自旋投影噪声对铯原子磁力仪分辨率的影响

王丰++刘炳胜++张军海++刑苏星++张硕

摘 要：介绍了一种全光学的高灵敏度铯原子磁力仪，从理论方面分析了自旋投影噪声的来源及其产生机理，并计算了噪声的影响程度。这些研究工作为铯原子磁力仪相关实验研究的顺利进行提供了必要的依据。

关键词：铯原子磁力仪；原子磁力仪灵敏度；自旋投影噪声；磁场精确测量技术

中图分类号：P631.2+3 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.14.103

磁场精确测量技术被广泛应用于医用科学、军事工程技术、大气地球物理学和现代工业等领域，它在其中发挥着非常重要的作用。而提高微弱磁场测量仪的分辨精度是近些年研究的热点问题之一。20世纪中期，人们基于超导隧道效应，利用新超导材料制成了超导量子干涉磁力仪。其测量分辨率极高，能够达到飞秒量级，但只有在低温环境中工作介质才能正常工作。本文选用铯原子作为工作介质，它不在低温环境中就可以实现高分辨率磁力仪。同时，采用数值计算的方式分析了影响无自旋交换弛豫的铯原子磁力仪灵敏度的因素，并针对自旋投影噪声与激光频率失谐的关系进行了数值计算。

1 铯原子磁力仪工作原理

铯原子磁力仪是由抽运激光、检测激光、气态铯泡和信号检测4部分构成的。波长为894 nm右旋圆偏振激光束沿着z轴的正方向传播，激光束腰斑直径为4 mm，抽运激光使铯原子产生跃迁。由于其激发态寿命短，电子会自发辐射回到基态上，进而在波长为894 nm的抽运光的持续作用下使所有原子都处于激发态。……