Functionalized mm-scale vapor cells for alkali-metal spectroscopy and magnetometry
本文提出集成加热与测温功能的双室微加工铷蒸气室FVC，并通过光谱表征和零场共振磁力测量验证其可实现18 fT/Hz^(1/2)灵敏度且不引入显著磁噪声。
2024-09-07 physics.atom-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
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
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
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
Miniature biplanar coils for alkali-metal-vapor magnetometry
原子自旋传感器使用紧凑的微加工封装提供精确测量，使其在市场和研究应用中处于竞争地位。通过磁场控制可以增强这些传感器的性能，例如动态范围。在这项工作中，我们讨论了微型线圈的三维，局部磁场控制的传感器周围直接放置的设计，作为一个灵活和紧凑的替代以前使用的全球方法。线圈设计的双平面表面上使用流函数的方法，然后使用标准的印刷电路技术制造。应用到实验室规模的光泵磁力计的灵敏度约为20 fT/Hz $^{1/2}$。我们还展示了线圈组测量$7 \times 17 \times 17$ mm $^3$的性能，该线圈组专门针对脑磁图进行了优化，其中多个传感器彼此靠近操作。使用$^{87}$ Rb自由感应光谱和其他技术表征的场分布示出了在MEMS蒸气室的目标体积上的$>$ 96%的场均匀性，以及在距室中心20 mm处的约1%的紧凑杂散场轮廓。
2022-08-11 physics.atom-ph
Intensity-correlated spiking infrared and ultraviolet emission from sodium vapors
分析了钠蒸气在连续波共振激光泵浦下激发到4D_（5/2）能级时产生的定向尖峰红外和紫外辐射，这是钠蒸气与钠蒸气合作效应的一个新特征。在2207和2338 nm的级联无镜激光的粒子数反转跃迁和紫外辐射在330 nm，这是由于四波混频过程中产生的表现出高度的强度相关性。
2021-01-27 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Level-crossing resonances on open atomic transitions in a buffered Cs vapor cell: Linewidth narrowing, high contrast and applications to atomic magnetometry
碱金属原子蒸气中的基态汉勒效应（GSHE）是原子磁力测量中最简单、最可靠的技术之一。这种效应导致通过蒸气室传输的光波强度中的窄（亚自然宽度）共振。通常，基于GSHE的传感器在无自旋交换弛豫（SERF）机制下工作。然而，该方案需要相对高的蒸汽温度（150 ℃或更高），导致传感器头的相对大的热释放和功耗。此外，在不应用特殊措施的情况下，SERF机制显著地限制了测量的动态范围。在这里，我们研究了一个泵浦探测方案，涉及一个单一的椭圆偏振波和偏振检测技术。该波与铯D1线（894.6 nm）中的两个相邻的光学跃迁共振，这是由于它们在缓冲气体（Ne，130 Torr）存在下重叠。使用一个小的（0.1厘米$^3$）玻璃蒸气室，我们证明了观察亚自然宽度共振的可能性与高对比度的宽度比（高达45%/mG）下的低温（60 ℃）制度的操作由于一个强大的光致圆二色性。基于原子能级的$Λ$方案，我们得到了谱线形状的解析表达式。该模型揭示了由于该计划的开放性线宽变窄的效果。这一结果对于磁光原子光谱学来说是不寻常的，因为开放性通常被认为是一种不期望的效应，降低了共振特性。我们估计灵敏度为1.8 pT/ $\surd$ Hz，在光子散粒噪声极限下灵敏度为60 fT/ $\surd$ Hz。研究结果有助于GSHE共振理论的发展，并可应用于低温高灵敏度的小型化磁场传感器的开发与扩展的动态范围。
2022-05-10 physics.atom-ph
Light-Induced Atomic Desorption for loading a Sodium Magneto-Optical Trap
