Gradiometry-free noise suppression in RF atomic magnetometers
我们证明了基于光泵射频（RF）原子磁力计的传感器的灵敏度检测到的RF磁场的偏振状态，并测量$>$ 36 dB的幅度灵敏度差异相反的圆场极化。这种灵敏度可以用于创建新的传感器，该传感器将允许信号检测，同时抑制环境噪声，而不管信号源和噪声源之间的距离，与传统的梯度测量配置相反。另外，这种传感器将是定向敏感的，因为所检测到的信号的相位被示出为取决于传感器的检测轴与到发射器的方向之间的角度。
2018-09-24 physics.atom-ph
Parametric resonance magnetometer based on elliptically polarized light yielding three-axis measurement with isotropic sensitivity
本文提出了一种基于椭圆偏振泵浦光和沿两个光泵浦方向施加两个射频场的参量共振磁强计方案。在最佳的椭圆率和射频场振幅的三个组成部分的磁场测量与各向同性的灵敏度。与通常的基于双折射的参量共振磁力计相比，对于磁场的两个分量，灵敏度降低了2倍，但是对于第三个分量，灵敏度提高了11倍。这种新的磁力计配置可能对磁物理学和生物医学成像特别感兴趣。
2020-12-04 physics.atom-ph physics.optics
A high-sensitivity push-pull magnetometer
我们描述了我们的方法的基础上的推挽光泵浦技术的原子磁力。铯蒸气被一束共振激光泵浦和探测，该激光的圆偏振与静态磁场诱导的自旋演化动力学同步调制。磁力计在锁相环中操作，并且它具有低于20 fT/ \sqrt（Hz）的固有灵敏度，使用室温石蜡涂覆的电池。我们使用磁力计监测磁场波动，灵敏度为300 fT/ \sqrt（Hz）。
2013-12-06 physics.atom-ph physics.ins-det
Zero-field magnetometry based on the combination of atomic orientation and alignment
光泵磁力计通常依赖于使用圆或线偏振光的光泵。在这里，我们研究零场磁力计泵浦椭圆偏振光，准备原子取向和对齐与互补的几何形状。我们首先扩展了椭圆偏振泵浦的“三步法”。这使得我们研究的Hanle效应在椭圆偏振的分析吸收信号与实验上的氦-4亚稳态。然后，我们研究了基于椭圆偏振的参量共振磁力计，通过使用一个和两个射频场的缀饰原子形式主义。结果表明，与实验测量和开放有趣的前景磁学的对称性破缺泵光减轻了很好的协议。
2021-12-08 physics.atom-ph
A Multi-Pass Optically Pumped Rubidium Atomic Magnetometer with Free Induction Decay
介绍了一种射频磁场驱动的自由感应衰减（FID）型光泵铷原子磁力仪。从时域和频域研究了铷蒸气室温度、抽运光功率、射频磁场和静磁场强度等参数对FID信号幅度和半高宽的影响。同时，通过改变探测束与原子系综相互作用的光路，比较了探测束单程和三程情况下磁强计的灵敏度。与探测光单程情况下的~21.2 pT/Hz^（1/2）灵敏度相比，探测光三程情况下的FID信号幅度显著增强，灵敏度提高到~13.4 pT/Hz^（1/2）。本文的研究为后续研究不同缓冲气体压强对半高宽的影响提供了参考，也为进一步提高FID铷原子磁强计的灵敏度，采用偏振压缩光作为探测光，使其灵敏度超过光散粒噪声水平奠定了基础。
2023-01-20 physics.atom-ph
Single-beam double-pass miniaturized atomic magnetometer for bio-magnetic imaging systems
小型化原子磁力计，特别是自旋交换弛豫自由原子磁力计，已经出现在临床成像应用，如心磁图和脑磁图。小型化、便携性和低成本是生物磁成像技术的主要发展目标，以及高灵敏度和空间和时间分辨率。在本文中，我们提出了一种低成本的解决方案，生物磁成像系统的基础上，原子磁力计，其中一个激光源是用于多通道原子磁力计传感器阵列。提出了一种基于光纤环行器的单光束双程结构的小型化无自旋交换弛豫原子磁力计的新设计。研究了温度和激光功率对零场磁共振谱线宽度的影响，实验结果表明，与传统的单光束单通结构相比，本设计具有更好的性能。噪声功率谱表明，闭环小型化原子磁力计在10 Hz的带宽下达到约120 fT/Hz $^{1/2}$的灵敏度。该设计特别适合于作为低成本生物磁成像系统的基本构建元件的以阵列形式操作的原子磁力计。
2022-04-27 physics.atom-ph
A non-scanning atomic magnetometer based on coherent population trapping
