Spatially-selective in situ magnetometry of ultracold atomic clouds
我们展示了高精度光学磁力计的新实现，它允许使用冷原子云进行空间选择性和空间分辨的原位测量。这些是通过使用成形的色散探测光束结合空间分辨平衡零差检测来实现的。两个磁力计序列进行了讨论：矢量磁力计，它产生的灵敏度两个数量级更好地相比，以前的实现和拉莫尔磁力计能够测量绝对磁场。本文讨论了矢量磁力仪单次测量精度与分析区域大小的关系，并给出了拉莫尔磁力仪磁场梯度测量精度的下限。最后，我们展望了如何动态捕获势结合选择性探测可以用来实现增强的量子模拟在量子气体显微镜。
2019-03-04 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph
Optical Magnetometry based Current Source
我们提出了一种基于光学磁强计的电流监测系统，该系统能够在室温下区分真实的电流变化与环境影响。该系统由一个专用的热稳定磁场约束线圈和一个阵列的四个光泵磁力计安排在一个二维梯度配置。这些磁力计监测线圈内部的磁场变化，其与线圈的驱动电流的变化相关。该系统使用数字信号处理单元来实时提取和记录由磁力计测量的磁场值，这允许对电流进行实时监测。该系统的线圈由印刷电路板制成，可以轻松更改以适应电流到场的转换。因此，我们可以将该系统的适用性扩展到宽范围的电流。通过使用该系统来主动反馈控制电流源，我们将20 mA的电流稳定在优于$5 \times 10^{-9}$的水平上。
2021-03-19 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
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
Remote Detection Optical Magnetometry
本文综述了光学远程磁力测量方法，重点介绍激光导星、无镜激光读出及卫星辅助探测大气钠层等最新进展，以解决难以直接放置磁力计场景下的磁场测量问题。
2024-10-23 physics.atom-ph
EIT-based Vector Magnetometry in Linear Polarized Light
基于线偏振双色场中原子与光相互作用的对称性和高对比度EIT共振态，提出了EIT矢量磁强计的一般原理。并演示了这种矢量磁力仪在~（87）Rb D_1线上的工作。建议的指南针磁力计有一个增加的免疫力所产生的位移二次塞曼和交流斯塔克效应，以及原子缓冲气体和原子原子碰撞。在我们的原理验证实验中，检测到的对磁场方向的灵敏度为10^{-3} deg/Hz^{1/2}，这受到激光强度波动、光偏振质量和磁场大小的限制。
2010-05-24 physics.atom-ph physics.ins-det quant-ph
Sensitive BEC magnetometry with optimized probing
利用新近发展的双偏振相衬成像技术，实现了一种改进的空间磁强计，该磁强计采用了$^{87}$ Rb原子的旋量玻色-爱因斯坦凝聚体。光学散粒噪声通过仔细选择探头参数来抑制。我们在28 ${\rm μm^{2}}$的测量区域上获得了7.7 ${\rm pT/\sqrt{Hz}}$的直流磁场灵敏度。单位面积的灵敏度优于其他现代低频磁强计的微米级空间分辨率。这一结果是一个有前途的一步，实现量子增强磁学超越经典方法。
2020-09-16 physics.atom-ph
Optical atomic magnetometry for magnetic induction tomography of the heart
我们报告使用射频光学原子磁力仪的磁感应断层扫描测量。我们演示了不同的电导率放置在传感器附近的虚拟目标的成像，在室温下，在无屏蔽的环境中，没有背景减法。该系统产生的图像准确地再现了实际物体的特征。此外，我们进行有限元模拟，以评估与我们的系统测量低电导率生物组织的潜力。我们的研究结果表明，基于光学原子磁力计的仪器的可行性磁感应断层扫描成像的生物样品，特别是在心脏中的映射异常电导率。
2016-05-03 physics.atom-ph physics.ins-det physics.med-ph
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
Optically Pumped Magnetometry in Arbitrarily Oriented Magnetic Fields
光泵原子磁力仪（OPM）使用紧凑的硬件提供高灵敏度的磁性测量，为实用的精密传感器提供了新的可能性。由于传感器动态范围高，双谐振OPM操作非常适合无屏蔽磁力测量。然而，传感器响应随着磁场取向的变化而高度各向异性。我们提出的数据量化这些影响，并讨论实际传感器的设计的影响。
2017-10-19 physics.atom-ph physics.ins-det
Ultra-sensitive magnetometry based on free precession of nuclear spins
