Pulsed-Modulation Single-Beam Three-Axis Atomic Magnetometer

Shushan Gao

doi:10.1109/tim.2026.3731755

Pulsed-Modulation Single-Beam Three-Axis Atomic Magnetometer

2026-09-07

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DOI：10.1109/tim.2026.3731755

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基于脉冲磁场调制的三轴自旋交换弛豫免原子磁力仪测量方法，能够实现高灵敏度全矢量磁场测量，为提高磁源重建精度提供了显著潜力。然而，现有大多数三轴方案依赖多个连续高频调制场，这会重新引入自旋交换弛豫并引起轴间串扰。本文提出了一种基于脉冲磁场调制的三轴磁场测量方法。通过施加横向旋转脉冲场和纵向脉冲场，可以从纵向透射光信号中提取矢量磁场的三个分量。脉冲磁场通过其占空比减少调制场的连续作用时间，从而抑制自旋交换弛豫。设计的同步时分三轴脉冲场避免了多轴调制在重叠区域对自旋极化的耦合效应，从而在实现实时三轴测量的同时有效降低了轴间串扰。实验结果表明，所提出的方法将调制引起的自旋交换弛豫率降低了约40%，在4×4×4 mm³的87Rb蒸汽细胞中，实现了x轴和y轴的横向双轴灵敏度为13 fT/Hz¹/²，z轴的纵向灵敏度为70 fT/Hz¹/²。在1–100 Hz带宽内，轴间串扰被抑制至小于1%。该方案为构建紧凑型、低成本的单光束三轴SERF原子磁力仪提供了新思路。

Keyword:

Crosstalk suppression

pulsed modulation

spin-exchange relaxation-free (SERF)

three-axis measurement

Pulsed-Modulation Single-Beam Three-Axis Atomic Magnetometer

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