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方波磁光调制检偏方法理论与实验研究

符照森  
【摘要】:地球磁场不仅对人类、地球上的动物、植物有着重要的影响,而且在生产、生活、军事上有着广泛的应用。目前有很多种方法可以对地球磁场进行测量,可以分为陆地地磁测量、海洋地磁测量、航空地磁测量、卫星地磁测量等几种,所采用的测量仪器也不尽相同。在测量上,它们各有各的特点,也存在一些不足之处。基于这些测量方法存在着一定的不足之处,本课题组研究人员提出了一种新的测量方法——磁光成像地球磁场测量,该方法是基于磁光效应对地球磁场进行测量的,该方法具有三维成像能力,覆盖范围光,无测量盲点,测量速度快等优点,可以弥补目前测量方法的一些不足之处。本文是该测量体系的一部分,主要是研究用基于方波信号磁光调制法来测量偏振光在磁场中发生法拉第效应所旋转的微小旋转角,并通过计算机模拟和实验来验证该方法的精度,以及如何提高该方法的精度。本文主要包括以下几部分: (1)阐述了地磁测量的发展历程,介绍了各种地磁测量技术以及相关的测量仪器的原理,地球磁场在各个领域的应用,各种磁光效应的原理以及磁光效应的应用。 (2)介绍了法拉第磁光效应的宏观理论,经典电子动力学理论以及量子理论,说明了三种理论各自的特点以及它们之间的联系。 (3)介绍了各种磁光晶体、磁光薄膜以及磁光玻璃的制备方法和它们的吸收系数与波长间的关系,比法拉第旋转与波长间的关系,温度与比法拉第旋转间的关系等物理性质,为实验的选材提供依据。 (4)推导了截面分别为三角形、矩形、圆形、椭圆形线圈内的磁场分布的表达式,运用计算机模拟了不同截面线圈内的磁场分布曲线,比较了这四种截面的线圈在相同截面积、相同长度、相同层数的情况下磁感应强度的大小,以及线圈内磁感应强度最强的位置,为实验用线圈提供参考。 (5)介绍了基于方波信号法拉第磁光调制的原理,分别用计算模拟和实验验证了基于方波信号法拉第磁光调制的精度,以及该方法的优越性。


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