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
Response of atomic spin-based sensors to magnetic and nonmagnetic perturbations
伪磁自旋耦合的检测需要实现能够灵敏地检测这种相互作用的技术。虽然自旋交换弛豫自由（SERF）磁力测量是最强大的方法之一，使搜索，它遭受了强磁耦合，恶化的伪磁耦合灵敏度。为了解决这个问题，在这里，我们比较，通过数值模拟，SERF磁强计和贵气碱金属共磁强计的性能，在所谓的自补偿制度。我们证明，共同磁强计允许降低对低频磁场的灵敏度，而不损失对磁耦合的灵敏度。在此基础上，我们研究了这两个系统对振荡和瞬态自旋扰动的响应。我们的模拟揭示了约5个数量级的强响应的中子伪磁耦合和约3个数量级的强响应的质子伪磁耦合的共同磁强计比那些SERF磁强计。共磁强计对磁扰动和磁扰动的不同频率响应使得能够区分这两种类型的相互作用。这概述了将共磁力计实现为用于奇异物理学搜索的光学磁力计全球网络（GNOME）的高级传感器的能力，旨在检测超轻玻色子（例如，类轴子粒子）。
2022-01-13 physics.atom-ph physics.ins-det
Comparison of discharge lamp and laser pumped cesium magnetometers
我们进行了比较的激光（LsOPM）和灯（LpOPM）泵浦铯蒸气磁强计。尽管LsOPM的工作频率比散粒噪声限值高50%，但我们发现LsOPM和LpOPM的固有灵敏度分别为15 fT/ \sqrt{Hz}和25 fT/ \sqrt{Hz}。两种操作模式，即，研究了相位稳定和自振荡模式，发现它们产生类似的性能。我们已经比较了LsOPM和LpOPM的性能直接通过同时测量多层磁屏蔽内的2微特斯拉磁场的场波动，并使用了一个磁强计的主动场稳定。在稳定模式下，我们发现在100 s的积分时间内梯度不稳定性为25 fT，这代表了磁力计长期稳定性的上限。
2004-12-02 physics.atom-ph
Intrinsic atomic calibration of oscillating magnetic fields in ULF and VLF bands
University of Strathclyde（斯特拉斯克莱德大学）
利用射频光学泵磁强计实现超低频和极低频振荡磁场的绝对校准，通过Cs原子磁共振展宽技术，避免传统感应传感器的几何和静电响应影响，适用于通信、测距及穿透电导成像。
2026-02-02 physics.atom-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
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
All-optical atomic magnetometers based on nonlinear magneto-optical rotation with amplitude modulated light
我们展示了一种基于非线性磁光旋转的磁测量技术，使用振幅调制光。磁力计可以在开环（具有振幅调制光的典型非线性磁光旋转）或闭环（自振荡）模式下操作。后一种模式特别适合于磁场在相对较短的时间尺度内大量变化的情况。
2011-08-22 physics.atom-ph physics.optics
Dual-axis pi-pulse spin-exchange relaxation-free magnetometer
我们提出了一种新的自旋交换弛豫自由矢量磁强计与抑制1/f探针噪声，通过施加一个小的直流偏置场和梳状磁直流$π$脉冲沿泵浦方向。这导致其两个敏感轴中的每一个的同步正交AC响应。新的磁力计特别适合于生物磁力学等应用，其中待测量的信号在低频下携带其功率的主要分量。磁力计在0.01 Hz时达到8.4 fT/sqrt（Hz）（x）和11 fT/sqrt（Hz）（y）的技术本底噪声。共享相同实验装置的单轴DC SERF在相同频率下达到61 fT/sqrt（Hz）。新磁力计在10 Hz时达到1.1 fT/sqrt（Hz）（x）和2.0 fT/sqrt（Hz）（y）的噪声最小值，而DC SERF在25 Hz时为0.7 fT/sqrt（Hz）。
2019-01-05 physics.atom-ph
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
