上海光機(jī)所在高空鈉層磁場測量的研究中取得進(jìn)展

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

圖1 實(shí)驗(yàn)裝置示意圖及發(fā)射望遠(yuǎn)鏡照片

遠(yuǎn)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(guān)的磁擾動(dòng)，以及對(duì)極地地區(qū)的電離層電流進(jìn)行長期連續(xù)測量提供有力的工具。目前，已報(bào)道的中間層磁場測量均基于相敏檢測技術(shù)，然而，當(dāng)回波光子速率太低時(shí)，濾波不能給出連續(xù)信號(hào)，相敏檢測技術(shù)難以運(yùn)用。門控光子計(jì)數(shù)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于：在回波光子數(shù)極少的條件下依然適用；同時(shí)在背景光抑制方面具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，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(shí)現(xiàn)高度可分辨磁場測量方面具有潛在應(yīng)用。

圖2 門控光子計(jì)數(shù)原理圖

圖3 實(shí)測典型磁光共振信號(hào)

項(xiàng)目組基于門控光子計(jì)數(shù)和直接脈沖重復(fù)頻率掃描，利用中間層鈉原子在磁場中的自旋進(jìn)動(dòng)設(shè)計(jì)了高空磁場測量方案。該技術(shù)利用強(qiáng)度調(diào)制激光束對(duì)中間層鈉原子進(jìn)行光抽運(yùn)，掃描脈沖重復(fù)頻率，使用地基大孔徑望遠(yuǎn)鏡收集熒光回波以推斷磁場。外場試驗(yàn)得到了中科院光電技術(shù)研究所的大力支持，在中科院云南天文臺(tái)麗江天文觀測站1.8 m口徑望遠(yuǎn)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(yàn)證了該項(xiàng)技術(shù)。