CN113240985B - 一种磁共振塞曼跃迁调控的实验装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种磁共振塞曼跃迁调控的实验装置及方法。首先利用磁屏蔽筒、本底磁场线圈和恒流源产生稳恒的本底磁场，并控制本底磁场对应的拉莫尔进动频率f₀和射频信号源输出的正弦信号的频率f相等；其次通过调节抽运‑检测型原子磁力仪的射频信号源输出的信号幅度来设置射频信号为π/2脉冲或π脉冲；然后控制射频信号源输出一系列初始相位相同的正弦射频脉冲串，首个射频脉冲信号为π/2脉冲，射频脉冲信号之间的间隔时长设定为n/f₀或(m‑0.5)/f₀，n和m为正整数，通过调整射频脉冲信号之间的间隔时长实现对磁共振塞曼跃迁的调控。本发明证明了量子跃迁是有过程的，是可被重复操控的，是确定性的结论。

Description

一种磁共振塞曼跃迁调控的实验装置及方法

技术领域

本发明涉及量子信息技术领域，具体涉及一种磁共振塞曼跃迁调控的实验装置及方法。

背景技术

1913年丹麦物理学家玻尔提出氢原子的行星轨道模型(旧量子论)，并认为量子跃迁是随机发生的。由于电子圆周运动时会辐射能量，原子的行星轨道模型是不稳定的结构，1926年薛定谔提出了薛定谔方程和电子云结构，用波函数Ψ(x,y,z)表征电子的运动状态，并用它的模平方|Ψ|²值表示单位体积内电子在核外空间某处出现的几率，所以电子云实际上就是|Ψ|²在空间的分布。1930年狄拉克将量子态的叠加性作为量子力学的一个基本假设，从此学术界针对量子力学基本假设是否成立和量子力学是否完备展开了激烈的辩论。1935年爱因斯坦和薛定谔分别以“EPR佯谬”和“薛定谔猫”发起对量子力学完备性的质疑，玻尔以观察者效应进行反驳。回顾物理学发展史，量子力学是基于统计学实验(例如黑体辐射和原子光谱)得到的统计学规律，并成功地解释了诸多统计学实验，然而量子跃迁在单个量子比特中是随机性的还是确定性的，目前在学术界仍然存在争议。

进入21世纪以来，量子物理与信息科学交叉产生了量子信息技术，其物理基础是量子态的叠加性、量子非局域性和量子不可克隆定理。量子信息技术工程应用的必要条件是信息被存储在量子比特中，然而学术界还未回答单个量子比特如何在实验上实现“写入”和“读取”的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明公开了一种磁共振塞曼跃迁调控的实验装置及方法。本发明基于磁共振塞曼跃迁的二能级系统，将相干原子系综在磁场中的演化过程等效为一个原子的演化，从操控磁共振跃迁的实验细节来说明量子跃迁操控需具备的实验条件，并分析未来单个量子比特“写入”和“读取”应注意的实验细节。本发明试图获得量子跃迁是确定性的结论，由此论证量子信息技术及其应用的可行性。

本发明首先利用磁屏蔽筒、本底磁场线圈和恒流源产生稳恒的本底磁场，通过监测抽运-检测型原子磁力仪输出的拉莫尔进动频率f₀来调整恒流源向标准线圈输出的电流，使本底磁场对应的拉莫尔进动频率f₀和射频信号源输出的正弦信号的频率f相等；其次通过调节抽运-检测型原子磁力仪的射频信号源输出的信号幅度来设置射频信号的π/2脉冲或π脉冲的时长；然后控制射频信号源输出一系列初始相位相同的正弦射频脉冲串，首个射频脉冲信号为π/2脉冲，射频脉冲信号之间的间隔时长设定为n/f₀或(m-0.5)/f₀，n和m为正整数，通过调整射频脉冲信号之间的间隔时长实现对磁共振塞曼跃迁的调控。本发明实施例中设计了四组射频场脉冲串的组合，分别实现↑↓↑↓↑↓↑↓↑↓、↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑、↑↓↓↓↓↓↓↓↓↓和↑↑↓↓↑↑↓↓↑↑的调控结果(↑代表原子磁矩指向z轴正方向，↓代表原子磁矩指向z轴负方向)。本发明实施例证明量子跃迁是有过程的，是可被重复操控的，是确定性的结论。

