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铷原子气体自旋噪声谱测量的信噪比分析
  • ISSN号:1000-3290
  • 期刊名称:《物理学报》
  • 时间:0
  • 分类:O174.22[理学—数学;理学—基础数学]
  • 作者机构:[1]中国科学院半导体研究所,超晶格国家重点实验室,北京100083, [2]挪威科技大学,海事技术与操作系,奥勒松6025
  • 相关基金:国家重点基础研究发展计划(批准号:2013CB922304)和国家自然科学基金(批准号:91321310,11404325)资助的课题.
中文摘要:

自旋噪声谱是一种非扰动的自旋动力学研究方法,通过探测系统在非激发条件下的自旋涨落,可以揭示系统在热平衡状态下的性质.因为系统在稳态下的自旋涨落十分微弱,所以提高信噪比在自旋噪声谱的测量中特别重要.本文采用频谱仪、数据采集卡和实时傅里叶变换采集卡三种方法来测量铷原子气体的自旋噪声谱,并将实验结果进行对比,分析了叠加次数、测量效率和采样深度等因素对谱线信噪比的影响.实验发现,谱线叠加次数对自旋噪声谱的信噪比影响最为显著,测量效率则能反映不同方法在相同的测量时间内得到的谱线质量,并比较了三种方法的测量效率,采样深度的提高并不能明显改善自旋噪声谱的信噪比.相比于传统的频谱仪和数据采集卡,实时傅里叶变换采集卡的数据利用率和测量效率更高,从而具有更好的信噪比,非常有利于自旋噪声谱在自旋动力学研究中的应用.

英文摘要:

Spin noise spectroscopy is a non-demolition technique to detect the spin dynamics, and it is a good way to realize spin property under thermal equilibrium. Since spin noise arises from spin fluctuation at thermal equilibrium, it is a weak signal, therefore, various methods are used to enhance the signal-to-noise ratio (SNR) of the measurement system. To study the influence from different factors on the quality of spin noise spectroscopy, we report spin noise spectroscopy measurements in Rubidium vapor with three methods: a commercial frequency analyzer, a data acquisition card (DAC) with fast Fourier transform (FFT) done by a computer, and a DAC with real-time FFT based on FPGA (field-programmable gate array), respectively. According to the experimental results, we discuss several parameters and their influences on the SNR of the spectrum, including spectrum accumulation time, measurement efficiency and acquisition resolution. We find that the accumulation time is the most important factor for achieving high-quality spectrum. Measurement efficiency indicates how a good quality of the spin noise spectroscopy can be achieved in a finite time period, and we make a comparison of measurement efficiency among three methods. However, improvement of acquisition resolution does not make much more contribution to the quality of spin noise spectroscopy. Taken all into account, the DAC with real-time FFT performs best due to efficiency and the multiplex advantage, thus it is more helpful for its bigger data utilization ratio, higher measurement spin noise spectroscopy measurement in the study of spin dynamics.

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期刊信息
  • 《物理学报》
  • 北大核心期刊(2011版)
  • 主管单位:中国科学院
  • 主办单位:中国物理学会 中国科学院物理研究所
  • 主编:欧阳钟灿
  • 地址:北京603信箱(中国科学院物理研究所)
  • 邮编:100190
  • 邮箱:apsoffice@iphy.ac.cn
  • 电话:010-82649026
  • 国际标准刊号:ISSN:1000-3290
  • 国内统一刊号:ISSN:11-1958/O4
  • 邮发代号:2-425
  • 获奖情况:
  • 1999年首届国家期刊奖,2000年中科院优秀期刊特等奖,2001年科技期刊最高方阵队双高期刊居中国期刊第12位
  • 国内外数据库收录:
  • 美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,美国科学引文索引(扩展库),英国科学文摘数据库,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:49876