Imaging of material defects with a radio-frequency atomic magnetometer
介绍了利用射频原子磁力仪的磁共振信号对金属板缺陷进行无损涡流检测的方法。探索了对应于缺陷的信号特征的空间分布的形状和幅度。通过比较一系列基准铝板的数值和实验结果,我们展示了一个强大的过程中确定缺陷尺寸。特别是,我们表明,所观察到的图像代表的二次场的空间分布所产生的涡流在样品中。我们还表明,所观察到的配置文件的振幅和相位对比度,使我们能够可靠地测量缺陷深度。
2018-10-16 physics.app-ph
Portable Vector NV-Diamond Magnetometer for Shot-Noise-Limited, Drift-Free Operation in Unshielded Environments
Indian Institute of Technology Bombay(印度孟买印度理工学院);Qmet Tech Foundation(Qmet科技基金会)
本文提出一种集成数字架构,通过动态差分读出、二阶导数线形跟踪和磁本征向量变换,在非屏蔽环境中实现散粒噪声极限且长期漂移抑制十倍的NV金刚石磁强计。
2026-09-15 physics.app-ph quant-ph
Magnetic Jones Vector Detection with RF Atomic Magnetometers
本文提出利用两台光泵浦原子磁力仪确定二维平面内射频磁场的绝对取向和偏振态,并将输出表示为磁琼斯矢量,可用于近场磁偶极子场景下的射频方向探测、材料响应表征及信号与噪声区分。
2023-06-07 physics.app-ph physics.atom-ph quant-ph
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
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
Pulsed Vector Atomic Magnetometer Using an Alternating Fast-Rotating Field
本文提出一种将快速旋转磁场施加于脉冲$^{87}$Rb标量原子磁力计的矢量磁力计,可同时测量总磁场和两个极角,并通过峰值改变调制技术抑制系统误差,使矢量灵敏度接近标量灵敏度。
2025-02-06 physics.app-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
Resonant Very Low- and Ultra Low Frequency Digital Signal Reception Using a Portable Atomic Magnetometer
通过衰减介质的无线电通信需要使用甚低频(VLF)和超低频(ULF)载波频带,其经常用于水下和地下通信应用。量子传感技术可用于规避对经典信号换能器的尺寸、重量和噪声基底的硬约束。在这个低频范围内,光泵原子样品可以用来检测与碱金属原子基态塞曼分裂共振的载波调制。使用一个紧凑的,自校准系统,我们展示了一个谐振原子传感器的数字数据编码使用二进制相位和频率键控的谐振载波在200 Hz-200 kHz的范围。我们目前的现场试验数据显示传感器的本底噪声,解码数据和接收的误码率,并计算使用该设备的水下通信的投影范围。
2020-03-06 physics.app-ph physics.atom-ph physics.ins-det
A measurement method of transverse light-shift in atomic spin co-magnetometer
提出了一种单轴碱金属-惰性气体同向磁力仪探测光横向光移的测量方法。通过布洛赫方程的稳态解,推导出横向补偿场与光移的关系。利用探测光强度的变化来获得剩余磁场,并通过阶跃调制实验来获得电子自旋的总自旋弛豫率和自补偿点。最后,通过优化探测光波长,使横向光移从-0.115 nT减小到-0.039 nT,同时提高了校准系数。
2021-11-29 physics.app-ph quant-ph
Prospecting for lunar Helium-3 with a radio-frequency atomic magnetometer
本文提出利用射频原子磁力仪探测热极化氦-3自旋的偶极磁场,实现对月球风化层中低至5 ppb丰度氦-3的快速、低成本勘探。
2025-06-17 physics.app-ph physics.atom-ph physics.ins-det
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
Polarisation of radio-frequency magnetic fields in magnetic induction measurements with an atomic magnetometer