有益效果：

(1)本发明同时观测了磁共振塞曼跃迁过程中z轴的跃迁信号和x轴的内态演化信号，而微波原子钟实验装置只能观测到类似本发明中z轴的跃迁信号，无法观测到类似本发明中x轴的内态演化信号。

(2)本发明可被看做是对单个原子磁矩的非破坏性测量。推导表达式(1)和(2)时大部分理论都针对单个原子，在王义遒先生编著的《原子的激光冷却与陷俘》(北京大学出版社,2007)书籍中第58页第一段第5行指出，当一群原子的波函数相位是一致的(或称为原子状态是相干的)，这群原子可以看成是一个。如果不考虑弛豫机制，本发明中100％极化的一群原子状态是相干的，原因是圆偏振光的抽运和射频场的作用使这些原子的磁矩一致进动，因此这群原子可被看成是一个；同时也要指出，实验中通过改变抽运光强进而去改变这群原子极化率的实验方法，不影响本发明实施例的实验结论。本发明中x轴和z轴方向利用远失谐的探测光来探测这群原子，几乎可忽略探测光对原子极化态的破坏。

(3)本发明从铷原子磁共振塞曼跃迁的调控实验中得出量子跃迁是有过程的，是可被重复操控的，是确定性的结论。二能级磁共振塞曼跃迁属于一种量子跃迁，本发明用经典理论很好地预测了实验结果，物理学史上也曾证明经典理论和薛定谔方程对磁共振跃迁的描述是等价的(参考文献：Rabi I I,Ramsey N F,Schwinger J.Use of rotatingcoordinates in magnetic resonance problems.Reviews of Modern Physics,1954,26(2):167-171)。射频场、微波场和光场都属于电磁波，原子与这些物理场相互作用时应有相似的物理规律。本发明实施例实验结果类比到量子比特中信息的“写入”和“读取”操作，基于量子跃迁的确定性表明量子态叠加性和量子非局域性两个物理基础在描述单个或多个量子比特时存在争议。本发明描述的物理原理、技术方案和实施例实验结果在基础物理学中具有颠覆性意义，它们有潜力在大学物理实验教学中推广。

附图说明

图1为本发明磁共振塞曼跃迁调控的实验装置示意图。

其中，1－磁屏蔽筒，2－本底磁场线圈，3－射频磁场线圈，4－铷泡加热模块，5－铷泡，6－射频信号源，7－恒流源，8－z轴圆偏振抽运激光(右旋)，9－z轴线偏振探测激光，10－x轴线偏振探测激光。图中显示了实验装置的坐标系定义。

图2为本发明磁共振塞曼跃迁调控的原理示意图。

图中：当特定时长的z轴右旋圆偏振抽运激光将原子磁矩极化至与外磁场平行的方向后，原子磁矩在布洛赫球面中指向图(a)中的A位置；射频场作用π/2脉冲后，原子磁矩在布洛赫球面中指向图(a)中的B位置；当原子磁矩在外磁场中自由进动2nπ角度后，n取正整数，原子磁矩在布洛赫球面中指向图(b)中的C位置，B位置与C位置重合，然后射频场作用π/2脉冲后原子磁矩在布洛赫球面中指向图(c)中的D位置；当原子磁矩在外磁场中自由进动(2m-1)π角度后，m取正整数，原子磁矩在布洛赫球面中指向图(d)中的C’位置，然后射频场作用π/2脉冲后原子磁矩在布洛赫球面中指向图(e)中的D’位置，A位置与D’位置重合。原子磁矩从A→B→C→D的演化过程表明用分离振荡场使铷原子完成了一次完整的磁共振塞曼跃迁；原子磁矩从A→B→C’→D’的演化过程表明用分离振荡场使铷原子没有发生磁共振塞曼跃迁；图(a)、(c)、(e)中射频场π/2脉冲的频率、振幅和初始相位都相同。本发明实施例中为方便观察磁共振塞曼跃迁的调控效果，设定一系列射频场脉冲串，将图(c)和(e)中的射频场π/2脉冲替换为π脉冲，射频π脉冲信号使原子磁矩最终回到x-y平面内，通过重复图(b)和(c)，或图(d)和(e)的物理过程实现磁共振塞曼跃迁的调控。

