激光源对光磁共振信号影响

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1、激光源埘光磁共振信号的影响葺iiii苦iiiiiiIr"iTiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiii毒iiiiiiiiiiiiiiii宣摘要激光铯光泵磁力仪是一种用来测量磁场总强度的绝对磁测仪器，它是以铯原子的能级在磁场中产生塞曼效应为基础，利用激光泵浦和射频磁场产生光磁双共振的原理而制成的，激光抽运铯原子是磁力仪结构的核心部分。本文首先简要介绍了铯(Cs)原子的基本性质、能级结构以及在外磁场中如何进行I．J耦合形成超精细结构并发生塞曼分裂形成塞曼子能级，在此基础上给出光泵磁力仪的理论分析和系

2、统设计原理。对磁力仪中的相关器件进行了详细的说明，重点说明了作为抽运光源部分的894nIll半导体激光器的性能参数对光抽运效应的作用。然后在简单三能级系统参照下，深入分析了左旋圆偏振激光光束对铯原子各塞曼子能级的抽运机理。从分析可知铯原子塞曼子能级偏极化程度(各塞曼子能级粒予数的非均衡分布)越高，探测的光磁共振信号越强。本文利用ML．Harris等人得出的光学布洛赫方程近似形式，分析计算了铯原子基态Fg=4、曙3和激发态凡=4各塞曼子能级粒子数变化的速率方程，由此可获得各能级粒子数随时间演化的函数，并分析了激光

3、光强，失谐频率及偏振态对铯原子各塞曼子能级粒子数的影响。从而可以选择合适的激光器输出参数，使基态R=4各塞曼子能级粒子偏极化程度最大。因此选择合适的激光器输出参数对提高铯原子的偏极化程度、提高光磁共振信号、改善激光光泵铯磁力仪磁测的灵敏度、稳定性具有重要意义。’关键字：光磁共振；塞曼子能级；光抽运；速率方程；失谐频率哈尔滨T程大学硕十学位论文AbstractThelaseropticallypumpedcesiummagnetometerisamagneticmeasurementinstrumentthati

4、susedtomeasuretheabsolutetotalintensitymagneticfield．itisbasedonthattheenergylevelsofcesiumatomsinamagneticfieldproducesZeemaneffectandmakesuseoftheprinciplethatlaserpumpingandtheRFmagneticfieldproducemagneto—opticaldoubleresonancetomake．Laser-pumpedcesiumat

5、omisacorepartofmagnetometerstructure．Thisarticlefirstintroducesthecesium(Cs)atomicenergylevelstructureandthebasicnatureandintheexternalmagneticfieldhowtooccurthecouplingofI-JtoformthehyperfinestructureandZeemansublevels．Itisgivenopticalpumpingmagnetometerthe

6、oreticalanalysisandsystemdesignprinciplesinthispaper．Introducethe894nmpumplaserdiodelightsourceinthesystemstructure；itsperformanceparameterhascrucialeffecttoopticalpumping．Thenunderasimplethree—levelsystem，thedetmledanalysisthepumpingmechanismofZeemansubleve

7、lsofthecesiumatomintheleft—handcircularlypolarizedlightbeam．Toobtainthestrongertheprobelightthemagneticresonancesignals，wecouldmaketheZeemansublevelsofcesiumatomshigherthedegreeofpolarization．TheInnovationistousetheapproximatetheformoftheopticalBlochequation

8、sbyMLHarris，analysisandcalculationpopulationchangeofthecesiumatomingroundstateF#4，p3andtheexitedstates凡=4，bywhichwegettherateequationoftheZeemansub-levelpopulationofcesiumatomsandthetimeevolutio