本研究结合理论与实验探究射频原子磁力计对振荡磁场偏振的灵敏度,发现次级磁场分量随材料特性产生响应且射频偏振在物体表面有差异,该多分量检测能力可优化磁感应断层成像的测量策略。
2024-01-05 physics.app-ph
Spurious Ferromagnetic Remanence Detected by Hybrid Magnetometer
超低场状态下的核磁共振检测使得能够测量构成样品容器的聚合物材料中的寄生剩磁的不同分量。差分原子磁力计同时检测由容器产生的静态场和来自旋进核的随时间变化的信号。核旋进响应于容器磁化的频率偏移和衰变率变化。后者的两个组分独立地作用于原子传感器和核样品。测量信号的模型允许详细的解释,在相互作用几何的基础上。
2019-04-03 physics.app-ph physics.atom-ph physics.chem-ph
Rapid online solid-state battery diagnostics with optically pumped magnetometers
固态电池技术的动机是希望以安全和有效的方式提供灵活的电力存储。大规模生产设施中电池的使用日益广泛,突出了对快速灵敏诊断电池缺陷的需求。我们演示了使用原子磁力测量法来测量微型固态电池单元周围的磁场。这些字段编码有关电池制造缺陷、充电状态、杂质的信息,或者可以提供对老化过程的重要见解。然而,与基于SQUID的磁力测量相比,原子磁力计的可用性突出了电池质量控制和表征技术的低成本、便携式和灵活实施的可能性。
2020-10-05 physics.app-ph physics.atom-ph physics.ins-det
Portable Single-Beam Atomic Total-Field Magnetometer for Stand-off Magnetic Sensing
OAQ Co. Ltd.(OAQ有限公司);Department of Physics, Korea Advanced Institute of Science and Technology(韩国科学技术院物理系);Graduate School of Data Science, Pusan National University(釜山国立大学数据科学研究生院)
本文报道一种手持式单光束标量铷原子磁力计,采用全光学Bell-Bloom配置和数字锁定跟踪,在无屏蔽地磁场中实现约21 pT/√Hz灵敏度,并成功检测10米距离内的电梯运动磁信号。
2026-06-12 physics.app-ph physics.atom-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
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
Detection of low-conductivity objects using eddy current measurements with an optical magnetometer
在一定距离处对导电物体的检测和成像可以通过在其中感应涡电流并测量相关联的磁场来实现。我们已经检测到低电导率的对象与光学磁强计的基础上,室温铯原子蒸气和噪声消除差分技术,增加了信噪比(SNR)的三个数量级以上。我们检测了几毫升盐水的小容器,电导率范围从4-24 S/m,具有良好的SNR。这表明,我们的光学磁力计应该能够检测具有< 1 S/m的电导率的物体,SNR > 1,并为使用光学磁力计对包括人类心脏在内的低电导率生物组织进行成像开辟了新的途径,这将使心脏疾病的非侵入性诊断成为可能。
2019-05-05 physics.app-ph physics.atom-ph
Nuclear spin self compensation system for moving MEG sensing with optical pumped atomic spin co-magnetometer
记录人的脑磁图是近年来的一个热门话题,其中一个人的头部可以自由移动,因为我们记录大脑的磁场。传统上,原子磁力计用于移动MEG记录,并且大型补偿线圈系统用于背景磁场补偿。在这里,我们描述了一个新的潜在的候选人:光泵原子共磁强计(OPACM)的移动MEGs记录。在OPACM中,超极化核自旋可以产生一个磁场,屏蔽背景涨落低频磁场噪声,同时可以记录快速变化的脑磁信号。核自旋看起来像一个自动的磁场屏蔽,并动态补偿波动的背景磁场噪声。本文从理论上研究了磁场补偿,发现补偿与电子自旋磁场、核自旋磁场和保持磁场等参数密切相关。基于该模型,可以对磁场补偿进行优化。对OPACM的磁场补偿进行了实验研究,测量了OPACM对不同频率磁场的响应。结果表明,OPACM对1Hz以下的低频磁场有明显的抑制作用,对磁图频带附近的磁场频率有明显的响应。实现了$3fT/Hz^{1/2}$的磁场灵敏度。最后,我们做了一个模拟的OPACM,因为它是用于移动MEGs记录。作为比较,用于移动MEG记录的传统补偿系统是基于尺寸约为2m的线圈,而我们的补偿系统的尺寸仅为2mm。此外,我们的补偿制度可以原地运作,不会互相影响。
