基于非重合密集折返光路型原子气室及量子无损测量的高灵敏度全光学原子磁力仪研究

基本信息
批准号:11204273
项目类别:青年科学基金项目
资助金额:26.00
负责人:李曙光
学科分类:
依托单位:浙江科技学院
批准年份:2012
结题年份:2015
起止时间:2013-01-01 - 2015-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:潘文诚,盛东,徐宏飞,施钧辉,张震宇,于爱华,施秧,杨舒捷
关键词:
高灵敏度自旋压缩原子磁力仪量子无损测量非重合密集折返光路
结项摘要

Magnetometers with sensitivity beyond 1fT Hz^-1/2 have significant applications. This research is focused on improving the sensitivity of an atomic magnetometer based on optical rotations utilizing the latest techniques of dense-beam multipass cells as well as quantum nondemolition measurements. We will theoretically study the multiple beam passes generation and their propagation properties, the effect of cell form factors, buffer gases and anti-relaxation coatings on the atomic spin relaxation, and the mechanism of interactions between highly polarized atoms and light in a weak magnetic field. Also we will investigate the essential relationship between the sensitivity of magnetometers and the effective number of atoms, relaxation time, quantum nondemolition measurement and spin squeezing. Experimentally, we will utilize an atomic cell filled with buffer gas and integrated with a multipass cavity with high transmission ratio to notably increase the effective optical path and number of atoms, and obtain very large optical rotations and signal-to-noise ratio via highly polarized atoms. The characters of atomic spin noise will also be analyzed. We will improve the atomic transverse relaxation time by the non-linear spin relaxation effect and perform quantum nondemolition measurements using weak and short pulses. The actual sensitivity will be measured and compared with theorectical results. This research can promote the further understanding of the principle of interactions between atoms and light in a weak field, and help us to solve some significant problems related to atomic magnetometers. This type of magnetometer can be realized with high sensitivity while still keeping small size.

fT级别高灵敏度磁力仪具有重要应用价值。本项目首次将非重合密集折返光路型原子气室应用于基于偏振面旋转的全光学原子磁力仪上并显著提高其灵敏度,同时使用量子无损测量突破基本灵敏度极限。理论上研究非重合密集折返光路的产生原理与腔内光束传输的特性,计算原子气室结构、缓冲气体和抗弛豫涂层对原子自旋弛豫的影响,分析微弱外磁场中高度极化的原子与激光的作用机制;探究有效原子数、弛豫时间、量子无损测量、自旋压缩与灵敏度之间的密切关联。实验上采用一个集成高反射率密集折返光路腔的多组分原子气室来大幅提高有效光程和作用原子数,通过高度极化原子来获得大角度的探测光偏振面旋转并提高信噪比;观察原子自旋噪声特征,利用非线性弛豫效应增大原子弛豫时间,采用弱脉冲进行量子无损测量,分析实际灵敏度并与理论对比。通过本研究可更深入理解外场下光与原子的相互作用机理,解决原子磁力仪研究的关键问题,实现小体积的同时显著提高灵敏度。

项目摘要

全光学的原子磁力仪能够实现更高的灵敏度,且具有能耗低、使用和维护成本低、可靠性高等优势,在许多领域如空间地球物理、地质学、工业无损检测、医学等都有着广泛应用。提升磁力仪的灵敏度非常具有实际应用价值,其研究思路也具有重要的科学意义。在承担项目期间,按照原计划开展相关研究,总体执行情况良好。其中,我们进行了一套基于非重合密集折返光路原子气室的原子磁力仪整体实验装置的搭建,对磁场线圈进行了优化改进,组建了激光稳频和稳功率系统,改善了信号测量电路,优化了探测光模式,并且针对提高原子磁力仪灵敏度方面进行了一定的理论和实验研究。在项目进行过程中,研究了原子气室腔内光束传输的特性,从理论上分析了原子气室结构、抗弛豫涂层与原子自旋弛豫之间的关系,并利用实验对其进行验证,发现了其相互之间具有一定的密切联系;我们通过改进光学系统以及探测光的特性,利用非重合密集折返光路型原子气室,根据理论预期设计了相应的实验方案,研究量子无损探测的方法,寻找突破基本灵敏度极限的理论和实验条件;通过实际测量,发现了原子磁力仪具有了较高的灵敏度,达到600fT/Hz^1/2,受限于硬件测量环境,其实际灵敏度应更高。发表成果并被报道;培养了本科生并指导了研究生;在本项目的研究中还观察到了某些值得思考的新现象,例如原子与气室内壁涂层之间的一些微观相互作用过程和理论预期不一致的反常现象,以及探索到原子磁力仪的新应用等,很值得在今后的相关项目开展深入研究。该项目的研究结果对原子在磁场中与光的相互作用、原子与抗弛豫镀膜的微观作用、全光学类高灵敏度原子磁力仪的基础和应用研究都具有一定的价值。

