Optiskā magnetometra signāla modelēšana

Abstract

Darbā tiek izpētīti teorētiskie optiskā magnetometra darbības principi, klasiskais optiskā magnetometra darbības modelis. Darba gaitā padziļināti apgūti teorētiskie principi, kas ir pamatā magnetometra, kurā tiek veikta sārmu metālu pamatstāvokļa optiskā pumpēšana, darbībai. Tiek veikta ūdeņraža un sārmu metālu atomu uzbūves modeļu izpēte, īpašu uzmanību pievēršot enerģijas līmeņu uzvedībai magnētiskā lauka klātbūtnē- normālajam un anomālajam Zēmana efektam- kā arī atomu sīkstruktūrām un superīkstruktūrām. Darba gaitā tiek veikta optiskā magnetometra signāla modelēšana sistēmai, kurā tiek izmantota Rb D1 līnijas ierosme, reģistrējot cirkulāri polarizētas gaismas absorbcijas signālu atkarībā no ārēja, stacionāra un ārēja, ar radiofrekvenci oscilējoša magnētiskā lauka. Modelēšanu veic, pielietojot blīvuma matricu formālismu. Modelējot tiek iegūts absorbcijas signāls dažādām eksperimentālo parametru vērtībām. Tiek veikta kvalitatīva modelēto un eksperimentāli iegūto signālu salīdzināšana.

In this thesis operational principles of optical magnetometer are investigated, classical model of optical magnetometer is examined. Throughout the research theoretical principles underlying operation of magnetometer, in which optical pumping of ground state of alkali metals is performed, are studied. Models of hydrogen and alkali metal atoms examined, focusing on behavior of energy levels in presence of a magnetic field i.e. normal and anomalous Zeeman effect, fine structures and hyperfinite structures of an atom. In this research signal modeling of magnetometer with 85Rb D1 line excitation is conducted by observing absorption signal of circularly polarized light depending on external, stationary magnetic field and external magnetic field oscillating with radio frequency. In modeling density matrix formalism is employed. As a result absorption signal for miscellaneous experimental parameters is acquired. A qualitative comparison of modeled and experimental signals is performed.