Electromagnetic induction imaging with a scanning radio-frequency atomic magnetometer
我们展示了电磁感应成像与无屏蔽，便携式射频原子磁力仪扫描的目标对象。该配置满足从安全筛选到医学成像的典型应用中的标准要求。磁力计在物体上扫描的能力依赖于传感器头的小型化和环境磁场的主动补偿。此外，实施一种程序以从所记录的空间相关磁共振中提取高质量图像。该程序被证明是有效的抑制磁环境的空间变化的不利影响。
2021-06-08 physics.atom-ph quant-ph
Active Underwater Detection with an Array of Atomic Magnetometers
我们报告的2x2阵列的射频原子磁力仪在磁感应断层成像配置。在空气和盐水中演示了导电非磁性目标的主动检测、定位和实时跟踪。由于传感器的灵敏度和可调谐性以及磁感应探测的主动特性，可以实现在不同介质中的穿透和检测。我们获得了100%的自动检测成功率和93%的自动定位成功率在空气和水中，距离传感器的平面190毫米（水下100毫米）。我们预计磁感应断层扫描与原子磁力计阵列在土木工程和维护，石油和天然气工业，地质调查，海洋科学，考古学，搜索和救援以及安全和监视中的应用。
2018-03-21 physics.atom-ph physics.ins-det
Sub-Sm$^{-1}$ electromagnetic induction imaging with an unshielded atomic magnetometer
原子磁力计电磁感应成像的进展使其领域达到了生物医学成像领域的边缘。然而，仍然缺乏低于所需1 Sm $^{-1}$水平的成像证明。在这封信中，我们使用一个$^{87}$ Rb射频原子磁力计在室温附近的非屏蔽环境中运行的图像校准的解决方案模仿活组织的电导率。通过结合最近推出的近共振成像技术与双射频线圈激励计划，我们的图像5毫升的解决方案下降到0.9钐$^{-1}$。我们测量的信噪比为2.7，在2 MHz的0.9 Sm $^{-1}$，增加到7.2与离线平均。我们的工作是以前的成像结果的50倍的改进，并证明了在无屏蔽的环境中成像生物组织，特别是人类心脏所需的灵敏度和稳定性。
2020-03-31 physics.atom-ph physics.ins-det physics.med-ph
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
Dead-zone-free free-induction-decay alkali-metal atomic magnetometer
University of Science and Technology of China（中国科学技术大学）；Hefei National Laboratory, University of Science and Technology of China（合肥国家实验室，中国科学技术大学）
本研究将相关技术整合到Bell-Bloom光抽运的FID磁力计中，通过多通腔气室加反射镜消除死区，实现三维全空间优于80 fT/Hz^(1/2)的灵敏度，为矢量FID磁力计奠定基础。
2026-09-07 physics.atom-ph physics.ins-det
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
Dead-zone-free single-beam atomic magnetometer based on free-induction-decay of Rb atoms
提出用等强度线/圆偏振、低占空比调幅的单束光同步泵浦 Rb-87，使 FID 信号包含 Ω_L 与 2Ω_L 分量，从而实现全方向无死区、灵敏度 3.2–8.4 pT/√Hz 的原子磁力仪。
2025-01-12 physics.atom-ph
Suppression of heading errors in Bell-Bloom optically pumped free-induction-decay alkali-metal atomic magnetometers
针对原子磁强计的指向误差问题，本研究通过Bell-Bloom光泵浦方法抑制前两种误差源，并提出单磁强计空间/时间平均极化、共磁强计结合双碱原子拉莫尔频率的方案，将非线性塞曼效应引起的指向误差抑制在1 nT以内。
2025-02-19 physics.atom-ph
Electromagnetic Imaging with Atomic Magnetometers: A Novel Approach to Security and Surveillance
我们描述了我们的研究计划，使用原子磁力计检测导电物体通过电磁感应。原子磁力计在低频下的极高灵敏度比基于线圈的系统高出七个数量级，允许在各种操作环境中穿透不同的介质和屏障。这消除了通常与电磁检测相关的限制。
2016-05-06 physics.atom-ph physics.ins-det
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 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
Machine learning based localization and classification with atomic magnetometers