我们报告的光子刺激解吸（PSD），也被称为光诱导原子解吸（LIAD），钠原子从用于加载磁光阱（MOT）的真空单元玻璃表面的研究。用荧光检测器记录捕获原子数和解吸速率。我们观察到一个陡峭的波长依赖性的解吸过程以上的2.6 eV的光子能量，结果显着的钠蒸汽密度在月球大气中的估计。我们的数据拟合得很好，一个简单的模型的MOT的负载只依赖于钠解吸速率和残余气体密度。高达3.7x10^7个钠原子被限制在超高真空条件下，为基于蒸汽电池的钠原子玻色-爱因斯坦凝聚体创造了有希望的装载条件。
2010-02-12 physics.atom-ph
Continuous-wave mirrorless lasing at 2.21 μm in sodium vapors
我们用589和569 nm的共振激光双光子激发Na蒸气4P 3/2- 4S 1/2粒子数反转跃迁，得到了2.21 μm的反向连续波发射.我们的功率和原子数密度阈值特性的研究表明，激光发生在低于10毫瓦的总功率的应用激光。所观察到的6 mrad发散主要由增益区的纵横比定义。我们发现2.21 μm无反射镜激光是磁场和偏振相关的，这可能是有用的远程磁力测量。所提出的结果可以帮助确定从中间层钠原子获得定向返回的要求
2018-08-31 physics.atom-ph quant-ph
Laser remote magnetometry using mesospheric sodium
我们已经展示了一个基于地球中间层钠原子的远程磁力计，距离我们的仪器106公里。一个1.33瓦的激光照射原子，磁场是从一个直径为1.55米的望远镜收集的反向散射光推断出来的。测量灵敏度为162 nT/ $\sqrt{Hz}$。从我们的测量中推断出的磁场值与基于地球已知磁场形状的估计值一致，误差在百分之一以内。预计光学系统的改进可能导致20 nT/ $\sqrt{Hz}$的灵敏度，而使用先进的激光器或大型望远镜可能接近1-nT/ $\sqrt{Hz}$的灵敏度。所有实验和理论灵敏度值均基于激光束轴和磁场矢量之间的60 ° $^\circ$角;在最佳90 ° $^\circ$角下，灵敏度将提高约两倍。
2017-02-15 astro-ph.EP astro-ph.IM physics.atom-ph
Sub-Doppler spectra of sodium $D$ lines in a wide range of magnetic field: theoretical study
我们计算的钠蒸气与静态磁场的相互作用范围从0到1特斯拉，这使得获得的行为的所有塞曼转换的磁场的函数的入射激光辐射的任何偏振：$π, σ^\pm$。我们使用这些结果结合一个法布里-珀罗微腔模型来描述的透射和反射信号的钠蒸气被限制在一个纳米薄细胞。这使我们能够提出第一次高分辨率的吸收光谱，并提供了完整的描述塞曼过渡，以及一些重要的特点，如外观的引导过渡和磁致圆二色性。所获得的理论结果可用于即将进行的钠蒸气纳米电池实验。
2021-04-30 physics.atom-ph physics.optics
Magneto-optical resonances in fluorescence from sodium D2 manifold
本文报道了用强度调制光在D2流形钠荧光中观察到的磁光共振现象。在实验室实验中，使用含有氖缓冲气体的钠电池，在光传播的垂直方向和反向方向上测量荧光共振。这些共振的性质进行了研究，通过改变磁场在固定的光调制频率，反之亦然。低占空比的调制显示调制频率的高次谐波共振和拉莫尔频率的次谐波共振。观察到暗共振，其最大振幅为激光波长更接近交叉峰。利用理论模型讨论了在Na-D_2谱线上观察到的暗共振的起源。目前的研究旨在提高对磁光共振的理解，用于中间层钠的远程磁力测量应用。
2019-10-11 physics.atom-ph
Controlling atomic vapor density in paraffin-coated cells using light-induced atomic desorption
本文研究了在石蜡包被的铷、铯、钠和钾电池中光致原子脱附（LIAD）引起的原子蒸气密度变化。在本实验中，低强度探测光用于获得吸收光谱并测量蒸气密度，而来自氩离子激光器、发光二极管阵列或放电灯的光用于解吸。钾被发现表现出显着较弱的LIAD从石蜡Rb和Cs相比，我们无法观察到LIAD与钠。一个简单的LIAD模型来描述所观察到的蒸汽密度动力学，和细胞的干细胞的作用进行了探讨，通过使用细胞与锁定茎。铯蒸气密度超过其平衡值超过25分钟的稳定证明。这项工作的结果可用于评估使用LIAD的蒸汽密度控制的磁力计，时钟，陀螺仪利用涂层细胞。
2008-10-24 physics.atom-ph
STIRAP in sodium vapor with picosecond laser pulses