本文介绍了一种基于相干布居俘获（CPT）的原子磁力计的工作原理，它不需要任何射频扫描。采用一种混合的方法，包括偏振旋转和定制的传输由于CPT状态，同时作为原子频标以及原子磁力计的设备的操作进行了研究。通过利用磁场辅助同步射频扫描的固有选项，可以进一步提高磁力计灵敏度。
2013-03-22 physics.atom-ph
Magnetic induction measurements using an all-optical $^{87}$Rb atomic magnetometer
在这项工作中，我们提出，并实验证明，使用自振荡全光学原子磁力计的磁感应测量。鉴于原子磁力计的小型化潜力及其极高的灵敏度，目前的工作表明，原子磁力计可能在磁感应断层成像仪器的发展中发挥关键作用。
2013-09-20 physics.atom-ph
Characterizing current noise of commercial constant-current sources by using of an optically-pumped rubidium atomic magnetometer
本文提出用光泵浦铷原子磁力仪表征商用恒流源电流噪声的方法，通过校准线圈常数转换灵敏度，比较六种恒流源，发现是德科技B2961A噪声最低，为高精度恒流源和基础物理研究提供参考。
2023-09-06 physics.atom-ph
Shot-noise-limited magnetometer with sub-pT sensitivity at room temperature
本文报道了一种基于室温$^{85}$ Rb蒸气的振幅调制旋光效应的光子散粒噪声限制（SNL）光学磁强计。该仪器在$7.6$ $μ$ T下实现了$70$ fT/ $\sqrt{\mathrm{Hz}}$的室温灵敏度。与理论预测一致的噪声与光功率的实验缩放证实了从$5$ $μ$ T到$75$ $μ$ T的SNL行为。最佳的灵敏度和SNL操作的组合使该系统成为一个有前途的候选人的应用压缩光的国家的最先进的原子传感器。
2014-11-20 physics.atom-ph quant-ph
Different sensitivities of two optical magnetometers realized in the same experimental arrangement
在这篇文章中，光学磁强计检测静态（DC）和振荡（AC）磁场的操作进行了研究和比较的设备。为了便于比较，在相同的实验装置中进行分析，利用非线性磁光旋转。在这样的系统中，对静态场幅度或交变场频率的控制提供了对DC或AC场的强度的检测。偏振旋转的各种光强度和AC场的振幅，这使得可以确定最佳的灵敏度，这两个领域进行了研究。结果表明，在最佳条件下，交流磁强计的灵敏度比直流磁强计高出约10倍，这是由于原子对场的响应不同所致。还分析了磁强计的带宽，揭示了其对光功率的不同依赖性。特别是，我们证明了交流磁强计的带宽可以显着增加，而不会强烈恶化的磁强计灵敏度。这种行为与调谐AC磁力计的谐振频率的能力相结合，提供了用于在宽但频谱有限的范围内对AC场进行超灵敏测量的手段，其中静态场不稳定性的有害作用显著降低。
2019-01-10 physics.atom-ph
Ultra-high sensitivity magnetic field and magnetization measurements with an atomic magnetometer
本文描述了一种基于光泵钾原子的无自旋交换弛豫（SERF）超灵敏原子磁力计。我们证明了磁场灵敏度为160 aT/Hz $^{1/2}$的梯度计安排与测量体积为0.45厘米$^3$和能量分辨率每单位时间的$44 \hbar$。作为由这种磁力计实现的新应用的例子，我们描述了作为温度的函数的弱残余岩石磁化的测量，其灵敏度为10 $^{-10}$ emu/cm $^3$ /Hz $^{1/2}$的量级，温度高达420 $^\circ$ C。
2009-10-12 physics.atom-ph physics.geo-ph physics.ins-det
Zero-field optical magnetometer based on spin-alignment
本研究提出一种基于自旋排列原子系综的零场光学磁强计，通过检测光的线偏振旋转实现磁场归零，推导了解析表达式并经实验验证，成功检测合成心脏信号，展现了医疗应用潜力。
2023-08-23 physics.app-ph physics.atom-ph quant-ph
Sub-femtotesla scalar atomic magnetometer using multipass cells
标量原子磁力计有许多吸引人的特点，但它们的灵敏度一直比较差。我们描述了一个Rb标量梯度计使用两个多程光学细胞。我们使用泵浦探测测量方案来抑制自旋交换弛豫，并使用两个探测脉冲来找到自旋进动零交叉时间，分辨率为1皮秒。我们实现了0.54 fT/Hz的磁场灵敏度$^{1/2}$，这提高了一个数量级的最佳标量磁强计的灵敏度，并超过了量子限制设置的自旋交换碰撞的标量磁强计具有相同的测量体积在连续的制度。
