用前景做了展望。