Thesis or Dissertation CPT共鳴を利用した磁場勾配センサに関する研究

生天目, 雄馬

2016-03-25
Description
現在、磁気計測は工業、医療、軍事などの幅広い分野で利用されている。その中でもMRIなどの医療機器や、鉱物探査などで、磁場勾配の利用や計測に対しての需要が増えてきている。従来の磁気センサで磁場勾配を測定する場合、複数のセンサを用いて行う方法が一般的だが、この方法では離散的な磁場情報しか得ることができない。そこで本研究では、原子共鳴を利用した新たな磁場勾配測定法の提案を行う。測定で使用した磁気センシングに用いる原子共鳴は、小型化へ適応可能なCPT(Coherent Population Trapping)共鳴を用いた。CPT共鳴は原子の遷移特性を利用するため長期測定に優れている。また光のみで励起可能なため、被測定区間に不必要な磁場を生じさせないメリットもある。本研究ではレーザ光源には半導体レーザを用い、アルカリガスを封入したガスセルにレーザ光を入射した。ガスセル内ではCPT共鳴が励起され光の吸収量が変化するため、透過光を測定することでCPT共鳴を観測できる。観測したCPT共鳴の磁場勾配特性から、共鳴線幅の変化とピーク周波数シフト量の検証を行った。また、微小区間ごとのCPT共鳴を重ね合わせることで観測したCPT共鳴の再現可能性についてシミュレーションにより検証した。本論文は全5章で構成されている。第1章は序論とし、本研究の背景と目的を記述する。第2章では本研究の原理について述べている。CPT共鳴とゼーマンシフトの原理を示した上で、CPT共鳴を利用した磁場勾配センシング方法について説明する。第3章では実験の手順及び結果について述べている。CPT共鳴の磁場勾配特性を測定する装置構成を示し、得られた結果から磁場勾配の方向と大きさを推定可能か検証した。第4章では、第3章で得られた実験データを解析的に復元可能か検証した結果について述べている。ガスセルの微小区間ごとに起きるCPT共鳴それぞれに磁場と光強度の情報を与え、積分した結果と実測データを比較し、逆問題解析を行った。第5章は結論である。得られた研究結果について考察し、本研究の成果について述べている。
首都大学東京, 2016-03-25, 修士(工学)
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