基于Hanle效应的磁矩成像研究

来源 :哈尔滨工程大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:forsoother
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磁场测量技术一直以来都是科学研究的热点问题,在矿产资源探测、地质灾害预警、生物医学成像和基础物理研究等领域有着非常广泛的应用。近些年,随着磁场测量技术的不断发展,出现了一些灵敏度非常高的磁场测量装置,例如超导量子干涉磁力仪,光学原子磁力仪,以及医学上常用的核磁共振成像诊断设备。而基于共振光学的原子磁力仪的发展相对比较晚,但是作为具有极大发展潜力的磁场测量技术,正在得到越来越多的关注和研究。本文就是用圆偏振光泵浦极化铯原子介质,被极化后的介质的光学吸收系数发生了改变,根据Hanle效应可知,当介质暴露于磁场中的时候,被极化的状态将会遭到破坏,就会向外辐射出一定强度的荧光。荧光的强度和磁场强度满足一定的代数关系模型,表现为在B=0处的窄共振结构,在此基础上就能由接收的荧光的强度通过对应的计算,就可以实现磁场的测量和成像。  在该实验中,用加有缓冲气体(8mbar Ar和45mbar Ne)的铯原子气室作为磁传感器,其中缓冲气体可以有效的限制气室中的铯原子移动,使得其极化成原子阵列。使用均匀的扫描磁场,选择性破坏处于待测磁场中介质的极化状态,待测磁场是由通电线圈产生,在一定的程度上可以被等效为磁偶极子,利用电荷耦合器件(CCD)介质层辐射的荧光图案,由此可以获得磁场的分布,从而获得所测的磁场的图像。静磁场中的反问题求解是研究的难点,高精度和高空间分辨率的磁场测量成像技术,有望为静磁场中的反问题的求解带来有力的帮助,本文通过对实验测量数据对磁源的位置进行了反演求解,通过对所求结果的分析,计算出反演的精度为0.64mm。  本文最终对利用Hanle效应的磁矩成像系统空间分辨率进行了分析评估,通过对实验结果的分析表明,成像分辨率和磁场梯度有关,当靠近磁源附近时该成像系统具有0.96mm的空间分辨率,以及从极化原子的平均自由程来分析,该系统具有9.5μm的极限的空间分辨率,其展现出了非常优异的空间成像解析能力,表明了其具有非常大的研究价值和应用前景。
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