磁旋光成像地球磁场测量方法.pdfVIP

1168 自．鞋科手连屋 第17卷第9期2007年9月 磁旋光成像地球磁场测量方法 李小俊。 白晋涛 李永安 李小牛 汪源源 冯晓强 西北大学光子学与光子技术研究所，西安710069 摘要 提出了磁旋光成像地球磁场测量方法．利用地球表面反射的太阳光的偏振特性以及地球 大气层的磁致旋光效应，可在卫星上利用光学系统对地球磁场进行探测．从原理上讲，这一方法 具有三维成像能力，可直接获取地球磁场的空间结构图样，其测量速度很高，可在很短时间内完 成全球测量任务，同时其测量无盲点，无畸变．文中介绍了这一地磁场测量方法的原理，并对其 中的关键问题进行了讨论． 关键词 光学成像磁致旋光效应地磁场测量 地磁场是地球系统中少数几个将日、地、人连 量)，刻画地磁场的三维空间分布与结构比较困难， 为一体的基本物理场之一．地磁场的研究在科学探 也较难得到对地磁场的整体直观印象． 索、生产实践、航空、航海、航天、军事国防等方 造成这些局限性的原因在于，大多数现有磁测 面都有着重要的应用[1’2]．在地震预报[3。、磁法探方法所依赖的测量仪器，即各式的磁力仪，其测量 矿E4|、磁定向与磁导航嘲、无线电通信E61、太阳活的基本模式均为每一时刻只能得到探测器所在位置 动预报[7]、火山预报E8]等领域都可以找到其用武之的单点磁场信息． 地． 为了克服现有磁测方法的诸多局限性，提高地 地磁场的研究必然要涉及对地磁场的测量．现 磁场测量的效率，我们设想利用光学成像的方法对 有的地球磁测方法有地面磁测、海上磁测、航空磁 地球磁场进行测量． ． 测、卫星磁测、地磁台测量等[9’1州．这些测量方法 关于光学方法磁场测量，已经有一些研究和应 各有其优缺点，也各有其适用范围．随着地磁研究 用．如利用磁光方法测量高压输电线路产生的磁 和利用的深入，对地磁场测量的要求越来越高，现 场，从而间接实现对高压大电流的测量[1h”]．天文 有的这些地球磁测手段，逐渐显露出一些局限性： 学家由星体磁光现象的观测与研究，发现了很多磁 (1)测量效率低，速度慢．作为发展最早的地磁测 星，并且测定了白矮星的磁场[1引、中子星的磁 量的两种基本方法，地面磁测和海上磁测完成国土 场[14。、银河系和河外星系星际空间的磁场[15,16]、星 范围或某一较大海域的测量往往需要几年时间，这 系际空间磁场[17‘、星系团内部空间的磁场E”3以及 也造成了测量结果的畸变Eg]．航空磁测、卫星磁测 宇宙磁场[1盯等等．这些工作都还属于单点测量． 要全面完成覆盖全球的测量任务，也需要较长的时 运用光学方法对磁场的图像进行观察研究的工 间．(2)地面磁测、海上磁测有测量难以到达的区 域(也叫做盲点)，其他几种方法则测点间隔较大， 偏光显微镜下，应用透射光观察到了钇铁石榴石 不能很好反映地磁场细部结构及地磁复杂地区局部 (YIG)单晶材料中的磁畴结构D0。，后来有研究者利 磁异常．(3)大多数现有方法测量能力仅限于零维 用磁光效应也观察到反铁磁体NiO单晶体的磁畴结 (单点测量)到一维(飞机、卫星运行轨道上的线测 构[2¨．研究者还利用磁光效应和扫描近场显微镜发 2007-01-10收稿，2007-02-14收修改穑 -E-mail：lixiaojun{园nwu．edu．cn 自蓝井予盈展 第17卷第9期2007年9月 1169 展了一种磁畴结构的彩色成像技术，应用这一成像 振光穿过大气层，最终由搭载于人造地球卫星上的 技术可以直观地显现材料的静态和动态磁畴结 探测器接收(卫星轨道面垂直于纸面)．由于大气具 构口21．此外，近年来迅速发展的磁光涡流成像技 有一定的磁旋光性质，受地磁场的作用，到达探测 术，利用磁光效应以及电磁感应