图3为射频场连续作用30ms时实验装置z轴和x轴探测的差分信号。

图中：(a)图显示了射频场连续作用30ms时实验装置z轴探测的差分信号，其中一个工作周期为100ms，首先用z轴右旋圆偏振激光极化铷原子30ms，使铷原子磁矩平行于外磁场方向；然后抽运光关闭，同时射频场脉冲串作用30ms，原子磁矩在z轴方向的投影矢量被红失谐8GHz的z轴线偏振光探测并记录；(b)图显示了原子磁矩在x轴方向的投影矢量被红失谐8GHz的x轴线偏振光探测并记录的结果，其中实验操作过程与(a)图相同。

图4为磁共振塞曼跃迁调控的实验结果。

图中：(a)-(d)图分别是按照图2物理思想实现↑↓↑↓↑↓↑↓↑↓、↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑、↑↓↓↓↓↓↓↓↓↓、↑↑↓↓↑↑↓↓↑↑的调控结果(↑代表原子磁矩指向z轴正方向，↓代表原子磁矩指向z轴负方向)，其中射频脉冲信号之间的间隔时长见表1。

图5为磁共振塞曼跃迁调控实验的重复性验证。

图中：显示↑↑↓↓↑↑↓↓↑↑的5次重复调控的实验结果，其中实验操作过程与图4(d)相同。

图6为射频脉冲串初始相位对磁共振塞曼跃迁调控实验结果的影响。

图中：(a)图和(b)图中射频脉冲信号之间的间隔时长与图4(d)相同，定义脉冲正弦信号与连续正弦信号的相位差为θ_k，其中(a)图中所有射频脉冲信号的初始相位都设定为零，调控结果为↑↑↓↓；当|θ_k-1-θ_k|＝π时，第k-1个和第k个射频脉冲信号之间的间隔时长为0.55ms，第k个射频π脉冲中止并反转二能级磁共振跃迁演化过程；当|θ_k-1-θ_k|＝0时，第k-1个和第k个射频脉冲信号之间的间隔时长为0.50ms，第k个射频π脉冲完成完整的二能级磁共振跃迁演化过程。(b)图中射频脉冲信号的初始相位具体与射频脉冲信号之间的间隔时长有关，要么为零，要么为π，调控结果为↑↓↑↓；对所有射频脉冲串而言θ_k＝0，对比(a)图可知磁共振跃迁调控中止和反转的调控效果消失，该实验结果表明所有正弦射频脉冲信号具有相同初始相位是磁共振塞曼跃迁调控的必要条件。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

本发明提供了一种磁共振塞曼跃迁调控的实验装置及方法。磁共振塞曼跃迁调控的实验装置主要包括本底磁场产生组件、抽运-检测型原子磁力仪和z轴线偏振光探测组件。

本底磁场产生组件包括磁屏蔽筒1、本底磁场线圈2和恒流源7，磁屏蔽筒1主要用于屏蔽地磁场，本底磁场线圈2轴对称地置于磁屏蔽筒1的内部，恒流源7向本底磁场线圈2中通入恒定电流，用于在磁屏蔽筒1内产生轴向均匀稳定的本底磁场；其中，优选地，磁屏蔽筒1可采用圆柱形，其内部尺寸为φ500mm×700mm或更大，如增大磁屏蔽筒1轴向尺寸后测量结果会更佳；与磁屏蔽筒1配套的本底磁场线圈2能够在抽运-检测型原子磁力仪的铷泡5区域产生均匀的本底磁场，磁场梯度小于1％，以保证抽运-检测型原子磁力仪的最佳工作条件；恒流源7可采用6.5位商用数字化电流源。