2022-04-22 physics.app-ph quant-ph
Benchtop magnetic shielding for benchmarking atomic magnetometers
本文研制含四个 mumetal 圆筒和九块柔性 PCB 的台式混合磁屏蔽装置,通过被动屏蔽与主动置零为超高灵敏度原子磁力计提供低噪声、低残余场的基准测试环境。
2023-03-24 physics.app-ph physics.ins-det
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
Triaxial Alignment Magnetometer Utilizing Free-Spin Precession in the Geomagnetic Range
该研究提出基于自由自旋进动的三轴取向磁力计,利用线偏振探测光与脉冲射频场在室温铷气室中实现近地磁场矢量测量,结构简单且三轴噪声分别达5.3、4.7和9.3 pT/√Hz。
2025-02-17 physics.app-ph physics.atom-ph
Precision Magnetometers for Aerospace Applications
航空航天技术对现代文明至关重要;天基基础设施支撑着天气预报、通信、地面导航和后勤、行星观测、太阳监测和其他不可或缺的能力。行星际探索--包括轨道勘测和(最近的)漫游、飞行或潜水无人驾驶飞行器--也是一个关键的科学和技术前沿,许多人认为对人类的长期生存和繁荣至关重要。所有这些航空航天应用都需要对飞行器进行可靠的控制,并能够记录物理量的高精度测量。磁力计满足这两个方面的要求,对许多任务的成功至关重要。在这篇综述论文中,我们介绍了相关的仪器及其应用。我们考虑过去和现在的磁力计,其成熟的航空航天应用,以及新兴的用途。然后,我们展望未来,回顾磁强计技术的最新进展。我们特别关注使用光学读出的磁力计,包括原子磁力计,基于金刚石量子缺陷的磁力计和光机械磁力计。这些光学磁力计提供了场灵敏度、尺寸、重量和功耗的组合,使它们能够达到现有技术无法达到的性能。这有望在从无人驾驶汽车到导航和探索等领域实现新的应用。
2021-06-30 physics.app-ph physics.space-ph
Vector Magnetometry Exploiting Phase-Geometry Effects in a Double-Resonance Alignment Magnetometer
双共振光泵磁力计具有动态范围宽、灵敏度高等优点,是无屏蔽磁场测量的理想仪器。使用线性偏振泵浦光在原子样品中产生对准,其在局部静态磁场中演变,并且由谐振施加场扰动驱动,调制透射光的偏振。我们首次表明,所观察到的第一和第二谐波分量的振幅和相位在传输的极化信号包含足够的信息来测量静态磁场的大小和方向。我们描述了一个实验室系统,这些影响的实验测量和验证所观察到的信号的理论推导。我们演示了不同静态场方向下的矢量场跟踪,并表明可以同时观察静态场幅度和方向,在最敏感的场方向上实验实现的分辨率为1.7 pT和0.63 mrad。
2018-02-26 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
Solid-State Optical Magnetometer: Next-Generation Approach to Sub-Nanotesla Magnetic Sensing
本文提出一种基于黑磷超表面的固态光学磁力计,利用线性二色性与洛伦兹力形变实现亚纳特斯拉灵敏度和矢量探测,在室温下以微瓦级功耗达到皮特斯拉精度,为低功耗微型磁场传感提供新方案。
2025-06-22 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.optics
Quantum Magnetometers for Infrastructure Inspection and Monitoring
Florida International University(佛罗里达国际大学)
本文综述了室温量子接收器平台,探讨了光泵原子磁强计和氮空位钻石磁强计在基础设施检测中的应用,强调了其在低频感应测量和近表面磁场映射中的优势。
2026-03-25 physics.app-ph physics.ins-det physics.optics
Using NV centers in diamond to detect DC to very-low frequency magnetic fields
University of Latvia(拉脱维亚大学)
利用钻石NV中心开发出高灵敏度磁强计,可实现精确单轴磁场测量,适用于电流稳定和磁通信
2025-12-30 physics.app-ph quant-ph