Atomic magnetic resonance induced by amplitude-, frequency-, or polarization-modulated light
近年来，半导体激光光源已成为磁光光谱学中广泛使用的可靠工具。特别是激光驱动的原子磁力计已经得到了广泛的实际应用。最近，原子磁力计的所谓磁沉默变体已经开发出来。虽然在传统的磁力计中，原子子能级之间的磁共振跃迁是由弱振荡磁场相位相干地驱动的，但无声磁力计使用调制光束的频率（FM）或振幅（AM）的方案。在这里，我们提出了一个理论模型，产生的多个共振时发生的参数的代数表达式的振幅，频率或偏振调制光的圆偏振被用来驱动磁共振过渡在横向磁场。在透射光的拉莫尔频率ω_L的谐波m处的透射光强度中观察到的共振的相对幅度（通过调制频率ω_mod的谐波q处的DC或相敏检测）用调制函数的傅里叶系数表示。我们的方法是基于原子的多极矩表示，是有效的自旋取向的原子态与任意角动量F在低光功率限制。我们发现很好的定量协议与实验案例研究使用（方波）调幅（AM）光。
2013-05-28 physics.atom-ph
An optically modulated zero-field atomic magnetometer with suppressed spin-exchange broadening
我们展示了一个光泵$^{87}$ Rb磁强计在一个微制造的蒸汽细胞的基础上产生的零场色散共振的$^{87}$ Rb基态能级的光调制。磁力计在自旋交换弛豫自由制度，可以实现高磁场灵敏度。该器件可用于需要基于阵列的磁力计的应用，其中射频磁场可在相邻传感器之间引起串扰或影响被测量的磁场的源。
2014-04-01 physics.atom-ph physics.ins-det
Improving Sensitivity of an Amplitude-Modulated Magneto-Optical Atomic Magnetometer using Squeezed Light
本研究利用偏振自旋转产生的压缩光作为探测场，结合拉莫尔频率调幅的独立泵浦，实验证实调幅磁光原子磁强计的灵敏度可提升15%，验证了调制原子磁强计的量子增强效应。
2022-07-26 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Satellite-assisted laser magnetometry with mesospheric sodium
磁场传感提供了对各种地球物理现象，如大气电流，地壳磁性和海洋环流的重要见解。本文提出了一种利用中间层钠和辅助卫星遥感探测磁场的方法。中间层的钠原子被地面激光束光学泵浦。利用星载探测器测量钠原子对探测激光束偏振的磁光旋转。这种灵敏的磁力测量方法得益于直接探测激光光子，并通过探测无法到达的高层大气高度的磁场，补充了现有的空间和航空技术。
2021-11-02 physics.atom-ph
Nonlinear magneto-optical rotation with modulated light in tilted magnetic fields
利用非线性磁光旋转（NMOR）技术研究反弛豫涂层细胞中激光偏振原子的拉莫尔旋进，是新一代超灵敏原子磁力计的一项重要技术。对于沿光传播方向定向的磁场，当线性偏振光以拉莫尔频率的两倍进行频率或振幅调制时，NMOR中出现共振。因为这些共振的频率取决于磁场的大小而不是方向，所以它们对于标量磁力测量是有用的。当磁场在由光传播和偏振矢量限定的平面中远离光传播方向倾斜时，在拉莫尔频率处出现新的NMOR共振。这些新的共振，实验研究和密度矩阵计算在本工作中，提供了一个方便的方法，基于NMOR矢量磁力。
2006-07-01 physics.atom-ph physics.optics
Pump-probe nonlinear magneto-optical rotation with frequency modulated light
塞曼子能级之间的特定类型的原子相干性可以使用基于频率调制光的非线性磁光旋转的方法来产生和检测。采用线性偏振的频率调制光来选择性地产生塞曼子能级之间的基态相干性，对于塞曼子能级，在$^{85}$ Rb和$^{87}$ Rb原子中的$Δm=2$和$Δm=4$，以及在$^{85}$ Rb中的另外的$Δm=6$。用一束单独的、未经调制的探测光束探测原子相干态。抽运光束和探测光束的分离使得能够独立地研究原子相干态的产生和检测过程。用本方法观察到了塞曼相干态（包括高阶相干态）通过自发发射从激发态向基态的转移。
2006-03-06 physics.atom-ph physics.optics
Stand-off magnetometry with directional emission from sodium vapors
间隔磁场测量允许在一定距离处测量磁场，并且可以用于地球物理研究、危险环境监测和安全应用。基于原子或分子的共振散射的远离磁场测量通常受到检测到的光的稀缺量的限制。如果激发态原子发出的光以定向方式向激发光源传播，情况将得到显著改善。在这里，我们证明，这是可能的，通过无反射镜激光。在一个桌面实验中，我们通过测量后向光来探测基态钠自旋在磁场影响下的自由旋进信号。这种方法能够在地球磁场范围内进行标量磁力测量，可以扩展到长基线传感。
2021-03-12 physics.atom-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
Magnetometric sensitivity optimization for nonlinear optical rotation with frequency-modulated light: rubidium D2 line