抽运-检测型铷原子磁力仪用于测量铷泡处的磁场，也用于控制其射频信号源输出的正弦射频脉冲串来调控磁共振塞曼跃迁；抽运-检测型铷原子磁力仪的组成及工作原理见已授权的发明专利“一种铷原子磁力仪及其磁场测量方法”(申请号为：CN201710270545.8)，其量程为100nT～100000nT；本发明实施例一及图1中抽运-检测型铷原子磁力仪仅列出了射频磁场线圈3、铷泡加热模块4、铷泡5、射频信号源6、z轴圆偏振抽运激光8和x轴线偏振探测激光10；铷泡5处于本底磁场线圈2的几何中心。其中z轴圆偏振抽运激光8为专利CN201710270545.8中沿z轴极化抽运-检测型原子磁力仪铷泡内的铷原子，使铷原子磁矩平行于或反平行于外磁场方向的圆偏振抽运激光，本实施例以右旋圆偏振抽运激光为例进行调控说明。x轴线偏振探测激光10为专利CN201710270545.8中垂直于外磁场方向的线偏振探测激光。

z轴线偏振光探测组件在图1中仅列出z轴线偏振探测激光9，用于差分地探测磁共振塞曼跃迁的信号。参考专利CN201710270545.8中x轴线偏振探测激光的光路结构，设计偏振分束棱镜、光电探测器和差分放大电路等组件，并将测量的信号输入数据采集卡和计算机，完成z轴线偏振光差分探测信号的采集。优选地，为了降低z轴右旋圆偏振抽运激光对z轴探测信号的影响，z轴右旋圆偏振抽运激光8可用图1中小于10°的发散光束照射铷泡5。

其中，抽运-检测型铷原子磁力仪的z轴右旋圆偏振抽运激光的频率被锁定至⁸⁷Rb原子的D1线跃迁(即5²S_1/2→5²P_1/2)，x轴和z轴线偏振探测激光频率相比抽运激光频率红失谐3GHz至10GHz，一般x轴和z轴线偏振探测激光来源于同一个激光器。

结合原子磁矩在外磁场中进动的经典物理图像(参考图2)，设定本底磁场对应的拉莫尔进动频率f₀和射频信号源输出的正弦信号的频率f相等；利用抽运-检测型铷原子磁力仪的z轴右旋圆偏振抽运激光极化铷泡内的铷原子，使铷原子磁矩平行于外磁场方向；通过调节射频信号源输出的信号幅度控制射频信号为π/2脉冲或π脉冲，并通过控制射频信号源输出的打开或关闭控制射频脉冲信号的脉冲间隔时长；用于磁共振塞曼跃迁调控的所有射频脉冲信号的初始相位相同；通过调整射频脉冲信号以及射频脉冲信号之间的脉冲间隔时长，实现磁共振塞曼跃迁的调控。具体的，设定射频信号π/2脉冲时长t_π/2符合表达式f₀×t_π/2＝i，i为正整数；用于磁共振塞曼跃迁调控的首个射频脉冲信号为π/2脉冲，激励原子磁矩进动至x-y平面内；两个射频π/2脉冲信号的间隔时长内原子磁矩绕本底磁场自由进动2nπ或(2m-1)π弧度，n和m为正整数，间隔时长分别为n/f₀或(m-0.5)/f₀；当两个射频π/2脉冲信号的间隔时长为n/f₀时，第二个π/2脉冲完成完整的磁共振塞曼跃迁；当两个射频π/2脉冲信号的间隔时长为(m-0.5)/f₀时，第二个π/2脉冲中止并反转磁共振塞曼跃迁；两个π/2脉冲和它们之间的间隔时长组成了磁共振跃迁调控的基本单元；当原子磁矩处于x-y平面内时，射频π脉冲信号使原子磁矩最终回到x-y平面内，而射频π脉冲的前1/2时长内的射频脉冲可被认为是前一个磁共振跃迁调控基本单元的第二个π/2脉冲，射频π脉冲的后1/2时长内的射频脉冲可被认为是后一个磁共振跃迁调控基本单元的第一个π/2脉冲，表达式f₀×t_π/2＝i使射频π脉冲分解的两个射频π/2脉冲的初始相位相同；调整射频脉冲信号之间的脉冲间隔时长，实现磁共振塞曼跃迁的调控。

文献{杨宝,缪培贤,史彦超,等.二能级磁共振经典物理图像的理论和实验研究[J].中国激光,2020,47(10):1012001.}中针对抽运-检测型原子磁力仪x轴方向磁共振信号给出了初步的推导过程，引入坐标系变换后，当射频场频率f与拉莫尔进动频率f₀相等时，x轴和z轴方向差分探测信号V_x-signal和V_z-signal的表达式分别为：

