Electromagnetic induction imaging with a radio-frequency atomic magnetometer
我们报告了一个紧凑的，可调的，可扩展到大阵列成像设备，基于射频光泵原子磁力计磁感应断层扫描模式。导电物体的成像在室温下、在无屏蔽的环境中并且在没有背景减除的情况下执行。目标物体的电导率图不仅在形状重建方面表现出优异的性能，而且还展示了亚毫米级裂纹和导电屏障渗透的检测。这里介绍的结果表明，未来一代的成像仪器，结合磁感应断层扫描和原子磁力计的无与伦比的性能的潜力。
2016-03-10 physics.atom-ph physics.ins-det
Three axis vector atomic magnetometer utilizing polarimetric technique
介绍了利用单束椭圆偏振光与原子系统相互作用测量三轴磁场的方法。利用偏振探测结合激光频率调制和磁场调制技术，提取了与磁场方向相关的原子响应。磁强计提供了额外的关键要求，如紧凑的尺寸和大的动态范围的空间应用。此外，仅使用来自偏振计的反射信号来测量三轴磁场，因此可以容易地扩展以进行生物医学应用所需的检测器的空间阵列或/和高灵敏度场梯度测量。
2016-03-28 physics.atom-ph physics.ins-det
A sensitive and stable atomic vector magnetometer for weak field detections using double orthogonal multipass cavities
本文介绍了一种用于弱场测量的小型低温原子矢量磁力仪，它采用两个正交多程腔组成的原子室。在工作温度为75 $^\circ$ C时，三个轴向的磁场灵敏度均优于受光子噪声限制的10 Hz时的45 fT/Hz $^{1/2}$和0.1 Hz时的85 fT/Hz $^{1/2}$。该传感器在积分时间为$10^4$ s的三个轴上的测量稳定性也优于1.5 pT，即使激光频率未锁定。传感器的响应旋转的证明，这也是发展到测量原子的有效旋磁比在该传感器中的偏置场为零时。该磁力计朝着长期稳定测量和超低场校准迈出了重要一步。
2023-03-08 physics.atom-ph physics.ins-det
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
Remote detection of rotating machinery with a portable atomic magnetometer
我们演示了远程检测旋转机械，在室温下，在无屏蔽的环境中使用原子磁力计。该系统依赖于目标的交流磁特征与射频光学原子磁力计的自旋极化旋进原子蒸气的耦合。旋转设备或电动机的交流磁特征在原子传感器的功率谱中表现为边带，可以对其进行调谐以避免干扰检测的噪声带。一个便携式装置的实施和实验测试。使用模拟可能应用的测试目标进行概念验证研究，并确定最佳检测的操作条件。我们的仪器提供了与商业磁通门相当或更好的性能，并允许检测墙后的旋转机械。这些结果证明了超灵敏设备用于远程工业和使用监控、安全和监视的潜力。
2017-01-19 physics.atom-ph physics.ins-det
Eddy current imaging with an atomic radio-frequency magnetometer
我们使用一个射频$^{85}$ Rb碱蒸汽细胞磁强计的基础上，石蜡涂层的细胞与长的自旋相干时间和一个小的，低电感的驱动线圈，以创建不同对象的高分辨率电导率地图。我们解决了导电物体中的亚毫米特征，我们表征了我们技术的频率响应，通过在高达250 kHz的频率下工作，我们能够根据感应响应区分不同的导电材料。该方法适用于覆盖宽范围的驱动频率，并且可以潜在地用于检测具有低DC电导率的非金属物体。
2016-03-16 physics.atom-ph physics.ins-det
A non-scanning atomic magnetometer based on coherent population trapping
本文介绍了一种基于相干布居俘获（CPT）的原子磁力计的工作原理，它不需要任何射频扫描。采用一种混合的方法，包括偏振旋转和定制的传输由于CPT状态，同时作为原子频标以及原子磁力计的设备的操作进行了研究。通过利用磁场辅助同步射频扫描的固有选项，可以进一步提高磁力计灵敏度。
