基于碱金属惰性气体混合的惰性气体核子极化率测量方法

技术领域

本发明涉及采用原子自旋惯性测量装置测量核子极化率技术，特别是一种基于碱金属惰性气体混合的惰性气体核子极化率测量方法，通过建立偏置磁场与原子进动频率对应关系获得该关系中惰性气体核子极化所产生的有效磁场，再通过有效磁场计算得到惰性气体核子极化率，有利于提升精密测量的灵敏度和准确度。

背景技术

随着量子物理学、光学等领域的快速发展，基于量子的精密测量已经开始步入新时代。量子精密测量的基本原理是利用光与原子的相互作用，实现对各种物理量超高精度的测量。高精度惯性测量装置的研究可以应用在多种领域：前沿基础物理学、医学、军事领域，为物理学的极限研究和医疗研究等提供新思路。测量碱金属和惰性气体混合的惰性气体核子极化率能够帮助了解混合抽运中不同工作条件的影响(比如温度、混合碱金属原子的密度比、和气体成分)。因此，准确测量碱金属和惰性气体混合的惰性气体核子极化率对于提升精密测量的灵敏度和极化率具有重要意义。

目前，测量碱金属和惰性气体混合的惰性气体核子极化率的方法有NMR检测法(NMR，nuclear magnetic resonance，核磁共振)，其中的线圈需要精密的设计和校准。另一种方法基于EPR频移(EPR，Electron paramagnetic resonance，电子顺磁共振)，需要复杂的反馈电路和AFP技术等(AFP，Adiabatic Fast Passage,绝热快速通道)。现有的方法实验难度较大，要求较高，难以做到实时准确测量。

发明内容

本发明针对现有技术的缺陷或不足，提供一种基于碱金属惰性气体混合的惰性气体核子极化率测量方法，通过建立偏置磁场与原子进动频率对应关系获得该关系中惰性气体核子极化所产生磁场的有效磁场，再通过有效磁场计算得到惰性气体核子极化率，有利于提升精密测量的灵敏度和准确度。

本发明的技术解决方案如下：

基于碱金属惰性气体混合的惰性气体核子极化率测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，原子自旋惯性测量装置所用气室混合有碱金属和惰性气体，在装置的z轴方向施加不同大小的偏置磁场Bz，并测量所述原子自旋惯性测量装置的频率响应Sx；

步骤2，利用频率响应公式对测量数据进行拟合，得到不同偏置磁场Bz条件下的原子进动频率ω

步骤3，根据ω

步骤4，利用Bn与惰性气体核子极化率Pn的函数关系，获得Pn值。

所述步骤1中Sx的测量采用以下方式：在装置y轴方向施加磁场

所述步骤2中的频率响应拟合公式如下：

式中，S

所述步骤3中ω

所述步骤4中Bn与Pn的函数关系如下：

本发明的技术效果如下：本发明一种基于碱金属惰性气体混合的惰性气体核子极化率测量方法，可以准确测量碱金属与惰性气体混合情况下的惰性气体的核子极化率，该方法通过施加偏置磁场B

本发明与现有技术相比的优点在于：(1)本发明通过施加偏置磁场，测量不同偏置磁场下的碱金属原子进动频率，比起现有方法，减少了外界影响因素，不会破坏原子的极化，保证了实时性和准确度。(2)本发明方法合理，实验操作简单，为高精度的原子自旋惯性测量装置的研制提供了基础。

附图说明

图1是实施本发明基于碱金属惰性气体混合的惰性气体核子极化率测量方法的流程示意图。图1中包括以下步骤：步骤1，测量不同偏置磁场条件下的频率响应(例如，采用原子自旋惯性测量装置，z轴方向施加偏置磁场Bz，测量装置在不同频率下的输出信号幅值即频率响应Sx)；步骤2，拟合得到偏置磁场和原子进动频率的对应关系(例如，Bz与原子进动频率ω

具体实施方式

下面结合附图(图1)和实施例对本发明进行说明。

图1是实施本发明基于碱金属惰性气体混合的惰性气体核子极化率测量方法的流程示意图。参考图1所示，基于碱金属惰性气体混合的惰性气体核子极化率测量方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，原子自旋惯性测量装置所用气室混合有碱金属和惰性气体，在装置的z轴方向施加不同大小的偏置磁场Bz，并测量所述原子自旋惯性测量装置的频率响应Sx；步骤2，利用频率响应公式对测量数据进行拟合，得到不同偏置磁场Bz条件下的原子进动频率ω

所述步骤1中Sx的测量采用以下方式：在装置y轴方向施加磁场

式中，S

所述步骤3中ω

本发明涉及一种基于碱金属和惰性气体混合的惰性气体核子极化率测量方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤(1)：在Z向施加不同大小的偏置磁场B

步骤(2)：根据步骤(1)中所得的频率响应S

步骤(3)：根据步骤(2)中所得的对应关系，计算线性函数关系式的截距，所述截距即为惰性气体核子产生的磁场B

步骤(4)：根据步骤(3)中所得惰性气体产生的磁场B

所述步骤(1)中在y向施加一个

所述步骤(2)中频率响应拟合公式如下：

其中，S

所述步骤(2)中偏置磁场B

ω

其中，γ

所述步骤(3)中的截距为-B

所述步骤(4)中的核子极化率与所述步骤(3)中的截距的关系式如下：

其中λ为系数，M＝μn，μ为惰性气体原子磁矩，n为惰性气体原子密度，κ

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。在此指明，以上叙述有助于本领域技术人员理解本发明创造，但并非限制本发明创造的保护范围。任何没有脱离本发明创造实质内容的对以上叙述的等同替换、修饰改进和/或删繁从简而进行的实施，均落入本发明创造的保护范围。