2012-08-06 physics.atom-ph quant-ph
Alignment-based optically pumped magnetometer using a buffer gas cell
研究提出首个使用含铯和氮气的缓冲气体蒸气池的基于排列的光泵磁力仪，在55°C下实现对10kHz振荡磁场325 fT/sqrt(Hz)的灵敏度，单光束设计有望推动射频OPMs的商业化。
2023-01-18 physics.app-ph physics.atom-ph quant-ph
Spin noise spectroscopy of an alignment-based atomic magnetometer
本研究对基于排列的原子磁力计进行了自旋噪声光谱学实验，并提出随机模型预测其噪声功率谱，验证了模型对Larmor光谱峰高度和线宽的准确预测，推动其在实时传感中的应用。
2024-07-30 physics.atom-ph quant-ph
Superradiant Raman Laser Magnetometer
我们展示了一种原理验证磁力计，它依赖于冷原子拉曼激光器的主动振荡，以连续地将场敏感的原子相位映射到辐射光的相位上。我们展示了连续主动振荡过程中的宽带灵敏度，以及在被动拉姆齐样模式中的窄带灵敏度，其中使用自旋回波技术在频率中平移窄带检测。该传感器在1 kHz时的灵敏度为190 pT/Hz^（1/2），有效感测体积为2 * 10^-3 mm^3。也被认为是一个理想的探测器的磁场灵敏度的基本量子限制。
2012-10-13 physics.atom-ph quant-ph
Magnetometer suitable for Earth field measurement based on transient atomic response
我们描述了一个简单的原子磁力计的发展，使用$^{87}$ Rb蒸汽适用于地球磁场监测。磁力计是基于时域确定的瞬态进动频率的原子排列周围的测量领域。在实验室对地球磁场的测量中，证明了其灵敏度为1.5 nT/ $\sqrt{Hz}$。我们讨论了决定磁力计精度和准确度的不同参数，并预测灵敏度为30 pT/ $\sqrt{Hz}$
2012-06-06 physics.atom-ph physics.geo-ph
Improving Sensitivity of an Amplitude-Modulated Magneto-Optical Atomic Magnetometer using Squeezed Light
本研究利用偏振自旋转产生的压缩光作为探测场，结合拉莫尔频率调幅的独立泵浦，实验证实调幅磁光原子磁强计的灵敏度可提升15%，验证了调制原子磁强计的量子增强效应。
2022-07-26 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Optimized detection modality for double resonance alignment based optical magnetometer
本研究对比分析基于双共振对准的光学磁强计的偏振旋转与吸收两种探测模式，推导信号表达式并通过室温铯蒸气池实验验证，证实偏振旋转模式的信号更强、灵敏度更优，且可采用单一弛豫率简化数据分析。
2024-03-08 physics.atom-ph physics.optics
Triaxial Alignment Magnetometer Utilizing Free-Spin Precession in the Geomagnetic Range
该研究提出基于自由自旋进动的三轴取向磁力计，利用线偏振探测光与脉冲射频场在室温铷气室中实现近地磁场矢量测量，结构简单且三轴噪声分别达5.3、4.7和9.3 pT/√Hz。
2025-02-17 physics.app-ph physics.atom-ph
Optimization and vectorization of a Mz-type optically-pumped Rubidium magnetometer
Shanxi University（山西大学）
本文提出一种Mz型光学泵铷磁强计，通过优化泵光强度和射频磁场，提升灵敏度至22.9 pT/Hz^{1/2}，并利用三轴调制和频域解调实现矢量磁场检测。
2026-04-03 physics.atom-ph
A Cold Atom Radio-Frequency Magnetometer
我们提出并演示了一个射频原子磁力计与亚多普勒激光冷却铷-87。通过简单紧凑的设计，我们的系统在无屏蔽的环境中表现出$330~pT/\sqrt{Hz}$的灵敏度，从而匹配或超过先前报道的冷原子设计。通过将射频原子磁力仪的多种用途和鲁棒性与激光冷却的详细控制相结合，我们的冷原子射频磁力仪具有将原子磁力测量应用推向高空间分辨率的潜力。可以预期在应用科学、材料表征和纳米技术的计量学方面的直接影响。
