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上海光機所在冷原子測磁領域取得新進展

  近期,中國科學院上海光學精密機械研究所中科院量子光學重點實驗室在冷原子噴泉的相互作用區磁場評估中取得了新進展,相關成果作為編輯精選(Editor’s pick)文章發表于《美國光學學會雜志B》(J. Opt. Soc. Am. B 37, 1775-1780)。

  磁場強度是最基本的物理參數,大部分精密測量領域都要用到測磁的相關技術。對應冷原子噴泉鐘而言,磁場通過二階賽曼效應引入了最大的偏移項。磁場測量是其性能評估中最基本的必要測量參數之一。更精準的磁場測量和評估(包括方向、分布等參數)方法一直的科研人員努力的方向。

  該項研究中,科研人員提出了一種通過測量磁敏微波躍遷干涉條紋可見度的方法,實現噴泉鐘微波作用區的徑向磁場分布評估。首先,通過建立磁場分布模型,從而得到不同原子經歷不同的磁場而產生不同的附加相位。附加相位會造成干涉條紋的非均勻加寬,并因而影響條紋的可見度(見圖1)。根據附加相位隨冷原子自由演化時間的增加而增加的關系,科研人員設計并完成了驗證實驗(見圖2),實現了100pT磁場不均勻分布的測量,實驗結果與理論預期吻合較好。

  相關課題組在基于原子噴泉的磁場測量領域取得了一系列有特色的研究成果,包括一階賽曼效應測磁、根據不同磁敏效應的多量程測磁、直接的磁場矢量測量、磁場非均勻補償,以及利用磁敏能級躍遷分辨和測量標量、矢量、張量光頻移(合作)等。本項研究成果是測磁研究的又一項階段性成果,實現了對小范圍區域的磁場不均勻分布的測量。

  該項研究得到中科院先導B項目支持。(中科院量子光學重點實驗室供稿)

  原文鏈接

圖1 可見度隨附加相位分布的變化,綠色曲線為可視度的變化,黑色、紅色、藍色曲線分別對應干涉條紋的極大值、極小值、平均值。

圖2 測量實驗原理圖,左圖為噴泉結構圖,右圖為改變分離振蕩場時序的示意圖。

圖3 實驗結果,上下兩張圖分別對應圖2中的(c)和(d)的情況。

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