对钠气体进行STIRAP转移效率的实验测量和计算，所述钠气体从$3^2{\rm S}_{1/2}$电子基态开始，通过$3^2{\rm P}_{1/2}$和/或$3^2{\rm P}_{3/2}$到$5^2{\rm S}_{1/2}$态。实验中使用的激光脉冲宽度为几皮秒，接近傅里叶变换极限。虽然激光器的线宽远小于$3^2{\rm P}_{1/2}$和$3^2{\rm P}_{3/2}$态之间的自旋轨道分裂，但实验和计算表明，当激光器被调谐到通过$3^2{\rm P}_{1/2}$态共振时，两个3 p态都在转移效率中起作用，这揭示了竞争途径之间量子干涉的证据。
2017-08-01 physics.atom-ph physics.optics
Hybrid optical pumping of K and Rb atoms in a paraffin coated vapor cell
利用射频场驱动的非线性磁光旋转（RF NMOR）方案，在双组分石蜡涂层蒸汽室中研究了动态混合光泵浦效应。通过抽运K原子和探测$^{87}$ Rb原子，我们获得了3 Hz的内禀磁共振线宽，并且所观察到的共振不受功率展宽和光移效应的影响。这种操作方案显示了良好的应用前景。
2017-08-29 physics.atom-ph
Investigations of optical pumping for magnetometry using an auto-locking laser system
我们研制了一种用于高精度磁力测量的多功能脉冲激光系统。该系统的工作波长可以被配置为光学泵浦诸如铷和铯的碱蒸气。该激光系统由一个自动锁定，干涉滤波器稳定，外腔二极管激光器（ECDL），锥形波导放大器，和脉冲模块。自动锁定控制器可以由未经训练的操作员使用，以相对于原子、分子和固态光谱标记库稳定激光频率。在连续波（CW）模式下，ECDL输出可以从20 mW放大到2 W。脉冲模块，其中包括一个声光调制器（AOM），可以产生脉冲的持续时间为20纳秒和几MHz的重复率。因此，该激光系统非常适合于诸如重力测量、磁力测量和差分吸收激光雷达等应用。在这项工作中，我们专注于磁强计的应用，并证明激光源是适合于光学泵浦铷蒸气。我们还描述了光抽运相关的铷D1和D2跃迁分别在795 nm和780 nm的数值模拟。这些研究是相关的新一代便携式，铷，自旋交换弛豫自由（SERF）磁力计，能够灵敏度为1 fT Hz-1/2 1的设计和建设。
2018-05-18 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
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
Study of EIT resonances in an anti-relaxation coated Rb vapor cell
我们证明-实验和理论-在电磁感应透明（EIT）中获得的共振可以是明亮的和黑暗的。实验是利用超精细跃迁的磁子能级在D $_1$线的$^{87}$ Rb。次级的简并通过具有值为27 G的磁场来去除。原子被包含在一个室温的蒸汽室中，在壁上有抗弛豫涂层。基于双区模型的理论分析很好地再现了实验光谱。这种具有亮和暗共振的能力有望在光的亚光速和超光速传播以及灵敏的磁力测量中应用。
2018-03-23 physics.atom-ph
High-quality level-crossing resonances under counterpropagating circularly polarized light waves for applications in atomic magnetometry
研究了在反向传播的泵浦光和探测光的圆偏振方向相反的情况下，填充缓冲气体的铯蒸气池中的能级交叉（LC）共振。波激发D $_1$ -线基态能级$F_g$ $=\,$ $4$，而横向磁场（${\rm B}_x$ $\perp$ ${\rm k}$）在零附近扫描以观察电磁感应吸收（EIA）的共振。结果表明，增加泵浦光波显着改善的谐振特性相比，通常使用的方案与一个单一的光波。对于在较低温度（$\approx\,$ 45-60 $\,^\circ$ C）下使用小型蒸气室（$\approx\,$ 0.1 cm $^3$）的情况，其结果对研制低功耗小型化原子磁力计具有良好的前景。
2021-04-16 physics.atom-ph quant-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
Calculation of the interspecies s-wave scattering length in an ultracold Na-Rb vapor