我们展示了由$^{85}$ Rb原子磁力仪进行机器学习支持的电磁感应成像所成像的物体的位置、材料、方向和形状的识别。机器学习最大化了从磁力计创建的图像中提取的信息，展示了隐藏数据的使用。定位比成像系统的空间分辨率好2.6倍，并且获得了高达97个$\%$的成功分类。这避免了求解逆问题的需要，并展示了机器学习对扩散系统的扩展，例如介质中的低频电动力学。从基于量子的电磁成像中自动收集任务相关信息将对生物医学和安全产生相关影响。
2018-01-19 physics.app-ph 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
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
Entanglement-enhanced magnetic induction tomography
本文提出利用原子磁力仪中的纠缠自旋压缩态实现磁感应层析成像，通过频闪量子非破坏性测量生成纠缠态，使一维MIT灵敏度超越标准量子极限。
2023-02-05 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Optical pumping enhancement of a free-induction-decay magnetometer
针对横向磁场削弱FID磁力仪自旋制备的问题，本文提出沿光泵浦轴施加强脉冲并同步泵浦、快速退磁的方法，在50 μT下实现238 fT/√Hz灵敏度，接近CRLB预测。
2023-09-29 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
NMR detection with an atomic magnetometer
我们演示了使用非低温原子磁力计检测NMR信号，并描述了这种技术的几个新的应用。使用自旋交换弛豫自由K磁强计检测0.5 $μ$ T场中的无水感应衰减（FID）信号，并描述了使用多通道磁强计进行3-D MRI仅需要单个FID信号的可能性。我们还证明了检测不到$10^{13}$ $^{129}$的NMR信号增强了540倍，由于费米接触与K原子的相互作用。该技术允许在适合于远程NMR应用的流动系统中检测小于$10^{9}$ $^{129}$的自旋。
2004-11-17 physics.atom-ph
A high-sensitivity frequency counter for free-induction-decay signals
本文提出并实现了一种基于希尔伯特变换的FPGA频率计数器，用于FID信号高灵敏度实时频率测量，在10 Hz处灵敏度优于0.1 mHz/Hz^(1/2)，且无需输入信号解析表达式，为高灵敏度FID原子磁强计的实际应用奠定了基础。
2025-06-05 physics.atom-ph physics.ins-det
Measuring magnetic field coil constants based on atomic magnetometry and fluxgate magnetometry
该研究利用光泵浦铷自由感应衰减磁力计和磁通门磁力计在磁屏蔽条件下测量磁场线圈常数，通过比较获得0.9967的校准因子，实现了原子磁力计对磁通门磁力计的校准，方法简单易行。
2024-02-07 physics.atom-ph
Laser mode-hopping assisted all-optical single beam pulsed atomic magnetometer
该研究利用DBR激光器跳模产生20 GHz频移，实现大深度非连续光泵浦与FID探测，在27 μT下获得0.6 pT/Hz^(1/2)灵敏度，为小型化全光原子磁力仪提供方案。
2025-01-11 physics.app-ph physics.atom-ph
A Miniature Cold-Atom Frequency Standard
采用冷原子技术的原子传感器为下一代原子钟、磁力计、重力仪和陀螺仪提供了前所未有的精度和分辨率。然而，迄今为止，冷原子系统的尺寸和复杂性阻碍了它们在大型研究实验室之外的实际应用中的部署。在这里，我们展示了一个低功耗，掌上型，完全集成的冷原子系统，作为一个原子钟的稳定性的2部分在10 ^11在1秒。这项工作证明了基于激光冷却原子开发紧凑，坚固，便携式设备的可行性。
2011-11-25 physics.atom-ph physics.ins-det
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
Field validation of GNSS-independent positioning enhancement using a wearable ultra-stable quantum magnetometer
University of Strathclyde（斯特拉斯克莱德大学）；University of Glasgow（格拉斯哥大学）；Kelvin Nanotechnology（凯文纳米技术）；Quantrologee
通过可穿戴量子磁力计测量地磁异常，结合航位推算，实现500米以上路径径向定位误差2.24米，验证了GNSS独立定位增强的可行性。
2026-06-24 physics.atom-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
Precision measurements with cold atoms and trapped ions