其中A和D为比例系数，μ为单个原子的原子磁矩，γ为铷原子的旋磁比，B_rf为x-y面内射频旋转场的振幅，f₀为拉莫尔进动频率，与恒定磁场B₀有关，δ为初始时刻旋转坐标系相对于实验室坐标系的角度(与射频场初始相位有关)，T₂为原子系综宏观磁化强度的弛豫时间。表达式(1)和(2)的理论推导过程不在本发明中详述。

在磁共振条件下(f＝f₀)，根据射频场作用π/2脉冲的效果，射频场幅度B_rf与π/2脉冲的时长t_π/2满足关系式：

γB_rft_π/2＝π/2                            (3)

由于射频信号源6输出的正弦信号的振幅决定了B_rf的大小，因此实验中射频信号的π/2脉冲或π脉冲的时长通过调节射频信号源输出的信号幅度来确定，x轴差分探测信号中一个包络对应时长即为π脉冲时长，该时长的一半即为π/2脉冲时长。

本发明基于上述测量装置进行磁共振塞曼跃迁调控的实验方法如下：

步骤一、设定抽运-检测型原子磁力仪处于磁场测量模式；设定抽运-检测型原子磁力仪中射频信号源输出的射频脉冲信号的频率为f，初始相位为定值；通过监测抽运-检测型原子磁力仪输出的拉莫尔进动频率f₀来微调本底磁场产生组件参数，使本底磁场对应的拉莫尔进动频率f₀严格等于射频脉冲信号的频率为f；

步骤二、设定抽运-检测型原子磁力仪中射频信号源输出的首个射频脉冲信号时长大于预设π脉冲时长，调节抽运-检测型原子磁力仪中射频信号源输出的正弦信号的振幅，通过观察x轴差分探测信号来确定磁共振跃迁对应π/2脉冲或π脉冲的时长，使射频信号π/2脉冲时长t_π/2符合表达式f₀×t_π/2＝i，其中一个包络对应时长即为π脉冲时长；

步骤三、设定抽运-检测型原子磁力仪中射频信号源输出一系列射频脉冲串，其中抽运-检测型原子磁力仪中z轴圆偏振抽运激光关闭后射频信号源输出的首个射频脉冲信号为π/2脉冲，两个射频脉冲之间的间隔时长为n/f₀或(m-0.5)/f₀，用z轴线偏振光探测组件观察磁共振塞曼跃迁；调整射频脉冲信号的脉冲间隔时长，实现磁共振塞曼跃迁的调控。

下面结合实施例一具体说明磁共振塞曼跃迁调控的实验方法，其中磁共振跃迁频率设定为10kHz。

实施例一：

步骤1、设定抽运-检测型原子磁力仪处于磁场测量模式；设定抽运-检测型原子磁力仪中射频信号源输出的射频脉冲信号的频率为10kHz，初始相位设定为零；通过监测抽运-检测型原子磁力仪输出的拉莫尔进动频率来微调恒流源7向本底磁场线圈2输出的电流，使本底磁场对应的拉莫尔进动频率严格等于10kHz。

步骤2、设定抽运-检测型原子磁力仪中射频信号源输出的首个射频脉冲信号时长为30ms，调节抽运-检测型原子磁力仪中射频信号源输出的正弦信号的振幅，通过观察x轴差分探测信号中一个包络对应的时长来设定磁共振跃迁对应的π脉冲时长，当i＝5时，π/2脉冲时长为0.50ms，π脉冲时长为1.00ms；图3为射频场连续作用30ms时实验装置z轴和x轴探测的差分信号。

步骤3、设定抽运-检测型原子磁力仪中射频信号源输出一系列射频脉冲串；z轴右旋圆偏振抽运激光关闭后打开10个射频场脉冲串，初始相位都为零，其中第一个射频场脉冲为磁共振跃迁的π/2脉冲(0.5ms)，后9个射频场脉冲为π脉冲(1ms)，其中9段射频脉冲串之间的间隔时长如表1所示(单位为ms)；当f₀＝10kHz、n＝5、m＝6时，n/f₀或(m-0.5)/f₀对应的射频脉冲串之间的间隔时长为0.50ms或0.55ms；其中原子磁矩绕磁场B₀进动1个周期所对应的时长为0.1ms，因此0.5ms时间内原子磁矩进动了10π的弧度，0.55ms时间内原子磁矩进动了11π的弧度；用z轴线偏振光探测组件观察磁共振塞曼跃迁，按照图2的物理思想实现了↑↓↑↓↑↓↑↓↑↓、↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑、↑↓↓↓↓↓↓↓↓↓和↑↑↓↓↑↑↓↓↑↑的调控结果(↑代表原子磁矩指向z轴正方向，↓代表原子磁矩指向z轴负方向)，如图4所示。

