上海光機所在高空鈉層磁場測量的研究中取得進展

近期，中國科學院上海光學精密機械研究所空間激光信息技術研究中心周田華、馮衍項目組在高空鈉層磁場測量的研究中取得進展，利用自主研發(fā)的高功率黃光激光器，基于門控光子計數(shù)技術首次遠程測量到了高空鈉層（85-100公里）磁場。該技術已申請發(fā)明專利（公開號：CN110161433A），相關研究成果發(fā)表在[Journal of Geophysical Research: Space Physics, 124，7505-7512 (2019)]。

圖1 實驗裝置示意圖及發(fā)射望遠鏡照片

遠程測量中間層的地磁場將為測繪地球巖石圈磁場，監(jiān)測與極光相關的磁擾動，以及對極地地區(qū)的電離層電流進行長期連續(xù)測量提供有力的工具。目前，已報道的中間層磁場測量均基于相敏檢測技術，然而，當回波光子速率太低時，濾波不能給出連續(xù)信號，相敏檢測技術難以運用。門控光子計數(shù)技術的優(yōu)點在于：在回波光子數(shù)極少的條件下依然適用；同時在背景光抑制方面具有獨特優(yōu)勢，可通過距離門控有效抑制來自其他源（瑞利散射、米散射和激光）的干擾；并且可以收集特定高度鈉層發(fā)射的熒光，在實現(xiàn)高度可分辨磁場測量方面具有潛在應用。

圖2 門控光子計數(shù)原理圖

圖3 實測典型磁光共振信號

項目組基于門控光子計數(shù)和直接脈沖重復頻率掃描，利用中間層鈉原子在磁場中的自旋進動設計了高空磁場測量方案。該技術利用強度調制激光束對中間層鈉原子進行光抽運，掃描脈沖重復頻率，使用地基大孔徑望遠鏡收集熒光回波以推斷磁場。外場試驗得到了中科院光電技術研究所的大力支持，在中科院云南天文臺麗江天文觀測站1.8 m口徑望遠鏡上首次測到了穩(wěn)定的中間層鈉原子的磁光共振曲線，成功驗證了該項技術。