近年来，冷原子和囚禁离子的量子控制在科学和技术方面的进展极大地推动了其在精密测量中的应用。由于这些大质量量子系统的卓越可控性和多功能性，基于冷原子和离子的时钟，磁力计和干涉仪实现了前所未有的灵敏度。此外，这些系统还具有许多特性，可以用于促进不同场景中的应用。本文简要介绍了用于时间、磁场和惯性力精密测量的光学钟、冷原子磁强计和原子干涉仪的原理。然后，主要内容是致力于总结这三个应用程序的一些最近的实验和理论进展，特别注意到新的设计和更好的性能的可能性。本文的目的绝不是对这个快速发展领域的所有重要作品进行完整的概述，而是对前沿领域进行粗略的概述，并展示未来的迷人未来。
2020-07-17 physics.atom-ph quant-ph
Accurate vector optically pumped magnetometer with microwave-driven Rabi frequency measurements
提出一种利用$^{87}$Rb超精细拉比振荡测量磁场方向的矢量光泵磁力计，通过原子测量补偿系统偏移，实现0.46 mrad精度和11 $\mu$rad/√Hz灵敏度，超越1度阈值。
2025-02-26 physics.atom-ph
A Voigt effect based 3D vector magnetometer
我们描述了一种基于Voigt效应的碱金属原子色散探测外磁场三个矢量分量的方法。我们的方法依赖于通过偏振零差法测量射频修饰原子介质的线性双折射。这在修整频率的第一和第二谐波处产生调制偏振信号。将外部磁场的矢量分量映射到这些谐波的求积上。我们发现，我们的计划可以利用在冷和热原子气体中检测屏蔽和非屏蔽环境中的外部场。在屏蔽热蒸汽的情况下，我们实现了场灵敏度远低于1~pT $/\sqrt{\textrm{Hz}}$范围内的所有3个矢量分量，使用泵浦探测周期与125 Hz的重复率，并限制了短相干时间的细胞。最后，我们的计划有一个简单的单轴束的几何形状，使其有利于微型磁场传感器。
2019-08-06 physics.atom-ph
Investigating the hyperfine systematic error and relative phase in low spin-polarization alkali FID magnetometers
针对低自旋极化 ^87Rb FID 磁力仪的超精细共振重叠误差，提出双频拟合与同步脉冲泵浦两种方法，并通过模拟和实验验证其显著提升测磁精度。
2025-03-13 physics.atom-ph
Observation of magneto-optical rotation effects in cold $^{87}$Rb atoms in an integrating sphere
提出了一种改进的磁光致旋转（MOR）效应探测方案，其中线偏振激光场与积分球中的冷$^{87}$ Rb原子相互作用.实验中检测了探测光偏振面的旋转角度。结果表明，偏置磁场、探测光强度和失谐量以及冷原子温度是影响MOR效应的关键参数。该方案可以提高旋转信号的对比度，为高对比度冷原子钟和磁强计提供了一种有用的方法。
2016-01-11 physics.atom-ph
High-Resolution Atomic Magnetometer-Based Imaging of Integrated Circuits and Batteries
University of Strathclyde（斯特拉斯克莱德大学）；Sandia National Laboratories（桑迪亚国家实验室）；University of New Mexico（新墨西哥大学）
本文提出一种基于自由感应衰减磁力计的高分辨率磁成像系统，通过双轴扫描微镜实现自动光束转向，实现亚毫米级空间分辨率和亚皮特斯拉灵敏度，用于非侵入式电子电路和电池诊断。
2026-04-07 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
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
Cold interactions and chemical reactions of linear polyatomic anions with alkali-metal and alkaline-earth-metal atoms
我们考虑了线性多原子离子在超冷原子气体中的碰撞研究，并研究了几种分子阴离子（$\mathrm{OH}^-$，$\mathrm{CN}^-$，$\mathrm{NCO}^-$，$\mathrm{C}_2\mathrm{H}^-$，$\mathrm{C}_4\mathrm{H}^-$）与碱金属（Li，Na，K，Rb，Cs）和碱土金属（Mg，Ca，Sr，Ba）原子的分子间相互作用和化学反应。国家的最先进的从头算技术应用于计算这些系统的势能面（PES）。本文采用耦合团簇方法CCSD（T），在小核能量一致的赝势下模拟重金属原子中的标量相对论效应。在微扰理论范围内得到了各向同性和各向异性的长程诱导和色散相互作用系数。的PES的特点是详细的，其普遍的相似性占主导地位的感应相互作用的系统进行了讨论。所提供的二维PES选定的系统，并可用于散射计算。从反应物的能量学出发，分析了化学反应的可能途径及其控制。目前的电子结构的研究是第一步，对线性多原子离子与超冷原子的交感冷却和控制化学的前景进行评估。
2017-05-25 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph physics.chem-ph
An atomic compass -- detecting 3D magnetic field alignment with vector vortex light