2013-03-22 physics.atom-ph
Magnetic induction measurements using an all-optical $^{87}$Rb atomic magnetometer
在这项工作中，我们提出，并实验证明，使用自振荡全光学原子磁力计的磁感应测量。鉴于原子磁力计的小型化潜力及其极高的灵敏度，目前的工作表明，原子磁力计可能在磁感应断层成像仪器的发展中发挥关键作用。
2013-09-20 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
Microtesla NMR J-coupling spectroscopy with an unshielded atomic magnetometer
我们目前的实验数据和理论解释的NMR光谱的远程磁化样品，在一个非屏蔽的环境中检测到的差分原子磁力计。测量是在一个超低场在中间制度，其中的J-耦合和塞曼能量具有可比的值，并产生相当复杂的线集，这是令人满意的解释。
2016-01-07 physics.atom-ph physics.chem-ph physics.ins-det
Single-beam double-pass miniaturized atomic magnetometer for bio-magnetic imaging systems
小型化原子磁力计，特别是自旋交换弛豫自由原子磁力计，已经出现在临床成像应用，如心磁图和脑磁图。小型化、便携性和低成本是生物磁成像技术的主要发展目标，以及高灵敏度和空间和时间分辨率。在本文中，我们提出了一种低成本的解决方案，生物磁成像系统的基础上，原子磁力计，其中一个激光源是用于多通道原子磁力计传感器阵列。提出了一种基于光纤环行器的单光束双程结构的小型化无自旋交换弛豫原子磁力计的新设计。研究了温度和激光功率对零场磁共振谱线宽度的影响，实验结果表明，与传统的单光束单通结构相比，本设计具有更好的性能。噪声功率谱表明，闭环小型化原子磁力计在10 Hz的带宽下达到约120 fT/Hz $^{1/2}$的灵敏度。该设计特别适合于作为低成本生物磁成像系统的基本构建元件的以阵列形式操作的原子磁力计。
2022-04-27 physics.atom-ph
All-Optical Vector Atomic Magnetometer
我们展示了一个全光磁强计能够测量的大小和方向的磁场利用非线性磁光旋转的铯蒸气。通过沿正交轴的场的有效调制和随后的磁共振频率的解调来增加矢量能力。这种调制由圆偏振激光束引起的AC斯塔克位移提供。该传感器在测量场幅值时表现出50 fT/Hz ^（1/2）的均方根本底噪声，在场方向上表现出0.5 mrad/Hz ^（1/2）的均方根本底噪声;消除技术噪声将使这些灵敏度分别提高到1/2 fT/Hz ^（1/2）和5 mrad/Hz ^（1/2）。精确的全光矢量磁力计的应用将包括磁敏感的基础物理实验，如寻找中子的永久电偶极矩。
2014-03-28 physics.atom-ph physics.ins-det
Anatomical MRI with an atomic magnetometer
超低场（ULF）MRI是用于廉价医学成像的有前途的方法，其具有优于常规仪器的各种额外优点，诸如低重量、低功率、便携性、不存在来自金属的伪影以及高对比度。利用SQUID已经成功地实现了解剖学ULF MRI，但是SQUID具有需要冷冻剂的缺点。原子磁力计具有与SQUID相当的灵敏度，原则上可用于ULF MRI以取代SQUID。不幸的是，由于原子磁力计对磁场和梯度的敏感性，存在一些问题。在低频时，噪声也很大，需要屏蔽室来提高灵敏度。在本文中，我们表明，在85 kHz，原子磁力计可以用来获得解剖图像。这是第一次演示使用原子磁力计进行解剖MRI。在SNR为10的情况下，在大约六分钟的采集时间内，所展示的分辨率为1.1x1.4 mm2。讨论了该方法的一些应用。通过几种措施，还可以提高灵敏度以达到1x1 mm2的分辨率，这在医学成像中是典型的。
2012-12-20 physics.atom-ph physics.ins-det physics.med-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
Nuclear spin gyroscope based on an atomic co-magnetometer