处于基态的碱原子的原子自旋极化可以在与石蜡涂层细胞壁的数千次碰撞中幸存下来。由此产生的长自旋弛豫时间实现抽真空，石蜡涂层的细胞，使原子自旋进动和基态塞曼子能级的能量位移的精确测量。在本工作中，非线性磁光旋转频率调制光（FM NMOR）被用来测量磁场诱导的自旋旋进的铷原子中的石蜡涂层的细胞。本文研究了铷D2线调频NMOR的磁敏灵敏度随光功率、失谐量、调频幅度和铷蒸气密度的变化。对于温度T ~ 35 ℃的5 cm直径电池，发现最佳散粒噪声投影磁力灵敏度为2 x 10^{-11} G/Hz^{1/2}（对应于对自旋进动频率的灵敏度为~ 10 microHz/Hz^{1/2}或对塞曼次能级位移的灵敏度为~ 4 x 10^{-20} eV/Hz^{1/2}）。
2009-07-04 physics.atom-ph physics.optics
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
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
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
Light-shift-free and dead-zone-free atomic orientation based scalar magnetometry using a single amplitude-modulated beam
光频移引起的探测盲区和航向误差是光泵标量磁测量中的两个重要问题。我们介绍了一种基于原子取向的单束磁强计方案，同时解决这些问题，使用极化反转和路径弯曲的赫里奥特腔。这里，反射镜插入到腔中，使光路在中间弯曲，并将它们分成两个分离的正交区域，以避免检测死区。此外，在每个光学区域的中心添加半波片，使得光偏振在每次通过波片时翻转，并且光偏移效应在空间上被平均。这种操作被证明可以消除由交流光偏移引起的未被注意的航向误差。该方法具有较强的鲁棒性，易于在其它原子器件中推广应用。
2022-05-17 physics.atom-ph physics.ins-det physics.optics
Magnetometry with Mesospheric Sodium
在几百公里长度尺度上测量磁场对于各种地球物理应用（包括地壳磁性测绘和海洋环流测量）是重要的，然而用于这种测量的可用技术非常昂贵或精度有限。我们提出了一个计划，远程探测磁场使用自然发生的原子钠丰富的中间层和现有的高功率激光器的激光导星应用程序。该方案大大降低了成本，为大规模磁测任务开辟了道路。
2009-12-22 physics.ao-ph physics.atom-ph physics.geo-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
Tailoring quantum superpositions with linearly polarized amplitude-modulated light
振幅调制非线性磁光旋转是一种强有力的技术，它提供了可控地产生给定量子态的可能性。在本文中，我们演示了特定的基态磁子级叠加在$^{87}$ Rb的创建和检测。通过调制频率和磁场感应的适当调谐，控制给定相干生成的效率。对不同的实验参数下的过程进行了分析。
2010-12-20 physics.atom-ph physics.optics
Radio Frequency Magneto-Optical Trapping of CaF with High Density
我们证明了显着改善磁光捕获的分子使用一个非常缓慢的低温光束源和RF调制和DC磁场。RF MOT将$1.1(3) \times 10^5$ CaF分子限制在$4(1) \times 10^6$ cm $^{-3}$的密度下，这比先前的分子MOT大一个数量级。获得了接近多普勒极限温度的$340(20)$ $μ$ K。所达到的密度使得未来的工作能够直接加载光镊并创建用于量子模拟的光学阵列。
2017-05-29 physics.atom-ph
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
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
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
Robust, High-speed, All-Optical Atomic Magnetometer
本文介绍了一种基于非线性磁光旋转效应的自振荡磁强计，它采用独立调制的泵浦光和未调制的探测光。该设备拥有超过$1\khz$的带宽。泵浦和探测均采用光纤传输，便于小型化和模块化。磁力计已与垂直腔面发射激光器（VCSEL），这是非常适合便携式应用，并与传统的边缘发射二极管激光器。对于$1\s$的测量时间，实现了大约$3 {\rm nG}$的灵敏度。
2006-09-06 physics.atom-ph physics.ins-det
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
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
Nonlinear magneto-optical rotation with parametric resonance