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
Stray Magnetic Field Compensation with a Scalar Atomic Magnetometer
我们描述了一个系统的时间依赖性的杂散磁场的补偿使用双通道标量磁强计的基础上的非线性法拉第旋转同步光泵铯蒸气。我们详细的主动控制策略，重点是电子电路，基于一个简单的锁相环集成电路。对所开发的系统的性能和局限性进行了测试和讨论。该系统被应用于显着提高自由感应衰减信号的检测从质子的远程磁化水在超低磁场处理。
2010-06-16 physics.atom-ph physics.ins-det
Constraining axion-like dark matter with a radio-frequency atomic magnetometer
University of Crete（克里特大学）；ENSSAT, Université de Rennes（雷恩大学ENSSAT学院）；Zhejiang University of Science and Technology（浙江科技大学）
利用射频原子磁力计在宽频带内搜索轴子类粒子与物质的相互作用，发现暗物质轴子与质子、中子和电子耦合的上限，扩展了对轴子-费米子相互作用的搜索范围。
2026-03-29 hep-ph physics.atom-ph
All-Optical Spin Locking in 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。我们提出了一种基于自旋锁定的全光学抑制非线性塞曼效应的方案。自旋锁定是通过强度调制和偏振调制的激光束的交流斯塔克位移提供的有效振荡磁场来实现的。这导致在地球场范围内具有约100 Hz宽度的多分量非对称磁共振线塌陷成具有25 Hz中心分量宽度的峰值。预计该技术将广泛适用于实际磁力测量，通过增加磁共振振幅和减小其宽度，有可能提高地球测量磁力计的灵敏度和准确度。全光学方法的优点是，当这些传感器用于梯度测量或阵列布置时，附近的传感器之间没有串扰。
2018-09-28 physics.atom-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
Alkali-vapor magnetic resonance driven by fictitious radiofrequency fields
我们展示了一个全光$^{133}$ Cs标量磁强计，工作在非零磁场，其中磁共振驱动的一个有效的振荡磁场提供的交流斯塔克位移的强度调制的激光束。我们实现了1.7 fT/Hz $^{1/2}$的投射散粒噪声限制灵敏度，并测量了40 fT/Hz $^{1/2}$的技术噪声基底。这些结果与使用相同设置的线圈驱动标量磁力计基本相同。这种全光学方案提供了优于传统线圈驱动磁力计的优势，用于阵列和磁敏感基础物理实验，寻找中子的永久电偶极矩。
2014-09-26 physics.atom-ph
Cesium Based Laser-Atomic Oscillator
Sandia National Laboratories（桑迪亚国家实验室）
首次演示了基于铯原子的激光原子振荡器，可作为最简主动原子钟或自振荡地磁场原子磁力计，实现光学和电学振荡信号输出。
2026-07-01 physics.atom-ph
Spin-Exchange-Relaxation-Free Magnetometry Using Elliptically-Polarized Light
无自旋交换弛豫的碱金属磁力计通常在高光密度的范围内工作，这对简单有效的光泵浦和检测提出了挑战。我们描述了一个高灵敏度的Rb磁强计使用一个单一的椭圆偏振非共振激光束。光的圆形分量产生相对均匀的自旋偏振，而线性分量用于测量原子产生的旋光度。用振荡磁场调制原子自旋方向会将检测到的信号移到高频。使用光纤耦合的DFB激光器，我们实现了7 fT/ $\sqrt{% \mathrm{Hz}}$与微型$5\times5\times5$毫米Rb蒸气室的磁场灵敏度。
2009-03-13 physics.atom-ph
All-optical magnetometry for NMR detection in a micro-Tesla field and unshielded environment
