基于鍵合多反射腔的原子磁力儀
發(fā)布時間：2020-12-05 16:07
原子磁力儀利用原子的自旋進(jìn)動實(shí)現(xiàn)對磁場的探測。提高靈敏度、響應(yīng)速度、測量范圍、空間分辨率,以及降低體積和功耗是原子磁力儀一直追求的目標(biāo)。最近幾十年,隨著多種關(guān)鍵技術(shù)和原理的突破,原子磁力儀各單項(xiàng)性能取得了顯著提高。未來一段時間,原子磁力儀在追求更高性能的同時將向著貼近實(shí)際應(yīng)用的綜合性方向發(fā)展。本研究便是圍繞提高磁力儀靈敏度的同時保持磁力儀系統(tǒng)的小型化開展的,主要包含以下幾個方面:首先搭建了一套用于制備含有多反射腔原子氣室的陽極鍵合系統(tǒng),并對鍵合系統(tǒng)的各個參數(shù)進(jìn)行了研究,總結(jié)出了制作含有多反射腔原子氣室的標(biāo)準(zhǔn)化流程。研究中搭建的陽極鍵合裝置結(jié)構(gòu)簡單,制作流程標(biāo)準(zhǔn)化。因此很容易被復(fù)制和推廣,預(yù)期具有一定的應(yīng)用潛力。此后,我們將標(biāo)準(zhǔn)化制作的含多反射腔的原子氣室應(yīng)用于標(biāo)量磁力儀（scalar magnetometer）中。標(biāo)量磁力儀有較大的探測帶寬和動態(tài)范圍,但受限于原子的弛豫時間,其探測的靈敏度還有提升的空間。利用厘米量級的含有多反射腔的原子氣室,我們在閉環(huán)工作模式下將標(biāo)量磁力儀探測靈敏度提高到了 50fT/Hz1/2以內(nèi)。最后,我們利用多反射腔和雙Bell-Bloom抽運(yùn)相結(jié)合的方法實(shí)現(xiàn)了...
【文章來源】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章頁數(shù)】：98 頁
【學(xué)位級別】：博士
【部分圖文】：
圖１．１?８ＳＲｂ原子能級結(jié)構(gòu)圖??原子在各塞曼子能級之間的磁偶極躍遷時需服從選擇定則ＡｍＦ?＝?０，?±?１
?第１章緒論???Ｂ八??一一???ｃ?－－；＞??〇）Ｌ?＇＇?，??／??科／?、丨??＇、、、、一ｙ??圖１．２原子磁矩在外磁場作用下的拉莫進(jìn)動??如果在垂直于磁場Ｂ的方向上外加一個頻率為拉莫進(jìn)動頻率的交變磁場，??就會驅(qū)動原子在不同塞曼能級間的躍遷，這種現(xiàn)象就稱為磁共振現(xiàn)象。這個現(xiàn)象??可以用經(jīng)典的阻尼振子的受迫振動模型來解釋，當(dāng)射頻場的頻率等于振子的固有??頻率時，振子對射頻場的響應(yīng)最強(qiáng)，此時對應(yīng)的就是能級躍遷的共振現(xiàn)象。??１．?１．?３光栗浦與原子極化過程??在熱平衡狀態(tài)下，處于外磁場環(huán)境下的原子各塞曼子能級粒子數(shù)服從玻爾茲??曼分布??（１．２）??Ｎ２?ｋＢＴ?Ｋ?｝??式中，ｍＦ為磁量子數(shù)，為朗德因子，為玻爾磁子，／＾為玻爾茲曼常數(shù)，ｒ?yàn)??開氏溫度。在常溫、弱磁場下，上式中的Ａ￡ｙ（ｆｃＢｒ）很小，。可以看到此??時各塞曼子能級上的粒子數(shù)分布差異非常小，原子極化度很低，與原子極化對應(yīng)??的信號很難被探測到。??為了增大原子的極化度，上世紀(jì)５０年代法國物理學(xué)家Ａｌｆｒｅｄ?Ｋａｓｔｌｅｒ和Ｊｅａｎ??４??
