基于艳原子线性法拉第磁光效应的应用

分析了(銫) (Cs)原子作为旋光介质的线性法拉第磁光效应.采用二能级模型解释了(銫)原子与光的相互作用,并利用琼斯矩阵推导了当激光器的频率处于(銫)原子共振线时,经过(銫)气室的线偏振光的旋转角与外加磁场的关系式,利用此关系式可测量磁场强度的大小和气室内(銫)原子的浓度.实验采用852nm分布反馈半导体激光器作为光源...     

用于全光铯原子磁力仪的激光器稳频技术研究

全光铯原子磁力仪是采用光学的方法实现微弱磁场检测,激光频率稳定性直接影响磁力仪的灵敏度。分析了二向色性原子蒸气激光频率锁定(Dichroic atomic vapor laser lock DAVLL)技术用于稳定激光器频率的原理,及其在全光原子磁力仪中的应用优势,发现通常的二能级原子模型不适用于分析铯原子D2线的稳频。实验测量了不同磁场下铯原子D2线基态Fg=4和Fg=3跃迁的DAVLL光谱,发现16mT是实现DAVLL稳频的最佳磁场;在此磁场附近,基态Fg=4跃迁鉴频曲线零点相对于Fg=4→Fe=5跃迁会产生6MHz/mT的线性频移,基态Fg=3跃迁鉴频曲线零点相对于Fg=3→Fe=4线会产生-9MHz/mT的线性频移。     

共振线极化光实现原子矢量磁力仪的理论研究

共振线偏振光激发原子张量磁矩,本文理论研究在矢量磁场和射频场的共同作用下,张量磁矩进动的模型,求解刘维尔方程获得透射光时域完整解析解,包括直流、一次和二次谐波分量.研究发现:当进动的拉比频率Ω1/(22~(1/2))时,两谐波间的干涉效应使直流分量和一次谐波对称成分的单吸收峰劈裂成双峰,裂距((Ω~2+Ω~4-Ω~2-1)~(3/2))~(1/2),一次谐波反对称成分在共振处产生干涉条纹.研究结果显示,谐波间的干涉也可导致直流分量和二次谐波线宽仅为一次谐波线宽的38%,且存在磁场取向临界点,在不同的取向区间分别利用直流及两谐波共振信号辨析磁场变化,可获得最佳测磁灵敏度;同时还可通过共振时直流分量及两谐波对称成分振幅来确定磁场与激光极化方向的夹角,利用两谐波反对称成分相移的差值来确定待测磁场在垂直光极化方向投影与射频场方向的夹角,进而实现结构简单的张量磁矩进动型矢量磁力仪.这种磁力仪适合构成磁力仪阵列,可用于磁定位、水下磁异常源的检测和地磁导航等领域.     

法拉第调制技术在微小旋转角检测中的应用

在外磁场中的碱金属原子蒸汽在光泵浦的作用下变成非线性介质,线偏振光经过这种介质时会变成椭圆偏振光,且椭偏光的主轴相对于入射偏振光的偏振面会产生一个微小的旋转。分析了碱金属原子能级结构和在光泵浦下产生的二向色性及其对探测偏振激光的偏振面旋转情况,并介绍了法拉第调制技术对这种旋转的测量方法,得到探测光强与旋转角的关系表达式,可以实现10^-7 rad量级的小角度检测。     

Spectrally selective optical pumping in Doppler-broadened cesium atoms

The D1 line spectrally selective pumping process in Doppler-broadened cesium is analyzed by solving the optical Bloch equations. The process, described by a three-level model with the Λ scheme, shows that the saturation intensity of broadened atoms is three orders of magnitude larger than that of resting atoms. The |Fg = 3 〉→ |Fe = 4 〉resonance pumping can result in the ground state |Fg = 4 〉, mF = 4 〉sublevel having a maximum population of 0.157 and the population difference would be about 0.01 in two adjacent magnetic sublevels of the hyperfine (HF) state Fg = 4. To enhance the anisotropy in the ground state, we suggest employing dichromatic optical HF pumping by adding a laser to excite D1 line |Fg = 4 〉→ |Fe = 3 〉transition, in which the cesium magnetometer sensitivity increases by half a magnitude and is unaffected by the nonlinear Zeeman effect even in Earth's average magnetic field.