本文报道了在调制磁场和连续波（CW）激光照射下铷蒸气的非线性磁光旋转（NMOR）现象。通过叠加调制和静态（DC）磁场，我们证明了在小和大（相比于基态弛豫率）值的静态场的共振的外观。由于在传统的NMOR中，在高场下没有旋转，这表明存在一种新的机制，在所考虑的情况下产生各向异性，我们确定为参数共振。实验中使用的光的小椭圆度和旋转信号显着增强相结合的原子诱导的偏振旋转与被动旋转与波片。所有的观察都得到了理论模拟的支持。密度矩阵形式主义和角动量概率表面被用来提供直观的解释所观察到的信号。
2019-07-29 physics.atom-ph
Nanotesla-level, shield-less, field-compensation-free, wave-mixing-enhanced body-temperature atomic magnetometry for biomagnetism
我们报告了一种光学非弹性波混合增强原子磁力测量技术，该技术在与人体兼容的温度下，无需磁屏蔽、零场补偿或高频调制锁相光谱，即可实现nT级磁场检测。使用高斯磁脉冲，模仿瞬态磁场产生的动作电位对青蛙的神经，我们证明了超过300,000倍（550倍）的增强磁光旋转信号功率谱密度（功率振幅）比传统的单束$Λ-$计划原子磁力测量方法。这种新技术可能会带来极其敏感的磁场成像的生物系统，通过光纤在临床环境中访问的可能性。
2018-04-22 physics.atom-ph quant-ph
Single-beam all-optical non-zero field magnetometric sensor for magnetoencephalography applications
Ioffe Institute, Russian Academy of Sciences（俄罗斯科学院列别捷夫物理研究所）
本文提出一种利用单光束时间调制椭圆度测量磁场的方法，简化了Bell-Bloom磁度计方案，无需射频场，适用于脑磁图复杂任务。
2021-03-15 physics.atom-ph physics.med-ph physics.optics
Modeling an optical magnetometer with electronic circuits - Analysis and optimization
光学磁力计目前能够实现低于1 fT/Hz ^[1/2]的磁力灵敏度。虽然这样的灵敏度通常是获得超低场测量，一组光学磁力计允许在更宽的动态范围内检测的领域，而不会显着妥协的灵敏度。这种设备的一个特定示例是利用调幅非线性磁光旋转的磁力计。它能够通过检测穿过经受磁场的介质的光的偏振状态来测量磁场。本文阐述了这种磁强计的电子电路模拟。它的操作与电子电路设计软件，它允许研究的“磁力计”的性能作为各种参数的函数进行了研究。演示了磁力计的自动操作和自动跟踪“磁场“的能力。与磁强计在一个调查的安排得到的实验结果进行了验证的模拟。
2012-05-05 physics.atom-ph physics.ins-det
Herriott-cavity-assisted all-optical atomic vector magnetometer
本文报道了一种在铷原子蒸气室中使用双Bell-Bloom光抽运光束的全光原子矢量磁强计。该矢量磁强计由两个正交的光泵浦光束组成，分别在$^{85}$ Rb和$^{87}$ Rb Larmor频率处进行幅度调制。我们同时检测由这两个泵浦光激发的原子信号使用一个单一的探测光束在第三方向，并提取场的方向信息使用调制的原子信号和驱动光束之间的相位延迟。通过在气室内部增加一个赫里奥特腔，我们提高了磁强计的灵敏度。在100~ 500 mG的磁场范围内研究了该矢量磁力仪的性能，在10 Hz以上的磁场角灵敏度优于10 $μ$ rad/Hz $^{1/2}$。
2020-05-22 physics.atom-ph physics.ins-det
Subpicotesla Scalar Atomic Magnetometer with a Microfabricated Cell
我们展示了一个标量原子磁力计使用微制造的铯蒸气细胞。原子的自旋进动是由一个振幅调制的圆偏振泵浦激光共振在Cs原子的D1跃迁和检测的非共振线偏振探测激光使用平衡偏振仪设置。在幅度在地球磁场范围内的磁场下，梯度计模式下的磁力计可以达到低于150 fT/rt-Hz的灵敏度，这表明磁力计本身可以实现低于100 fT/rt-Hz的灵敏度。除了其高灵敏度外，由于小蒸汽室内部的宽磁共振，磁力计具有接近1 kHz的带宽。我们的实验表明，一个便携式，低功耗和高性能的磁强计，可以在地球的磁场工作的可行性。这种装置将大大减少对操作环境的限制，扩大原子磁力仪的应用范围，如在低磁场中检测核磁共振（NMR）。
2019-10-04 physics.app-ph physics.atom-ph
Sensitive optical atomic magnetometer based on nonlinear magneto-optical rotation
为了实现磁异常的航空探测，研制了一种基于非线性磁光旋转的87 Rb调幅泵浦光和未调制探测光（AM-NMOR）自振荡磁力仪。在AM-NMOR中，通过泵浦光束的振幅调制的频闪光学泵浦产生铷原子的基态电子态的对准。拉莫尔旋进导致单独的探测光束的偏振的交流旋转;偏振旋转频率提供了磁场的测量。原子蒸气室壁上的抗弛豫涂层导致对准的56 ms的长寿命，这使得能够精确测量进动频率。光通过保偏光纤传送到磁力计。灵敏度测试包括直接测量磁力计和商用仪器之间的拍频，以及在磁静条件下测量地球磁场，表明灵敏度至少为5 pT/ \sqrt{Hz}。旋转传感器指示小于1 nT的航向误差，其部分受到传感器的剩磁的限制。
2010-03-07 physics.atom-ph physics.ins-det
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