?第１章緒論???速退激發(fā)。由于有淬滅氣體的存在，激發(fā)態(tài)原子返回基態(tài)各塞曼子能級的概率相??等，均變?yōu)椋保�。此時有：??ｊｔｐ．?＝?－Ｒｐ．＋ｊＲｐ．?ｊｔｐ＋＝＼Ｒｐ．?（１．５）??可得ｐ＿（ｔ）?＝?ｅ＿Ｒｔ／２／２，電子極化度Ｐ?＝?ｌ－ｆＲｔ／２。對于義個原子，全部抽運(yùn)到??ｍ?＝?＋１／２態(tài)上需要的光子數(shù)為：??＝?［?ＲＮａｐｄｔ?＝?Ｎａ?（１．６）??對于堿金屬原子的Ｄ２躍遷，能級圖如圖１．４所示。當(dāng)有淬滅氣體存在且考??慮到ＣＧ系數(shù)的影響時，有：??＾Ｐ－?＝?￣Ｒｐ￣?＋－（Ｒｐ￣?＋?３／？ｐ＋）?（１．７）??石?ｐ＋＝－３／？ｐ＋＋?３／？ｐ＋）?（１．８）??解方程可得，??⑴＝卜?Ｐ?＝?－＾ｌ－ｅ￣２Ｒｔ）?（１．９）??達(dá)到平衡時，產(chǎn)生的極化度Ｐ?＝－１／２。所以抽運(yùn)一般采用Ｄ１躍遷，而不是Ｄ２??躍遷。??ｍ’＝－３／２?ｍ，＝?—?１／２?ｍ＾＋１／２?ｍ’＝＋３／２??退激發(fā)??退激發(fā)??Ｌ／??ｍ＝－ｌ／２?ｍ＝＋ｌ／２??圖１．４堿金屬原子Ｄ２線抽運(yùn)過程??前面的討論都沒有考慮基態(tài)原子塞曼子能級間的弛豫現(xiàn)象。當(dāng)存在自旋弛豫??時，電子自旋的極化度取決于光泵浦的速率和基態(tài)能級間的弛豫速率最??終達(dá)到一個平衡狀態(tài)。此時電子的極化度??６??
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]Diffusion bonding of AlCoCrFeNi2.1 eutectic high entropy alloy to TiAl alloy[J]. Peng Li,Shuai Wang,Yueqing Xia,Xiaohu Hao,Honggang Dong. Journal of Materials Science & Technology. 2020(10)
[2]鍵合參數(shù)對AgAuPdRu鍵合線鍵合性能影響研究[J]. 范俊玲,朱麗霞,曹軍,姚亞昔. 貴金屬. 2019(02)
[3]Close-Loop Bell-Bloom Magnetometer with Amplitude Modulation[J]. 黃海超,董海峰,郝慧杰,胡旭陽. Chinese Physics Letters. 2015 (09)
[4]2005-2010年中國地磁測量與地磁場模型的應(yīng)用[J]. 徐如剛,顧左文,黎哲君,談昕,張毅,王雷,袁潔浩,翟洪濤,辛長江,蘇樹鵬. 地球物理學(xué)進(jìn)展. 2014(05)
[5]地磁測量衛(wèi)星[J]. 馮彥,安振昌,孫涵,毛飛. 地球物理學(xué)進(jìn)展. 2010(06)
[6]超導(dǎo)量子干涉器(SQUID)原理及應(yīng)用[J]. 倪小靜,楊超云. 物理與工程. 2007(06)
[7]MEMS器件氣密性封裝的低溫共晶鍵合工藝研究[J]. 張東梅,丁桂甫,汪紅,姜政,姚錦元. 傳感器與微系統(tǒng). 2006(01)
博士論文
[1]芯片級銫原子鐘關(guān)鍵技術(shù)研究[D]. 張忠山.蘇州大學(xué) 2016
碩士論文
[1]原子鐘堿金屬蒸汽腔制作設(shè)備研制與工藝研究[D]. 劉鑫.華中科技大學(xué) 2008
本文編號：2899721
【文章來源】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章頁數(shù)】：98 頁
【學(xué)位級別】：博士
【部分圖文】：
圖１．１?８ＳＲｂ原子能級結(jié)構(gòu)圖??原子在各塞曼子能級之間的磁偶極躍遷時需服從選擇定則ＡｍＦ?＝?０，?±?１
?第１章緒論???Ｂ八??一一???ｃ?－－；＞??〇）Ｌ?＇＇?，??／??科／?、丨??＇、、、、一ｙ??圖１．２原子磁矩在外磁場作用下的拉莫進(jìn)動??如果在垂直于磁場Ｂ的方向上外加一個頻率為拉莫進(jìn)動頻率的交變磁場，??就會驅(qū)動原子在不同塞曼能級間的躍遷，這種現(xiàn)象就稱為磁共振現(xiàn)象。這個現(xiàn)象??可以用經(jīng)典的阻尼振子的受迫振動模型來解釋，當(dāng)射頻場的頻率等于振子的固有??頻率時，振子對射頻場的響應(yīng)最強(qiáng)，此時對應(yīng)的就是能級躍遷的共振現(xiàn)象。??１．?１．?３光栗浦與原子極化過程??在熱平衡狀態(tài)下，處于外磁場環(huán)境下的原子各塞曼子能級粒子數(shù)服從玻爾茲??曼分布??（１．２）??Ｎ２?ｋＢＴ?Ｋ?｝??式中，ｍＦ為磁量子數(shù)，為朗德因子，為玻爾磁子，／＾為玻爾茲曼常數(shù)，ｒ?yàn)??開氏溫度。在常溫、弱磁場下，上式中的Ａ￡ｙ（ｆｃＢｒ）很小，。可以看到此??時各塞曼子能級上的粒子數(shù)分布差異非常小，原子極化度很低，與原子極化對應(yīng)??的信號很難被探測到。??為了增大原子的極化度，上世紀(jì)５０年代法國物理學(xué)家Ａｌｆｒｅｄ?Ｋａｓｔｌｅｒ和Ｊｅａｎ??４??