本文报道了钠-铷（Na-Rb）体系种间散射长度的计算。我们提出了改进的混合势的单重态$X^1Σ^+$和三重态$a^3Σ^+$的基态的钠Rb分子，并计算了单重态和三重态散射长度$a_{s}$和$a_{t}$的同位素$^{23}$钠$^{87}$ Rb和$^{23}$钠$^{85}$ Rb。使用这些值，我们评估的前景，产生一个稳定的两种玻色-爱因斯坦凝聚体在钠Rb系统。
2003-12-03 physics.atom-ph
Portable magnetometry for detection of biomagnetism in ambient environments
我们提出了一种方法，光学磁力与十亿分之一的分辨率，能够检测生物磁信号产生的人类大脑和心脏在地球的周围环境。我们的磁沉默传感器通过检测高度自旋极化的碱金属蒸汽的自由旋进频率来测量总磁场。一阶梯度仪由两个磁力计组成，它们之间相隔3 cm基线。我们的梯度仪通过USB端口从消耗5 W的笔记本电脑运行，采用最先进的微加工碱蒸汽电池、先进的隔热材料、定制电子器件和传感器头内的激光封装。梯度仪在户外获得16 fT/cm/Hz $^{1/2}$的灵敏度，我们使用它来检测神经元电流和磁心动图信号。神经元磁场的记录是用于非侵入性功能脑成像的少数可用方法之一，其通常需要广泛的磁屏蔽和其他基础结构。这项工作证明了可部署在各种自然环境中的便携式生物磁传感器的密集阵列的可能性。
2020-06-01 physics.atom-ph physics.ins-det physics.med-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
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
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
Atomic magnetometry based on the ground-state Hanle effect in an elliptically polarized light wave
Institute of Laser Physics SB RAS（俄罗斯科学院西伯利亚分院激光物理研究所）
研究利用基态Hanle效应在碱金属蒸汽中探测磁场，通过极化光椭率变化实现共振，提出低功耗磁强计方案，适用于生物医学应用。
2025-11-24 physics.atom-ph quant-ph
Studies of collisional dephasing of two-photon excited atomic sodium
利用飞秒激光泵浦探测方法研究了钠蒸气的相干弛豫。相干性是由泵浦脉冲产生的，泵浦脉冲将Na原子激发到4S态。原子被探测脉冲进一步激发到7 P态。结果，原子发射出相干的紫外辐射。这种发射被用来研究4S-3S和7 P-3S相干叠加的弛豫。弛豫主要是由于与作为缓冲气体的Ar原子的碰撞。实验上提取了Na-Ar碰撞对的相干弛豫时间和碰撞截面。
2009-10-20 physics.atom-ph physics.chem-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
Chiral light-matter interactions in hot vapor cladded waveguides
近年来，人们对将碱蒸气与纳米光子结构（如纳米波导、谐振器和纳米天线）集成的兴趣越来越大。电磁场的纳米级限制可以引入纵向电场分量，从而产生圆偏振模式，其对于涉及蒸汽和光的各种应用是必不可少的，例如手性和非互易性。据此，我们已经设计，制造和表征了一个小型化的蒸气室，该蒸气室与被设计为产生特殊的圆形偏振的光波导集成。利用这一现象，我们证明了在不同的磁场的原子吸收签名的光谱位移，并在我们的原子包层波导向前和向后传播波之间的显着隔离。我们的研究结果铺平了道路，利用芯片级集成原子器件的应用，如光学隔离和高空间分辨率的磁强计。
2021-02-09 physics.atom-ph physics.optics
Accurate Determination of an alkali-inert gas diffusion coefficient using coherent transient emission from a density grating
