多导线对称分布原子磁分束器和干涉仪设计分析

提出了采用多根对称分布载流导线构成原子分束器的方法,包括三导线和四导线磁导引。阐述了原子分束器的分束机制,用Ansoft Maxwell 2D软件计算给出了部分载流导线移动到不同位置时的磁场分布图。通过分析了导引中心的变化,发现只要通过改变载流导线之间的相对位置就可以来实现从单路到双路导引和三路导引的转换。由此分别设计由3根对称分布载流导线构成的原子双路分束器和4根对称分布载流导线构成三路分束器,然后运用Monte Carlo方法模拟验证其原子分束功能。最后以三线对称分布分束器为基础构成Mach-Zehnder原子磁干涉仪。     

冷原子导引囚禁磁场的计算及分析

为了研究冷原子在磁导引中的运动规律,设计优化导体结构、电流和偏置磁场,本文根据毕奥-萨伐尔定律计算理想化导体的常规数值解,并由Matlab和VC混合编程设计出导线磁场计算工具;根据麦克斯韦方程组选择Ansoft MaxweU计算宽导线、复杂结构导体、通交变电流等情况的有限元数值解.取宽度为100μm,高度为10μm的宽...     

量子惯性仪表用磁屏蔽材料进展

量子惯性仪表是利用光场和磁场等手段操控原子、电子等微观粒子实现载体运动信息测量的新型惯性设备,量子惯性仪表对外界磁场的大小、稳定性和均匀性等提出了很高的要求,需要高性能的磁屏蔽技术与之相匹配。回顾了目前常用的磁屏蔽方式,针对最常用的被动型磁屏蔽所涉及的材料铁镍合金、非晶合金和软磁铁氧体等进行了梳理和总结,阐述了上述三种材料的优缺点以及适用范围,并展望了量子惯性仪表用磁屏蔽材料的发展趋势。     

空间探测原子磁强计的主动磁补偿实验

在空间探测过程中,采用高灵敏无自旋交换弛豫(SERF)原子磁强计在行星表面进行磁场测量是原位物质成分分析的有效手段之一。为了提高SERF原子磁强计的磁场测量灵敏度,必须减小外界磁场扰动对其原子自旋SERF态质量的影响,基于SERF原子磁强计的测量原理,设计了一套主动磁补偿系统。首先,通过测量驱动激光光强获得3个方向的磁场信息;在此基础上,控制电流源和线圈主动产生一个与外界磁场扰动大小相同、方向相反的磁场来补偿扰动,以提高原子自旋SERF态的质量;最后,结合现有的SERF原子磁强计实验平台进行了实验验证。实验结果表明,与手动补偿方式相比,采用本文所述的主动磁补偿系统,可以实时跟踪磁场补偿点,降低系统信号的噪声,补偿了外界磁场的扰动,验证了磁强计主动磁补偿技术的有效性,为后续样机的研制奠定了技术基础。     

用于铷原子磁光阱的超高真空系统设计

上抛式冷原子干涉重力仪,以Rb原子作为操控介质,使其在二维磁光阱中被冷却,在三维磁光阱中装载并在干涉区内实现探测。根据重力仪对真空系统的特殊要求,对真空系统的结构和参数进行设计,完成真空泵、真空腔室结构及光学玻片等关键部件的选型及设计,设计出结构紧凑实用的超高真空系统。在后期磁光阱的装配中,提出了相应的关键工艺技术,实现了超高真空系统的组装搭建。通过差分管的设计,二维磁光阱的真空度控制在10-6Pa,三维磁光阱的极限真空度达到10-8Pa。     

SERF原子磁力仪关键技术及应用

无自旋交换弛豫磁力仪利用碱金属原子自旋交换弛豫消除效应实现弱磁场信息测量,具有超高灵敏度、小体积和低功耗等优点,已成为国内外精密磁场测量技术的研究热点之一.介绍了无自旋交换弛豫原子磁力仪的工作原理和国内外研究现状,重点讨论了长弛豫时间原子气室、原子气室无磁加热和高精密动态磁补偿等关键技术,并对无自旋交换弛豫原子磁力仪的...     

铯光泵原子磁强计研制进展

铯光泵原子磁强计利用极化铯原子自旋拉莫尔相干进动探测和测量磁场,具有精度高、响应快等特点。围绕铯光泵原子磁强计的技术特点,重点介绍了其工作原理及研制工作,实现了一款铯光泵原子磁强计整机。测试结果表明,该款磁强计磁场测量范围为20000~100000nT,峰-峰噪声值为0.0017nT,能满足磁异常探测对高精度磁强计的需求。     

原子气室内自旋极化率的空间操控与测量

目前,对原子气室内自旋极化率的空间操控与测量已有不少研究,但是对这类研究缺乏系统的分析、整理和综述。通过对文献的梳理,将现有的操控与测量方法分为三类,即光操控/磁测量方法、磁操控/光测量方法和光操控/光测量方法。分别对这三类方法进行了叙述,尤其是对笔者所在小组提出和研究的光操控/光测量方法进行了详细的介绍。该方法采用时空双重调制技术和正交隔离技术,实现了13.7μm线宽的自旋极化率空间操控与测量。此结果不仅远小于之前毫米量级的空间分辨率,而且突破了无扩散干扰距离的限制。基于上述实验进展,对原子气室内自旋极化率操控与测量的空间分辨率理论极限进行了初步分析。     

