基於半導體雷射器的氦光泵磁力儀的關鍵技術研究

《基於半導體雷射器的氦光泵磁力儀的關鍵技術研究》是依託吉林大學，由周志堅擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：基於半導體雷射器的氦光泵磁力儀的關鍵技術研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：周志堅
• 依託單位：吉林大學

項目摘要

氦光泵磁力儀的磁異常探測在地質調查、礦產普查、海洋磁測、潛艇的跟蹤與探測、飛彈和飛機的導航以及空間探測等領域有著廣泛的套用。氦光泵磁力儀始終在向更寬套用範圍，更高靈敏度及更低噪聲水平方向發展，同時配合適當磁補償，還可適用於矢量測量。本課題利用半導體雷射器代替原來的氣體放電燈 ，通過發揮雷射譜線單一，輸出光功率強等優點，配合數位化檢測電路實現基於半導體雷射器的氦光泵磁力儀。主要研究內容有：配合半導體雷射器輸出光束的激勵功率可調的吸收室點亮技術；理論計算與實驗驗證兩方面對比線偏振光與圓偏振光的不同效果；半導體雷射器的波長穩定技術；分析並抑制由雷射器和電路產生的各種噪聲，提高雷射氦光泵磁力儀的性能指標。本課題的研究目標是：磁力儀工作範圍 25000nT-100000nT，靈敏度0.001nT/ √Hz。研究成果可套用於航空磁測和軍事磁異常探測等領域，也可套用於衛星上所用的磁測設備。

結題摘要

氦光泵磁力儀的磁異常探測在地質調查、礦產普查、海洋磁測、潛艇的跟蹤與探測、飛彈和飛機的導航以及空間探測等領域有著廣泛的套用。由於傳統氦光泵磁力儀使用的是氣體放電燈，受原理性限制，已發展到了瓶頸期。本項目旨在挖掘半導體雷射器自身的性能，利用半導體雷射器代替原來的氣體放電燈，發揮其譜線單一，輸出光功率強的特點，實現基於半導體雷射器的雷射氦光泵磁力儀關鍵技術研究。首先，建立理論實驗坐標系，通過光磁作用的布洛赫方程推導出了雷射氦光泵磁力儀靈敏度公式中的共振曲線線寬和信噪比表達式，完成了磁力儀磁測量光磁共振原理公式的推導計算，簡要分析了影響磁力儀靈敏度的幾類因素。然後，針對雷射氦光泵磁力儀的光源需求，搭建了基於飽和吸收譜法的1083nm外腔式半導體雷射器穩頻系統，在溫度與電流一定的情況下利用外腔長度調諧的方式實現了雷射器1083.207nm的穩定輸出，並將利用此光源與氣體放電燈光源測試所得的共振曲線進行了比較。結合光學組件，氦吸收室，射頻線圈和光電檢測器件設計製作了雷射氦光泵磁力儀感測器。其次，配合感測器，研究完成了磁力儀檢測系統的測量原理分析並進行了MATLAB原理性建模與仿真；初步研究了功率可調的吸收室激勵技術，為進一步簡化雷射氦光泵裝置提供了技術儲備；設計了一種結合共振曲線及其一階導數和二階導數曲線的共振點掃描測量方法，利用PID控制系統能夠快速準確的實現磁場值鎖定；初步實現了工作範圍的測試和靈敏度的標定。此外，為項目組研究的可持續性發展，在本項目的支持下，研究了磁測儀器在實際套用中的探測技術：初步研究了航空磁測數據補償和地磁場空間差分測量方法。本項目研究成果基本達到了預期的研究成果,對促進我國磁測儀器及其探測技術的發展具有積極意義。