抽运-检测型原子磁力仪对电流源噪声的测量

用于在宽量程范围内标定原子磁力仪的灵敏度的复现磁场通常由精密电流源和标准线圈产生,电流源噪声将直接影响原子磁力仪在宽量程范围内标定的灵敏度.本文基于抽运-检测型原子磁力仪首先提出抑制复现磁场漂移的磁补偿方法,其次开展宽量程范围内电流源的噪声和原子磁力仪的灵敏度之间依赖关系的研究.研究结果表明,抽运-检测型原子磁力仪的灵敏度主要由电流源噪声决定,因此可用特定磁场下的灵敏度估算电流源在对应输出电流条件下的电流噪声.本文研究对弱磁传感器灵敏度指标的标定、高精度电流源的研制、磁感应强度计量和电流计量的协同发展都具有参考价值.     

极化检测型铷原子磁力仪的研究

针对交变弱磁场的检测,研制了一种基于极化-检测双光束结构的激光抽运铷原子磁力仪.为了获得该磁力仪对磁场的响应特性,通过数值仿真分析了信号幅度随极化磁场强度、弛豫时间的变化关系,并进行了实验验证.最后通过选择合适的极化磁场使磁力仪对待测磁场的灵敏度最大.实验结果表明,优化后磁力仪灵敏度为0.2pT/(Hz)~(1/2),响应带宽3.5kHz,可用于弱磁场磁共振、高频异常物理现象等信号的检测.     

全光学高灵敏度铷原子磁力仪的研究

报道了一种全光学的高灵敏度铷原子磁力仪.其原理是基于激光束与处于微弱磁场中的铷原子的相互作用.这种相互作用与铷原子所处的环境中的磁场有关,因而通过测量透过铷原子气体的激光强度的变化可以获得磁场信息.分析了该磁力仪的工作原理,建立了相应的实验装置,并对其性能进行了测试.结果表明实验结果与理论相符合.进一步研究了影响磁力仪灵敏度的一些因素,提出了优化各参数来提高磁力仪灵敏度的方法.     

光泵原子磁力仪及其应用

光泵原子磁力仪是利用激光极化原子气体,外磁场与原子相互作用使原子光学性质发生变化,进而改变探测光的偏振方向或光强。原子磁力仪精度已超过超导磁力仪,但是体积重量比超导磁力仪小。给出了碰撞混合以及驰豫与极化速率以及最终极化度的定量关系,总结了原子磁力仪国内外研究进展以及在导航领域的应用。     

提高激光抽运铯原子磁力仪灵敏度的研究

本文报道了一种基于激光抽运射频共振的铯原子磁力仪. 通过圆偏振光将铯原子抽运到暗态, 实现偏极化. 外磁场存在时, 原子磁矩将以拉莫尔频率绕外磁场进动. 在共振射频磁场的作用下, 原子被去极化而重新吸收光子. 通过探测出射光光谱可以测得拉莫尔频率进而得到外磁场的信息. 本文通过运用自制的894 nm 外腔半导体激光器, 建立了激光稳频装置和低噪声磁场测量环境, 实现了一种基于铯原子激光抽运射频共振的磁力仪. 通过磁力仪参数优化以及闭环测量, 磁力仪测量的外磁场达到了19 fT/Hz^1/2的极限灵敏度和1.8 pT/Hz^1/2的本征灵敏度, 空间分辨率小于2 cm. 关键词： 光抽运 塞曼效应 光探测磁共振 磁力仪     

双光束抽运对全光Cs原子磁力仪灵敏度的影响

原子磁力仪的灵敏度直接取决于抽运光对原子的极化率。分析了Cs原子气室中充入13 332.2 Pa He缓冲气体,两束抽运光频率分别锁定在Cs原子D1线F=4F=3和F=3F=4共振跃迁线时,基态和激发态各磁子能级上粒子数变化的动力学过程,发现在抽运光的持续作用下Cs原子基态F=3和F=4各磁子能级上的粒子被完全抽运至|F=4,mF=4态,Cs原子极化率达到最大值。同时,实验结果证明双光束抽运有效提高了磁力仪响应特性曲线的信噪比,从而使原子磁力仪的灵敏度提高了34%。     