我们讨论了一个非常灵敏的低场磁强计的设计和性能的基础上检测的自由自旋旋进的气体，核极化的3 He或129氦样品与SQUID作为磁通量探测器。该装置将被用来控制波动的磁场和梯度在一个新的实验寻找一个永久的电偶极矩的中子，以及在一个新型的3 He/129氦时钟比较实验，这应该是敏感的恒星变化的相对自旋进动频率。可测得特征自旋进动时间T_2达60小时。结合大于5000：1的信噪比，这导致在220 s的积分时间之后的灵敏度水平为deltaB= 1fT，并且在一天之后的灵敏度水平为deltaB= 10^（-4）fT。即使在该灵敏度范围内，磁力计性能在统计上也是有限的，并且磁力计固有的噪声源不是限制性的。原因是自由旋进的3 He（129 He）核自旋几乎完全与环境解耦。这使得这种类型的磁力计对于需要长期稳定性的精确磁场测量特别有吸引力。
2009-05-22 hep-ex physics.atom-ph physics.ins-det
Interference in Atomic Magnetometry
原子磁力计是一种高灵敏度的磁场探测器，它可以监测原子蒸气的宏观磁矩的演化，并在生物、物理和化学科学中开辟了新的应用。然而，原子磁力计的性能通常受到隐藏的系统效应的限制，这些系统效应可能导致各种应用的误诊，例如，核磁共振和生物磁学。在这项工作中，我们发现了一个迄今无法解释的原子磁力计的干扰效应，这会导致一个重要的系统效应，大大恶化测量磁场的准确性。我们提出了一个标准的方法来检测和表征的干扰效应，但不限于，原子磁力计。作为我们工作的应用，我们考虑了干扰效应在核磁共振结构测定和脑电生理症状定位中的作用，表明考虑干扰效应有助于提高测量精度。通过我们的实验，我们确实发现我们的预测和超低场NMR谱中共振线的非对称振幅之间有很好的一致性-这种效应迄今为止还没有被理解。我们预期，我们的工作将刺激有趣的新的研究磁干扰现象在广泛的磁强计及其应用。
2020-10-12 physics.atom-ph quant-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
Multichannel highly sensitive diamond quantum magnetometer
本文提出一种基于频分复用和NV色心系综的多通道金刚石量子磁力计，实现两点高灵敏度实时磁测量，灵敏度达pT/√Hz量级，可扩展至更多测量点。
2025-09-24 physics.atom-ph quant-ph
Spin-exchange relaxation free magnetometry with Cs vapor
我们描述了一个Cs原子磁强计工作在自旋交换弛豫自由（SERF）制度。当自旋交换速率为$Γ_{SE}=14000 {\rm s^{-1}}$时，随着$103^\circ\rm{C}$的蒸气室温度，我们实现了对应于$300 {\rm s^{-1}}$的电子自旋弛豫速率的内禀磁共振宽度$ΔB=17 {\rm μG}$。我们还观察到一个有趣的窄化效应，由于扩散。信噪比测量产生大约$400\thinspace{\rm pG/\sqrt{Hz}}$的灵敏度。基于光子散粒噪声，我们预测了$40 {\rm pG/\sqrt{Hz}}$的灵敏度。磁力计的理论优化表明在$1 {\rm cm^3}$体积中应该可以实现$2 {\rm pG/\sqrt{Hz}}$量级的灵敏度。由于Cs具有比其他碱金属更高的饱和蒸汽压，因此使用Cs原子的SERF磁力计在需要较低温度的应用中特别有吸引力。
2007-08-07 physics.atom-ph
Optical Magnetometry
测量磁场的一些最灵敏的方法利用共振光与原子蒸气的相互作用。这一充满活力的领域的最新发展正在改进许多传统领域的磁力计，例如地磁异常和空间磁场的测量，并正在打开新领域的大门，包括生物磁场的动态测量、核磁共振（NMR）检测、磁共振成像（MRI）、惯性旋转传感、冷原子磁显微镜、以及对自然界基本对称性的检验
2006-11-26 physics.atom-ph physics.ins-det
M(H) dependence and size distribution of SPIONs measured by atomic magnetometry
我们证明，准静态记录的超顺磁性氧化铁磁性纳米颗粒（SPION）悬浮液的磁激发函数M（H）的原子磁力计允许精确测定样品的铁质量含量mFe和粒度分布。
2016-04-23 physics.atom-ph
Interaction of light with planar lattices of atoms: Reflection, transmission and cooperative magnetometry