2019-02-21 physics.atom-ph
Detection of NMR signals with a radio-frequency atomic magnetometer
我们演示了质子NMR信号的检测与射频原子磁力计调谐到62 kHz的NMR频率。原子磁力计的高频操作使其对环境磁场噪声相对不敏感。我们获得了7 fT/Hz的磁场灵敏度$^{1/2}$仅使用薄铝屏蔽。我们还推导出一个表达式的基本灵敏度限制的表面感应拾波线圈作为频率的函数，并发现原子射频磁强计本质上是更敏感的比线圈的可比大小的频率低于约50 MHz。
2006-11-06 physics.atom-ph physics.chem-ph
Synchronous Optical Pumping of Quantum Revival Beats for Atomic Magnetometery
在钾原子的基态中，由于塞曼能级的非线性间隔，我们观察到了具有周期性回复的量子拍频，并通过在拉莫尔频率和回复频率处对泵浦光进行双重调制，证明了它们的同步光泵浦。我们发现，同步泵浦增加了4倍的自旋极化的程度。作为一个实际的例子，我们探讨了这种双调制技术的应用，原子磁力计工作在地磁场范围内，发现它可以提高灵敏度和减少磁场取向依赖的测量误差特有的碱金属磁力计。
2006-11-01 physics.atom-ph
Squeezed-light enhancement and backaction evasion in a high sensitivity optically pumped magnetometer
研究了光偏振压缩效应对灵敏的量子噪声限制光泵磁强计性能的影响。我们利用Bell-Bloom（BB）光抽运来激发含$8.2 \cdot 10^{12} \mathrm{atoms/cm^3}$的$^{87}$ Rb蒸气，并利用法拉第旋转来探测自旋进动。亚$\mathrm{pT}/\sqrt{\mathrm{Hz}}$灵敏度受到低（高）频率下的自旋投影噪声（光子散粒噪声）的限制。探针偏振压缩既提高了高频灵敏度，又增加了测量带宽，在任何频率都没有灵敏度的损失，直接证明了测量反作用噪声的规避。我们提供了一个模型的BB磁强计的量子噪声动力学，包括自旋投影噪声，探针极化噪声，和测量反作用的影响。该理论表明如何偏振压缩减少光学噪声，而测量反作用，由于伴随的椭圆反压缩分流到不可测量的自旋分量。该方法与高密度和多通道技术兼容，可达到极高的灵敏度。
2021-11-04 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Cavity-Driven Multispectral Gain for High-Sensitivity NV Center Magnetometers
Indian Institute of Technology Bombay（印度理工学院孟买分校）；Indian Institute of Technology Kanpur（印度理工学院坎普尔分校）
该研究通过腔体驱动多光谱增益技术，实现了高灵敏度NV中心磁强计，达到12 pT/√Hz灵敏度，并接近100 fT/√Hz的理论极限。
2026-01-07 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Anatomical MRI with an atomic magnetometer
超低场（ULF）MRI是用于廉价医学成像的有前途的方法，其具有优于常规仪器的各种额外优点，诸如低重量、低功率、便携性、不存在来自金属的伪影以及高对比度。利用SQUID已经成功地实现了解剖学ULF MRI，但是SQUID具有需要冷冻剂的缺点。原子磁力计具有与SQUID相当的灵敏度，原则上可用于ULF MRI以取代SQUID。不幸的是，由于原子磁力计对磁场和梯度的敏感性，存在一些问题。在低频时，噪声也很大，需要屏蔽室来提高灵敏度。在本文中，我们表明，在85 kHz，原子磁力计可以用来获得解剖图像。这是第一次演示使用原子磁力计进行解剖MRI。在SNR为10的情况下，在大约六分钟的采集时间内，所展示的分辨率为1.1x1.4 mm2。讨论了该方法的一些应用。通过几种措施，还可以提高灵敏度以达到1x1 mm2的分辨率，这在医学成像中是典型的。
2012-12-20 physics.atom-ph physics.ins-det physics.med-ph
Vector Magnetometry Exploiting Phase-Geometry Effects in a Double-Resonance Alignment Magnetometer
