摘要磁场作为一项重要的物理参数，其精确测量为前沿物理研究、国防以及工业生产等领域提供了重要的手段。光泵原子磁强计，利用磁光共振的方法测量原子在磁场中的塞曼能 级分裂从而实现磁场测量，相较传统的磁强计具有高灵敏度和高精度的特点。SERF 原子 磁强计是光泵磁强计的一种，工作在低磁场无自旋交换弛豫状态下，相比传统光泵磁强计 具有更高的测量精度和灵敏度。本文首先分析了光泵原子磁强计以及 SERF 原子磁强计 的理论基础，提出描述原子自旋演化的方法，说明了其系统模型并就模型中重要的参数进 行分析；依据 Bloch 方程分析了磁强计中原子自旋的演进的动力学模型，并结合具体的实 验数据解算模型中的参数，利用 Simulink 模块库进行仿真模拟；最后，将理论分析的模 型同实验结果进行初步比较，验证模型的合理性。77271

毕业论文关键词  光泵磁强计  SERF 原子磁强计  动力学方程 仿真

毕 业 设 计 说 明 书 外 文 摘 要

Title   Simulation of optical pumping magnetometer dynamics   

Abstract Magnetometers are indispensable tools for the magnetic field measurement。 Accurate measurement of the magnetic field provides an important approach for the frontier physics research, national defense, and industrial production。 Optical pumping atomic magnetometer uses the magneto-optical atomic resonance method to measure the splitting of Zeeman sublevels in the magnetic field。 Compared with the traditional magnetometer, it has many advantages such as high sensitivity and high measurement accuracy。 SERF atomic magnetometer is one type of optical pumping magnetometers, working in the spin-exchange relaxation-free regime。 Compared with the traditional optical pumping magnetometer, it has a higher measurement accuracy and sensitivity。 The thesis reviews the theoretical basis of the traditional optical pumping magnetometer as well as the SERF atomic magnetometer, sets up the model of the magnetometer and analyzes its important parameters。 Then, the thesis analyzes the dynamics of the evolution of the atomic spin in magnetometer according to the Bloch equation。 The parameters under specific experimental condition in the model are solved by Simulink toolbox。 Finally, to verify the accuracy of the model, the simulated results are compared with theoretical analysis。 

Keywords Optical pumping magnetometer  SERF magnetometer  Dynamic  equations Simulation

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目 次

1 绪论 1

1。1 光泵原子磁强计的背景与意义 1

1。2 光泵磁强计的发展与现状 2

2 光泵磁强计的基本原理 3

2。1 引言 3

2。2 光泵磁强计工作原理 3

2。3 原子能级 4

2。4 光抽运过程 5

2。5 检测自旋极化的方法 8

2。6 自旋弛豫 10

2。7