铷原子磁光阱中超冷等离子体的形成和演化

在铷原子的磁光阱中,通过光电离冷原子方法和稠密里德堡原子的自发演化方法产生了超冷等离子体。磁光阱中冷却并囚禁了10^7个原子,温度约为500μK,之后用一束脉冲激光将冷原子电离或者激发至高里德堡态,通过调节脉冲激光的能量控制离子数量或者里德堡原子的数量。利用延迟斜坡电场或脉冲电场引出超冷等离子体中的电子,对超冷等离子体的形成和演化进行了研究,并利用库仑势阱模型对实验结果进行了解释。实验结果表明,由于来自长寿命里德堡原子的贡献,里德堡原子自发演化形成的超冷等离子体的寿命比光电离形成的超冷等离子体的寿命长。     

铷原子蒸汽中的光偏振旋转效应

对铷原子(⁸⁷Rb)蒸汽中的法拉第旋转、光学偏振自旋转以及二者的叠加旋转效应进行了理论和实验研究.对三种情况下旋转现象建立了简单而有效的理论模型. 实验中把铷原子泡置于自行设计的磁屏蔽腔内, 以屏蔽地磁场的影响.实验选择⁸⁷Rb F=2→F'=3能级D2跃迁线并采用零多普勒光谱 实验结构消除多普勒展宽对实验光谱的影响. 实验中分别观测到了三种旋转现象,实验结果与理论模拟结果非常符合.     

大磁场梯度铯原子磁光阱中单原子的实验观测

基于中性原子的激光冷却与俘获技术,目前人们已可以对单个原子的外部乃至内部自由度进行有效的调控.从而可在单原子单光子的层次上对光场与物质的相互作用进行研究.     

磁光非线性光纤中光参量增益的研究

将光纤中磁光效应和非线性效应作为微扰,推导了磁光四波混频的耦合模方程.通过解析解研究了各向同性磁光非线性光纤的参量过程,并指出利用磁光耦合系数的色散特性可以实现四波混频的相位匹配.同时,采用龙格-库塔法分析了在线双折射磁光非线性光纤中,忽略费尔德常量的波长依赖性时,左旋圆偏振光参量增益的磁控特性,指出了实验中采用较高费尔德常量的非线性光纤的必要性.研究表明:1)对于低线双折射磁光非线性光纤,优化双折射大小可以获得最大的参量增益;2)根据参量增益对磁光耦合系数的单调依赖特性,适当选择光纤长度、泵浦功率以及输入导波光的偏振态,可使参量增益的磁可调范围大大提高.     

A laser pump-re-pump atomic magnetometer

We demonstrate experimentally an atomic magnetometer based on optical pumping theory, a magnetic resonance that is induced by a radio frequency field and dependent on the magnetic field strength. Compared with the conventional method using one radiation field, which is used not only as the probe beam but also as a pump beam, the additional re-pump beam can increase remarkably the amplitude of the signal. It is shown that the amplitude of the magnetic field resonance signal can increase more than 55% by using an additional re-pump beam, which makes the sensitivity of the magnetometer higher. Finally, we investigate the relation between amplitude of the signal and re-pump laser power, and calculate the atomic population in the trapping states with rate equations.     

High contrast atomic magnetometer based on coherent population trapping

We present an experimental and theoretical investigation of the coherent population trapping （CPT） resonance excited on the D1 line of 87Rb atoms by bichromatic linearly polarized laser light. The experimental results show that a lin｜｜lin tran- sition scheme is a promising alternative to the conventional circular-circular transition scheme for an atomic magnetometer. Compared with the circular light transition scheme, linear light accounts for high-contrast transmission resonances, which makes this excitation scheme promising for high-sensitivity magnetometers. We also use linear light and circular light to detect changes of a standard magnetic field, separately.     