双共振光泵磁力计具有动态范围宽、灵敏度高等优点，是无屏蔽磁场测量的理想仪器。使用线性偏振泵浦光在原子样品中产生对准，其在局部静态磁场中演变，并且由谐振施加场扰动驱动，调制透射光的偏振。我们首次表明，所观察到的第一和第二谐波分量的振幅和相位在传输的极化信号包含足够的信息来测量静态磁场的大小和方向。我们描述了一个实验室系统，这些影响的实验测量和验证所观察到的信号的理论推导。我们演示了不同静态场方向下的矢量场跟踪，并表明可以同时观察静态场幅度和方向，在最敏感的场方向上实验实现的分辨率为1.7 pT和0.63 mrad。
2018-02-26 physics.app-ph physics.atom-ph physics.ins-det
Nuclear spin gyroscope based on an atomic co-magnetometer
我们描述了一种基于碱金属-稀有气体共磁强计的核自旋陀螺仪。光学泵浦的碱金属蒸气被用来激发惰性气体原子并检测它们的陀螺旋进。由于磁场以及它们的梯度和瞬态的自旋旋进可以在这种布置中被消除。通过在自旋交换弛豫自由（SERF）制度中使用高密度碱金属蒸气来增强灵敏度。用K-3 He共磁强计，我们证明旋转灵敏度为5 × 10^（-7）rad/sec/Hz^（1/2）。由于21 Ne的磁矩较小，使用21 Ne可以将旋转信号增加10倍，并且对于具有10 cm ^3测量体积的21 Ne陀螺仪，基本旋转灵敏度极限约为2 × 10^（-10）rad/sec/Hz^（1/2）。
2005-05-12 physics.atom-ph physics.ins-det
Herriott-cavity-assisted all-optical atomic vector magnetometer
本文报道了一种在铷原子蒸气室中使用双Bell-Bloom光抽运光束的全光原子矢量磁强计。该矢量磁强计由两个正交的光泵浦光束组成，分别在$^{85}$ Rb和$^{87}$ Rb Larmor频率处进行幅度调制。我们同时检测由这两个泵浦光激发的原子信号使用一个单一的探测光束在第三方向，并提取场的方向信息使用调制的原子信号和驱动光束之间的相位延迟。通过在气室内部增加一个赫里奥特腔，我们提高了磁强计的灵敏度。在100~ 500 mG的磁场范围内研究了该矢量磁力仪的性能，在10 Hz以上的磁场角灵敏度优于10 $μ$ rad/Hz $^{1/2}$。
2020-05-22 physics.atom-ph physics.ins-det
Real-time vector field tracking with a cold-atom magnetometer
我们演示了一个快速三轴光学磁强计使用冷，光陷$^{87}$ Rb气体作为传感器。通过近共振法拉第旋转，我们记录了沿两个正交轴的光泵浦后的自由感应衰减，得到了三个场分量和一个梯度分量。单次测量可在1 ms内实现散粒噪声限制的sub-nT灵敏度，横向空间分辨率为$\sim$ 20 $μ$ m。对散粒噪声限制灵敏度进行了详细的分析。
2013-04-30 physics.atom-ph quant-ph
Elliptically polarized laser-pumped $M_x$ magnetometer towards applications at room temperature
对椭圆偏振光工作的原子磁力计进行了理论和实验研究。为了探索这种磁结构的潜力，导出了输出信号的解析形式。优化了对性能有显著影响的参数，使2 $\times$ 2 $\times2$ cm未涂覆的Rb蒸气室在45 $^{\circ}$ C下的灵敏度为300 $\rm fT/\sqrt{Hz}$。值得注意的是，在室温24 $^{\circ}$ C下，灵敏度达到690 $\rm fT/\sqrt{Hz}$，这与常规的$M_x$磁力仪在其自身优化条件下相比提高了一个数量级。椭圆偏振的方法提供了有吸引力的功能，为开发紧凑，低功率的磁力计，这是没有加热的无涂层的蒸汽电池。
2019-08-29 physics.atom-ph quant-ph
Ultrasensitive Magnetometer Using a Single Atom
精密传感，特别是高精度磁力测量，是量子技术研究的核心目标。对于磁力计，通常在灵敏度、空间分辨率和频率范围之间存在权衡。磁力测定的精确度以及灵敏度与起关键决定因素作用的感测系统的相位相干时间$T_2$成$1/\sqrt {T_2}$的比例。适应的动态解耦方案，允许扩展$T_2$的数量级和合并它与磁传感协议，我们实现了测量灵敏度，即使是接近标准量子极限的高频领域。使用一个单一的原子离子作为传感器，我们在实验上达到了$4.6$ pT $/\sqrt{Hz}$的灵敏度为交流磁场近14 MHz。基于这里所展示的原理，这种前所未有的灵敏度与纳米范围内的空间分辨率和从直流到千兆赫范围的可调谐性相结合，可用于尚未达到的参数制度中的磁成像。
2016-06-18 physics.atom-ph quant-ph
Magnetic-field-independent spin-exchange relaxation-free magnetometer