一种应用于低频电磁波通信的快响应原子磁强计

相较于传统线圈,原子磁强计作为低频电磁波通信信号磁传感接收器具有体积小、灵敏度高的优势。基于射频-光双共振原理实现原子的宏观极化和相干进动,并通过探测磁矩横向分量来获得待测磁场信息,最终实现一台灵敏度500 fT/Hz^1/2@1～5 Hz,响应带宽3.5 kHz的原子磁强计。并利用该原子磁强计作为磁传感器对频率200 Hz、磁场分量幅度10 nT的电磁波开展了通过探测磁场分量接收通信信号的实验,实现码率200/s的电磁波通信信号的接收,验证了该磁强计作为接收机接收低频电磁波通信信号的能力。     

三轴矢量原子磁力仪综述

原子磁力仪可分为标量磁力仪和矢量磁力仪两大类。标量磁力仪的测量结果与传感器的姿态无关,对平台的机动不敏感。矢量磁力仪能够获得更多的磁场信息,可以实现更精确的磁源定位。目前,共有7种三轴矢量原子磁力仪,测量方法分别为磁场扫描法、磁场旋转调制法、磁场轮流抵消法、磁场投影法、磁场交叉调制法、磁场分立调制法和自旋进动调制法。重点对上述7种三轴矢量原子磁力仪的测量方法进行了整理和分析。     

基于贝叶斯优化的磁光阱多参数自主优化系统

磁光阱是一种冷却陷俘原子的装置,磁光阱实验参数的优化是冷原子实验中基础且重要的工作,人工手动优化参数需耗费大量时间,且很难确保最终参数是全局最优的。基于贝叶斯优化的机器学习方法是一种对目标表达式未知、非凸、多峰的量子物理系统进行参数优化的有效方案,该过程通常远快于人工手动调节,且有更大概率找到全局最优值。提出了一种基于贝叶斯优化方法的冷原子多参数自主实时优化实验方案,该方案通过成本函数构造、控制程序编写、贝叶斯算法优化等形成一个可自主优化的闭环系统。实验结果表明,经过约30 min的迭代优化,所提方案可有效完成磁光阱系统的多参数优化,并得到最优的实验结果;所提方案验证了贝叶斯优化方法在多参数物理系统中应用的可行性,通过改进成本函数,还可应用于其他的复杂多参数实验物理系统最优参数快速确定。     

冷原子干涉型重力仪的发展现状与趋势

地球重力场反映了地球物质分布及其随时间和空间的变化.高精度重力加速度测量可以广泛应用于地球物理、资源勘探、地震研究、重力勘察和惯性导航等领域.冷原子重力仪是近二十年来快速发展起来的一种新型量子传感器,它利用激光冷却、原子干涉等技术实现高精度、高灵敏度的重力加速度测量.本文介绍了冷原子重力仪的发展历史、现状及趋势,详细论述了冷原子重力仪的原理、分类、装置及步骤等,并重点分析了小型化冷原子重力仪的关键技术.     

冷原子干涉陀螺仪技术专利分析研究

冷原子干涉陀螺仪是下一代超高精度陀螺仪的重要发展方向,有望在新一代惯性导航技术中开辟全新的技术途径.冷原子干涉陀螺仪在高性能武器和深空探测等领域有广泛的应用前景,首要应用方向是最高价值的战略级大型武器平台,包括弹道导弹、战略核潜艇、远程战略轰炸机等.围绕冷原子干涉陀螺仪的相关技术进行专利分析研究,包括技术分布、申请趋势、申请区域和重点申请人分析,旨在了解该技术领域的技术发展现状和分布情况,并通过对重点专利的解读,预测该技术的发展趋势,并对我国冷原子干涉陀螺仪技术的发展提出建议.     

钛合金冷坩埚连续熔铸与定向凝固电磁场研究

利用ANSYS软件建立冷坩埚连续熔铸过程的数学模型,计算在近矩形冷坩埚连续熔铸过程中冷坩埚内的磁感应强度,分析负载和电流强度变化对钛合金连续熔铸与定向凝固过程冷坩埚内磁感应强度的影响。结果表明:钛合金物料的加入并没有影响轴向磁感应强度的空间分布趋势;轴向磁感应强度在感应线圈与坩埚所包围的区域内聚集分布,且在感应线圈内壁中点处其强度达到最大值,并随着与内壁距离的增加逐渐衰减;磁感应强度随着输入电流的增加线性增大。     