我们描述了一种基于碱金属-稀有气体共磁强计的核自旋陀螺仪。光学泵浦的碱金属蒸气被用来激发惰性气体原子并检测它们的陀螺旋进。由于磁场以及它们的梯度和瞬态的自旋旋进可以在这种布置中被消除。通过在自旋交换弛豫自由（SERF）制度中使用高密度碱金属蒸气来增强灵敏度。用K-3 He共磁强计，我们证明旋转灵敏度为5 × 10^（-7）rad/sec/Hz^（1/2）。由于21 Ne的磁矩较小，使用21 Ne可以将旋转信号增加10倍，并且对于具有10 cm ^3测量体积的21 Ne陀螺仪，基本旋转灵敏度极限约为2 × 10^（-10）rad/sec/Hz^（1/2）。
2005-05-12 physics.atom-ph physics.ins-det
Magnetocardiography with a modular spin-exchange relaxation free atomic magnetometer array
我们提出了一个便携式四通道原子磁力计阵列工作在自旋交换弛豫自由制度。磁力计阵列具有几个设计特征，旨在最大限度地提高其对生物磁测量的适用性，特别是胎儿心磁图，例如紧凑的模块化设计和光纤耦合激光器。模块化设计允许每个磁力计的独立定位和定向，原则上允许非平面阵列几何形状。在磁屏蔽室中使用该阵列，我们获得成人心磁图。这些测量采用6-11 fT Hz^（-1/2）单通道基线灵敏度进行，该灵敏度与磁屏蔽室的独立测量噪声水平一致。
2011-10-03 physics.atom-ph physics.ins-det physics.med-ph
Non-destructive structural imaging of steelwork with atomic magnetometers
我们展示了铁磁性碳钢样品的成像，我们检测到他们的配置文件的灵敏度为0.1毫米，使用铯射频原子磁力计的变薄。在室温下，在磁性非屏蔽环境中获得图像。通过使用设置的专用布置和背景场的主动补偿，由样品的磁化产生的磁干扰被补偿。还提供了在存在隐蔽导电屏障的情况下进行非破坏性结构评估的概念验证演示。设想了在不中断业务的情况下对钢结构检查以及健康和使用情况监测的相关影响，从建筑焊接到管道检查和能源部门绝缘下的腐蚀，工业都将直接受益。
2018-08-09 physics.atom-ph physics.ins-det
Ultra-high sensitivity magnetic field and magnetization measurements with an atomic magnetometer
本文描述了一种基于光泵钾原子的无自旋交换弛豫（SERF）超灵敏原子磁力计。我们证明了磁场灵敏度为160 aT/Hz $^{1/2}$的梯度计安排与测量体积为0.45厘米$^3$和能量分辨率每单位时间的$44 \hbar$。作为由这种磁力计实现的新应用的例子，我们描述了作为温度的函数的弱残余岩石磁化的测量，其灵敏度为10 $^{-10}$ emu/cm $^3$ /Hz $^{1/2}$的量级，温度高达420 $^\circ$ C。
2009-10-12 physics.atom-ph physics.geo-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
Single-beam room-temperature atomic magnetometer with large bandwidth and dynamic range
本文介绍了一种在室温下测量交流磁场的单束原子磁力计。磁强计在$^{85}$ Rb原子蒸气的磁光旋转的非线性区域中起作用。我们证明了$\sim 0.9$ pT $/ \sqrt{Hz}$在2 kHz和24 kHz的大带宽下的灵敏度。测量的动态范围为$10^6$，使传感器即使在地球磁场中也有效。我们提出了屏蔽和非屏蔽操作模式的系统的信噪比和带宽特性。此外，我们还对单光束结构的原子-光系统进行了理论分析。从理论和实验上研究了光强和失谐对磁强计的影响，以了解该技术的优势和局限性。
2022-09-09 physics.atom-ph physics.ins-det physics.optics
Electromagnetic induction imaging with atomic magnetometers: unlocking the low-conductivity regime
