光泵磁力仪共振信号角相关性的研究

论文摘要

光泵磁力仪以元素原子在弱磁场中的塞曼分裂为基础,利用光抽运作用和磁共振技术研制而成,其中,碱金属光泵磁力仪鉴于其测量时的高灵敏度而成为目前的研究热点。在光泵磁力仪中当光路与磁场成一角度时,其共振信号强度将随之改变(该种变化称为共振信号的角相关性),根据这一原理制成的光泵角度仪早已获得实际应用。本文依据原子物理、量子物理的相关理论,通过建立各磁次能级粒子数变化率与光强的关系,对铷光泵磁力仪共振信号的角相关性展开了分析研究,得出了共振信号的角相关函数。通过最值原理确定了该函数的极值点,并且利用MATHCAD软件做出了该函数的仿真曲线,深入分析了共振信号与角度(光路与磁场之间的夹角)、入射光强、气室内碱原子蒸气的浓度以及弛豫时间之间的关系。通过角度变化的地磁测量实验,给出了相应的测试数据,在数据处理过程中利用origin软件的数据曲线拟合功能,对实验数据进行曲线拟合,通过与仿真曲线的对比,两组曲线有极高的相似性,实验结果达到预期的设计要求,验证了理论推导的正确性。通过本文的研究得出了铷光泵磁力仪共振信号的角相关函数,得出并验证了光路与磁场平行时可得到最大的信号强度,从而提高了信噪比和测量灵敏度。本文的研究对于提高仪器的信噪比、测量灵敏度以及铷光泵磁力仪的小型化、数字化研究具有重要意义,为光泵角度仪的研究提供了理论基础,同时为光泵磁力仪进行作业应用时姿态校正这一关键技术的解决提供了理论依据,在本文的研究基础上姿态校正这一技术将有可能获得新的突破。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究意义
• 1.2 地磁场概述
• 1.2.1 地磁场的起源
• 1.2.2 地磁场的基本特征和要素
• 1.2.3 地磁场的作用
• 1.3 光泵磁力仪的国内外发展现状
• 1.3.1 光泵磁力仪的分类
• 1.3.2 国内发展现状
• 1.3.3 国外发展现状
• 1.4 光泵磁力仪的发展方向
• 1.5 本文的研究背景及研究内容和意义
• 第2章 铷光泵磁力仪的原子物理基础
• 2.1 铷光泵磁力仪原子物理学的相关术语解释
• 2.2 电子的跃迁
• 2.3 铷原子的能级结构
• 2.3.1 原子结构的概念
• 2.3.2 铷原子的能级
• 2.4 铷原子的相关性质
• 2.5 本章小结
• 第3章 铷光泵磁力仪共振信号角相关性的理论分析
• 3.1 铷光泵磁力仪的光磁共振原理
• 3.2 共振信号的角相关性
• 3.2.1 各磁次能级的粒子数之比
• 3.2.2 共振信号的角相关性
• 3.3 共振信号角相关函数的仿真曲线
• 3.3.1 共振信号角相关函数的极值点
• 3.3.2 共振信号角相关函数的MATHCAD仿真曲线
• 3.4 本章小结
• 第4章 共振信号角相关性的实验验证
• 4.1 铷光泵磁力仪实验装置
• 4.2 实验测量过程
• 4.3 实验数据及数据处理
• 4.3.1 实验数据
• 4.3.2 数据处理
• 4.3.3 共振信号角相关性的实验验证
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