[發明專利]一種磁共振塞曼躍遷調控的實驗裝置及方法

有效

• 申請號: 202110412374.4
• 申請日: 2021-04-16
• 公開（公告）號: CN113240985B
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發明（設計）人: 繆培賢;史彥超;陳大勇;廉吉慶;張金海;王劍祥;楊世宇;馮浩;肖玉華;朱宏偉;代虎;楊軍;涂建輝;楊煒;崔敬忠;陳江;劉志棟
• 申請（專利權）人: 蘭州空間技術物理研究所
• 主分類號: G09B23/18
• 分類號: G09B23/18
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 代麗

1.一種磁共振塞曼躍遷調控的實驗裝置，其特征在于，包括：本底磁場產生組件、抽運-檢測型原子磁力儀和z軸線偏振光探測組件；

其中，本底磁場產生組件用于產生z軸軸向均勻穩定的本底磁場；

z軸線偏振光探測組件用于探測磁共振塞曼躍遷的信號；

抽運-檢測型原子磁力儀位于本底磁場產生組件產生的本底磁場的中心，用于測量銣泡處的磁場；通過控制抽運-檢測型原子磁力儀的射頻信號源輸出的信號幅度控制射頻信號為π/2脈沖或π脈沖，通過控制射頻信號源輸出的打開或關閉控制射頻脈沖信號的脈沖間隔時長，通過調整射頻脈沖信號之間的脈沖間隔時長實現磁共振塞曼躍遷的調控；

其中，本底磁場對應的拉莫爾進動頻率f₀和所述射頻信號源輸出的正弦信號的頻率f相等；用于磁共振塞曼躍遷調控的所有射頻脈沖信號的初始相位相同；設定射頻信號π/2脈沖時長t_π/2符合表達式f₀×t_π/2＝i，i為正整數；首個射頻脈沖信號為π/2脈沖，該脈沖信號激勵原子磁矩進動至x-y平面內；當原子磁矩處于x-y平面內時：當兩個射頻π/2脈沖信號的間隔時長為n/f₀時，第二個π/2脈沖完成完整的磁共振塞曼躍遷；當兩個射頻π/2脈沖信號的間隔時長為(m-0.5)/f₀時，第二個π/2脈沖中止并反轉磁共振塞曼躍遷；當原子磁矩處于x-y平面內時，射頻π脈沖信號使原子磁矩最終回到x-y平面內；兩個射頻π/2脈沖信號的間隔時長n/f₀或(m-0.5)/f₀分別對應于原子磁矩繞本底磁場自由進動2nπ或(2m-1)π弧度，n和m為正整數。

2.如權利要求1所述的磁共振塞曼躍遷調控的實驗裝置，其特征在于，f₀取10kHz時，設定n取5、m取6；設定i取5；設定所有正弦射頻脈沖信號的初始相位為零。

3.如權利要求1所述的磁共振塞曼躍遷調控的實驗裝置，其特征在于，本底磁場產生組件包括磁屏蔽筒1、本底磁場線圈2和恒流源7；其中，磁屏蔽筒1用于屏蔽地磁場；本底磁場線圈2軸對稱地置于磁屏蔽筒1的內部，恒流源7向本底磁場線圈2通入恒定電流，在磁屏蔽筒1內產生軸向均勻穩定的本底磁場。

4.如權利要求3所述的磁共振塞曼躍遷調控的實驗裝置，其特征在于，恒流源7采用6.5位商用數字化電流源。

5.如權利要求1所述的磁共振塞曼躍遷調控的實驗裝置，其特征在于，本底磁場的磁場梯度小于1％。

6.如權利要求1所述的磁共振塞曼躍遷調控的實驗裝置，其特征在于，抽運-檢測型原子磁力儀的z軸圓偏振抽運激光采用小于10°的發散光束照射銣泡。

7.如權利要求1所述的磁共振塞曼躍遷調控的實驗裝置，其特征在于，抽運-檢測型原子磁力儀的z軸右旋圓偏振抽運激光的頻率被鎖定至⁸⁷Rb原子的D1線躍遷，x軸和z軸線偏振探測激光頻率相比抽運激光頻率紅失諧3GHz至10GHz。

8.一種如權利要求1～7任意一項所述的實驗裝置的磁共振塞曼躍遷調控方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟一、設定抽運-檢測型原子磁力儀處于磁場測量模式；設定抽運-檢測型原子磁力儀中射頻信號源輸出的射頻脈沖信號的頻率為f，初始相位為定值；通過監測抽運-檢測型原子磁力儀輸出的拉莫爾進動頻率f₀來微調本底磁場產生組件參數，使本底磁場對應的拉莫爾進動頻率f₀嚴格等于射頻脈沖信號的頻率為f；

步驟二、設定抽運-檢測型原子磁力儀中射頻信號源輸出的首個射頻脈沖信號時長大于預設π脈沖時長，調節抽運-檢測型原子磁力儀中射頻信號源輸出的正弦信號的振幅，通過觀察x軸差分探測信號來確定磁共振躍遷對應π/2脈沖或π脈沖的時長，使射頻信號π/2脈沖時長t_π/2符合表達式f₀×t_π/2＝i，其中一個包絡對應時長即為π脈沖時長；

步驟三、設定抽運-檢測型原子磁力儀中射頻信號源輸出一系列射頻脈沖串，其中抽運-檢測型原子磁力儀中z軸圓偏振抽運激光關閉后射頻信號源輸出的首個射頻脈沖信號為π/2脈沖，兩個射頻脈沖之間的間隔時長為n/f₀或(m-0.5)/f₀，用z軸線偏振光探測組件觀察磁共振塞曼躍遷；調整射頻脈沖信號的脈沖間隔時長，實現磁共振塞曼躍遷的調控。