光学泵浦超高灵敏度原子磁场计的研制

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光学泵浦原子磁场计是利用碱金属原子磁矩对磁场的响应进行精密测量的装置。随着技术的不断完善,原子磁场计逐渐具备和最灵敏的磁场探测器超导量子干涉仪SQIJID(Superconducting Quanturn Interference Device)竞争的能力。原子磁场计的优势在于它不需要液氮或者液氦提供低温工作环境实现超导态,大大降低装置成本;并能运用于很多实际的场合,比如医学中的核磁共振NMR(Nuclear Magnetic Resonance),易爆品的监测,以及基础物理研究等等。   目前多数磁场计都采用磁屏蔽来减小背景偏置磁场,但在一些关键应用领域,如探矿、反潜等,无法使用磁屏蔽罩屏蔽外界磁场,从而体现出不使用磁屏蔽的装置的优势。本文先从理论方面给出原子磁场计的基本工作原理,然后介绍我们研制的没有磁屏蔽的原子磁场计以及实验得到的结果。   我们对整套装置进行了精心设计,之后根据设计完成了无磁屏蔽的原子磁场计系统的组建,包括大量的电子电路的制做和对整体光路的搭建,再经过一系列的优化做出国内第二台具有自己创新点的原子磁场计,得到与理论计算相吻合的结果。本实验中的玻璃腔内抽真空后充有Rb原子、缓冲气体4He和淬灭气体N2;三组正交的亥姆霍兹线圈用来屏蔽外部偏置磁场,使玻璃腔所处环境的背景磁场为零;泵浦光是频率与85Rb的D2线共振的圆偏振光-将Rb原子极化;探测光为远离85Rb的D2线共振频率的线偏振光-用于监测极化的铷原子角动量在磁场中的方向;泵浦光与探测光的传播方向互相垂直。实验中将玻璃腔加热到70℃时得到线宽为500nT的色散信号,相应灵敏度为100 pT/(),所得结果与理论计算之相吻合。
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