高灵敏度铷原子磁力仪研制

研制了一种新型的激光抽运高灵敏度原子磁力仪。该原子磁力仪利用磁场中铷原子与光场的相互作用,极化的铷原子在待测磁场中将进行拉莫尔进动,利用铷原子磁光共振频率与外磁场之间的关系,通过高灵敏度低噪声弱磁检测技术实现磁场的准确测量。测试结果表明,该磁力仪灵敏度为1pT/Hz~(1/2);测试过程中磁场波动范围优于0.4 nT。     

矢量原子磁力仪中旋转磁场产生装置的研制

阐述了利用抽运-检测型原子磁力仪研制的磁场旋转调制法矢量原子磁力仪的工作原理、系统组成以及对旋转磁场的技术要求,根据该矢量原子磁力仪对旋转磁场的技术要求,提出了一种高性能旋转磁场产生装置.该装置通过DDS相位同步技术实现了正弦信号间相位差的补偿和精密调控,相位调控精度的理论设计值为0.022°;建立相应的电路模型,通过...     

一种新型的激光抽运原子磁力仪

依据磁光旋转原理研制了一种拥有自主知识产权的新型的激光抽运高灵敏度原子磁力仪.该原子磁力仪利用磁场中铷原子与光场的相互作用,极化铷原子在待测磁场中进行拉莫尔进动,利用铷原子磁光共振频率与外磁场之间的关系,通过高灵敏度低噪声弱磁检测技术实现磁场的准确测量.测试结果表明,该磁力仪灵敏度为1 pT/Hz1/2;测试过程中磁场波动范围小于0.4 nT.     

自由弛豫信号截取时长对NMOR铷原子磁力仪性能的影响

基于非线性磁光旋转(nonlinear magneto-optical rotation, NMOR)效应的铷原子磁力仪通过特定时长的自由弛豫正弦振荡信号可获得拉莫尔进动频率和外磁场值,因此自由弛豫信号的截取时长能够影响原子磁力仪的性能指标。重点研究了在500 nT背景磁场条件下自由弛豫信号截取时长对原子磁力仪灵敏度和磁场测量值的影响。测量结果表明,用噪声功率谱方法标定的灵敏度指标随着自由信号截取时长的增加逐渐减小并趋于稳定,约0.2 pT/Hz~(1/2);交变磁场实验表明该磁力仪所得的磁场值是特定截取时长内磁场波动的平均。因此本文NMOR原子磁力仪所得的高灵敏度指标一定程度上是通过数学方法平均了自由弛豫信号截取时长内的磁场值波动。该方法对其他原子磁力仪或实验装置灵敏度的标定和磁场测量值的分析具有一定的借鉴意义。     

基于量子磁力仪的空间电流计量技术探讨

空间计量是空间技术和计量学交叉产生的新生学科。地球上所有长期测量活动均需要周期性校准，然而地外空间的长期测量活动缺乏计量保障，这是空间计量学科面临的一个紧迫问题。在国际单位制的7个基本单位中与电磁量有关的是电流单位安培，与安培相关的单电子隧道效应很难实用化，目前地球上用于复现电流单位的约瑟夫森电压基准和量子化霍尔电阻基准也很难在地外空间维护。从实用性和工程可行性方面考虑，提出基于量子磁力仪的电流测量技术为未来空间电流计量的可选方案。简要分析了可用于空间电流计量的量子磁力仪，介绍了基于量子磁力仪的电流量值溯源和传递的实验方法，探讨了空间电流计量面临的一些物理原理、技术和工程问题。     

原子磁力仪灵敏度标定方法研究

为了评价和对比原子磁力仪的实际性能指标,梳理了四种常见的原子磁力仪灵敏度指标标定方法:均方根幅度谱、噪声功率谱密度、基于线宽和信噪比的本征灵敏度、原子散粒噪声限。针对四种方法,采用非线性磁光旋转铷原子磁力仪的实测数据进行对比分析。分析结果表明,噪声功率谱密度是原子磁力仪灵敏度最适用的标定方法,能够真实反映原子磁力仪的实际性能指标。     

一种矢量原子磁力仪中旋转磁场的设计及实验验证

目前国内外报道了几种矢量原子磁力仪的技术方案,其中基于磁场旋转调制法的矢量原子磁力仪可实现对矢量磁场的连续测量。本文对磁场旋转调制法矢量原子磁力仪的工作原理进行了阐述,对“旋转磁场”的设计、产生以及标定方法进行了介绍,在此基础上基于抽运-检测型原子磁力仪对旋转磁场和矢量磁场的叠加磁场进行了实验测量,验证了实测磁场的平均值、峰峰值与理论计算结果的符合情况,分析了实测磁场的平均值与理论平均值的偏差起源,并通过实验验证了矢量原子磁力仪的连续测量能力。本文研究内容为连续测量型矢量原子磁力仪的研制奠定了技术基础。     

抽运-检测型原子磁力仪对10 kHz正弦交变电流的测量

介绍了利用抽运-检测型铷原子磁力仪测量正弦交变电流的频率、振幅和相位的理论基础和实验方法。利用旋转坐标系下二能级磁共振塞曼跃迁的经典理论来描述射频场与原子磁矩相互作用的物理规律,并推导出实验室坐标系中原子磁力仪输出信号的表达式,其中铷泡位置的射频场由载有待测正弦交变电流的亥姆霍兹线圈产生,通过拟合磁力仪输出的磁共振信号得到正弦交变电流的频率、振幅和相位信息。拟合重复测量的十条实验曲线,正弦交变电流的频率、振幅和相位的相对标准偏差分别为5.4×10^-7、2.3×10^-5和3×10^-3,其中频率的相对标准偏差与产生本底磁场的精密电流源的分辨率有关。所得结果可以加深对二能级磁共振塞曼跃迁经典物理图像的理解,对正弦交变电流的计量研究具有参考价值。     

激光抽运-检测型原子磁力仪对交变磁场的测量北大核心CSCD

交变磁场作为磁场一种特殊的存在形式,有着广泛的应用和学术价值,而现阶段没有行之有效的方法对交变磁场进行绝对测量。抽运-检测型原子磁力仪具有量程宽、灵敏度高、能准确反映磁场真实特性,在磁场测量及标定中具有非常重要的意义。通过对抽运-检测型原子磁力仪在交变磁场激励下作用机理研究,对实验装置进行改进,实现抽运-检测型原子磁力仪对交变磁场的绝对测量,在Z轴方向上实现了背景磁场40000 nT,频率为100 Hz、磁场强度幅值为1000 nT的交变磁场测量;在Y轴方向上实现了背景磁场1000 nT,频率为20 Hz、磁场强度幅值为500 nT的交变磁场测量。测量结果表明该实验装置适用于低频、弱磁场强度交变磁场的测量,该方法为交变磁场的测量和标定提供一种切实可行的技术手段。     

基于量子自然基准的新型电流计量技术研究

在现代军事计量中，电磁计量直接影响国防建设质量和武器技战水平。现有电学计量体系中，基于约瑟夫森效应和量子化霍尔效应的量子电压和量子电阻的基准装置已经完成建设并已投入应用，然而基于量子效应的电流基准仍处于探索阶段。本论文基于高灵敏度原子磁力仪技术提出一种新型电流计量技术，可将电流间接溯源至约瑟夫森效应、量子化霍尔效应和拉莫尔进动效应三种量子自然基准。该技术有潜力用于建设电流计量基准装置和研制基于量子自然基准的新型电流比较仪。具体阐述了电流计量及量值传递方案的物理思想和实施过程，并通过相关实验验证了方案的可行性。