单光束小型SERF原子磁力计光频移抑制研究

作     者：缪柯萱 胡涛 郭清乾 冯晓宇 张寅 常严 杨晓冬 

作者机构：中国科学技术大学生命科学与医学部生物医学工程学院(苏州) 中国科学院苏州生物医学工程技术研究所医学影像技术研究室 季华实验室 济南国科医工科技发展有限公司 

出 版 物：《中国激光》 (Chinese Journal of Lasers)

年 卷 期：2024年第15期

页      面：202-210页

核心收录：

学科分类：080802[工学-电力系统及其自动化] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 

基　　金：苏州市基础研究试点项目(SJC2021024) 山东省自然科学基金青年项目(ZR2022QF098) 季华实验室项目(X190131TD190) 

主　　题：医用光学 原子磁力计 无自旋交换弛豫 光频移 虚拟磁场 正交性 

摘      要：随着量子操控与光电检测技术的进步，原子磁力计作为新型量子极弱磁传感器得到了快速发展。工作在无自旋交换弛豫（SERF）状态下的原子磁力计相较于传统极弱磁探测传感器，具有无需制冷、结构紧凑、运维成本低及灵敏度高等优势，被广泛应用于诸多领域。而圆偏振抽运光频率失谐产生的光频移现象会对SERF原子磁力计的测量正交性及输出响应产生重要影响。基于自研小型单光束SERF87Rb原子磁力计，提出了一种基于非敏感轴响应分析的光频移抑制方法，精准绘制了光频移曲线，并结合光吸收曲线，分析和确定了SERF原子磁力计的中心共振频率。此外，分析发现，利用该方法对光频移进行抑制可显著降低磁力计测量轴间的耦合串扰，提升测量正交性和敏感轴输出响应，实验结果证明了该抑制方法的有效性。基于上述研究结果，进一步对比发现，抑制光频移可提升自研小型SERF原子磁力计的性能，最终灵敏度在140 Hz的带宽范围内可达13 fT·Hz-1/2，动态范围约为±3 nT。