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铯光泵磁力仪
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    极其微弱的磁场和它的微小扰动都蕴含着极其重要的信息,这促使我们去寻找测量这些物理量的方法。铯 光泵磁力仪就是高精密测量的一个实例。它是量子磁力仪的一种,广泛应用于航空磁测、海洋监测、地质勘探(矿产资源开发、考古)、地震预报、甚至医疗卫生系 统等领域。实用型光泵磁力仪无论在军事还是民用磁测领域,都具有非常重要的应用价值与前景。相比于其它磁力仪,铯谱灯光泵磁力仪拥有很多优势:铯原子塞曼 能级跃迁谱线强度大,灵敏度可高达pT/Hz1/2量级,适用于飞行器搭载实测等。
图1 铯光泵磁力仪实验系统(被动式)
铯光泵磁力仪的原理:
    铯原子的超精细结构能级在外部磁场的作用下会出现塞曼分裂现象,分裂的大小与磁感应强度成比例,精确测定塞曼子能级间的频率,即可计算出此时外部磁场的大小。
结构
    正如图1所示,在外部静态磁场B中,无极铯光谱灯发出的光经过圆极化后,通过充有合适缓冲气体的铯气室,实现铯原子的光抽运,即原子全部聚集在某一个塞曼 子能级上,平衡后,铯原子不再吸收光子,光电二极管接收到的是稳定的光强值。之后,调节铯气室周围的射频线圈中的射频场频率,当射频场RF频率为fL恰好 等于塞曼子能级之间的跃迁频率时,引起铯原子在塞曼子能级间的跃迁,铯原子将继续吸收光子,则光电二极管接收到的光强变小,即获得了塞曼跃迁谱线。利用锁 频装置(包括扫频式和自激式),可以实现系统的闭环锁定,利用频率计测量拉莫尔频率fL,再通过关系式γB=fL即可求出磁场值。
进展
    项目组已经研制成功一套实验系统,观察到了铯原子的塞曼跃迁谱线(图2),目前正在开展提高谱线信噪比和闭环锁定工作。
图2 铯光谱灯泵浦、塞曼子能级跃迁谱线