小型化原子磁力仪

对磁场的测量一直以来都是探索物理世界的一种重要方式。2000多年以前，人类历史上最早的磁场测量仪器——司南就已经被我国的先民发明。近年来，对磁场的高精度测量已经广泛地应用于生物医学、地质调查、工业及军事领域，原子磁力仪凭借着其超高的灵敏度得到了极大的关注，原子磁力仪的小型化，实用化和商业化也一步一步地成为现实。 本实验室研制的小型化原子磁力仪为单光SERF（Spin-Exchange-Relaxation-Free）原子磁力仪，利用被极化的原子在有无磁场的条件下对于圆偏振光的吸收来测量磁场。利用锁相放大器从测量信号中解调出调制信号的一倍频信号也就得到了偏置磁场的大小。 小型化原子磁力仪结构主要由原子泡、无磁加热片、极化光以及保温隔热模块等部分组成。利用3D打印技术将极化光由光纤引入，并把相应的光学元件的位置准确地固定下来，保证了磁力仪整体结构的小型化和标准化。原子磁力仪的核心部件是包含碱金属原子（铷、钾、铯等）和缓冲气体的原子泡，本实验室拥有独立的原子器件实验室可以依照需求完成实验中所需要的原子气室的制作。双层无磁加热片在对原子泡加热的同时保证了不会引入额外的噪声。使用气凝胶作为隔热保温的材料，确保了原子工作在SERF区域的条件下，原子磁力仪的外部温度低于45 ℃。 小型化原子磁力仪的一个重要应用是在生物医学中测量人体产生的磁场，特别是人类心脏或大脑的微弱磁场。目前这一领域主要是使用超导量子干涉仪 (Superconducting Quantum Interference Device，SQUID)。但是相比较于SQUID的结构复杂，体积庞大，费用昂贵，小型化原子磁力仪则具有体积结构小，成本低的特点。