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

圖1 實驗裝置示意圖及發(fā)射望遠鏡照片

遠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，以及對極地地區(qū)的電離層電流進行長期連續(xù)測量提供有力的工具。目前，已報道的中間層磁場測量均基于相敏檢測技術(shù)，然而，當回波光子速率太低時，濾波不能給出連續(xù)信號，相敏檢測技術(shù)難以運用。門控光子計數(shù)技術(shù)的優(yōu)點在于：在回波光子數(shù)極少的條件下依然適用；同時在背景光抑制方面具有獨特優(yōu)勢，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 門控光子計數(shù)原理圖

圖3 實測典型磁光共振信號

項目組基于門控光子計數(shù)和直接脈沖重復頻率掃描，利用中間層鈉原子在磁場中的自旋進動設(shè)計了高空磁場測量方案。該技術(shù)利用強度調(diào)制激光束對中間層鈉原子進行光抽運，掃描脈沖重復頻率，使用地基大孔徑望遠鏡收集熒光回波以推斷磁場。外場試驗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麗江天文觀測站1.8 m口徑望遠鏡上首次測到了穩(wěn)定的中間層鈉原子的磁光共振曲線，成功驗證了該項技術(shù)。