Auroral Plasma Acceleration Above Martian Magnetic Anomalies

Aurora is caused by the precipitation of energetic particles into a planetary atmosphere, the light intensity being roughly proportional to the precipitating particle energy flux. From auroral research in the terrestrial magnetosphere it is known that bright auroral displays, discrete aurora, result from an enhanced energy deposition caused by downward accelerated electrons. The process is commonly referred to as the auroral acceleration process. Discrete aurora is the visual manifestation of the structuring inherent in a highly magnetized plasma. A strong magnetic field limits the transverse (to the magnetic field) mobility of charged particles, effectively guiding the particle energy flux along magnetic field lines. The typical, slanted arc structure of the Earth’s discrete aurora not only visualizes the inclination of the Earth’s magnetic field, but also illustrates the confinement of the auroral acceleration process. The terrestrial magnetic field guides and confines the acceleration processes such that the preferred acceleration of particles is frequently along the magnetic field lines. Field-aligned plasma acceleration is therefore also the signature of strongly magnetized plasma. This paper discusses plasma acceleration characteristics in the night-side cavity of Mars. The acceleration is typical for strongly magnetized plasmas – field-aligned acceleration of ions and electrons. The observations map to regions at Mars of what appears to be sufficient magnetization to support magnetic field-aligned plasma acceleration – the localized crustal magnetizations at Mars (Acuña et al., 1999). Our findings are based on data from the ASPERA-3 experiment on ESA’s Mars Express, covering 57 orbits traversing the night-side/eclipse of Mars. There are indeed strong similarities between Mars and the Earth regarding the accelerated electron and ion distributions. Specifically acceleration above Mars near local midnight and acceleration above discrete aurora at the Earth – characterized by nearly monoenergetic downgoing electrons in conjunction with nearly monoenergetic upgoing ions. We describe a number of characteristic features in the accelerated plasma: The “inverted V” energy-time distribution, beam vs temperature distribution, altitude distribution, local time distribution and connection with magnetic anomalies. We also compute the electron energy flux and find that the energy flux is sufficient to cause weak to medium strong (up to several tens of kR 557.7 nm emissions) aurora at Mars. Monoenergetic counterstreaming accelerated ions and electrons is the signature of field-aligned electric currents and electric field acceleration. The topic is reasonably well understood in terrestrial magnetospheric physics, although some controversy still remains on details and the cause-effect relationships. We present a potential cause-effect relationship leading to auroral plasma acceleration in the nightside cavity of Mars – the downward acceleration of electrons supposedly manifesting itself as discrete aurora above Mars.     

Effects of punch size,magnetic field,and magnetorheological elastomers medium on forming T-shaped thin-walled Inconel 718 tubes

This study aims at investigating the impact of using the Magnetorheological Elastomers(MREs) medium to improve the formability of T-shaped Inconel 718 tubes during the bulging process. Besides, the influence of the punch size and the intensity of the magnetic field on the branch height and wall thickness distribution of the T-shaped Inconel 718 tubes are also explored. The results showed that the parts formed by the punch with a length of 5 mm in the pressurization zone have better forming quali...     

纸基蜂窝模块化固持方法研究

 基于磁场与摩擦学蜂窝芯材料固持原理,提出复杂型面纸基蜂窝零件固持平台的模块化设计思想。运用移动模块、固定模块、模块夹具以及导磁体和隔磁体解决了该原理中磁路控制问题,实现了复杂曲面零件在模块化固持平台上的加工固持。通过理论分析和有限元仿真研究了固持系统中蜂窝孔格的受力,分析了固持系统的特点和可靠性,以及永磁体厚度、固定平台高度、铁粉填充高度和平台间隙对磁场力的影响规律。实验与仿真结果表明,模块化固持平台能够满足复杂曲面蜂窝铣削加工的固持要求。     

Equivalent Electric Circuit Models of Coronal Magnetic Loops and Related Oscillatory Phenomena on the Sun

Coronal loops, which trace closed magnetic field lines, are the primary structural elements of the solar atmosphere. Complex dynamics of solar coronal magnetic loops, together with action of possible subphotospheric dynamo mechanisms, turn the majority of the coronal loops into current-carrying structures. In that connection none of the loops can be considered as isolated from the surroundings. The current-carrying loops moving relative to each other interact via the magnetic field and currents. One of the ways to take into account this interaction consists in application of the equivalent electric circuit models of coronal loops. According to these models, each loop is considered as an equivalent electric LCR-circuit with variable inductive coefficients L, capacitance C, and resistance R, which depend on shape, scale, position of the loop with respect to neighbouring loops, as well as on the plasma parameters in the magnetic tube. Such an approach enables to describe the process of electric current dynamics in the groups of coronal loops, as well as the related dynamical, energy release and radiation processes. In the present paper we describe the major principles of LCR-circuit models of coronal magnetic loops, and show their application for interpretation of the observed oscillatory phenomena in the loops and in the related radiation.     

光磁共振测量地磁场的改进方法

根据光磁共振原理,通过光抽运,形成原子的能级分布偏极化,再加入射频信号打破塞曼能级偏极化分布,形成并输出光磁共振信号。然后,同时改变扫场和水平磁场方向,调节水平电流大小,再次获得光磁共振信号。根据2次测得的水平亥姆霍兹线圈电流,计算等效磁感强度。由仪器的垂直电流,计算地磁场垂直分量。二者合成,即可得出当地磁感强度。改进后,此方法克服了以往先测定朗德因子再测定地磁场的缺点。