一个全光学原子磁力仪被用来检测质子自由旋进信号从水样品极化在0.7 T的领域和远程分析在4 $μT$领域。核自旋可以通过$π/2$脉冲或非绝热旋转来操纵。磁力计在室温、无屏蔽环境中工作，并具有用于差分测量的双通道传感器。
2009-09-08 physics.atom-ph physics.ins-det
Performance of a radio-frequency two-photon atomic magnetometer in different magnetic induction measurement geometries
本文研究了射频双光子原子磁力仪在不同磁感应测量几何构型下的性能，识别了双光子光谱分量并演示了相位信息提取方法，引入的自补偿构型通过单线圈产生双射频场实现了高对比度缺陷测量。
2024-10-03 physics.app-ph physics.atom-ph physics.ins-det
Dual axis atomic magnetometer and gyroscope enabled by nuclear spin perturbation
提出一种基于核自旋扰动的新共磁力计方案，通过磁脉冲和脉冲光泵浦测量磁噪声以减少串扰，数值和实验证明其双轴信号恢复灵敏度与单轴设备相当，串扰达0.2±0.1μHz/pT。
2025-04-03 physics.app-ph physics.atom-ph physics.ins-det
Sub-millimetric ultra-low-field MRI detected in situ by a dressed atomic magnetometer
磁共振成像（MRI）是公认的微创测量提取详细空间信息的优秀工具。超低场（ULF）MRI的努力是为了简化扫描仪，减少伪影和不兼容性。光学原子磁力计（OAM）是适合ULF操作的灵敏磁探测器之一，但它们与MRI中使用的强场梯度不兼容。我们表明，磁敷料技术恢复的OAM的可操作性，尽管梯度，我们展示了亚毫米分辨率的MRI与紧凑的实验装置的基础上原位检测。的概念验证实验产生一维成像的远程磁化样品与双传感器，但该方法适合于被改造为3-D成像的磁化样品在本地。也可以扩展到多传感器架构。
2019-10-01 physics.app-ph physics.atom-ph physics.ins-det
Nuclear quadrupole resonance spectroscopy with a femtotesla diamond magnetometer
本文提出一种基于NV掺杂金刚石薄膜与铁氧体磁通集中器的飞特斯拉级射频磁力仪，在0.35 MHz处灵敏度约70 fT s^{1/2}，并成功检测室温下亚硝酸钠粉末中14N的3.6 MHz核四极共振信号，将金刚石磁力仪灵敏度推进至飞特斯拉级。
2023-02-24 cond-mat.mtrl-sci physics.atom-ph physics.ins-det
Atomic magnetic resonance induced by amplitude-, frequency-, or polarization-modulated light
近年来，半导体激光光源已成为磁光光谱学中广泛使用的可靠工具。特别是激光驱动的原子磁力计已经得到了广泛的实际应用。最近，原子磁力计的所谓磁沉默变体已经开发出来。虽然在传统的磁力计中，原子子能级之间的磁共振跃迁是由弱振荡磁场相位相干地驱动的，但无声磁力计使用调制光束的频率（FM）或振幅（AM）的方案。在这里，我们提出了一个理论模型，产生的多个共振时发生的参数的代数表达式的振幅，频率或偏振调制光的圆偏振被用来驱动磁共振过渡在横向磁场。在透射光的拉莫尔频率ω_L的谐波m处的透射光强度中观察到的共振的相对幅度（通过调制频率ω_mod的谐波q处的DC或相敏检测）用调制函数的傅里叶系数表示。我们的方法是基于原子的多极矩表示，是有效的自旋取向的原子态与任意角动量F在低光功率限制。我们发现很好的定量协议与实验案例研究使用（方波）调幅（AM）光。
2013-05-28 physics.atom-ph
Application of Spin-Exchange Relaxation-Free Magnetometry to the Cosmic Axion Spin Precession Experiment