A modified analytical model of the alkali-metal atomic magnetometer employing longitudinal carrier field

Alkali-metal atomic magnetometers employing longitudinal carrier magnetic field have ultrahigh sensitivity to measure transverse magnetic fields and have been applied in a variety of precise-measurement science and technologies. In practice, the magnetometer response is not rigorously proportional to the measured transverse magnetic fields and the existing fundamental analytical model of this magnetometer is effective only when the amplitudes of the measured fields are very small. In this paper, we present a modified analytical model to characterize the practical performance of the magnetometer more definitely. We find out how the longitudinal magnetization of the alkali metal atoms vary with larger transverse fields. The linear-response capacity of the magnetometer is determined by these factors: the amplitude and frequency of the longitudinal carrier field, longitudinal and transverse spin relaxation time of the alkali spins and rotation frequency of the transverse fields. We give a detailed and rigorous theoretical derivation by using the perturbation-iteration method and simulation experiments are conducted to verify the validity and correctness of the proposed modified model. This model can be helpful for measuring larger fields more accurately and configuring a desirable magnetometer with proper linear range.     

Coherent population trapping magnetometer by differential detecting magneto–optic rotation effect

A pocket coherent population trapping(CPT) atomic magnetometer scheme that uses a vertical cavity surface emitting laser as a light source is proposed and experimentally investigated.Using the differential detecting magneto–optic rotation effect,a CPT spectrum with the background canceled and a high signal-to-noise ratio is obtained.The experimental results reveal that the sensitivity of the proposed scheme can be improved by half an order,and the ability to detect weak magnetic fields is extended one-fold.Therefore,the proposed scheme is suited to realize a pocket-size CPT magnetometer.     

用磁致旋光效应估测二维磁场分布

为了克服现有测量磁场方法只能单点测量的局限性,基于法拉第磁光效应原理,提出利用磁致旋光估测磁场的方法,提高了磁场测量的效率,获得了磁场的直观分布.建立磁致旋光估测磁场的实验装置,测量了永磁体的磁场,用CCD采集了偏振光通过磁场的图像,通过程序处理可获得磁铁产生的局部磁场二维分布图,并可求得二维分布图上任意点的磁感应强度.     

Independently tunable transmission-type magneto-optical isolators based on multilayers containing magnetic materials

We investigate the magneto-optical (MO) properties of multilayers containing several magnetic defects. Our numerical simulations show that each MO defect mode can be tuned independently by adjusting the structural parameters of magnetic materials. In addition, giant Faraday rotation can be obtained. Our results indicate that the structure may have potential applications for independently tunable multichannel MO isolators.     

基于高非线性光纤中非线性偏振旋转效应的全光逻辑门研究

提出了一种新型的基于高非线性光纤(HNLF)中非线性 偏振旋转(NPR)效应的全光逻辑门实现方案. 将两路非归零码数据信号A和B以及一路直流光同时注入HNLF, 光功率变化导致的非线性双折射在两个偏振分量上引入非线性相对相移, 从而导致光信号的偏振态旋转. 在HNLF输出端, 通过波分解复用器和偏振分束器同时滤出数据信号和直流光的正交偏振态, 从而同时实现多种基础组合逻辑, 并可以在同一段HNLF中实现较为复杂的半加器、半减器逻辑功能. 理论分析了信号光在HNLF中的偏振态演化, 以及利用HNLF中的NPR效应同时实现多种全光逻辑门的原理. 并在实验中得到了10 Gbit/s全光信号"与”、"非”、"或”、"同或”、"异或”、"A· B”、"A·B”、半加器、半减器等逻辑功能, 验证了方案的可行性.     

线极化Bell-Bloom测磁系统中抽运光对磁场灵敏度的影响

利用适用于线极化Bell-Bloom测磁系统的布洛赫方程和含有自旋弛豫的速率方程,以铯原子为研究对象,分析了抽运光对磁场灵敏度的影响,并在实验上分别采用与铯原子D1线和D2线共振的线偏光作为抽运光和探测光,用充有缓冲气体的气室进行了实验.实验结果与理论分析一致,均表明只有在一定的光强范围内,增大抽运光光强可以提高磁场灵敏度.且利用这一方法分析了原子的自旋弛豫对磁场灵敏度的影响.这项研究对于深入认识线极化的Bell-Bloom测磁系统,以及如何通过优化系统实现磁场灵敏度的提高具有重要的意义.