我们展示了一种新的技术，用于精确测量碱蒸气在惰性缓冲气体中的扩散系数。测量是通过在同位素纯$^{87}$ Rb蒸气中建立空间周期性密度光栅并观察由于蒸气通过N $_2$缓冲气体的扩散运动而引起的来自光栅的衰减相干发射来进行的。我们获得了$0.245 \pm0.002 ~\textrm{cm}^{2}/\textrm{s}$在50 $\degree$ C和564托下的扩散系数。换算到大气压，我们得到$D_0 = 0.1819 \pm 0.0024~\textrm{cm}^2/\textrm{s}$。据我们所知，这是迄今为止最精确的Rb-N $_2$扩散系数测定。我们的测量可以扩展到不同的缓冲气体和碱蒸气用于磁力测量，并可用于约束这些系统的理论扩散模型。
2021-02-16 physics.atom-ph
All-optical atomic magnetometry using an elliptically polarized amplitude-modulated light wave
本研究提出基于椭圆偏振调幅光波与铷87蒸气作用的磁共振观测方法，相比经典Bell-Bloom方案信噪比显著提升，2 kHz带宽下灵敏度约130 fT/√Hz，可用于开发医学与地球物理领域的微型全光磁场传感器。
2024-08-04 physics.atom-ph physics.ins-det quant-ph
Magnetic field-induced mixing of hyperfine states of Cs 6 2^P_{3/2} level observed with a sub-micron vapor cell
研究了在外加磁场作用下，亚微米铯原子蒸气层在D2线共振激发下的荧光光谱。在中等磁场（高达~ 50高斯）中，记录了单个（分辨）超精细跃迁的振幅和频率位置的实质性变化。这些特征是由62^ P_{3/2}流形的超精细分裂值和磁子能级的拉莫尔频率的可比值所产生的上能级的超精细态的混合引起的。模拟结果与实验结果吻合较好。高空间分辨率磁力测量的结果可能的应用进行了讨论。
2003-08-14 physics.atom-ph physics.optics
Magneto-optical spectroscopy with polarization-modulated light
我们提出了一个结合的理论和实验研究的磁共振跃迁的偏振调制光在铯蒸汽暴露于横向磁场。信号通过在偏振调制频率的六个谐波处穿过蒸气室的光功率的相敏分析获得。只要拉莫尔频率与调制频率的整数倍匹配，就会出现谐振。我们进一步研究了当改变调制占空比时光谱的修改。同相和正交分量的谐振幅度很好地描述在调制函数的傅立叶系数方面。偏振调制产生的无背景信号在原子磁力测量中具有很高的应用潜力。
2013-12-05 physics.atom-ph
Optical pumping of alkali-metal vapor in the quasi-high-pressure regime
Beijing Computational Science Research Center（北京计算科学研究中心）
本文研究了在准高压条件下碱金属蒸气的光学泵浦，提出了一种统一的理论框架，揭示了碰撞展宽与基态超精细分裂相比时光学泵浦特性变化，为原子磁力计在实际缓冲气体压力下的应用提供指导。
2026-09-10 physics.atom-ph quant-ph
Spatio-spectral vector light created by optical activity in rubidium vapor
University of Glasgow（格拉斯哥大学）；Fraunhofer UK Research Ltd.（弗劳恩霍夫英国研究有限公司）；Physikalisch-Technische Bundesanstalt（德国联邦物理技术研究院）；Technische Universität Braunschweig（布伦瑞克工业大学）
通过光学泵浦和矢量涡旋光束探测原子蒸气，研究光学活性在频率、偏振和空间自由度之间的关联，并实现高精度光谱学和磁强计的应用。
2026-09-29 physics.atom-ph
Atomic magnetometry using a metasurface polarizing beamsplitter in silicon on sapphire
本文首次将蓝宝石上硅超表面偏振分束器用于铷原子磁力测量，实现亚纳特斯拉灵敏度，为小型化高灵敏原子传感器奠定基础。
2024-04-02 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Total-field atomic magnetometry using an elliptically-polarized frequency-modulated light beam for geomagnetic-field applications
Institute of Laser Physics SB RAS（俄罗斯科学院西伯利亚分院激光物理研究所）；Ioffe Institute RAS（俄罗斯科学院约费研究所）