宇宙轴子自旋进动实验（CASPEr）试图通过核磁共振（NMR）技术测量由轴子或类轴子粒子（ALP）暗物质引起的核自旋振荡力矩。当拉莫尔频率与轴子/ALP康普顿频率相匹配时，沿引导磁场自旋极化的样品经历共振，产生旋进横向核磁化。在这里，我们展示了自旋交换弛豫自由（SERF）磁力计的灵敏度$\approx 1~{\rm fT/\sqrt{Hz}}$和0.1 $\rm{cm^3}$，可能是有用的核磁共振检测CASPEr的有效传感体积。基于SERF磁力计的NMR检测的潜在缺点是SERF有限的动态范围。使用磁通量Transformer来抑制主导磁场被认为是一种潜在的方法，以扩大SERF的动态范围，以探测更高的轴子/ALP康普顿频率。
2017-10-03 physics.atom-ph physics.ins-det physics.space-ph
Larmor frequency dressing by an anharmonic transverse magnetic field
我们提出了一个理论和实验研究的自旋进动中存在的静态和正交振荡的磁场，这是非共振，而不是谐波相关的拉莫尔进动，和任意的强度。由于系统固有的非线性，以前的模型，仅占简单的正弦情况下，不能应用。我们提出了一种替代方法，并开发了一个模型，密切同意由光泵原子磁力计产生的实验数据。我们证明了一个适当的设计非谐波场使得它可以提取一个线性响应到一个弱的直流横向场，尽管标量性质的磁力计，这通常会导致一个弱得多，二阶响应。
2012-04-12 physics.atom-ph physics.class-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
Dual-Species Synchronous Spin-Exchange Optical Pumping
我们展示了一种新型的量子传感器，用于测量非磁性自旋相关的相互作用。该传感器利用$^{131}$ Rb、$^{129}$ Rb和$^{85}$ Rb，它们在脉冲偏置场的横向上连续极化。这种自旋交换泵浦的Comagnetometer的横向几何结构抑制了纵向极化，这是系统误差的重要来源。两种同位素的同时激发是通过在拉曼拉莫尔共振频率的次谐波处频率调制偏置场脉冲的重复率来实现的。每个偏置脉冲的面积引起Rb的$2π$拉莫尔进动。我们提出了连续的双物种双激发，并讨论了温度依赖的壁相互作用，限制了$^{129}$双极化。Rb原子作为一个嵌入式磁力计，用于探测磁旋进。我们讨论Rb磁强计的相移，并表明，即使是一阶治疗这些相移可以导致在实现的字段抑制的数量级的改善时，执行comagnetometry。所提出的设备的传感带宽为1 Hz，我们证明了7 $μ$ Hz/ $\sqrt{\text{Hz}}$和$\sim1$ $μ$ Hz的偏置不稳定性的白噪声电平。
2019-12-10 physics.atom-ph
Orientational Effects on the Amplitude and Phase of Polarimeter Signals in Double Resonance Atomic Magnetometry
双共振光泵磁力测量法通过检测原子自旋对微小振荡场扰动的响应，可以高灵敏度地测量静态磁场。谐振频率的确定产生静态场（$B_0$）幅度的标量测量。我们目前的计算和实验数据表明，通过原子蒸气在任意取向的$B_0$中传输的光的共振偏振信号可以通过考虑原子偏振的取向项的演变来建模。我们观察到，磁力计信号的幅度和相位高度依赖于$B_0$的方向，并提出了这些参数的分布在整个4π立体角的精确测量。
2017-07-14 physics.atom-ph
Large-scale, Multi-pass, Two-chamber RF Atomic Magnetometer
本研究研制了一款大体积双气室多程射频原子磁力计，可作为本征梯度仪抑制共模噪声，支持双频同时测量，能缩短违禁品NQR搜寻时间，并探究了系统的噪声来源。
2023-12-15 physics.app-ph physics.atom-ph quant-ph
A Digital Alkali Spin Maser
自激振荡原子磁力计，其中原子自旋在磁场中的进动由共振调制驱动，提供高灵敏度和动态范围。从检测到的信号到所施加的调制的相位相干反馈产生了对背景磁场的变化高度响应的共振自旋脉塞系统。在这里，我们展示了一个系统，其中谐振进动的相位条件是由集成到微波激射器反馈回路的数字信号处理满足。该系统使用一个中等芯片规模的激光器和大规模生产的双通铯蒸汽电池，并在50微特斯拉的磁场中工作，使其成为便携式测量地球物理磁场的合适技术。我们证明了一个克拉美-饶下限有限的分辨率为50 fT在1秒的采样节奏，和10 kHz的传感器带宽。该设备也代表了一类重要的原子系统，其中低延迟数字处理形成了相干驱动量子系统的组成部分。