利用原子磁力计的电磁感应成像已经揭示了从安全筛选到材料表征的前所未有的成像领域。然而，低电导率标本的应用程序-最显着的生物医学成像-需要灵敏度，稳定性和可调谐性只有推测到目前为止。在这里，我们展示了非接触式和非侵入式成像低至50 S/m，使用50 fT/Hz的$^{-1/2}$ $^{87}$ Rb射频原子磁力计在无屏蔽环境和接近室温下工作。用近共振成像方法获得测试对象的二维图像，该方法将相位噪声降低了172倍，投影灵敏度为1 S/m。我们的研究结果，以前的成像演示超过三个数量级的改进，推动电磁成像与原子磁力计的半导体，绝缘体和生物组织的兴趣区域。
2019-08-30 cond-mat.mtrl-sci physics.atom-ph physics.ins-det
Diffusive Suppression of AC-Stark Shifts in Atomic Magnetometers
在原子磁力计中，与圆偏振光相关联的矢量AC斯塔克位移产生空间变化的有效磁场，其限制磁力计响应并用作噪声源。我们描述了一个方案，从而光学泵浦的磁强计细胞的一个小的子体积，并依赖于扩散来传输极化原子允许磁强计以最小的灵敏度的AC-斯塔克场进行操作。
2012-12-21 physics.atom-ph physics.med-ph
Vectorial atomic magnetometer based on coherent transients of laser absorption in Rb vapor
我们在分析共振激光通过铷原子蒸气室传输的相干振荡瞬态过程的基础上，设计并测试了一台原子矢量磁力计。我们表明，在拉莫尔频率和它的第一谐波的振荡幅度有关，通过一个简单的公式来确定的磁场矢量的方向的角度。该磁强计已成功地应用于环境磁场的测量。
2014-02-22 physics.atom-ph
Sub-picotesla widely tunable atomic magnetometer operating at room-temperature in unshielded environments
我们报告的单通道铷射频原子磁力计工作在非屏蔽环境和近室温下，测量灵敏度为130 fT/ \sqrt{Hz}。我们证明了一致的，窄带宽操作在kHz - MHz频带，对应于三个数量级的磁场振幅。由反馈回路控制的补偿线圈系统主动且自动地稳定传感器周围的磁场。我们测量了一个数量级的50 Hz噪声贡献的减少。传感器的有效体积很小，仅为57 mm^3，提高了测量的空间分辨率。低温操作，没有任何磁屏蔽，加上广泛的可调谐性，低光束功率，大大扩展了我们的设备的潜在场应用范围。
2018-08-24 physics.atom-ph physics.ins-det
Characterization of polarimetric based three axis atomic magnetometer
研究了单束三轴原子磁力仪的工作原理。磁力计在存在小偏置磁场的情况下工作。并与Bloch方程的分析进行了比较。沿三个正交方向的设备的灵敏度测量在低频区，其中1/f噪声不利地影响灵敏度。利用李萨如图分析了三轴磁场测量之间的串扰和相对相移。磁力计的灵敏度在400 mHz的任何方向上都小于10 pT/sqrt（Hz）。所研究的磁力计适用于空间应用，其中装置的总体尺寸是最重要的。
2018-08-06 physics.atom-ph
Response of atomic spin-based sensors to magnetic and nonmagnetic perturbations
伪磁自旋耦合的检测需要实现能够灵敏地检测这种相互作用的技术。虽然自旋交换弛豫自由（SERF）磁力测量是最强大的方法之一，使搜索，它遭受了强磁耦合，恶化的伪磁耦合灵敏度。为了解决这个问题，在这里，我们比较，通过数值模拟，SERF磁强计和贵气碱金属共磁强计的性能，在所谓的自补偿制度。我们证明，共同磁强计允许降低对低频磁场的灵敏度，而不损失对磁耦合的灵敏度。在此基础上，我们研究了这两个系统对振荡和瞬态自旋扰动的响应。我们的模拟揭示了约5个数量级的强响应的中子伪磁耦合和约3个数量级的强响应的质子伪磁耦合的共同磁强计比那些SERF磁强计。共磁强计对磁扰动和磁扰动的不同频率响应使得能够区分这两种类型的相互作用。这概述了将共磁力计实现为用于奇异物理学搜索的光学磁力计全球网络（GNOME）的高级传感器的能力，旨在检测超轻玻色子（例如，类轴子粒子）。