本文发现核自旋I=1/2的原子在高磁场下仍可工作于SERF状态，利用双物种气体间的碰撞提升磁灵敏度，并预计钾与原子氢磁力计在地磁场下的基本灵敏度约为10 aT·sqrt(cm^3/Hz)。
2025-05-28 physics.atom-ph quant-ph
Detection of radio frequency magnetic fields using nonlinear magneto-optical rotation
本文介绍了一种用于探测高频小磁场的室温碱金属原子磁力计。磁力计通过检测由于在存在小振荡磁场的情况下对准的基态的进动而引起的旋光来操作。通过调谐偏置磁场，可以将磁力计的谐振频率调节到任何期望值。我们证明了$100\thinspace{\rm pG/\sqrt{Hz}\thinspace(RMS)}$在直径为3.5 cm的石蜡包被细胞中的灵敏度。基于在光子散粒噪声极限下的探测，我们设计了$20\thinspace{\rm pG/\sqrt{Hz}\thinspace(RMS)}$的灵敏度。
2006-09-22 physics.atom-ph
Longitudinal spin-relaxation optimization for miniaturized optically pumped magnetometers
本文通过集成微型柱状释放器的局部加热实现键合后氮气缓冲气体压力调节，系统测量了纵向自旋弛豫率与磁灵敏度随压力的变化，确定了115 Torr为最佳压力并实现130 fT/√Hz的灵敏度，为可批量生产的铯蒸气室在多种传感应用中的性能优化提供了依据。
2024-07-03 physics.atom-ph
Demonstration of sensitivity increase in mercury free-spin-precession magnetometers due to laser-based readout for neutron electric dipole moment searches
我们报道了一台基于激光的$^{199}$汞共磁强计，用于寻找中子永久电偶极矩的实验。我们证明了一个超过五倍增加的信噪比在直接比较测量与它的$^{204}$汞放电灯泡为基础的前身。一个改进的数据模型提取的重要系统参数，如程度的吸收和偏振。激光和灯为基础的数据集可以一致地描述的改进模型，允许比较测量使用两种不同的光源，并解释增加磁力计的性能。基于激光的磁强计满足下一代nEDM实验的磁场灵敏度要求。
2018-04-16 hep-ex nucl-ex physics.atom-ph
Dual channel self-oscillating optical magnetometer
本文报道了一种基于非线性磁光旋转效应的双通道磁强计。Cs原子被光学泵浦，并由调谐到D $_2$线的自由运行二极管激光器探测。泵浦激光器的宽频率调制用于产生同步塞曼光泵浦和超精细再泵浦。该磁力计工作在无屏蔽环境中，通过差分测量的方法消除了远距离磁源的杂散信号。在这种情况下，磁力计同时给出磁场模量和场差。共模噪声抑制允许灵敏度为\pthz{2}的高分辨率磁力测量。这种灵敏度与长期稳定性和大带宽相结合，使得可以在5 cm $^3$的测量体积中检测水质子磁化及其自由感应衰减
2009-02-25 physics.atom-ph physics.ins-det
Suppression of nonlinear Zeeman effect and heading error in earth-field-range alkali-vapor magnetometers
在地球物理磁场范围内，非线性塞曼效应会引起磁共振谱线的分裂和不对称。这是标量原子磁力计“航向误差”的主要来源。提出了一种基于自旋锁定的抑制非线性塞曼效应和航向误差的方法。在抽运光和探测光分离的全光同步抽运磁强计中，我们施加一个与旋进磁化同相的射频场。在一个地球范围的领域，一个多分量的非对称磁共振线与？60 Hz宽度的峰折叠成宽度为22 Hz的单个峰，其位置在很大程度上与传感器的方向无关。该技术有望广泛应用于实际磁力测量中，通过增加磁共振振幅，减小其宽度并消除重要和限制性的航向误差系统，可能提高地球测量磁力计的灵敏度和精度。
2017-08-17 physics.atom-ph
A Low-Noise High-Density Alkali Metal Scalar Magnetometer
我们提出了一个标量原子磁力计的实验和理论研究，利用振荡场驱动的塞曼共振在高密度光泵钾蒸气。我们描述了一个原子梯度计的实验实现，其噪声水平低于10 fT/Hz^{1/2}，分数场灵敏度低于10^{-9}/Hz^{1/2}，有效测量体积约为1.5 cm ^3。我们表明，标量磁强计的基本场的灵敏度是由碱金属自旋交换碰撞的速率，即使共振线宽可以比自旋交换速率小得多，通过将大多数原子抽成一个拉伸的自旋状态。
