电子科技大学光电科学与工程学院电子薄膜与集成器件国家重点实验室，四川 成都 610054
报道了一种基于交叉偏置磁场的单光束单调制三轴原子磁力仪。基于Bloch方程研究了单光束泵浦探测结构实现三轴磁场检测的理论，提出使用交叉偏置磁场来旋转原子自旋极化方向实现三轴磁场探测的方案，并通过实验进行了验证。仅采用单一调制磁场，在抑制低频噪声的前提下避免了磁场串扰问题。实验结果表明：在零磁场环境下，系统对X轴方向待测磁场的响应带宽为90 Hz，系统灵敏度为21 fT/（Hz1/2）；在Z轴方向施加34 nT的偏置磁场时，系统对Y轴方向待测磁场的响应带宽为130 Hz，系统灵敏度为26 fT/（Hz1/2）；在Y轴方向施加38 nT的偏置磁场时，系统对Z轴方向待测磁场的响应带宽为128 Hz，系统灵敏度为29 fT/（Hz1/2）。该三轴原子磁力仪体积小、结构简单且制作成本低，有望应用于生物医疗等领域。
原子磁力仪 三轴磁场 灵敏度 无自旋交换弛豫 弱磁检测 激光与光电子学进展
2024, 61(5): 0512005
1 北京信息科技大学 光纤传感与系统北京实验室，北京 100016
2 北京信息科技大学 光电测量技术与仪器教育部重点实验室，北京 100192
3 北京信息科技大学 北京市光电测量技术重点实验室，北京 100192
提高小型化无自旋交换原子磁力仪的灵敏度是目前弱磁探测研究的难点问题，为解决这个难题提出一种基于法布里-珀罗腔的增敏气室结构。通过法布里-珀罗腔谐振原理和激光传输矩阵，在理论分析与数值计算方面对出射激光的光旋角倍增效果进行了研究。理论和仿真结果表明，随着激光在腔内往返传输次数的增加，倍增因子在初始阶段近线性增长然后缓慢趋于一个最大值，该最大值在理想状态下为16且由腔的结构参数决定。另外，碱金属原子自旋碰撞导致的吸收和腔体失谐会以不同的方式降低倍增因子，仿真结果表明：当失谐量为π/32时，倍增因子减少幅度接近50%。提出的这种腔增强型气室结构易于集成，为提高原子磁力仪的灵敏度和深入理解碱金属气室内的自旋碰撞提供了新的思路。
法布里-珀罗腔 弱磁探测 增敏 倍增因子 Fabry-Perot cavity weak magnetic field detection sensitivity enhanced amplification factor 红外与激光工程
2021, 50(11): 20210155
内蒙古科技大学 包头师范学院,内蒙古 包头 014030
基于光学琼斯矩阵理论，研究掺杂Sm2O3的向列相液晶TEB30A在弱磁场中的光栅衍射特性。结果表明，自然光通过处在弱磁场中的适量配比的Sm2O3/TEB30A样品后，会在远场产生衍射条纹，且衍射条纹会随外磁场强度的增加而出现动态的变化。产生衍射条纹是由于适量的Sm2O3的掺杂，使得向列相液晶TEB30A的折射率各向异性Δn沿外磁场方向呈现周期分布，形成了液晶光栅；当外磁场强度发生变化时，处在外磁场中的Sm2O3粒子和液晶分子的分布会随之发生变化，导致Δn沿外磁场分布的周期发生变化，从而引起液晶光栅常数发生变化，因此，衍射条纹呈现出动态变化的效应。模拟结果表明，当外磁场强度由0.464 9 T增加到0.518 5 T时，液晶光栅常数由0.5 cm降到0.4 cm。这一技术研究方法将大大降低液晶光栅的成本，同时，弱磁场环境也为使用者提供了一种安全的使用环境。
向列相液晶TEB30A 自然光 弱磁场 光栅 Sm2O3 Sm2O3 nematic liquid crystal TEB30A natural light weak magnetic field grating
内蒙古科技大学 包头师范学院, 内蒙古 包头 014030
采用1.5 mW低功率的He-Ne激光（632.8 nm）正入射向列相液晶TEB30A薄膜, 研究向列相液晶TEB30A薄膜在不同强度的弱磁场（0、0.464 9、0.506 2和0.518 5 T）中的远场衍射特性。实验结果表明, 向列相液晶TEB30A薄膜在4种不同强度的弱磁场（0, 0.464 9, 0.506 2和0.518 5 T）中都能产生远场衍射。衍射图样会随磁场强度的增加而发生明显的变化。衍射环的数目增加, 衍射环宽度变宽, 衍射场向外拓展。当磁场强度为0.506 2 T时, 衍射环上出现了近似相互平行的干涉直条纹。当磁场强度达到0.518 5 T时, 干涉直条纹更加明显的趋于平行。在弱磁场的作用下, 激光束在远场的散度变得明显。基于Kirchhoff-Fraunhofer衍射积分原理的理论模拟结果表明, 当激光通过处在弱磁场中的向列相液晶TEB30A薄膜时, 横向非线性相移会增大。随着弱磁场强度由0 T增加到0.518 5 T, 非线性相移也由4π增加到20π。弱磁场引起样品非线性相移增大, 导致其远场衍射图样发生了变化。远场衍射光强图样的变化也是透射光能量分布的改变, 因此, 可将弱磁场调控向列相液晶这一技术应用于磁控光开关及光限幅等领域。