?第１章緒論???速退激發(fā)。由于有淬滅氣體的存在，激發(fā)態(tài)原子返回基態(tài)各塞曼子能級的概率相??等，均變?yōu)椋保�。此時有：??ｊｔｐ．?＝?－Ｒｐ．＋ｊＲｐ．?ｊｔｐ＋＝＼Ｒｐ．?（１．５）??可得ｐ＿（ｔ）?＝?ｅ＿Ｒｔ／２／２，電子極化度Ｐ?＝?ｌ－ｆＲｔ／２。對于義個原子，全部抽運(yùn)到??ｍ?＝?＋１／２態(tài)上需要的光子數(shù)為：??＝?［?ＲＮａｐｄｔ?＝?Ｎａ?（１．６）??對于堿金屬原子的Ｄ２躍遷，能級圖如圖１．４所示。當(dāng)有淬滅氣體存在且考??慮到ＣＧ系數(shù)的影響時，有：??＾Ｐ－?＝?￣Ｒｐ￣?＋－（Ｒｐ￣?＋?３／？ｐ＋）?（１．７）??石?ｐ＋＝－３／？ｐ＋＋?３／？ｐ＋）?（１．８）??解方程可得，??⑴＝卜?Ｐ?＝?－＾ｌ－ｅ￣２Ｒｔ）?（１．９）??達(dá)到平衡時，產(chǎn)生的極化度Ｐ?＝－１／２。所以抽運(yùn)一般采用Ｄ１躍遷，而不是Ｄ２??躍遷。??ｍ’＝－３／２?ｍ，＝?—?１／２?ｍ＾＋１／２?ｍ’＝＋３／２??退激發(fā)??退激發(fā)??Ｌ／??ｍ＝－ｌ／２?ｍ＝＋ｌ／２??圖１．４堿金屬原子Ｄ２線抽運(yùn)過程??前面的討論都沒有考慮基態(tài)原子塞曼子能級間的弛豫現(xiàn)象。當(dāng)存在自旋弛豫??時，電子自旋的極化度取決于光泵浦的速率和基態(tài)能級間的弛豫速率最??終達(dá)到一個平衡狀態(tài)。此時電子的極化度??６??
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]Diffusion bonding of AlCoCrFeNi2.1 eutectic high entropy alloy to TiAl alloy[J]. Peng Li,Shuai Wang,Yueqing Xia,Xiaohu Hao,Honggang Dong. Journal of Materials Science & Technology. 2020(10)
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[3]Close-Loop Bell-Bloom Magnetometer with Amplitude Modulation[J]. 黃海超,董海峰,郝慧杰,胡旭陽. Chinese Physics Letters. 2015 (09)
[4]2005-2010年中國地磁測量與地磁場模型的應(yīng)用[J]. 徐如剛,顧左文,黎哲君,談昕,張毅,王雷,袁潔浩,翟洪濤,辛長江,蘇樹鵬. 地球物理學(xué)進(jìn)展. 2014(05)
[5]地磁測量衛(wèi)星[J]. 馮彥,安振昌,孫涵,毛飛. 地球物理學(xué)進(jìn)展. 2010(06)
[6]超導(dǎo)量子干涉器(SQUID)原理及應(yīng)用[J]. 倪小靜,楊超云. 物理與工程. 2007(06)
[7]MEMS器件氣密性封裝的低溫共晶鍵合工藝研究[J]. 張東梅,丁桂甫,汪紅,姜政,姚錦元. 傳感器與微系統(tǒng). 2006(01)
博士論文
[1]芯片級銫原子鐘關(guān)鍵技術(shù)研究[D]. 張忠山.蘇州大學(xué) 2016
碩士論文
[1]原子鐘堿金屬蒸汽腔制作設(shè)備研制與工藝研究[D]. 劉鑫.華中科技大學(xué) 2008
本文編號：2899721
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