超高精度原子磁強計晶片級實現方法研究

《超高精度原子磁強計晶片級實現方法研究》是依託北京航空航天大學，由董海峰擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：超高精度原子磁強計晶片級實現方法研究
• 依託單位：北京航空航天大學
• 項目負責人：董海峰
• 項目類別：面上項目

項目摘要

無自旋交換弛豫（SERF）和非線性磁光旋轉（NMOR）是原子磁強計領域的新突破，兩者的結合使原子磁強計解析度達到fT量級，成為與SQUID相當的超高精度磁強計，而且具有晶片化的潛力。這給MEMS器件研究帶來了新的機遇。但是大尺度實驗台上SERF和NMOR的實現方法很難直接套用於晶片級器件。.本項目研究超高精度原子磁強計晶片級實現方法，包括片上加熱磁禁止和單光束橢圓偏振光抽運與NMOR檢測。片上加熱磁禁止方法的目的是解決晶片級SERF態實現中加熱和磁禁止的矛盾，同時可以在寬量程範圍內保持SERF態的測量；單光束橢圓偏振光抽運與NMOR檢測方法的提出，將傳統大尺度原理驗證平台上正交雙光束合二為一，從而避免了原子腔側壁加工光學視窗的難題。.以上兩個方法研究和驗證，是晶片級超高精度原子磁強計設計的基礎，也可用於晶片級原子鐘、晶片級原子陀螺等其他原子MEMS器件的設計。

結題摘要

本項目的研究背景基於國際上超高精度原子磁強計研究領域的最新進展。其中普林斯頓大學的Michael V. Romalis小組處於該領域研究的前沿，目前該小組研製的原子磁強計達到0.16fT/Hz^1/2的磁場靈敏度，所採用的方案是正交雙光束，其中一束圓偏振光用於原子的抽運，另一束線偏振光用於檢測由磁場引起的原子極化矢量的偏轉。該方法非常適合於大尺度的測量，但是對於MEMS工藝製備的晶片級原子磁強計而言，一個技術上的障礙就是難以實現正交的雙光束，因為晶片級原子腔通常只用一個通光口徑，難以實現兩束正交光路。為此，本項目研究了單光束高精度原子磁強計的實現方法，包括單光軸智慧型收斂算法和單光束三軸分頻調製方法等，同時也開展了原子腔晶片製備和測試方面的研究工作。通過項目的研究，分別在磁禁止桶內和實驗室環境下完成了單光束原子磁強計三軸分頻測試方法和智慧型收斂算法的實驗驗證，並初步完成了兩種方法的集成測試和閉環實驗。製備出原子腔晶片並設計搭建了原子腔晶片測試系統，完成了相關參數的測試。項目研究為今後原子磁強計的晶片級實現提供了方法上的參考和借鑑，同時也有助於更深入地理解原子極化和吸收之間的耦合及其與磁場之間的相互作用。