2022-01-13 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
Magnetometer suitable for Earth field measurement based on transient atomic response
我们描述了一个简单的原子磁力计的发展，使用$^{87}$ Rb蒸汽适用于地球磁场监测。磁力计是基于时域确定的瞬态进动频率的原子排列周围的测量领域。在实验室对地球磁场的测量中，证明了其灵敏度为1.5 nT/ $\sqrt{Hz}$。我们讨论了决定磁力计精度和准确度的不同参数，并预测灵敏度为30 pT/ $\sqrt{Hz}$
2012-06-06 physics.atom-ph physics.geo-ph
Detection of NMR signals with a radio-frequency atomic magnetometer
我们演示了质子NMR信号的检测与射频原子磁力计调谐到62 kHz的NMR频率。原子磁力计的高频操作使其对环境磁场噪声相对不敏感。我们获得了7 fT/Hz的磁场灵敏度$^{1/2}$仅使用薄铝屏蔽。我们还推导出一个表达式的基本灵敏度限制的表面感应拾波线圈作为频率的函数，并发现原子射频磁强计本质上是更敏感的比线圈的可比大小的频率低于约50 MHz。
2006-11-06 physics.atom-ph physics.chem-ph
Theory of double resonance magnetometers based on atomic alignment
本文从理论上研究了光-射频双共振器件产生的光谱，其中共振线偏振光用于光泵浦和光探测过程。我们扩展了以前的工作，提出了代数结果是有效的原子状态与任意角动量，任意射频强度，和任意的几何形状。唯一的限制是假设光线强度较低。结果进行了讨论，鉴于其在光学磁力计中的使用。
2006-09-06 physics.atom-ph
Synchronous Optical Pumping of Quantum Revival Beats for Atomic Magnetometery
在钾原子的基态中，由于塞曼能级的非线性间隔，我们观察到了具有周期性回复的量子拍频，并通过在拉莫尔频率和回复频率处对泵浦光进行双重调制，证明了它们的同步光泵浦。我们发现，同步泵浦增加了4倍的自旋极化的程度。作为一个实际的例子，我们探讨了这种双调制技术的应用，原子磁力计工作在地磁场范围内，发现它可以提高灵敏度和减少磁场取向依赖的测量误差特有的碱金属磁力计。
2006-11-01 physics.atom-ph
Rapid Electromagnetic Induction Imaging with an Optically Raster-Scanned Atomic Magnetometer
我们提出了一种装置，以克服机械光栅扫描的限制，在电磁感应成像（EMI）技术，而不是执行一个二维光学光栅扫描的射频原子磁力计（RF-AM）的蒸汽细胞内。采用一个大的立方体87 Rb蒸气室作为RF-AM的介质，泵浦和探测光束通过声光在室内平移。所示的技术，以提供强大的和可重复的磁测量的细胞体积，并成功地解决了导电目标与EMI。光学光栅扫描消除了缓慢的机械致动的限制，并制定了快速成像程序，以40毫秒/像素的速率分辨导电目标。
2022-10-30 physics.atom-ph physics.ins-det quant-ph
Atomic-signal-based zero field finding technique for unshielded laser-pumped atomic magnetometer
本文提出了一种利用原子信号本身寻找无屏蔽激光泵浦原子磁力计零场的新方法。通过比较抽运光束经过原子蒸气室后的光密度，决定补偿磁场的移动方向和增大或减小会聚步长。在实验室50Hz噪声的限制下，在18s内就可以得到零场，收敛后的步长在x、y、z轴分别小于10nT、10nT和40nT。
2012-03-05 physics.atom-ph quant-ph
MPS and ACS with an atomic magnetometer
