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《吉林大学》 2011年
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相干粒子数俘获磁力仪的研究

李琦  
【摘要】:磁测量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,常常发挥着重要的作用。目前,国内外常见的弱磁场测量仪器有很多种,但是它们各自受到精度的高低、体积的大小、功耗多少以及经济等诸多方面因素的影响,使得其应用受到一定的限制。发展起来的相干粒子数俘获(Coherent Population Trapping, CPT)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。 本论文主要对相干粒子数俘获磁力仪进行了研究,分别对其工作原理、实验装置、实验结果以及实验方法改进做了相关的研究和分析。 首先,我们主要对弱磁场测量的重要性及其应用进行了介绍,它在很多领域都有着广泛地应用价值。接着介绍了几个常见的弱磁场测量仪器,包括它们的基本概念、工作原理、优缺点以及应用范围等。然后分析了相干粒子数俘获(CPT)磁力仪的发展现状,提出了自主研制性能优良的磁力仪的重要性。最后介绍了本论文的主要研究内容及其意义。 其次,我们根据在磁场中光与原子相互作用的基本原理,从理论上解释了相干粒子数俘获测磁的基本原理。我们对铷原子特性及其在磁场中发生的塞曼效应作了介绍和分析,并给出了裂距与磁场的关系表达式,建立了外磁场与原子之间的联系。其次介绍了相干粒子数俘获现象,并从量子力学的角度对相干粒子数俘获(CPT)现象进行了理论分析,解释了相干粒子数俘获现象的物理本质,最后分析了相干粒子数俘获测磁的基本原理,为CPT磁力仪的实验提供了理论基础。 再次,根据磁力仪的基本原理,设计并建立了一套相干粒子数俘获磁力仪的实验装置。它的结构总体可以分为三大部分:光源部分、磁传感器部分和信号检测部分。我们对各部分的性能、工作原理、器件参数等方面进行了详尽的介绍。最后,为了使CPT磁力仪实验装置小型化、紧凑化、整体化,我们设计了磁力仪封装外壳,把磁力仪的光源部分、磁传感部分以及信号检测部分的器件封装在一起。 最后,在已建立的磁力仪装置的基础上,对磁场的绝对值、磁场的变化量、磁场的分辨率和地磁场进行了相应的测量。并且系统分辨率约为1.43nT2nT。当磁场与光的方向为几个不同情况时,所获得测磁CPT共振信号会有所不同,我们对此进行了实验与理论的分析。还对一些影响磁力仪性能的因素进行了相关的测试与分析,并分析了原因和提出了改进思路。
【学位授予单位】:吉林大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:O431.2;TM936.1

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【参考文献】
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