全光学原子磁力仪无自旋交换弛豫机制影响因子仿真与优化

1、全光学原子磁力仪无自旋互换弛豫系统影响因子仿真与优化全光学原子磁力仪无自旋互换弛豫系统影响因子仿真与优化3/3全光学原子磁力仪无自旋互换弛豫系统影响因子仿真与优化全光学原子磁力仪无自旋互换弛豫系统影响因子仿真与优化无自旋互换弛豫(SERF)原子磁力仪因除去了自旋互换碰撞产生的磁共振线宽中自旋互换增宽成分,提高了碱金属原子之间的相关性而拥有超高敏捷度,结合原位、梯度、张量丈量方法,可应用于矿物勘探、地磁测绘、大海检查等多个地球物理探测领域。当前,对原子磁力仪无自旋互换弛豫系统的影响要素、其对SERF系统的作用过程、以及其调控手段等并未出现系统有序的分析和论证。所以,本文依据不一样样领域的探测需求

2、,研究经过改变施加调制磁场的形式进行单轴、双轴、三轴磁场重量解调;经过研究碱金属原子相关自旋状态,即无自旋互换弛豫系统的形成机理及外面限制条件,开发碱金属原子的实验调控和监测手段;经过仿真无自旋互换弛豫系统的外面表现特色由影响因子决定的变化过程,确立实验操作的最优条件。鉴于无自旋互换弛豫系统的核心重要性,本文深入研究了各样磁场形式的布洛赫方程分析解及无自旋互换弛豫系统,对碱金属原子自旋相关状态的影响因子进行仿真和优化,为建立无自旋互换弛豫原子磁力仪,并实现其超高敏捷度供给理论支撑和仿真考证。第一深入分析对应不一样样形式磁场的布洛赫方程分析解:简要介绍了原子磁力仪的基本源理,从碱金属原子的能级构

3、造、光泵浦过程、宏观磁矩的拉莫尔进动过程、光探测过程等方面介绍利用原子自旋的量子行为及动力学行为获取磁场有用信息的过程;接着从布洛赫方程的分析解下手,采纳建立数学模型的方法对原子磁力仪几种不一样样的操作模型进行数理介绍和论证;最后引入原子自旋对不一样样形式磁场的响应,从数理分析、原子行为双方面获取原子系统的响应模型并给出合理解说.研究了无自旋互换弛豫系统的形成系统与表现特色:第一分析了几种导致磁共振线宽的不一样样弛豫种类包含自旋互换弛豫、自旋损坏弛豫、与气室壁的碰撞弛豫等,及其外面决定要素,利用密度矩阵与微扰论方法分析自旋互换碰撞速率对自旋互换增宽和进动频次的影响,并对无自旋互换弛豫系统的外面

4、表现特色磁共振线宽和拉莫尔进动频次,及其互相之间的关系进行分析,为提出一种监测原子状态的方法供给有力理论支撑;对无自旋互换弛豫系统影响因子进行仿真与优化:第一介绍了影响无自旋互换弛豫系统的核心变量温度、磁场、极化率,此后分析了三种作用因子对磁共振线宽或拉莫尔进动频次的影响,采纳Matlab数值仿真了:(1)极化率在气室中的衰减过程、极化率与信噪比的关系、极化率与旋磁比的关系等,获取极化率的最优控制状态;(2)温度与自旋互换增宽、自旋破坏增宽、总磁共振线宽之间的关系,获取线宽最窄时的最优温度;(3)温度对旋磁比的影响,为监测碱金属原子状态的新方法供给有效考证;(4)磁场对自旋互换增宽和旋磁比的两

5、重作用,为碱金属原子磁力仪在不一样样平台的应用供给了有力依据;(5)磁场、极化率、温度的综合作用,找寻碱金属原子工作的最优状态,为优化原子磁力仪性能供给理论支撑.最后进行了影响因子的实验考证与系统敏捷度测试:第一对无自旋互换弛豫系统的影响因子进行实验考证,分别获取磁场、温度对自旋互换增宽和衰减旋磁比的影响曲线以及磁场、极化率对旋磁比的影响曲线,实验结果与理论分析、数值仿真结果均十分吻合。接着,鉴于无自旋互换弛豫机制的特色分析,提出一种可及时监测碱金属原子状态的方法,采纳丈量旋磁比的方法取代长时间磁共振曲线线宽丈量,可迅速确立原子状态,防范产生漂移偏差,提高丈量精度。利用衰减振荡曲线,得出暂态部分的振荡频次,拟合磁场-振荡频次关系曲线,其斜率便为此温度条件下的旋磁比。与仿真曲线比较,在温度差别赞成