[發(fā)明專利]一種延長(zhǎng)原子池內(nèi)極化氣體自旋弛豫時(shí)間的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310650608.4
• 申請(qǐng)日: 2013-12-06
• 公開（公告）號(hào): CN104698413B
• 公開（公告）日: 2019-04-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 肖光宗;馮偉;劉小虎;汪之國(guó);袁杰;羅暉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)人民解放軍國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)
• 主分類號(hào): G01R33/44
• 分類號(hào): G01R33/44;G01N24/08
• 代理公司: 湖南省國(guó)防科技工業(yè)局專利中心 43102
• 代理人: 馮青

本發(fā)明涉及一種延長(zhǎng)原子池內(nèi)極化氣體自旋弛豫時(shí)間的方法。采用光致解吸附原理加速極化原子從抗退極化膜逃逸，縮短極化原子被吸附的時(shí)間。同時(shí)，降低吸附在抗退極化膜表面的原子種類和數(shù)目的不均勻性，減小抗退極化膜上的電場(chǎng)梯度。通過(guò)上述兩種物理機(jī)理，降低極化原子核自旋弛豫的概率，延長(zhǎng)極化原子的自旋弛豫時(shí)間。本發(fā)明可延長(zhǎng)原子池內(nèi)原子的自旋弛豫時(shí)間，尤其可提高具有核電四極矩的極化原子的自旋弛豫時(shí)間，對(duì)于提高原子磁力儀和原子自旋陀螺的性能有重要意義。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種延長(zhǎng)原子池內(nèi)極化氣體自旋弛豫時(shí)間的方法，尤其是延長(zhǎng)具有核電四極矩的極化氣體原子自旋弛豫時(shí)間的方法，屬于原子光學(xué)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

核磁共振技術(shù)不僅在物理、化學(xué)、材料科學(xué)等科研研究方面有著廣泛應(yīng)用，在工程技術(shù)領(lǐng)域里也得到了重要應(yīng)用，原子磁力儀和原子自旋陀螺就是其中的典型應(yīng)用。在這兩類原子器件中，原子池是它們的核心元件。一般地，原子池內(nèi)包含堿金屬氣體、惰性氣體和緩沖氣體，通過(guò)光抽運(yùn)堿金屬間接極化惰性氣體原子，惰性氣體原子在磁場(chǎng)下作拉摩爾進(jìn)動(dòng)，在不同的載體轉(zhuǎn)動(dòng)角速度或環(huán)境磁場(chǎng)下，探測(cè)光提取到的惰性氣體拉摩爾進(jìn)動(dòng)頻率產(chǎn)生頻移，進(jìn)而得到載體轉(zhuǎn)動(dòng)角速度或環(huán)境磁場(chǎng)強(qiáng)度。原子池的性能是影響這些器件性能的主要因素。極化氣體自旋弛豫時(shí)間是衡量原子池性能的重要指標(biāo)。

影響惰性氣體原子的自旋弛豫時(shí)間的因素很多，其中最為重要的是原子與原子池薄膜內(nèi)壁的碰撞引起的弛豫機(jī)制。已有一些技術(shù)用來(lái)延長(zhǎng)極化惰性氣體原子自旋弛豫時(shí)間，并在不斷地發(fā)展。其中一種是在原子池中充適量的緩沖氣體，如氮?dú)猓瑏?lái)減小惰性氣體原子與原子池內(nèi)壁碰撞次數(shù)。另外一種是在原子池內(nèi)壁鍍抗退極化膜，如石蠟、銣氫膜、OTS等，抗退極化膜避免了原子與氣室壁的直接作用，使得原子與涂層表面多次碰撞仍然保持極化，從而減小每次碰撞引起原子自旋弛豫的概率。這兩種方法都可以延長(zhǎng)極化氣體自旋弛豫時(shí)間。

然而這兩種方法都存在不足之處。前一種方法中惰性氣體原子與緩沖氣體原子碰撞將導(dǎo)致原子核共振譜線展寬變大，而原子核共振譜線展寬則影響原子磁力儀和原子自旋陀螺的精度。后一種方法中，由于原子池內(nèi)壁抗退極化膜對(duì)于氣態(tài)堿金屬原子、惰性氣體和其它原子均有吸附作用，有部分自由熱運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原子將被吸附在抗退極化膜表面，這將導(dǎo)致原子池內(nèi)壁表面附近的原子種類和密度不均勻，增大了電場(chǎng)梯度。具有核電四極矩的原子，如¹³¹Xe與電場(chǎng)梯度的相互作用會(huì)導(dǎo)致原子核自旋的衰減，使得原子自旋弛豫時(shí)間變短。因此抗退極化膜對(duì)延長(zhǎng)具有核電四極矩的極化原子的自旋弛豫時(shí)間是無(wú)效的。

美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校、NIST、俄羅斯圣彼得堡大學(xué)等研究機(jī)構(gòu)研究了原子池內(nèi)壁抗退極化膜的光致解吸附現(xiàn)象。研究表明，通過(guò)激光輻照可以降低抗退極化膜對(duì)原子的吸附能，加速原子從抗退極化膜附近逃逸，縮短原子在抗退極化膜上被吸附的時(shí)間。

現(xiàn)有的充緩沖氣體方案，若充緩沖氣體過(guò)多，會(huì)使惰性氣體原子與緩沖氣體原子碰撞劇烈，進(jìn)而導(dǎo)致原子核共振譜線展寬變大；現(xiàn)有的抗退極化膜方案對(duì)具有核電四極矩的原子無(wú)效。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是：針對(duì)上述不足，特提出一種延長(zhǎng)極化氣體自旋弛豫時(shí)間的方法和裝置，可延長(zhǎng)原子池內(nèi)原子的自旋弛豫時(shí)間，更為重要的是可提高具有核電四極矩的極化氣體原子的自旋弛豫時(shí)間。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種基于光致解吸附原理的延長(zhǎng)原子池內(nèi)極化氣體自旋弛豫時(shí)間的裝置，包括：激光器7、小角度抖動(dòng)反射鏡8、光束整形系統(tǒng)9、原子池10、反射鏡11，其中，小角度抖動(dòng)反射鏡8位于激光器7與光束整形系統(tǒng)9之間，光束整形系統(tǒng)9位于原子池10前方；反射鏡11位于原子池背面。激光器出射光束經(jīng)小角度抖動(dòng)反射鏡反射，再經(jīng)光束整形系統(tǒng)擴(kuò)束后覆蓋整個(gè)原子池，出射光經(jīng)反射鏡反射再次照射原子池。

所述小角度抖動(dòng)反射鏡在一定角度范圍（如-5^o～5^o）內(nèi)均勻旋轉(zhuǎn),使得激光束具有更大的輻照角度范圍。