2022-07-22 physics.atom-ph physics.geo-ph physics.ins-det
Dual frequency caesium spin maser
在基础物理和应用物理中，共磁强计已被证实是原子物理学工具箱中有价值的组成部分。到目前为止，探索一直集中在涉及核自旋的系统上。本文演示了一个有源碱金属（电子）系统，即一个以集体铯F=3和F=4自旋工作的双频自旋脉塞。实验在磁屏蔽和非屏蔽环境中进行。除了系统的正反馈机制的讨论，双频自旋脉塞的工业无损检测的实施。F=3和F=4自旋进动频率比测量的稳定性在$3 \times 10^{-8}$水平上受到激光频率漂移的限制，对应于$10^4$秒积分时间的1.2 mHz的频率稳定性。我们讨论的测量策略，可以提高这种稳定性的nHz，使测量灵敏度的轴子-核子和轴子-电子相互作用的$f_a/C_N \sim 10^9$ GeV和$f_a/C_e \sim 10^8$ GeV的水平，分别。
2020-01-20 physics.atom-ph
Searching for an oscillating massive scalar field as a dark matter candidate using atomic hyperfine frequency comparisons
我们利用LNE-SYRTE的铷铯双冷原子喷泉FO 2六年精确的超精细频率比较数据来寻找大质量标量暗物质候选者。这种标量场可以引起精细结构常数、费米子质量和量子色动力学质量标度的谐波变化，这将直接影响铷/铯超精细跃迁频率比。我们发现没有信号与标量暗物质候选人一致，但提供了改进的约束条件的耦合假定的标量场标准的问题。我们的限制是互补的，以前的结果，只敏感的精细结构常数，并提高他们超过一个数量级时，只有一个耦合到电磁假设。
2016-07-28 gr-qc hep-ph physics.atom-ph
Multipassage Landau-Zener tunneling oscillations in transverse/longitudinal dual dressing of atomic qubits
INO-CNR（意大利国家研究委员会光学研究所）；Dipartimento di Scienze Fisiche, della Terra e dell’Ambiente, Università degli Studi di Siena（锡耶纳大学地球与环境科学系）；Dipartimento di Fisica E. Fermi, Università of Pisa（比萨大学E.费米物理系）；NEST, Istituto Nanoscienze CNR（纳米科学研究所）；Technische Universität Berlin（柏林工业大学）；Department of Mathematical, Physical and Computer Sciences, University of Parma（帕尔马大学数学、物理与计算机科学系）；National Institute for Nuclear Physics (INFN), Milano Bicocca Section, Parma Group（意大利国家核物理研究所米兰比可卡分部帕尔马组）
本研究在铷、铯原子磁力仪中构建XZ构型双修饰原子量子比特系统，拓展Landau-Zener多通道干涉，提出适配低频修饰的微扰方法，揭示了多频率振荡的相干演化新图景。
2025-06-03 physics.atom-ph quant-ph
Pulsed Dual-axis Alkali-metal-noble-gas Comagnetometer
本文提出并实现了一种脉冲光泵浦双轴碱金属-惰性气体协同磁强计，通过暗态光学旋转测量和非线性拟合，消除了泵浦光位移与功率噪声，并抑制光束指向波动，实现双轴同时测量。
2025-04-18 physics.atom-ph
Chip-Scale Atomic Birefringent Diffractive-Optical-Elements
本研究针对芯片级原子-衍射光学元件的磁场作用研究空白，通过实验与理论验证了其额外快速振荡偏振旋转项，发现空间变化磁场可降低条纹可见度，构建了衍射与量子传感协同的芯片级平台，为相关量子器件开辟新方向。
2025-05-19 physics.app-ph physics.atom-ph
