光學原子磁力儀原理及應(yīng)用

目錄
前言
第1章磁場測量的應(yīng)用領(lǐng)域1
1.1地質(zhì)勘探1
1.2軍事領(lǐng)域3
1.3心磁腦磁測量5
1.4地震預(yù)測6
1.5工業(yè)領(lǐng)域7
1.6其他應(yīng)用8
參考文獻9
第2章原子磁力儀及其發(fā)展12
2.1核子旋進磁力儀12
2.2光泵磁力儀13
2.3超導(dǎo)量子干涉磁力儀16
2.4新型原子磁力儀17
2.4.1原子磁力儀的發(fā)展現(xiàn)狀18
2.4.2原子磁力儀的發(fā)展趨勢24
參考文獻29
第3章銫原子磁力儀的理論基礎(chǔ)37
3.1銫金屬原子37
3.2外磁場中的銫原子39
3.2.1塞曼效應(yīng)39
3.2.2拉莫爾進動41
3.3激光泵浦與原子極化過程42
3.3.1激光泵浦的理論模型42
3.3.2銫原子D1線泵浦時的粒子數(shù)分布43
3.4原子自旋極化的光學檢測46
3.4.1圓雙折射檢測46
3.4.2圓二向色性檢測46
3.5極化銫原子的弛豫48
3.5.1自旋交換碰撞弛豫49
3.5.2自旋破壞碰撞弛豫50
3.5.3極化原子與器壁的碰撞弛豫51
3.6光譜線型及線寬52
3.6.1自然線寬53
3.6.2緩沖氣體的壓力增寬53
3.6.3多普勒增寬55
3.6.4渡越增寬55
3.6.5飽和增寬56
參考文獻56
第4章全光銫原子標量磁力儀58
4.1Bell-Bloom磁力儀基本原理58
4.1.1玻爾茲曼分布58
4.1.2原子極化的物理過程59
4.1.3理論響應(yīng)曲線62
4.2弱磁場下磁力儀共振光譜的研究63
4.2.1物理系統(tǒng)的實現(xiàn)63
4.2.2靈敏度分析66
4.3強磁場下磁力儀共振光譜的研究68
4.3.1非線性塞曼效應(yīng)68
4.3.2強磁場下的共振光譜理論70
4.3.3強磁場下共振光譜的試驗結(jié)果72
參考文獻73
第5章銫原子矢量磁力儀75
5.1矢量原子磁力儀的工作原理75
5.2矢量原子磁力儀的設(shè)計與性能分析76
5.2.1矢量磁場的建立76
5.2.2矢量原子磁力儀的靈敏度分析80
參考文獻83
第6章磁力儀的量子極限噪聲84
6.1三種原子磁力儀84
6.2轉(zhuǎn)換系數(shù)85
6.2.1B1型原子磁力儀85
6.2.2B0型原子磁力儀86
6.2.3Bx、By和Bz型原子磁力儀87
6.3自旋投影噪聲96
6.4光子散粒噪聲99
6.5光頻移噪聲100
6.6橫向弛豫時間的計算101
6.6.1抽運光引起的弛豫率101
6.6.2自旋破壞碰撞弛豫率102
6.6.3自旋交換弛豫率102
6.6.4側(cè)壁碰撞破壞弛豫率103
參考文獻103
第7章銫原子磁力儀物理系統(tǒng)的參數(shù)分析106
7.1磁力儀的頻率響應(yīng)和靈敏度分析106
7.1.1磁力儀的頻率響應(yīng)106
7.1.2磁力儀的靈敏度分析108
7.2磁力儀物理系統(tǒng)響應(yīng)帶寬的測試與分析111
7.2.1泵浦光調(diào)制器-探測器系統(tǒng)的響應(yīng)時間測量111
7.2.2磁力儀物理系統(tǒng)的響應(yīng)時間測量112
7.3影響磁力儀性能的參數(shù)分析114
7.3.1激光頻率的影響115
7.3.2激光光強的影響118
7.3.3泵浦光光斑大小的影響121
7.3.4泵浦光調(diào)制波形和調(diào)制幅度的影響122
參考文獻124
第8章銫原子磁力儀閉環(huán)系統(tǒng)的研制與測試125
8.1銫原子磁力儀共振頻率跟蹤鎖定的方法125
8.1.1正弦調(diào)制鎖頻125
8.1.2半高寬鎖頻126
8.1.3色散零點鎖頻127
8.2銫原子磁力儀數(shù)字頻率跟蹤系統(tǒng)的研制127
8.2.1數(shù)字頻率跟蹤系統(tǒng)的方案設(shè)計127
8.2.2系統(tǒng)的工作流程128
8.3銫原子磁力儀閉環(huán)性能測試130
8.3.1磁場跟蹤測試130
8.3.2閉環(huán)靈敏度測試130
8.3.3響應(yīng)速度測試132
參考文獻133
第9章磁屏蔽裝置134
9.1磁屏蔽裝置簡介134
9.1.1磁屏蔽的基本原理134
9.1.2磁導(dǎo)率的影響因素135
9.2磁屏蔽裝置的屏蔽系數(shù)136
9.2.1單層球形屏蔽裝置的屏蔽系數(shù)136
9.2.2單層圓柱形屏蔽裝置的屏蔽系數(shù)137
9.2.3多層磁屏蔽裝置的屏蔽系數(shù)分析138
9.3磁屏蔽裝置的參數(shù)優(yōu)化142
9.3.1球形屏蔽裝置的尺寸優(yōu)化142
9.3.2圓柱形屏蔽裝置的尺寸優(yōu)化142
9.4圓柱形屏蔽筒的軸向磁場分布144
參考文獻147
第10章無磁熱氣流加熱溫控裝置148
10.1幾種加熱方式的對比分析148
10.2熱氣流加熱系統(tǒng)的設(shè)計與測試149
10.3光纖光柵測溫系統(tǒng)151
參考文獻153
第11章激光器與穩(wěn)頻技術(shù)154
11.1激光器的選擇154
11.2飽和吸收譜穩(wěn)頻技術(shù)155
11.2.1飽和吸收譜穩(wěn)頻的原理155
11.2.2飽和吸收譜穩(wěn)頻的方法156
11.3消多普勒極化譜技術(shù)158
11.3.1消多普勒極化譜原理158
11.3.2消多普勒極化譜試驗裝置160
11.4線性磁光效應(yīng)穩(wěn)頻技術(shù)161
11.4.1線性磁光效應(yīng)穩(wěn)頻基本原理162
11.4.2不同角度下DAVLL的理論曲線163
11.4.3試驗方法165
參考文獻167
第12章兩種微小偏轉(zhuǎn)角檢測方法168
12.1分光束檢測法168
12.1.1分光束檢測法的基本原理168
12.1.2光電轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計169
12.1.3分光束檢測法的系統(tǒng)性能測試170
12.2法拉第調(diào)制技術(shù)171
12.2.1法拉第調(diào)制技術(shù)的基本原理171
12.2.2法拉第調(diào)制技術(shù)性能測試173
參考文獻175