2009-07-24 physics.atm-clus physics.atom-ph
Multichannel optical atomic magnetometer operating in unshielded environment
描述了一种在无屏蔽环境中工作的多通道原子磁力计，并对其进行了表征。磁力计是基于D1光泵和D2偏振的Cs蒸气中所含的气体缓冲细胞。详细描述和讨论了若干技术实现。在差分模式下工作时，装置的灵敏度为100 fT/Hz^1/2。
2016-02-29 physics.atom-ph physics.ins-det
Sensitive optical atomic magnetometer based on nonlinear magneto-optical rotation
为了实现磁异常的航空探测，研制了一种基于非线性磁光旋转的87 Rb调幅泵浦光和未调制探测光（AM-NMOR）自振荡磁力仪。在AM-NMOR中，通过泵浦光束的振幅调制的频闪光学泵浦产生铷原子的基态电子态的对准。拉莫尔旋进导致单独的探测光束的偏振的交流旋转;偏振旋转频率提供了磁场的测量。原子蒸气室壁上的抗弛豫涂层导致对准的56 ms的长寿命，这使得能够精确测量进动频率。光通过保偏光纤传送到磁力计。灵敏度测试包括直接测量磁力计和商用仪器之间的拍频，以及在磁静条件下测量地球磁场，表明灵敏度至少为5 pT/ \sqrt{Hz}。旋转传感器指示小于1 nT的航向误差，其部分受到传感器的剩磁的限制。
2010-03-07 physics.atom-ph physics.ins-det
Robust, High-speed, All-Optical Atomic Magnetometer
本文介绍了一种基于非线性磁光旋转效应的自振荡磁强计，它采用独立调制的泵浦光和未调制的探测光。该设备拥有超过$1\khz$的带宽。泵浦和探测均采用光纤传输，便于小型化和模块化。磁力计已与垂直腔面发射激光器（VCSEL），这是非常适合便携式应用，并与传统的边缘发射二极管激光器。对于$1\s$的测量时间，实现了大约$3 {\rm nG}$的灵敏度。
2006-09-06 physics.atom-ph physics.ins-det
Isotropic magnetometry with simultaneous excitation of orientation and alignment CPT resonances
原子磁力计具有非常高的绝对精度和对磁场的灵敏度，但存在一个基本问题：光与原子的矢量或张量相互作用导致“死区”，即磁力计失去灵敏度的磁场的某些取向。我们展示了一个简单的偏振调制方案，同时创建相干布居捕获（CPT）的方向和对齐，从而消除死区。使用$^{87}$ Rb在一个10托缓冲气体电池，我们测量狭窄，高对比度的CPT透明峰在所有方向上，也显示出与非线性塞曼分裂系统的影响。
2010-01-03 physics.atom-ph physics.ins-det
Detection of a single cobalt microparticle with a microfabricated atomic magnetometer
我们提出了一个单一的，2 μm直径的钴微粒的磁性检测使用原子磁力计的基础上微制造的蒸汽室。这些结果代表了一个105倍的改进，在检测到的磁矩在以前的工作，使用原子磁力计检测磁性微粒。灵敏度的提高主要是由于使用了小的蒸气室。在优化的设置中，我们预测检测限为0.17 μm^3。
2011-07-12 physics.atom-ph physics.ins-det
Distributed network of optically pumped magnetometers for space weather monitoring
本研究提出利用光泵磁力计构建分布式网络，以增强现有地磁观测，实现离网、高灵敏度的空间天气监测。
2024-07-22 physics.atom-ph physics.geo-ph
Sensitivity Scaling and Limits of Cavity Enhancement in Miniaturized Optically Pumped Magnetometers
ICFO - Institut de Ciències Fotòniques, The Barcelona Institute of Science and Technology（光子科学研究所，巴塞罗那科技研究院）；ICREA - Institució Catalana de Recerca i Estudis Avançats（加泰罗尼亚高级研究学院）
本研究针对微型光泵浦磁强计，建模其腔增强灵敏度并对比四种读出方式，明确了灵敏度增强标度、临界耦合条件及最大增强极限，为优化微型OPM性能提供了理论依据。
2026-08-18 physics.atom-ph quant-ph