我们表明，一个单一的原子磁力计在磁非屏蔽环境中，可用于执行磁粒子光谱（MPS）和交流阻抗（ACS）的液体悬浮的磁性纳米粒子。我们展示了允许同时记录含有低至1 $μ$ g铁的样品的M（H）和dM/dH（H）依赖性的方法。我们的研究结果铺平了道路，原子磁力计为基础的MPI扫描仪。
2016-12-21 physics.atom-ph physics.bio-ph
A Nanosecond-Resolved Atomic Hydrogen Magnetometer
自旋极化原子系综可用于磁场的精确测量。传统的原子磁力计已经证明了高灵敏度，尽管在低检测带宽下，基本上受到原子的拉莫尔进动频率的限制。本文介绍了一种新型的原子磁力仪，它可以实现高时间分辨率的灵敏探测。该磁力计是基于监测磁场对氯化氢（HCl）快速光解产生的自旋极化氢原子的超精细相干性的影响。该方案将磁测量带宽扩展到由超精细相互作用设定的频率上限。使用HCl作为极化原子的源允许在$10^{19}$ - $10^{20} cm^{-3}$范围内的大自旋密度，比用常规碱原子磁力计实现的自旋密度高许多个数量级。小于100 μm的自旋投影噪声限制磁力计可以以纳秒时间分辨率检测低至1 nT的磁场。这种新型磁强计为超快磁场的精确测量开辟了新的可能性，并在生物学，表面科学和化学中应用。
2021-04-29 physics.app-ph 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
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
The Bell-Bloom-type optically-pumped FID Rubidium atomic magnetometer with a multi-passing probe beam and two counter-propagating pump beams
State Key Laboratory of Quantum Optics Technologies and Devices, and Institute of Optoelectronics, Shanxi University（山西大学量子光学器件与量子光学技术国家重点实验室及光电研究所）；School of Physics and Electronic Engineering, Shanxi University（山西大学物理电子工程学院）；Collaborative Innovation Center of Extreme Optics, Shanxi University（山西大学极端光学协同创新中心）
本文提出一种集成正交极化反向传播泵光和多程探测的贝尔-布卢姆型铷FID磁强计，通过均质原子自旋极化分布和抑制光移及功率展宽效应，提升磁感应强度测量精度和灵敏度。
2026-04-03 physics.atom-ph
How to build a magnetometer with thermal atomic vapor: A tutorial
本文旨在作为一个循序渐进的指导光泵磁力计的基础上碱原子蒸气细胞。首先，我们一般介绍原子磁光响应，以及预期的磁强计性能优点，以及它们是如何受到主要噪声源的影响。接下来是对不同磁强计实现的简要比较和当前研究的概述，旨在帮助读者确定最适合特定应用的磁强计类型。接下来，我们讨论一些实际的考虑，实验实现，使用的情况下，$M_z$磁强计的设计过程的一个例子。最后，一个互动的工作簿与真正的磁力计数据提供说明磁力计性能分析。
2023-01-20 physics.app-ph physics.atom-ph quant-ph
Sub-femtotesla scalar atomic magnetometer using multipass cells
标量原子磁力计有许多吸引人的特点，但它们的灵敏度一直比较差。我们描述了一个Rb标量梯度计使用两个多程光学细胞。我们使用泵浦探测测量方案来抑制自旋交换弛豫，并使用两个探测脉冲来找到自旋进动零交叉时间，分辨率为1皮秒。我们实现了0.54 fT/Hz的磁场灵敏度$^{1/2}$，这提高了一个数量级的最佳标量磁强计的灵敏度，并超过了量子限制设置的自旋交换碰撞的标量磁强计具有相同的测量体积在连续的制度。
2012-08-06 physics.atom-ph quant-ph
Can a quantum nondemolition measurement improve the sensitivity of an atomic magnetometer?