本文研究了二维平面冷原子晶格中强光介导的共振偶极-偶极相互作用。我们提供了一个详细的分析作为一个“超原子”，其响应类似于电磁诱导的透明度，但表现出超窄的集体尺寸依赖的次辐射共振线宽的偶极点发射器晶格平面的描述。超原子模型提供了直观简单的描述阵列的光谱响应，包括完全反射，全透射，窄Fano共振，和渐近表达式的集体本征模的共振线宽。我们提出了一个协议，几乎整个辐射激发转移到一个单一的相关subradiant本征模在一个晶格，并表明，通过堆叠的晶格阵列获得的介质可以形成一个合作的磁强计。这种磁力计利用与基于电磁感应透明度的磁力计类似的原理。然而，合作磁力计的精度不受单原子共振线宽的限制，而是由强偶极-偶极相互作用导致的更窄的集体线宽。
2018-02-13 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph physics.optics
Self-calibrating vector atomic magnetometry through microwave polarization reconstruction
原子磁力仪是测量磁场的最灵敏的方法之一。利用铷原子超精细跃迁的偏振特性，提出了一种将自然标量原子磁强计转换为矢量磁强计的方法。首先，我们使用自校准方法完全确定所施加微波场的极化椭圆，即光原子相互作用提供在正交实验室框架中了解场所需的一切的方法。然后，我们使用极化椭圆作为由麦克斯韦方程组定义的三维参考来测量所施加的静态场的方向。虽然是用被囚禁的原子来演示的，但这种技术可以应用于原子蒸气或各种类似原子的系统。
2018-07-10 physics.atom-ph quant-ph
Heading-error-free optical atomic magnetometry in the Earth-field range
本文提出一种基于准直的铷-87原子磁力仪，利用单一磁共振峰和分离的超精细跃迁消除地磁场下的非线性塞曼航向误差，室温灵敏度达9 fT/√Hz。
2022-04-11 physics.atom-ph
Sensitive AC and DC Magnetometry with Nitrogen-Vacancy Center Ensembles in Diamond
通过定制金刚石生长、双量子序列和P1驱动，实现了迄今最灵敏的氮-空位块体磁强计，宽带直流灵敏度约460 fT·s^1/2，窄带交流灵敏度约210 fT·s^1/2。
2023-05-10 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.atom-ph
Hyperpolarized xenon nuclear spins detected by optical atomic magnetometry
本文报道了一种基于调频光非线性磁光旋转（FM NMOR）的原子磁力仪，用于探测氙气的核磁化。用原子传感器（其对施加到样品上的0.45 G的引导场不敏感;传感器处的独立偏置场为$140 μ$ G）测量在检测装置远程制备的自旋交换极化氙样品（$1.7 $ cm $^3$，压力为$5 $ bar，天然同位素丰度，极化1%）的磁化。由氙样品在10 cm直径原子传感器上感应的$\sim 10 $ nG的平均磁场用信噪比$\sim 10$检测，受磁环境中的残余噪声限制。讨论了现代原子磁力仪作为核磁共振探测器和用于磁共振成像的可能性。原子磁力计似乎非常适合新兴的低场和远程检测磁共振应用。
2004-04-21 physics.atom-ph physics.chem-ph
Probe-assisted Depopulation Pumping in Low-pressure Alkali-metal Vapor Cells for Magnetometry
National Security Institute, Virginia Tech（弗吉尼亚理工大学国家安全研究所）；Department of Physics, Harvard University（哈佛大学物理系）
本研究通过低气压碱金属蒸气细胞结合探针调谐技术，实现高灵敏度磁力计，展示出18 fT/$\sqrt{\text{Hz}}$的自由预cession灵敏度和12 fT/$\sqrt{\text{Hz}}$的射频灵敏度。
2026-02-11 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
Resonant magneto-optic rotation for magnetometry using autonomous frequency stabilization
本文介绍了一种利用共振椭圆偏振光的高灵敏度原子磁力仪的工作原理。实验几何形状允许激光器的自主频率稳定，从而提供整个设备的紧凑操作。该方法基于极化检测简并二能级系统中零磁场共振的测量，初步灵敏度为<10 pT/Hz 1/2@1 Hz。
2014-12-12 physics.atom-ph physics.optics
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
Quantum thermodynamic derivation of the energy resolution limit in magnetometry
本文利用量子测量与 Landauer 擦除所需的量子热力学功，从第一性原理推导磁传感的能量分辨率极限，并解释其在多种磁力计中的普适性。