Electromagnetic induction imaging with atomic magnetometers: unlocking the low-conductivity regime
利用原子磁力计的电磁感应成像已经揭示了从安全筛选到材料表征的前所未有的成像领域。然而，低电导率标本的应用程序-最显着的生物医学成像-需要灵敏度，稳定性和可调谐性只有推测到目前为止。在这里，我们展示了非接触式和非侵入式成像低至50 S/m，使用50 fT/Hz的$^{-1/2}$ $^{87}$ Rb射频原子磁力计在无屏蔽环境和接近室温下工作。用近共振成像方法获得测试对象的二维图像，该方法将相位噪声降低了172倍，投影灵敏度为1 S/m。我们的研究结果，以前的成像演示超过三个数量级的改进，推动电磁成像与原子磁力计的半导体，绝缘体和生物组织的兴趣区域。
2019-08-30 cond-mat.mtrl-sci physics.atom-ph physics.ins-det
Magnetic induction tomography using an all-optical $^{87}$Rb atomic magnetometer
我们展示了磁感应断层扫描（MIT）与全光学原子磁力计。我们的仪器可以创建导电物体的导电率图。成像样品的形状和尺寸与实际形状和尺寸非常吻合。考虑到全光学原子磁力计的微型化和极高灵敏度的潜力，这里提出的原理证明为磁感应断层成像仪器的发展开辟了有前途的途径。
2014-11-02 physics.atom-ph physics.ins-det
Modeling an optical magnetometer with electronic circuits - Analysis and optimization
光学磁力计目前能够实现低于1 fT/Hz ^[1/2]的磁力灵敏度。虽然这样的灵敏度通常是获得超低场测量，一组光学磁力计允许在更宽的动态范围内检测的领域，而不会显着妥协的灵敏度。这种设备的一个特定示例是利用调幅非线性磁光旋转的磁力计。它能够通过检测穿过经受磁场的介质的光的偏振状态来测量磁场。本文阐述了这种磁强计的电子电路模拟。它的操作与电子电路设计软件，它允许研究的“磁力计”的性能作为各种参数的函数进行了研究。演示了磁力计的自动操作和自动跟踪“磁场“的能力。与磁强计在一个调查的安排得到的实验结果进行了验证的模拟。
2012-05-05 physics.atom-ph physics.ins-det
Optically Pumped Cs Magnetometers Enabling a High-Sensitivity Search for the Neutron Electric Dipole Moment
一个由16个激光泵浦标量Cs磁强计组成的阵列是2015年和2016年在保罗·谢勒研究所进行的中子电偶极矩（nEDM）实验的一部分。它被用来测量实验磁场的梯度，并监测它们的时间演变。该阵列的独创性在于其紧凑的设计，其中单个近红外二极管激光器驱动位于高真空室中的所有磁力计，并选择安装在高压电极上的传感器。我们描述的Cs传感器的结构和操作模式的细节，强调的准确性和灵敏度的磁场读出。我们提出了两个应用程序的磁强计阵列直接有益于nEDM实验：（i）实施的战略，以纠正垂直磁场梯度的漂移和（ii）的程序，均匀的磁场。第一个减少了新nEDM结果的不确定性。第二个使横向中子自旋弛豫时间超过1500秒，提高了约35%的nEDM实验的统计灵敏度，有效地提高了nEDM数据的速率由1.8倍。
2020-04-28 hep-ex nucl-ex physics.atom-ph
A Remotely Interrogated All-Optical $^{87}$Rb Magnetometer
原子磁力测量是在地球的磁场中进行的，距离为10米。两束激光对准一个遥远的碱蒸气室，激发并探测到$^{87}$ Rb磁共振，从而可以远程询问细胞内的磁场。磁力计作为驱动振荡器运行，在$\sim$ 2\，s数据采集中以\lessgtrsim{\lesssim} 3.5\，pT精度测量地磁场;该精度可能受到环境场波动的限制。该传感器还在自振荡模式下工作，具有5.3pT/ $\sqrt{\textrm{Hz}}$噪声基底。进一步的优化将产生一个高带宽，完全远程磁强计与sub-pT的灵敏度。
2012-08-06 physics.atom-ph quant-ph
Magnetic Sensitivity and Entanglement Dynamics of the Chemical Compass
提出了一种基于生物化学反应的新型磁强计的磁灵敏度的量子极限。自由基离子对反应，生化系统的化学罗盘，提供了一个新的和独特的物理实现的磁场传感器竞争现代原子或凝聚态物质磁强计。我们详细说明了该传感器的量子相干性和纠缠动力学，表明它们提供了物理基础，用于测试我们对自由基离子对反应的基本量子动力学的理解。
2012-07-25 physics.atom-ph physics.bio-ph physics.chem-ph