项目成果
{{index+1}}

{{i.achievement_title}}

{{i.achievement_title}}

DOI:{{i.doi}}
发表时间:{{i.publish_year}}

暂无此项成果

数据更新时间:2023-05-31

其他相关文献

1

奥希替尼治疗非小细胞肺癌患者的耐药机制研究进展

奥希替尼治疗非小细胞肺癌患者的耐药机制研究进展

DOI:
发表时间:2020
2

基于限流级差配合的城市配电网高选择性继电保护方案

基于限流级差配合的城市配电网高选择性继电保护方案

DOI:10.7500/AEPS20180327002
发表时间:2019
3

长链基因间非编码RNA 00681竞争性结合miR-16促进黑素瘤细胞侵袭和迁移

长链基因间非编码RNA 00681竞争性结合miR-16促进黑素瘤细胞侵袭和迁移

DOI:
发表时间:2021
4

非牛顿流体剪切稀化特性的分子动力学模拟

非牛顿流体剪切稀化特性的分子动力学模拟

DOI:10.7498/aps.70.20202116
发表时间:2021
5

强震过程滑带超间隙水压力效应研究:大光包滑坡启动机制

强震过程滑带超间隙水压力效应研究:大光包滑坡启动机制

DOI:
发表时间:2020

李曙光的其他基金

批准号:40973016
批准年份:2009
资助金额:66.00
项目类别:面上项目
批准号:49070165
批准年份:1990
资助金额:6.00
项目类别:面上项目
批准号:41473036
批准年份:2014
资助金额:110.00
项目类别:面上项目
批准号:39170243
批准年份:1991
资助金额:3.50
项目类别:面上项目
批准号:40173014
批准年份:2001
资助金额:27.00
项目类别:面上项目
批准号:10874145
批准年份:2008
资助金额:38.00
项目类别:面上项目
批准号:49573190
批准年份:1995
资助金额:15.00
项目类别:面上项目
批准号:40373009
批准年份:2003
资助金额:42.00
项目类别:面上项目
批准号:51409284
批准年份:2014
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:40573010
批准年份:2005
资助金额:50.00
项目类别:面上项目
批准号:31072065
批准年份:2010
资助金额:30.00
项目类别:面上项目
批准号:61178026
批准年份:2011
资助金额:78.00
项目类别:面上项目
批准号:81501775
批准年份:2015
资助金额:18.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:60804049
批准年份:2008
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:40634023
批准年份:2006
资助金额:150.00
项目类别:重点项目
批准号:41730214
批准年份:2017
资助金额:318.00
项目类别:重点项目
批准号:41230209
批准年份:2012
资助金额:293.00
项目类别:重点项目
批准号:61475134
批准年份:2014
资助金额:84.00
项目类别:面上项目
批准号:51879286
批准年份:2018
资助金额:61.00
项目类别:面上项目
批准号:49472144
批准年份:1994
资助金额:13.00
项目类别:面上项目
批准号:39470200
批准年份:1994
资助金额:7.00
项目类别:面上项目
批准号:49873006
批准年份:1998
资助金额:23.00
项目类别:面上项目
批准号:48770188
批准年份:1987
资助金额:5.00
项目类别:面上项目
批准号:40773013
批准年份:2007
资助金额:56.00
项目类别:面上项目

相似国自然基金

1

基于光-原子量子关联的量子无损测量实验研究

批准号:11874152
批准年份:2018
负责人:陈丽清
学科分类:A2403
资助金额:64.00
项目类别:面上项目
2

基于量子相干效应研究新型原子磁力仪

批准号:60478042
批准年份:2004
负责人:叶存云
学科分类:F0506
资助金额:25.00
项目类别:面上项目
3

全光型集成原子光学及其原子芯片与新颖光学晶格

批准号:10674047
批准年份:2006
负责人:印建平
学科分类:A2205
资助金额:40.00
项目类别:面上项目
4

基于抗弛豫镀膜气泡的拉伸态原子磁力仪

批准号:11074050
批准年份:2010
负责人:赵凯锋
学科分类:A2102
资助金额:50.00
项目类别:面上项目