准确地探测和测量磁场，特别是极弱磁场(nT级以下)，对理解物理世界可以起到更好的辅助作用。随着量子传感、信息、仪器仪表等技术的发展，原子磁场测量技术成为新一代超高灵敏磁场测量技术的发展方向。综述了原子磁强计中信号测量、调制方法、研究进展、设计方案以及实际应用的情况。首先介绍了近年来国内外原子磁强计的研究现状；其次阐述了全光法原子磁强计的基本原理；接着详细讲解了弱磁信号检测原理，并对不同的调制方法进行了比较；最后对弱磁信号高灵敏度的检测在今后的改进方向、应用领域和所面临的挑战进行了展望。

阐述了利用抽运-检测型原子磁力仪研制的磁场旋转调制法矢量原子磁力仪的工作原理、系统组成以及对旋转磁场的技术要求，根据该矢量原子磁力仪对旋转磁场的技术要求，提出了一种高性能旋转磁场产生装置。该装置通过DDS相位同步技术实现了正弦信号间相位差的补偿和精密调控，相位调控精度的理论设计值为0.022°；建立相应的电路模型，通过仿真分析以及电路模块间相互耦合关系的研究，完成了基于多模块间协同控制的电流调整模块设计，实现了线圈驱动电路电流的精密控制和调整。当旋转磁场强度为500 nT时，对应的磁场强度调整精度优于5 nT。以上设计使旋转磁场产生装置具备了旋转磁场强度、轨迹以及方向精密控制和调整的功能，经测试该装置的各项技术指标完全满足矢量原子磁力仪的技术要求，为矢量原子磁力仪研制以及技术研究奠定了技术基础。该旋转磁场产生装置在冶金、生物科学以及相关基础物理研究中也有重要的应用价值。

无自旋交换弛豫（SERF）原子磁强计是一种超高灵敏度磁强计，其小型化的研究对磁强计应用至关重要。其中，光路布局是制约其尺寸与灵敏度的关键因素。设计了一种单光束小型化原子磁强计，该磁强计为圆柱体，底面圆直径为21.2 mm，高为40.5 mm，并对其进行了热仿真实验。实验表明，该设计结构合理，且易于进行多通道测量，在脑磁图、心磁图等生物磁场测量领域具有实际应用价值。

无自旋交换弛豫（SERF）原子磁强计是一种灵敏度非常高的磁强计，而剩余磁场强度是影响SERF原子磁强计灵敏度的主要因素之一。为此，提出了一种SERF原子磁强计三轴磁场顺序补偿方法，该方法将剩磁范围分为三个部分，每个部分对应不同的补偿方式，并且使用软件对顺序补偿的整个过程进行了仿真实验。实验表明，该方法可以不受补偿前原始剩磁大小的影响，更具有普适性。