本研究提出一种基于椭圆偏振频率调制光束的Bell-Bloom全光学方案，实现地磁场尺度高灵敏度总场测量，在50微特斯拉下灵敏度达220 fT/√Hz，且结构简单、易于小型化。
2026-10-07 physics.atom-ph
Second-order correlations in directed emissions in sodium atoms
本研究测量了钠原子在双色激发下定向红外发射的二阶强度关联g⁽²⁾(τ)，发现其g⁽²⁾(0)超1且低于热光极限2，揭示发射源于相位匹配协同过程，为钠基光源应用提供关键统计特性依据。
2025-11-15 physics.atom-ph
Electron Beam Characterization via Quantum Coherent Optical Magnetometry
本文提出利用铷原子蒸气中的量子相干光学磁测量，通过激光偏振旋转重建磁场二维投影，从而非侵入式确定电子束的位置、尺寸和电流。
2024-12-03 physics.atom-ph quant-ph
Efficient optical pumping of alkaline atoms for evanescent fields at dielectric-vapor interfaces
实验研究了介质-汽相界面处的倏逝电磁场对铷原子的超精细光抽运。利用直角棱镜与蒸气池相结合，在全内反射的条件下，利用倏逝波激发，研究了纳米尺度下光与原子的相互作用。一个有效的超精细光泵浦，导致探测的倏逝波信号的吸收完全抑制，观察时，泵浦激光束被发送在正常入射到界面。相反，当泵浦和探测光束在集成棱镜-蒸气室中共同传播时，没有观察到光学泵浦的明显证据。实验结果得到了基于四能级结构的光学布洛赫方程的详细模型的支持。在纳米尺度上获得的片上高效光泵浦被认为是寻求诸如光开关、磁力测量和量子存储器等应用的重要一步。
2018-12-20 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Nonlinear magnetoelectric effect in atomic vapor
磁电（ME）效应是指介质中电场和磁场之间的耦合，导致由磁场引起的电极化的强度和由电场引起的磁化。由于在自旋电子学器件、存储器和磁传感器的制造中的应用，某些磁电材料如多铁性材料中的线性ME效应一直是人们极大的兴趣。然而，目前对非线性电磁效应的研究主要集中在手性材料中二次谐波的研究上。本文报道了热原子蒸气中电场和射频磁场的非线性波现象，这是介质中高阶非线性ME效应的结果。通过与系统的密度矩阵计算结果的比较，解释了实验结果。我们还通过实验验证了预期的依赖性的产生的场的幅度上的RF场的大小作为磁电效应的证据。这项研究可以打开的可能性，由于其在较大的动态范围和任意频率分辨率方面的优势，精密射频磁力测量。
2021-03-15 physics.atom-ph physics.optics
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
A chip-scale atomic beam source for non-classical light
本研究将芯片级铷原子束源与高精细度腔量子电动力学系统集成，成功产生非经典光，为分布式非经典光源开辟新途径，并为提升芯片级磁力计和原子钟性能奠定基础。
2025-05-30 physics.atom-ph quant-ph
Electromagnetically Induced Transparency (EIT) Amplitude Noise Spectroscopy
从Hanle配置中的原子蒸气室出射的光的偏振本征态的强度噪声互相关允许使用自由运行的半导体激光器执行高分辨率光谱。这种方法已经显示出作为一种廉价的，更简单的方法，磁力和计时的承诺，并作为一个探针的动力学的原子相干性在温暖的蒸汽细胞。我们报告说，不同的后细胞极化状态的基础上产生的强度噪声光谱，更完全地探测准备的原子状态。我们提出并测试的假设，所观察到的强度噪声可以解释在光场振幅本身的一个潜在的随机过程。理解光场振幅本身的这种随机过程提供了对EIT噪声的简单原子量子光学模型的新测试。
2018-06-04 physics.atom-ph physics.optics
Magnetically Induced Transparency-Absorption and Normal-Anomalous Dispersion Characteristics of ${}^{87}\text{Rb}$ Medium or Any J-Type Configuration Atomic Vapors Subject to a Vector Magnetic Field and a Weak Resonant Pump
