3 光泵磁强计的系统模型 17

3。1 引言 17

3。2 光泵磁强计 17

3。3 SERF 磁强计 20

4 磁强计动力学模型与分析 24

4。1 引言 24

4。2 光泵磁强计弛豫参数计算及动力学模型 24

4。3 SERF 磁强计弛豫参数的计算及动力学模型 29

5 磁强计动力学仿真 30

5。1 引言 30

5。2 光泵磁强计动力学仿真 30

5。3 SERF 磁强计动力学仿真 34

结论 41

致谢 42

参考文献 43

1 绪论

高精度的磁场测量为国防、工业生产以及前沿物理研究提供了重要的手段。传统的磁强 计测量精度和灵敏度有限，难以满足高精度、高灵敏度磁场测量的需求。光泵原子磁强计作 为一种原子磁强计，利用磁光共振效应测量磁场中原子能级的分裂实现磁场测量，具备高测 量精度和灵敏度，有望在某些领域替代传统磁强计，发挥重要作用。

1。1 光泵原子磁强计的背景与意义

1。2    光泵磁强计的发展与现状

2 光泵磁强计的基本原理

2。1 引言

几十年间，光泵磁强计经历了长足的发展。人们找到了多种用来测量磁场的方法，使用 这些方法研制的磁强计各具特性和其适用范围。大多数光泵磁强计都具有相同的理论基础， 理解基本原理是研究磁强计的基本要素，因此本章将探讨这些共同的原理，为后续章节的讨 论奠定基础。本章首先介绍了光泵磁强计的一般工作过程，接下来分别对其涉及的主要理论 进行的阐述，包括原子能级结构的基本知识，光抽运的过程，光偏转法测定原子自旋以及自 旋的弛豫过程，最后说明了描述原子自旋演化的两种方法。

2。2 光泵磁强计工作原理

图 2。1 光泵磁强计工作原理

光泵磁强计的工作原理示意如图 2。1 所示。光泵磁强计通过测量磁场中原子自旋的进动， 实现对磁场的测量，即

为原子旋磁比。磁强计采用碱金属作为工作物质，将碱金属放置于气室中，并对气室进行加 热，可以增大气室中碱金属原子的密度，进而提高测量灵敏度。抽运光与碱金属原子发生相 互作用，将光子的角动量传递给原子，能够使原子中的电子发生跃迁以实现原子极化[19]。磁 场的测量需要检测原子的进动，检测方法有很多，本文就光偏转法做相关说明。当线偏振检 测光垂直于抽运光穿过工作物质时，它的偏振面会产生偏角，与自旋在这个方向投影的大小 相关，通过这个偏角可以判断原子自旋的极化强度。