上海光机所在高空钠层磁场测量的研究中取得进展

近期，中国科学院上海光学精密机械研究所空间激光信息技术研究中心周田华、冯衍项目组在高空钠层磁场测量的研究中取得进展，利用自主研发的高功率黄光激光器，基于门控光子计数技术首次远程测量到了高空钠层（85-100公里）磁场。该技术已申请发明专利（公开号：CN110161433A），相关研究成果发表在[Journal of Geophysical Research: Space Physics, 124，7505-7512 (2019)]。

图1 实验装置示意图及发射望远镜照片

远程测量中间层的地磁场将为测绘地球岩石圈磁场，监测与极光相关的磁扰动，以及对极地地区的电离层电流进行长期连续测量提供有力的工具。目前，已报道的中间层磁场测量均基于相敏检测技术，然而，当回波光子速率太低时，滤波不能给出连续信号，相敏检测技术难以运用。门控光子计数技术的优点在于：在回波光子数极少的条件下依然适用；同时在背景光抑制方面具有独特优势，可通过距离门控有效抑制来自其他源（瑞利散射、米散射和激光）的干扰；并且可以收集特定高度钠层发射的荧光，在实现高度可分辨磁场测量方面具有潜在应用。

图2 门控光子计数原理图

图3 实测典型磁光共振信号

项目组基于门控光子计数和直接脉冲重复频率扫描，利用中间层钠原子在磁场中的自旋进动设计了高空磁场测量方案。该技术利用强度调制激光束对中间层钠原子进行光抽运，扫描脉冲重复频率，使用地基大孔径望远镜收集荧光回波以推断磁场。外场试验得到了中科院光电技术研究所的大力支持，在中科院云南天文台丽江天文观测站1.8 m口径望远镜上首次测到了稳定的中间层钠原子的磁光共振曲线，成功验证了该项技术。