2024-08-30 physics.atom-ph quant-ph
Multi-parameter study of two-axis Hanle magnetometry on the Cs D$_1$ line
本研究通过实验与理论建模，系统分析了各参数对基于 Cs D$_1$ 跃迁的双轴 Hanle 磁强计信号特性的影响，利用偏振切换与信号相减获取零中心色散信号，并据此优化了磁强计性能。
2025-01-29 physics.atom-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
A Rubidium M$_{\mathrm{x}}$-magnetometer for Measurements on Solid State Spins
环境磁场的检测是由光泵原子磁力计建立的。磁力测量的另一个焦点可以是对磁性或自旋活性固态样品的研究。在这里，我们介绍了一个简单而紧凑的设计，基于铷的M $_{\mathrm{x}}$ -磁强计，它允许托管固态样品。的光学，机械和电气设计的报告，以及简单的测量，介绍了基态自旋弛豫时间，测量的信噪比，随后的整体灵敏度的磁强计。磁力计针对在拉莫尔频率下相对于激光功率和磁场激励的最灵敏操作进行了优化。
2016-10-31 physics.atom-ph quant-ph
High-precision control of static magnetic field magnitude, orientation, and gradient using optically pumped vapour cell magnetometry
本文介绍了一个由硬件和软件组成的综合系统，它可以精确地定义五层多金属屏蔽内高达|B| = 1 μT的任意方向的磁场。参照在6S $_{1/2}$ F = 4 $^{133}$ Cs基态的塞曼态之间观察到的磁共振来校准该系统。证明了整个4π立体角上的磁场定义，幅度、方向和梯度的一σ公差分别为δ |B| = 0.94 nT、δθ = 5.9 mrad和δ $\nabla$ B = 13.0 pT/mm。该场控制用于根据静态场（B 0）取向来经验性地映射Mx磁力计信号幅度。
2017-04-04 physics.atom-ph physics.ins-det
Magnetometry using fluorescence of sodium vapor
研究了不同激光强度、占空比和场强下荧光钠的磁共振。本文介绍了一种以氦缓冲气体钠蒸气室为基础的单束调幅激光磁强计。用波长为589 nm的激光器调谐到D1或D2线上，从荧光的变化推断出磁场。在D1线处获得了每Hz平方根150 pT的磁场灵敏度。这项工作是朝着利用中间层钠进行灵敏的远程磁力测量迈出的一步。
2017-10-12 physics.atom-ph physics.optics
Magnetometry with millimeter-scale anti-relaxation-coated alkali-metal vapor cells
在直径为3mm、内壁涂有石蜡的铯金属球形玻璃池中，观察和研究了频率和振幅调制激光的动态非线性磁光旋转信号。已经观察到$γ/(2π)\approx 20 $ Hz和更低的固有塞曼弛豫速率。讨论了毫米级涂层电池在便携式磁强计和二次频率基准中的应用前景。
2005-11-01 physics.atom-ph physics.optics
Floquet description of Optically Pumped Magnetometers
本文采用Floquet展开法对基于Voigt和Faraday效应的光泵磁强计进行了理论描述。我们的分析描述了自旋算子动力学的第一，$\hat{F}(t)$，和第二，$\hat{F}^2(t)$，阶矩，并考虑到不同的泵浦配置文件和退相干效应。我们发现，理论结果是在很大范围内的字段和泵的条件下与实验演示很好地吻合。最后，这里提出的理论分析是广义的，并可以扩展到不同的磁力计计划与任意泵浦配置文件和多个射频场。
2020-11-07 physics.atom-ph quant-ph
FID Magnetometer Based on Paraffin-Coated Planar Reflective Multipass Cells
Fudan University（复旦大学）
该研究提出一种石蜡涂层平面反射多程蒸气细胞，用于紧凑型光学原子磁强计，实现了高光学深度和长相干时间，达到10pT/√Hz的灵敏度。
2026-05-02 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Magnetometry Based on Nonlinear Magneto-Optical Rotation with Amplitude-Modulated Light
报道了一种基于非线性磁光旋转效应的全光磁测量技术。该方法能够在宽动态范围内进行灵敏的磁场测量。我们证明了$4.3\times10^{-9}$ G/ $\sqrt{\text{Hz}}$在10 mG和磁场跟踪范围为40 mG的灵敏度。讨论了该方法灵敏度的基本限制和决定磁强计当前性能的因素。
