利用原子自旋效应能够实现超高灵敏度的惯性和磁场测量。 一类操控原子自旋处于无自旋交换弛豫态的器件可以进行物理参数测量。 碱金属气室为该类器件的敏感表头。 碱金属原子密度与原子极化率是碱金属气室的重要参数, 对研究原子自旋处于无自旋交换弛豫态有着重要的作用。 光的偏振效应在量子计算和原子物理研究中发挥了重要作用。 利用光的偏振效应能够实现对碱金属原子密度与原子极化率的检测。 提出一种基于光偏振旋转效应的碱金属原子极化率测量方法。 首先对碱金属气室加恒定磁场, 利用激光作为检测光, 根据光偏振旋转原理, 检测通过气室的偏振光的法拉第旋转角, 得到碱金属气室原子密度。 然后将碱金属原子抽运, 利用激光作为检测光, 检测通过气室的偏振光的偏转角, 得到碱金属原子极化率。 该方法在测量原子极化率的过程中也测量了碱金属原子密度, 实现利用一套系统测量两个重要参数, 具有快速测量和高灵敏度等特点, 简化了实验设备及过程。 对两种偏转角进行仿真分析, 得到该方法实验时检测激光波长变化对偏转角的影响, 根据仿真图得到检测激光波长的可取范围, 验证了该方法的可行性。 最后分析激光器波长波动与磁场波动对其测量精度的影响, 提出实验对激光器与磁场的要求。

利用SERF原子自旋效应能够实现高灵敏度的磁场测量, 碱金属原子密度与缓冲气体压强是敏感表头碱金属气室的重要参数, 需要精确地测量。提出一种应用原子吸收光谱对碱金属蒸气的原子密度与压强测量方法, 通过扫描碱金属原子的吸收光谱, 进行Lorentz线型拟合, 经解算同时得到原子密度和压强, 一次实验获得两个物理量。由于多普勒展宽和压力展宽主要受到碱金属气室温度和缓冲气体压强的影响, 从这两个方面进行了仿真分析。结果表明, 充入2 amg缓冲气体时, 313～513 K温度范围内的Lorentz线型与Voigt线型计算的光子吸收截面积峰值的理论误差始终小于0.015%;缓冲气体压强高于0.6 amg(393 K)时, 其峰值误差小于0.1%, 表明该条件下多普勒展宽对吸收光谱的影响可以忽略, 可用Lorentz线型拟合原子的吸收谱线。最后分析了该方法能够获得的理论分辨率以及激光器的功率波动、波长波动和气室温度波动对测量精度的影响, 得出同等条件下温度波动的影响比其他两个因素高1~2个数量级。

在Cs蒸气密度为1013 cm-3量级范围内,研究了6P3/2+6P3/2→6DJ+6S碰撞能量合并过程.利用单模半导体激光器共振激发6P3/2态,利用另一与泵浦激光束反向平行的单模激光束作为吸收线探测激发态原子密度及其空间分布,吸收线调至6P3/2→8S1/2跃迁,并可平行于泵浦激光束移动.由激发态原子密度和谱线的荧光强度比得到碰撞能量合并的截面.碰撞转移到6D5/2和6D3/2的截面分别是(4.1±1.8)×10-15和(2.2±1.0)×10-15?cm2.与其它实验结果进行了比较.

利用自吸收方法测量了磁约束铜蒸气放电余辉初期的铜2D52亚稳态原子密度。对亚稳态原子的弛豫情况,同普通铜蒸气激光器进行了对比,分析了磁约束放电条件下亚稳态原子的弛豫机制。为建立重复频率运转的磁约束铜蒸气激光器提供了基础。