表1射频脉冲串之间的间隔时长(单位为ms)

以上步骤实现了预期的磁共振塞曼跃迁调控实验结果，在步骤3中设定射频信号源输出射频脉冲的初始相位都为零，图6为射频场脉冲串初始相位对磁共振塞曼跃迁调控实验结果的影响，这个对比实验表明所有射频脉冲的初始相位相同是实现图4中磁共振塞曼跃迁调控实验结果的必要条件。

分析实施例一铷原子磁共振塞曼跃迁的调控实验(图3至图6)得出以下结论：量子跃迁是有过程的，是可被重复操控的，是确定性的结论，并指出磁共振跃迁中原子磁矩进动相位与电磁波相位匹配的重要性。本发明基于磁共振塞曼跃迁的二能级系统，将相干原子系综在磁场中的演化过程等效为一个原子的演化，接下来从操控磁共振跃迁的实验细节来说明量子跃迁操控需具备的实验条件。类比到量子比特中信息的“写入”和“读取”操作，本发明中射频信号的π/2脉冲或π脉冲即为“写入”信息，远失谐线偏振探测光的探测即为“读取”信息。在经典物理图象中，原子磁矩在进动演化过程中其方向遍历三维空间立体角，当原子磁矩进动至x-y平面内时，原子磁矩在z轴方向的投影矢量为零；而在量子力学概念中，假设原子磁矩沿着z轴(量子化轴)方向的两个能量定态为|↑>和|↓>，量子叠加态可以写为|Ψ>＝a|↑>+b|↓>,与原子磁矩进动至x-y平面的经典物理图像对应时，量子力学中认为

测量过程导致波函数坍缩，使原子磁矩处于|↑>和|↓>能量定态的概率都为1/2。然而，教科书中量子力学描述“测量”过程比较模糊，并没有对应到“测量”操作的实验细节，例如用于“测量”的电磁波的频率、振幅和相位信息。本发明远失谐线偏振探测光的探测应为“测量”过程，但这种近乎非破坏性的探测手段在实验中没有观察到波函数坍缩的物理过程。假如将射频信号的π/2脉冲或π脉冲的局域“写入”过程当做是量子力学中的“测量”过程，考虑到射频脉冲串的“测量”过程是确定性的，将得到单个量子比特中量子叠加态并不存在的结论。从未来量子信息技术的应用来分析，单个量子比特的局域“写入”和局域“读取”操作应当符合确定性，只有这样才能准确存储和读取信息。而当人们接受了这种局域的确定性，那么超距量子纠缠的物理概念与单个量子比特的局域确定性相互矛盾，因为一个量子比特的局域演化过程无法影响远处的另一个量子比特，另一个量子比特的物理性质的演化与其所处的局域物理场有关，即定域实在论应当更符合物理学规律。量子力学是基于统计学实验(例如黑体辐射和原子光谱)得到的统计学规律，将量子力学基本概念应用在所谓的单个量子比特或多个量子比特中并不准确，甚至会得出错误的或相互矛盾的结论。

综上所述，实施例一仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种磁共振塞曼跃迁调控的实验装置，其特征在于，包括：本底磁场产生组件、抽运-检测型原子磁力仪和z轴线偏振光探测组件；

其中，本底磁场产生组件用于产生z轴轴向均匀稳定的本底磁场；

z轴线偏振光探测组件用于探测磁共振塞曼跃迁的信号；

抽运-检测型原子磁力仪位于本底磁场产生组件产生的本底磁场的中心，用于测量铷泡处的磁场；通过控制抽运-检测型原子磁力仪的射频信号源输出的信号幅度控制射频信号为π/2脉冲或π脉冲，通过控制射频信号源输出的打开或关闭控制射频脉冲信号的脉冲间隔时长，通过调整射频脉冲信号之间的脉冲间隔时长实现磁共振塞曼跃迁的调控；

