张军海,向康,梅红松,赵文辉,黄宗军,孙伟民.全光高灵敏度Bell-Bloom磁力仪的实现和优化[J].光电子激光,2015,26(2):211~216
全光高灵敏度Bell-Bloom磁力仪的实现和优化
Realization and Optimization of all-optical Cs atom magnetometer based on Bell-Bloom structure
投稿时间:2014-09-09  
DOI:
中文关键词:  磁力仪  灵敏度  响应时间  空间分辨率
英文关键词:magnetometer  sensitivity  spatial resolution  response time
基金项目:国家“863”高技术研究发展计划、航空基金(201207P6002)和中央高校基本科研基 金(HEUCF20111111)资助项目 (哈尔滨工程大学理学院,黑龙江哈尔滨 150001)
作者单位
张军海 哈尔滨工程大学 理学院,黑龙江 哈尔滨 150001 
向康 哈尔滨工程大学 理学院,黑龙江 哈尔滨 150001 
梅红松 哈尔滨工程大学 理学院,黑龙江 哈尔滨 150001 
赵文辉 哈尔滨工程大学 理学院,黑龙江 哈尔滨 150001 
黄宗军 哈尔滨工程大学 理学院,黑龙江 哈尔滨 150001 
孙伟民 哈尔滨工程大学 理学院,黑龙江 哈尔滨 150001 
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中文摘要:
      为了克服利用交流磁场激发基态塞曼磁子能级跃 迁的传统光泵磁力仪信号串扰问题,本文报道了一种 基于Bell-Bloom结构的全光铯(Cs)原子磁力仪。利用共振圆偏振光极化基态Cs原子使之产 生磁偶极矩,在 外磁场条件下,磁矩围绕外场进行拉莫尔进动,通过测量线偏振检测光偏振椭圆长轴的变 化周期,可以 实现对外磁场的高灵敏度测量。理论分析了强度调制的Bell-Bloom磁力仪工作原理, 搭建了试验系统, 通过磁力仪参数(抽运激光频率和光强)的优化,在100nT外磁场附近 ,获得了线宽(半高全宽)为22Hz、 每单位带宽信噪比(SNR)达到3.2×104的拉莫尔进动光谱,进而评价该磁力仪物理系统具有100fT/Hz 1/2的本征灵 敏度;闭环测试结果为120fT/Hz1/2,空间分辨率达到1.2cm,且随外界磁场变化的响应时间为300ms。
英文摘要:
      In order to availably solve the crosstalk of the traditionally optically pumped magnetometer, in which an oscillating magnetic field drives transitions between Zeeman magneti c sublevels,an all-optical cesium (Cs) atomic magnetometer based on Bell-Bloom structure has been investigated and demonstrated experimentally in this paper.When there is an external magnetic fie ld,by analyzing the Larmor precession spectrum of the polarized ground state atoms induced by a modulated pump laser,the atomic magnetometer with high sensitivity is achieved.First,we pres ent the operating principle of the magnetometer with amplitude modulation and set up the experi mental system by means of a three-layer magnetic shield.Then in the case of 100nT field by opt imizing the experimental parameters,i.e.,the frequency and intensity of the pump laser,we have obtained the atomic precession spectrum with line width (full width at half maximum) of 22Hz and signal noise ratio (SNR) of 3.2×104per unit hertz band width,and then have evaluate d the magnetometer with an intrinsic sensitivity of 100fT/Hz1/2 and spatial resolution small er than 1.2cm,while the experimentally closed loop test shows that the cesium atomic magnetometer would have the sensitivity of 120fT/Hz1/2 and response time of 300ms.
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