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
Magnetic Induction Imaging with a cold-atom radio-frequency magnetometer
静态或射频\textsc{(rf)}磁场的灵敏检测对于许多基础研究和应用是必不可少的。在这里，我们演示了操作的冷原子为基础的，\textsc{rf}磁强计在执行{1-D和2-D成像}的小金属物体。它是基于一个冷的$^{85}$ Rb原子样品，并在一个无屏蔽的环境中工作，没有活跃的领域稳定。它在$5-35\, \rm{kHz}$范围带宽内显示出高达$200\, \rm{pT}/\sqrt{\rm Hz}$的灵敏度，并且可以在$0.8\, \rm{mm}$厚金属箔中分辨宽的切割$0.4\, \rm{mm}$。我们的系统的特点，使其成为一个很好的候选人在民用和工业监控的应用。
2020-10-09 physics.app-ph 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
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
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
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
Electromagnetic Induction Imaging: Signal Detection Based on Tuned-Dressed Optical Magnetometry
最近引入的调谐修饰方案使得Bell和Bloom磁力计适合于检测射频（RF）磁场的弱变化。我们设想将这种创新的检测方案应用于电磁感应成像设备中的RF原子磁力计作为替代（或者更确切地说作为补充）。
2021-07-14 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
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
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
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
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
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
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
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
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
Scanning Quantum Cryogenic Atom Microscope
局部磁场的显微成像提供了一个了解复杂的和技术相关的凝聚态材料的组织原理的窗口。然而，各种各样的有趣的强相关和拓扑非平凡的材料表现出知之甚少的现象以外的检测能力的国家的最先进的高灵敏度，高分辨率的扫描探针磁强计。我们介绍了一种量子噪声限制扫描探针磁强计，可以从室温到低温工作，具有前所未有的直流场灵敏度和微米级分辨率。扫描量子低温原子显微镜（SQCRAMscope）采用磁悬浮原子玻色-爱因斯坦凝聚体（BEC），从而提供对传导和黑体辐射加热的免疫力。它的场灵敏度为1.4 nT/分辨率限制点（$\sim$ 2 $μ$ m），或占空比为6 nT/ $\sqrt{\text{Hz}}$/点。与逐点传感器相比，BEC的长长度提供了自然的平行测量，允许在与逐点扫描仪顺序测量这些点相同的时间内，以600 pT $/\sqrt{\text{Hz}}$的有效场灵敏度测量近100个点。此外，它具有300 pT的本底噪声，并提供了近两个数量级的磁通量灵敏度的改善（下降到$10^{-6}$ $Φ_0/\sqrt{\text{Hz}}$）比以前的原子探针磁强计能够扫描附近的样品。这些能力，第一次，仔细基准成像磁场所产生的微加工线图案，在一个系统中，样品可以扫描，低温冷却，并很容易交换。SQCRAMscope将提供非常规超导体和拓扑非平凡材料在室温至4 K温度下的电荷输运图像。
2017-03-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.quant-gas
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
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
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
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
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
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
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
Towards a mechanical MPI scanner based on atomic magnetometry
我们报告我们的进展，在发展中的原子磁力计（AM）为基础的低频磁粒子成像（MPI）扫描仪，预计将从特定吸收率（SAR）和外周神经刺激（PNS）的限制。由于特定的AM特性，我们解决了线圈和传感器设计中的主要挑战。与我们以前的工作相比，我们已经改变了AM的操作模式，其实现用于检测弱磁性纳米粒子（MNP）的响应字段中存在的附近位于强驱动/选择字段。我们证明了在缓冲气体填充的碱蒸气室中的泵浦-探测AM方案可以耐受mT/m梯度，同时在从DC到几kHz的带宽上保持一位数pT/Hz^（1/2）范围内的灵敏度。我们给出了驱动/选择线圈的几何形状和它们的硬件实现的详细描述，其提供了与最佳性能AM操作兼容的无场线（FFL）操作。我们估计可实现的视野和空间分辨率的扫描仪，以及其灵敏度，假设机械扫描的Resovist样品通过场自由点/线。
2017-01-13 physics.atom-ph physics.bio-ph physics.ins-det