低功率 正入射 向列相液晶TEB30A薄膜 弱磁场 衍射 low power normal incident the film of nematic liquid crystals TEB30A weak magnetic field diffraction
1 量子光学与光量子器件国家重点实验室
2 山西大学光电研究所, 山西 太原 030006
相干布居俘获(CPT)磁强计是基于原子系综中相干布居俘获相干叠加暗态使用全光学的方法对磁场进行测量,具有较高的精度。实验中使用注入锁定的方法得到频率差严格等于铯原子基态超精细分裂间距的两束大频差位相锁定的双色激光,观察到了铯原子气室中的CPT透射信号。给铯泡加入沿激光传播方向的纵向磁场,可观察到变宽或分裂的CPT信号,通过对分裂间距的测量便可得到待测磁场值。对于中等强度的磁场,可通过透射峰的裂距直接得到待测磁场值;弱磁场区域则可通过电流与磁场的对应关系得到。目前,实验中可测量nT量级的稳定磁场。
相干布居俘获 原子磁强计 弱磁场测量 铯原子 Coherent population trapping atomic magnetometer weak magnetic field measurement cesium atoms
1 同济大学物理系, 上海 200092
2 黄山学院信息工程学院, 安徽 黄山245021
3 华东师范大学物理系, 上海200062
目的: 探讨弱磁场对提取的骨骼肌肌质网系(SR)Ca2+转运、钙泵(Ca2+-Mg2+-ATPase) 及钙释放通道(RyR)活性的影响, 从分子水平和细胞信号系统的角度来解释生物电磁效应。 方法: 利用动态光谱法检测0.4 mT弱磁场辐照过的SR Ca2+转运、Ca2+-ATPase活性, 还原型辅酶(NADH)的氧化初速率和超氧(O2-·)产率, 以及用同位素标记方法检测［3H］-Ryanodine与RyR的平衡结合度。结果: 弱磁场辐照引起SR的Ca2+摄取功能和Ca2+-ATPase的活性明显下降, Ca2+释放和［3H］-Ryanodine平衡结合度上升, 同时上调了 NADH的氧化初速率和O2-·的产率。 结论: 提示0.4 mT弱磁场辐照30 min对SR Ca2+-ATPase活性有明显抑制, 对RyR有一定的激活效果。
弱磁场 肌质网 钙调控 钙泵 钙释放通道 weak magnetic field sarcoplasmic reticulum calcium modulation Ca2+-ATPase ryanodine receptor
1 沈阳理工大学装备工程学院, 沈阳 110159
2 东北大学 机械工程与自动化学院, 沈阳 110004
为了测量超高速碰撞过程中产生瞬态弱磁场的磁感应强度, 设计了弱磁场测量的线圈系统。阐述了线圈的设计、线圈等效电路的分析、运算放大器的选择及其功能。理论上探讨了自积分电阻对测量频率的影响。通过超高速碰撞实验得到了产生的弱磁场信号, 实验记录的测量信号光滑, 表明该测量系统具有较好的抗干扰性能。该测量系统的建立将为超高速碰撞产生等离子体的性能研究提供新的手段。
超高速碰撞 弱磁场 线圈测量系统 等效电路 等离子体 hypervelocity impact weak magnetic field coil measurement system equivalent circuit plasma
本文根据实测的数据,采用较严格的分析方法,详细讨论了光纤传感器测弱磁场可达到的最高分辨率问题。
光纤传感器 弱磁场
本文首次报道了环形激光弱磁传感器(RLMS)的原理和实验结果,在采用20mm长的铽玻璃作为法拉第元件时,获得了2.9×10~(-5)Oe/Hz(0.0023Amp/m·Hz)的灵敏度和9.hrs内随机漂移≯2.3Hz的稳定性.
磁测量 磁传感器 弱磁场测量 环形激光 环形激光传感器
本文从理论上分析了环形激光弱磁传感器主要误差因素并提出了若干克服这些因素的方法。这些误差因素是:大尺寸的法拉第室引入的噪声,磁光材料的费尔德常数的温度系数,塞曼效应的混入、朗谬尔效应等。
环行激光弱磁传感器 费尔德常数 温度系数