我们描述并演示了如何三维磁场对齐可以推断从单吸收图像的原子云。虽然光泵磁力计通常依赖于原子偶极子的拉莫尔进动的时间测量，但在这里，冷原子蒸气提供了矢量光和外部磁场之间的空间界面。使用矢量涡旋光束，我们在冷铷原子云中刻下结构化的原子自旋极化，并记录由此产生的吸收模式的图像。利用空间傅里叶分析可以推导出外磁场的极角。这种效应提出了一种用于检测磁矢量场的替代概念，并更一般地演示了如何在原子能级之间引入空间相位可以将瞬态效应转化为空间域。
2021-07-22 physics.atom-ph physics.optics
Optical pumping, decay rates and light shifts of cold-atom dark states
原子中的相干暗态是由两个相干光场与三能级系统同时相互作用产生的，在量子态操纵中具有重要意义。它们被广泛用于量子传感和量子信息应用，以构建原子钟、磁力计、原子干涉仪等。本文研究了激光冷却自由落体原子系综中相干暗态的形成和衰减。我们测量了$σ^+-σ^-$偏振结构中进入暗态的光泵浦速率。我们发现，泵浦速率与光场强度是线性的，但约一个数量级慢于常用的，但简单的，三能级解析公式预测的速率。使用数值模型，我们证明，这种差异是由于多级塞曼流形。考虑到抽运速率较慢，我们定量地解释了Ramsey光谱中光移与抽运进入暗态持续时间的关系。我们还测量了暗态相干性的衰减，发现在我们的装置中，它是由原子的机械运动的探测区域，而原子的退相干是可以忽略不计的。
2019-09-05 physics.atom-ph quant-ph
Spatially-resolved control of fictitious magnetic fields in a cold atomic ensemble
原子-光子相互作用的有效和不受限制的工程需要对光束进行精确的空间分辨控制。这种操纵的巨大潜力在于从固态到原子物理学的一系列学科。在这里，我们使用一个塞曼的形状激光束的ac-Stark位移进行旋转的自旋与空间分辨率在一个大的冷铷原子系综。我们发现，光强度的不均匀性是主要的来源，从而退相干，但与适当的光束成形这种有害的影响被强烈减轻允许旋转15拉德在一个自旋进动寿命。最后，作为一个特殊的例子，我们的计划启用的复杂的操作，我们证明了一系列的自由感应衰减信号的闪烁和复兴行为的原子系综上的印记梳状图案。
2018-02-28 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Entanglement-enhanced radio-frequency field detection and waveform sensing
我们展示了一种新的技术，用于检测任意形状的射频波形的成分的基础上频闪反作用规避测量。我们结合量子非破坏测量和频闪探测，以检测超出标准量子极限的磁灵敏度的波形分量。使用$1.5\times 10^6$冷铷原子的系综，我们展示了纠缠增强的正弦和线性啁啾波形的传感，分别具有1.0（2）dB和0.8（3）dB的计量相关噪声降低。我们实现了$δ\rm{B}\sqrt{V}\approx 11.20~\rm{fT\sqrt{cm^3/Hz}}$的体积调整灵敏度，可与最好的RF~磁强计相媲美。
2017-02-27 physics.atom-ph
Giant Kerr nonlinearities and magneto-optical rotations in a Rydberg-atom gas via double electromagnetically induced transparency
研究了具有两个正交偏振分量的探测激光场在具有反Y型能级组态的冷里德伯原子气体中通过双电磁感应透明（EIT）传输时的克尔效应和磁光效应。通过超越平均场近似和基态近似的方法，我们对三阶非线性光学系数进行了详细的计算，并表明该系统具有由Rydberg-Rydberg相互作用贡献的巨大的非局域自非线性和交叉Kerr非线性.对~（85）Rb原子气体的交叉克尔非线性效应的理论计算结果与最近报道的实验结果非常接近。此外，我们还证明了探测光场可以通过双EIT获得很大的磁旋光，这可以用来设计高精度的原子磁力计。这些结果不仅对非局域非线性磁光的发展具有重要意义，而且在基于里德伯原子气体的精密测量、光学信息处理和传输等方面具有重要的应用前景。
2021-04-22 physics.atom-ph
Optimal and efficient inference tools for field tracking with precessing spins
Centre of New Technologies, University of Warsaw（华沙大学新技术中心）；AGH University of Kraków（克拉科夫AGH科技大学）；Institute of Physics, Polish Academy of Sciences（波兰科学院物理研究所）；ICFO - Institut de Ciències Fotòniques, The Barcelona Institute of Science and Technology（ICFO-光子科学研究所，巴塞罗那科学技术研究院）；ICREA - Institució Catalana de Recerca i Estudis Avançats（加泰罗尼亚研究与高级研究学院）
本文针对自旋进动磁力计的自由感应衰减模式，推导贝叶斯Cramér-Rao界，验证扩展卡尔曼滤波等可高效实现近最优磁场跟踪，方法可适配其他非线性耗散传感器。
2026-08-11 physics.atom-ph physics.ins-det quant-ph