Alikhanyan National Laboratory (Yerevan Physics Institute)（阿利哈尼扬国家实验室（耶烈万物理研究所））；Institute for Physical Research, Armenian National Academy of Sciences（亚美尼亚国家科学院物理研究所）
本研究通过分析${}^{87}\text{Rb}$介质或J型原子蒸气在矢量磁场和弱共振泵作用下的MITA/MINAD特性，揭示了频率依赖的透明吸收与正常异常色散现象，为高精度磁力计和光子功能优化提供理论支持。
2026-01-18 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Reconfigurable circular polarization medium frequency atomic receiver using magneto-electric effect
本研究将碱金属原子蒸气的非线性磁电效应应用于中频磁场圆基矢投影测量，实现500:1消光比，提出表征射频磁场椭圆率的高灵敏度技术，并演示二进制相移键控射频磁场到光强调制的转换，构建多功能中频通信原子接收器。
2024-08-19 physics.atom-ph quant-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
Remote sensing of geomagnetic fields and atomic collisions in the mesosphere
磁场传感有助于板块构造理论的形成，有助于发现和绘制地球地下结构图，有助于研究其他行星的磁性。填补了空间和近地观测之间的空白，我们展示了一种新的方法，用于在85-100公里高度的地磁场的远程测量。该方法包括用强度调制激光束在上层中间层中对钠原子进行光泵浦，并在拉莫尔旋进频率下驱动钠原子自旋时同时对所产生的磁光共振进行地面观测。实验是在拉帕尔马（加那利群岛）的Roque de Los Muchachos天文台进行的，我们在那里验证了这项技术，并远程测量了钠的拉莫尔进动频率为260.4（1）kHz，对应于0.3720（1）G的中间层磁场。在良好的大气条件下，我们证明了0.28 mG/ $\sqrt{\text{Hz}}$的磁力测量精度水平。此外，这些观测使我们能够描述中间层中各种原子碰撞过程的特征。对中间层磁场的远程探测具有潜在的应用，例如绘制岩石圈大尺度磁结构图和研究电离层电流波动。
2018-02-09 astro-ph.IM physics.ao-ph physics.atom-ph
Low-cost demonstration of the Zeeman effect: From qualitative observation to quantitative experiments
School of Physics and Astronomy, Beijing Normal University（北京师范大学物理学院）；The Experimental High School Attached To Beijing Normal University（北京师范大学附属实验中学）；Graduate School of China Academy of Engineering Physics（中国工程物理研究院研究生院）
本文提出一种低成本实验方法，通过火焰和钠蒸气灯的组合，直观展示塞曼效应，并通过定量实验研究磁场强度和钠浓度的影响，为教学提供新的实验手段。
2024-08-27 physics.atom-ph physics.ed-ph physics.ins-det
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
Quantum sensing of radiofrequency fields using cold Rydberg atoms in a super-molasses trap
DPHY, ONERA, Université Paris-Saclay（巴黎萨克雷大学）；Aquark Technologies Ltd（Aquark科技有限公司）
本研究开发了一种基于超光镊阱冷里德伯原子的无磁线圈射频量子传感平台，实现了43dB动态范围、3μV/cm分辨率等优异性能，为相关领域应用开辟了新途径。
2026-08-10 physics.atom-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