考虑了利用连续量子非破坏测量引起的自旋压缩的理想化原子磁力计的噪声特性。这种磁力计通过检测远失谐光的旋光度来测量$N$原子自旋的自旋进动。基本噪声源包括量子投影噪声和光子散粒噪声。对于比在没有光的情况下观察到的自旋弛豫时间（$τ_{\rm rel}$）除以$\sqrt{N}$短得多的测量时间，磁力计的最佳灵敏度缩放为$N^{-3/4}$，因此可以实现优于通常灵敏度缩放为$N^{-1/2}$的优点。然而，在较长的测量时间，优化的灵敏度缩放为$N^{-1/2}$，作为一个普通的散粒噪声限制磁强计。如果使用强压缩探测光，原则上可以在很短的测量时间内达到海森堡不确定性极限。然而，如果测量时间超过$τ_{\rm rel}/N$，则再次恢复$N^{-1/2}$缩放。
2004-07-24 physics.atom-ph
Gradiometry-free noise suppression in RF atomic magnetometers
我们证明了基于光泵射频（RF）原子磁力计的传感器的灵敏度检测到的RF磁场的偏振状态，并测量$>$ 36 dB的幅度灵敏度差异相反的圆场极化。这种灵敏度可以用于创建新的传感器，该传感器将允许信号检测，同时抑制环境噪声，而不管信号源和噪声源之间的距离，与传统的梯度测量配置相反。另外，这种传感器将是定向敏感的，因为所检测到的信号的相位被示出为取决于传感器的检测轴与到发射器的方向之间的角度。
2018-09-24 physics.atom-ph
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
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
The polarization and the fundamental sensitivity of $^{39}$K ($^{133}$Cs)-$^{85}$Rb-$^{4}$He hybrid optical pumping spin exchange relaxation free atomic magnetometers
混合光抽运无自旋交换弛豫（SERF）原子磁力计可以实现磁场和惯性的双灵敏度测量。研究了基于$^{\text{39}}$ K-$^{\text{85}}$ Rb- $^{\text{4}}$ He和$^{\text{133}}$ Cs- $^{\text{85}}$ Rb-$^{\text{4}}$ He的两种混合光抽运SERF磁强计的$^{\text{85}}$ Rb偏振特性。发现了$^{\text{85}}$ Rb的偏振态分别随缓冲气体$^{\text{4}}$ He和淬灭气体$_{\text{2}}$的数密度、抽运光的抽运速率和样品池温度的变化而变化，为磁强计的设计提供了实验指导。我们得到了散粒噪声对混合光泵SERF磁强计基本灵敏度的一般公式。该公式描述了磁强计的基本灵敏度随缓冲气体和淬灭气体的数密度、泵浦光的泵浦速率、外磁场、池有效半径、测量体积、池温度和测量时间的变化。当$^{\text{85}}$ Rb极化为$0.1116$时，PDMATHABMMPDMATHABMVPDMATHABMPDMATHABMPDMATHABMUPDMATHABMV和PDMATHABMNK- $^{\text{4}}$磁力仪的基本灵敏度在两种磁力仪之间最高.我们估计混合光泵SERF磁力仪的基本灵敏度极限优于$1.8359\times10^{-2}$ $aT/Hz^{1/2}$，高于K SERF原…
2017-07-12 physics.atom-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
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
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
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
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
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
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
Vector Measurements Using Integrated Radio Frequency Atomic Magnetometers
George Mason University（乔治梅森大学）；Twinleaf LLC（双叶有限责任公司）
本文利用一对正交偏置的集成射频原子磁力计实现三维射频磁场矢量重建，识别相位模糊死区，并在无屏蔽环境中验证了高精度重建，为便携式定向传感奠定基础。
2026-09-22 physics.app-ph physics.atom-ph
Spin Damping in an RF Atomic Magnetometer
在负反馈下，射频磁力计的品质因数Q可以降低两个数量级以上，使得极化自旋系统的任何初始扰动可以被快速阻尼，从而使磁力计为检测所需信号做好准备。我们发现，噪声也被抑制下，这样的自旋阻尼，与对应的噪声类型的特征光谱响应，因此，磁，光子拍摄，和自旋投影噪声可以明显测量。共振光子散粒噪声的抑制意味着偏振压缩光的闭环产生，而共振自旋投影噪声的抑制并不意味着自旋压缩，而只是噪声谱随Q的加宽。此外，在相敏检测期间自旋阻尼的应用以增加灵敏度带宽的方式抑制信号和噪声。我们证明了磁力计的带宽增加了三倍，同时保持0.3 fT/ \surdHz的灵敏度。
2012-07-12 physics.atom-ph
