仪器仪表学报

作者：闫一凡，刘泽华，陆吉玺

单位：闫一凡,1.北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院北京100191； 2.北京航空航天大学大科学装置研究院北京100191,,刘泽华,1.北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院北京100191； 2.北京航空航天大学大科学装置研究院北京100191,,陆吉玺,1.北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院北京100191； 2.北京航空航天大学大科学装置研究院北京100191,lujixi@buaa.edu.cn,

关键词：原子磁强计;无自旋交换弛豫;脉冲光泵浦;单光束;光开关

基金：国家自然科学基金(624B2012，62473018)项目资助

在单光束无自旋交换弛豫（SERF）原子磁强计中，由于原子对光的强烈吸收作用导致气室内极化不均匀，降低磁强计性能。受限于单光束构型的紧凑体积，极化均匀性提升较困难。针对该问题，提出一种脉冲光泵浦单光束SERF原子磁强计，用短时间、大功率的泵浦光代替稳态泵浦光，在保持单光束SERF磁强计原有构型基础上，抑制由于光吸收造成的极化梯度。基于偏置磁场辅助模式建立了脉冲光泵浦条件下单光束磁强计的动力学模型和响应信号模型，利用模型求解并证明了增大泵浦光功率有益于极化均匀性提升。从磁强计响应与光电探测器散粒噪声角度，求解信噪比最大时的最佳脉冲占空比为37%，与占空比为50%的情形信噪比接近。针对单光束构型紧凑性的特点，基于1×2光纤化光开关搭建了小型化验证装置，实验采用50%占空比从而可分时驱动两台磁强计，且保持信噪比几乎不下降。在50%占空比的脉冲光泵浦实验条件下，在3mm方形铷-87原子气室中，使磁强计响应最强的最佳泵浦光功率从稳态时的0.9mW提升至1.7mW。用光透过气室的平均极化率与入射位置处极化率比值表征极化均匀性，相应极化均匀性提升46%，磁场测量灵敏度从14fT/Hz1/2提升至12fT/Hz1/2。所提方法有望提升阵列式、集成化的极弱磁场测量装备的灵敏度，应用于高性能心磁图仪和脑磁图仪中。

来源：2026年第2期

《仪器仪表学报》期刊编辑部

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