用于磁旋转光谱的环形永磁阵列的匀场分布仿真优化

法拉第磁旋转光谱(Faraday rotation spectroscopy, FRS)技术因其高灵敏度,零背景噪声,以及能有效避免抗磁性物质干扰的特性广泛应用于各类顺磁性痕量气体的探测.目前大部分FRS技术采用线圈构造电磁场,存在能耗高、发热多等问题.为此,开展了基于组合环形永磁体的空间磁场分布建模仿真研究,意在建立轴向分布的磁场,为测量FRS提供基于永磁体的沿光轴方向的匀强磁场.仿真采用有限元网格剖分的方法,基于麦克斯韦方程组,开展组合磁环的磁场分布仿真研究,并通过实验测量实际钕铁硼永磁体磁环阵列的磁场分布,证明了建立物理模型的可靠性.在此基础上提出了对永磁体磁环阵列的3种优化方案—单理想值优化、多段式单理想值优化和梯度优化方案,来构造中心轴线磁感应强度分布均匀的匀强磁场.最后通过引入磁场均匀度,计算评估并分析比较了不同优化方案的优化效果,为研发基于永磁体的FRS光谱设备提供参考.