2007-12-11 physics.atom-ph physics.optics
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
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
Diamond Magnetometry of Superconducting Thin Films
近年来，基于氮空位（NV）中心的金刚石磁力计在纳米级的磁力测量应用中引起了相当大的兴趣。一个有趣的应用，这是非常适合的NV中心是在超导材料的纳米级磁现象的研究。利用金刚石中NV中心的磁敏感性，研究了钇钡铜氧化物（YBCO）超导体的磁性。用荧光显微镜方法和集成了NV传感器的微芯片样品，测得该层的相变温度为70.0（2）K，涡旋穿透场为46（4）G。我们在65 K时观察到了层中涡旋的钉扎，并估计在~ 10 G的磁场中冷却样品后它们的密度为0.45（1）μm^{-2}。这些测量是用10 nm厚的NV层完成的，以便将来可以实现高空间分辨率。基于这些结果，我们预计，这种磁力计可能是有用的成像的结构和动态的漩涡。作为展望，我们提出了一种超导芯片的制造方法，为此目的而设计。
2014-02-05 cond-mat.supr-con physics.atom-ph quant-ph
Sub-Shot-Noise Magnetometry with a Correlated Spin-Relaxation Dominated Alkali-Metal Vapor
自旋噪声对使用自旋极化原子蒸气的测量精度设置了基本限制，例如使用灵敏的原子磁力计进行的测量。自旋压缩提供了将测量精度扩展到非关联原子标准量子极限之外的可能性。与目前的理解相反，我们表明，即使在自旋弛豫的存在下，自旋压缩可以导致自旋噪声显着减少，因此增加了磁力灵敏度，在很长的测量时间。这种情况下，相关的自旋弛豫由于二元碱原子碰撞占主导地位的独立作用的退相干过程。
2007-10-08 physics.atom-ph
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
Microwave-optical double-resonance vector magnetometry with warm Rb atoms
本文提出一种基于室温铷原子磁光双共振的无屏蔽三轴矢量磁力计，利用卷积神经网络分析七个双共振特征，实现了1°方向精度和115 nT幅度精度。
2025-07-11 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
Measurement of Spin Projection Noise in Broadband Atomic Magnetometry
我们使用量子非破坏自旋测量来测量宽带原子磁力计的灵敏度。一个冷的，偶极捕获的铷原子样品在非磁性环境中提供了一个长寿命的自旋系统，并通过顺磁法拉第旋转进行非破坏性探测。校准过程采用已知的参考状态，最大熵或“热”自旋状态和基于定量成像的原子计数，以识别探针和自旋系统中的电子，量子和技术噪声。测量实现的灵敏度比投影噪声水平高2.8 dB（如果抑制光学噪声，则高6dB），并且将实现挤压增强宽带磁力测定[Geremia等人PRL 94，203002（2005）]。
2009-11-24 physics.atom-ph quant-ph
All optical sensor for automated magnetometry based on Coherent Population Trapping
研制了一种适合于在稳定可控的实验条件下进行长时间测量的自动化磁强计。该设备是基于相干人口陷阱（CPT）产生的多频激励。CPT共振时观察到的频率梳，产生的二极管激光器电流调制，激发限制在$π/4\times(2.5)^2\times1 \textrm{cm}^3$，2托$N_2$缓冲细胞的Cs原子。全光学传感器通过光纤连接到激光头，从而实现真正的远程传感和最小化场扰动。为了获得高灵敏度的测量结果，对CPT谐振参数作为光失谐量的函数进行了详细的分析。给出了传感器平衡差动结构的磁场监测性能和最佳灵敏度。
2007-05-11 physics.atom-ph physics.ins-det
Magnetic characterization of electronic components for portable atomic sensors using a zero-field optically pumped magnetometry platform
rd R&D Institute, Agency for Defense Development（国防发展局第三研发研究所）
本研究提出零场光泵磁力仪平台，表征便携式原子磁力仪中光电探测器板和电阻温度检测器的磁性，评估静态磁场、噪声及畸变，为低灵敏度设计提供指导。
2026-09-09 physics.app-ph physics.atom-ph
