项目名称: 非屏蔽超高精度原子磁强计实现方法研究

项目编号: No.61273067

项目类型: 面上项目

立项/批准年度: 2013

项目学科: 自动化技术、计算机技术

项目作者: 董海峰

作者单位: 北京航空航天大学

项目金额: 82万元

中文摘要: 基于无自旋交换弛豫(SERF)的原子磁强计实现了亚fT量级的超高精度磁场测量,并且不需要致冷、具有小型化和芯片化的潜力。但是SERF态原子磁强计必须工作在零磁场附近(<1nT),因此通常不能直接用于非屏蔽磁场的检测。 本项目针对非屏蔽SERF态原子磁强计实现过程中的两大关键技术障碍,即三轴磁场闭环检测中抽运光方向低灵敏度的问题和非屏蔽大量程下电流波动磁噪声的问题,提出新的解决方法。主要研究内容包括:(1)研究光位移SERF态原子自旋操控方法,提高抽运光方向磁场的灵敏度;(2)研究双原子腔单电流源对称原子系综制备方法,消除电流波动磁噪声,测试微弱的磁场变化;(3)两种方法的集成实验。 上述研究的目的是从理论和实验上验证SERF态超高精度磁场检测在非屏蔽环境下应用的可行性,同时也有助于深入理解光位移与SERF态原子的相互作用机理,为相干原子制备和操控提供更多的手段和方法。

中文关键词: 原子;自旋;磁强计;三轴测量;非屏蔽

英文摘要: Atomic magnetometer based on spin-exchange relaxation free (SERF) has achieved a resolution up to sub-femto Tesla. Furthermore, it has no requirement of cryogenic equipment and can be fabricated on small or even chip scale. Unfortunately, it cannot be used directly in the measurement of unshielded field because SERF regime can only be realized under the near-zero-field (i.e. smaller than 1nT). There are two key difficulties in the realization of unshielded atomic magnetometer. One is that the scale factor along the pumping beam decreases greatly once the magnetic fields are compensated close to zero. The other is that the magnetic noise caused by the current cannot be eliminated because a large current is necessary to compensate the environment fields. In this proposal, two methods are proposed to solve these two difficulties. The research contents include: (1) to enhance the scale factor along pumping beam by studying the coupling mechanism between the lightshift and the spin of SERF atoms, and the control method of the spin; (2) to eliminate current magnetic noise and measure weak magnetic field variation in an unshielded environment by generating symmetry atomic ensemble using the scheme of "double-atomic-vapor-cell single-current"; (3) Integrated experiment of the two methods aforementioned to verify the fe

英文关键词: atom;spin;magnetometer;three axis measurement;unshielded

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