其中，本底磁场对应的拉莫尔进动频率f₀和所述射频信号源输出的正弦信号的频率f相等；用于磁共振塞曼跃迁调控的所有射频脉冲信号的初始相位相同；设定射频信号π/2脉冲时长t_π/2符合表达式f₀×t_π/2＝i，i为正整数；首个射频脉冲信号为π/2脉冲，该脉冲信号激励原子磁矩进动至x-y平面内；当原子磁矩处于x-y平面内时：当两个射频π/2脉冲信号的间隔时长为n/f₀时，第二个π/2脉冲完成完整的磁共振塞曼跃迁；当两个射频π/2脉冲信号的间隔时长为(m-0.5)/f₀时，第二个π/2脉冲中止并反转磁共振塞曼跃迁；当原子磁矩处于x-y平面内时，射频π脉冲信号使原子磁矩最终回到x-y平面内；两个射频π/2脉冲信号的间隔时长n/f₀或(m-0.5)/f₀分别对应于原子磁矩绕本底磁场自由进动2nπ或(2m-1)π弧度，n和m为正整数。

2.如权利要求1所述的磁共振塞曼跃迁调控的实验装置，其特征在于，f₀取10kHz时，设定n取5、m取6；设定i取5；设定所有正弦射频脉冲信号的初始相位为零。

3.如权利要求1所述的磁共振塞曼跃迁调控的实验装置，其特征在于，本底磁场产生组件包括磁屏蔽筒1、本底磁场线圈2和恒流源7；其中，磁屏蔽筒1用于屏蔽地磁场；本底磁场线圈2轴对称地置于磁屏蔽筒1的内部，恒流源7向本底磁场线圈2通入恒定电流，在磁屏蔽筒1内产生轴向均匀稳定的本底磁场。

4.如权利要求3所述的磁共振塞曼跃迁调控的实验装置，其特征在于，恒流源7采用6.5位商用数字化电流源。

5.如权利要求1所述的磁共振塞曼跃迁调控的实验装置，其特征在于，本底磁场的磁场梯度小于1％。

6.如权利要求1所述的磁共振塞曼跃迁调控的实验装置，其特征在于，抽运-检测型原子磁力仪的z轴圆偏振抽运激光采用小于10°的发散光束照射铷泡。

7.如权利要求1所述的磁共振塞曼跃迁调控的实验装置，其特征在于，抽运-检测型原子磁力仪的z轴右旋圆偏振抽运激光的频率被锁定至⁸⁷Rb原子的D1线跃迁，x轴和z轴线偏振探测激光频率相比抽运激光频率红失谐3GHz至10GHz。

8.一种如权利要求1～7任意一项所述的实验装置的磁共振塞曼跃迁调控方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、设定抽运-检测型原子磁力仪处于磁场测量模式；设定抽运-检测型原子磁力仪中射频信号源输出的射频脉冲信号的频率为f，初始相位为定值；通过监测抽运-检测型原子磁力仪输出的拉莫尔进动频率f₀来微调本底磁场产生组件参数，使本底磁场对应的拉莫尔进动频率f₀严格等于射频脉冲信号的频率为f；

步骤二、设定抽运-检测型原子磁力仪中射频信号源输出的首个射频脉冲信号时长大于预设π脉冲时长，调节抽运-检测型原子磁力仪中射频信号源输出的正弦信号的振幅，通过观察x轴差分探测信号来确定磁共振跃迁对应π/2脉冲或π脉冲的时长，使射频信号π/2脉冲时长t_π/2符合表达式f₀×t_π/2＝i，其中一个包络对应时长即为π脉冲时长；

步骤三、设定抽运-检测型原子磁力仪中射频信号源输出一系列射频脉冲串，其中抽运-检测型原子磁力仪中z轴圆偏振抽运激光关闭后射频信号源输出的首个射频脉冲信号为π/2脉冲，两个射频脉冲之间的间隔时长为n/f₀或(m-0.5)/f₀，用z轴线偏振光探测组件观察磁共振塞曼跃迁；调整射频脉冲信号的脉冲间隔时长，实现磁共振塞曼跃迁的调控。

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