Phase projection errors in rf-driven optically pumped magnetometers
Institute of Physics Belgrade, University of Belgrade（贝尔格莱德物理研究所，贝尔格莱德大学）；Physics Department, University of Fribourg（弗里堡大学物理系）；Leibniz Institute of Photonic Technology（莱布尼茨光子技术研究所）
本研究分析了射频驱动光学泵磁强计中射频激励场与光功率调制之间的相位关系，揭示了$M_x$磁强计在响应时间和准确性方面的限制，特别是在使用主动电子反馈时。
2026-01-21 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
Wide-bandwidth atomic magnetometry via instantaneous-phase retrieval
我们开发并演示了一种新的协议，允许感测的磁场在一个特殊的制度，原子磁力。到目前为止，原子磁力测量的带宽一直被限制在低于原子自旋在磁场中的自然进动--拉莫尔频率。我们展示了一种新的方法，跟踪原子自旋的瞬时相位测量任意调制的磁场的频率高达50倍以上的拉莫尔频率。通过访问这个政权，我们展示了磁场测量在四十年的频率高达400 kHz，超过三个数量级比传统的原子磁力计宽。此外，我们证明了我们的协议可以线性检测瞬态场100倍的幅度比传统的方法。我们突出的带宽和动态范围的技术，通过测量一个磁场具有广泛的和动态的频谱。
2020-03-10 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
Composite-pulse magnetometry with a solid-state quantum sensor
量子磁强计的灵敏度受到控制误差的挑战，特别是在固态下，受到其短相干时间的挑战。重聚焦技术可以克服这些限制，提高对周期性场的灵敏度，但它们是以降低带宽为代价的，并且不能应用于感测静态（DC）或非周期性场。在这里，我们的实验表明，连续驱动的传感器自旋的复合脉冲称为旋转回波（RE）产生一个灵活的磁力计方案，减轻驱动功率的缺陷和退相干。RE参数的适当选择补偿噪声强度和来源的不同场景。该方法可应用于可变环境下的纳米传感或实现噪声光谱学。在基于金刚石中的单个电子自旋的室温实现中，复合脉冲磁力测量提供了microT/sqrt（Hz）范围内的灵敏度之间的可调权衡，与Ramsey光谱学获得的灵敏度相当，并且相干时间接近T1。
2012-07-25 physics.atom-ph quant-ph
Unambiguous Vector Magnetometry with Structured Light in Atomic Vapor
GSI Helmholtzzentrum f\"ur Schwerionenforschung GmbH, D-64291 Darmstadt, Germany
本文提出利用结构光实现无歧义矢量磁力计的设计，通过傅里叶分析吸收谱来表征任意取向的磁场。
2026-02-03 physics.atom-ph
Symmetry-Breaking Zeeman-Coherence Parametric Wave Mixing Magnetometry
非线性磁光效应对现代社会产生了重大影响，其应用范围从地球磁场的精确测绘到生物磁传感。碰撞自旋交换效应的开创性工作已经导致了超高的磁场检测灵敏度在$fT/\sqrt{Hz}$的水平，使用一个单一的线性偏振探测光场。在这里，我们展示了一个非线性塞曼相干参数波混频光原子磁强计使用室温铷蒸汽，结果在超过三个数量级的光学信噪比（SNR）增强极弱的磁场传感。这一前所未有的增强是在激光功率降低近两个数量级的情况下实现的，同时保留了广泛使用的单探针光束光学原子磁力测量方法的灵敏度。这种新方法开辟了无数的应用，从生物磁成像到亚原子粒子磁特性的精确测量。
2016-09-02 physics.atom-ph physics.optics
Proof of the feasibility of a nanocell-based wide-range optical magnetometer
我们提出了一个实验方案进行标量磁测量的基础上拟合的Rb D $_2$线光谱记录的导数选择反射光谱从光学纳米厚的细胞。为了证明其有效性，使用该磁力计测量了永磁钕铁硼环形磁体在不同距离处产生的不均匀磁场。计算任务由相对便宜的电子元件实现：Arduino Due板用于激光器的外部控制和光谱采集，Raspberry Pi计算机用于拟合。在40 - 200 mT的磁场范围内，测量值的变异系数保持在$5\%$以下，仅受我们实验中使用的烘箱和平移台的大小限制。所提出的方案预计将操作具有高测量精度，也为更强的磁场（$>500~$ mT），在超精细Paschen-Back制度，其中原子跃迁的演变可以计算具有高精度。
2019-07-06 physics.atom-ph
