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激光源对光磁共振信号的影响

作　者: 王庆涛
导　师: 康崇
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 光学
关键词: 光磁共振塞曼子能级光抽运速率方程失谐频率
分类号: TN911.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 49次
引　用: 1次
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内容摘要

激光铯光泵磁力仪是一种用来测量磁场总强度的绝对磁测仪器,它是以铯原子的能级在磁场中产生塞曼效应为基础,利用激光泵浦和射频磁场产生光磁双共振的原理而制成的,激光抽运铯原子是磁力仪结构的核心部分。本文首先简要介绍了铯(Cs)原子的基本性质、能级结构以及在外磁场中如何进行I-J耦合形成超精细结构并发生塞曼分裂形成塞曼子能级,在此基础上给出光泵磁力仪的理论分析和系统设计原理。对磁力仪中的相关器件进行了详细的说明,重点说明了作为抽运光源部分的894 nm半导体激光器的性能参数对光抽运效应的作用。然后在简单三能级系统参照下,深入分析了左旋圆偏振激光光束对铯原子各塞曼子能级的抽运机理。从分析可知铯原子塞曼子能级偏极化程度(各塞曼子能级粒子数的非均衡分布)越高,探测的光磁共振信号越强。本文利用M. L. Harris等人得出的光学布洛赫方程近似形式,分析计算了铯原子基态Fg=4、Fg=3和激发态Fe=4各塞曼子能级粒子数变化的速率方程,由此可获得各能级粒子数随时间演化的函数,并分析了激光光强,失谐频率及偏振态对铯原子各塞曼子能级粒子数的影响。从而可以选择合适的激光器输出参数,使基态Fg=4各塞曼子能级粒子偏极化程度最大。因此选择合适的激光器输出参数对提高铯原子的偏极化程度、提高光磁共振信号、改善激光光泵铯磁力仪磁测的灵敏度、稳定性具有重要意义。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-9
第1章绪论  9-15
  1.1 课题研究的意义  9-10
  1.2 地磁传感器分类及特点  10-12
    1.2.1 质子旋进式磁敏传感器  10
    1.2.2 光泵式磁敏传感器  10-11
    1.2.3 SQUID磁敏传感器  11
    1.2.4 磁通门式磁敏传感器  11-12
  1.3 铯光泵磁力仪的发展现状  12-14
    1.3.1 国内的发展现状  12-13
    1.3.2 国外的发展现状  13-14
  1.4 本课题的主要研究内容  14-15
第2章铯光泵磁力仪的基本原理  15-20
  2.1 铯原子物理性质  15
  2.2 铯原子能级结构  15-16
  2.3 跃迁定则  16
  2.4 铯光泵磁力仪的结构及工作机制  16-19
  2.5 本章小结  19-20
第3章激光抽运铯原子机理  20-29
  3.1 AlGaAs半导体激光器  20-21
  3.2 光抽运效应  21-27
    3.2.1 简单三能级系统的抽运机理  21-25
    3.2.2 铯原子塞曼子能级之间的光抽运效应分析  25-26
    3.2.3 铯原子系统的偏极化  26-27
  3.3 弛豫过程  27
  3.4 本章小结  27-29
第4章激光抽运铯原子各塞曼子能级粒子数随时间演化的理论  29-44
  4.1 光学布洛赫方程与各能级粒子数演化方程  29-32
  4.2 基态F=4各塞曼子能级粒子数随时间演化  32-36
    4.2.1 Clebsch-Gordan系数和3J符号的计算  33-34
    4.2.2 U系数和6J符号的计算  34-36
  4.3 基态F=4各塞曼子能级粒子数变化函数  36-43
  4.4 本章小结  43-44
第5章激光源对铯原子各塞曼子能级粒子数演化的影响  44-57
  5.1 激光光强对铯原子各塞曼子能级粒子数演化的影响  44-46
  5.2 激光失谐频率对铯原子各塞曼子能级粒子数演化的影响  46-48
  5.3 激光光束左旋圆偏振光对铯原子各塞曼子能级粒子数演化的影响  48-56
    5.3.1 左旋圆偏振光的获得  49-51
    5.3.2 激光偏振态对铯原子各塞曼子能级的影响  51-56
  5.4 本章小结  56-57
结论  57-58
参考文献  58-61
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果  61-62
致谢  62

激光源对光磁共振信号的影响

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