QuSpin 零場(chǎng)磁力計(jì)（QZFM）基于單束激光的零場(chǎng)共振。 我們的 QZFM 的基本配置如圖 1 所
示。來(lái)自精確調(diào)諧的半導(dǎo)體激光器（1）的光穿過包含銣原子的玻璃蒸汽電池（2），并被
光電探測(cè)器（3）捕獲。 當(dāng)背景磁場(chǎng)等于零時(shí)，銣原子變得基本上透明。 垂直于光路方向的
磁場(chǎng)使原子吸收更多的光。 光電檢測(cè)器檢測(cè)到透明度的這種變化，并產(chǎn)生與透過蒸氣室的光
成比例的電流。 以這種方式， 磁信號(hào)被轉(zhuǎn)換成形成零磁場(chǎng)磁力計(jì)的電信號(hào)。
要介紹零場(chǎng)（ZF）共振的概念[Dupont Roc，1969]，請(qǐng)想象磁力計(jì)處于**零磁場(chǎng)環(huán)境中。
如果在垂直于光束的方向上施加磁場(chǎng)，并且施加的場(chǎng)的振幅從正值
掃到負(fù)值，則，原子的透明度會(huì)發(fā)生變化，從而當(dāng)原子經(jīng)歷磁性時(shí)會(huì)觀察到**的透明度 非常
接近零的字段。 如果將光檢測(cè)器的輸出看成是所施加場(chǎng)的函數(shù)， 則將看到輸出具有洛倫茲線
形。 洛倫茲輸出被稱為 ZF 共振（見圖 2），是磁力計(jì)的響應(yīng)。 在我們的 QZFM 中，其典型寬度
（半峰全寬– FWHM）約為 30 nT。
場(chǎng)值由與洛倫茲峰的峰值的偏差給出。 測(cè)量此偏差的一種簡(jiǎn)單方法是查看可通過鎖定檢測(cè)
獲得的洛倫茲導(dǎo)數(shù)。 我們使用內(nèi)部線圈施加大約 1 kHz 的小振蕩磁場(chǎng)（稱為調(diào)制場(chǎng)）。 利
用參考調(diào)制頻率的相敏鎖相放大器，我們對(duì)光電檢測(cè)器的輸出進(jìn)行解調(diào)，以產(chǎn)生稱為色散
曲線的反對(duì)稱線形（見圖 2）。 色散曲線在零場(chǎng)處具有**斜率，并用作磁力計(jì)的輸出。
圖 2：零磁場(chǎng)（ZF）共振是光電探測(cè)器的輸出，因?yàn)榇艌?chǎng)在垂直于通過蒸氣室的光束的方向上從正值掃
描到負(fù)值。 ZF 諧振的 FWHM 通常為 30 nT。 鎖相放大器的解調(diào)輸出（也稱為誤差信號(hào)）具有不對(duì)稱
的洛倫茲形狀。
磁力計(jì)的敏感軸由調(diào)制場(chǎng)的方向（投影在垂直于光束的平面上）定義。 為了使
磁力計(jì)同時(shí)對(duì)兩個(gè)正交軸（垂直于光束）敏感，我們使用單獨(dú)的正交線圈應(yīng)用兩個(gè)單獨(dú)的調(diào)
制場(chǎng)。
ZF-OPM 非常敏感，并且由于它們需要零場(chǎng)環(huán)境才能運(yùn)行，因此需要磁屏蔽環(huán)境來(lái)運(yùn)行這些
傳感器。磁屏蔽室（MSR）并不**，通常在內(nèi)部存在一些殘余磁場(chǎng)
（數(shù)十 nT）。這些殘留磁場(chǎng)通常要求用戶為 MSR 配備大型線圈，這些線圈可以全局偏移背景
磁場(chǎng)并將其歸零。這并不總是可行的。取而代之的是，我們?cè)趥鞲衅黝^中集成了一組三軸正
交電磁線圈，該線圈可以將每個(gè) OPM 蒸氣室周圍的磁場(chǎng)局部歸零。磁場(chǎng)歸零線圈可以補(bǔ)償
多達(dá) 50 nT 的剩余磁場(chǎng)，并且該過程是全自動(dòng)的，僅需幾秒鐘。當(dāng)多個(gè)傳感器緊密靠近工作
時(shí)，所有傳感器同時(shí)進(jìn)行磁場(chǎng)歸
零過程，這會(huì)導(dǎo)致所有傳感器的合并磁場(chǎng)崩潰，從而使每個(gè)傳感器**地經(jīng)歷零磁場(chǎng)。每
當(dāng) OPM 經(jīng)歷的背景場(chǎng)發(fā)生顯著變化或傳感器布置發(fā)生變化時(shí)，都應(yīng)重復(fù)進(jìn)行場(chǎng)歸零過程。
ZF-OPM 的帶寬約為 150 Hz，并受系統(tǒng)物理限制。 OPM 的頻率響應(yīng)表現(xiàn)為一階低通濾波器，
其滾降為 150 Hz。 此外，我們還有一個(gè) 500 Hz 的六階硬件數(shù)字濾波器，可消除高于該頻率的
任何殘留響應(yīng)。 帶寬的任何可能增加將以靈敏度為代價(jià)。 磁力計(jì)響應(yīng)的未補(bǔ)償線性度（輸出
電壓的振幅作為施加磁場(chǎng)強(qiáng)度的函數(shù)） 由零磁場(chǎng)附近的誤差信號(hào)的非線性決定（例如 1 nT 磁
場(chǎng)振幅可導(dǎo)致 1％ 線性偏差）。
為了獲得**的傳感器性能，將蒸氣室加熱到大約 150°C，以增加蒸氣密度。這會(huì)導(dǎo)致電池附
近的傳感器外殼略微變熱。
參考資料: :
QZFM Gen- -2 2
QuSpin 零磁場(chǎng)磁力儀（QZFM）是一種超靈敏的矢量磁力儀，可在低場(chǎng)環(huán)境下運(yùn)行。 它是性
能**的超導(dǎo)技術(shù)中*靈敏的電磁探測(cè)器之一。 傳感器頭在室溫下工作，并將激光與其他組件
完全集成在一起，從而消除了光纖或低溫技術(shù)帶來(lái)的復(fù)雜性。 每個(gè) QZFM 都是自校準(zhǔn)的，并且
可以沿兩個(gè)軸同時(shí)測(cè)量場(chǎng)分量。 帶有專用微處理器的緊湊型電子模塊提供了所有必要的功
能，只需單擊幾下鼠標(biāo)即可簡(jiǎn)單地操作傳感器。
→ 無(wú)消耗品，無(wú)光纖，完全獨(dú)立
Gen- - 2 技術(shù)規(guī)格: :
磁場(chǎng)靈敏度
<15 fT/√Hz in 3-100 Hz 頻段（典型 7-10 fT/√Hz）
動(dòng)態(tài)范圍 ±5 nT
測(cè)量軸 僅 Z 軸/僅 Y 軸/雙 Z 和 Y 軸（同時(shí)）
Standoff 6.5 毫米（蒸氣室的中心到外殼的外部）
校準(zhǔn) 內(nèi)部參考（自動(dòng)）
信號(hào)輸出 模擬，USB 數(shù)字
外型尺寸 12.4×16.6×24.4 mm（傳感器）/ 3.1×11.0x16.5 cm（電子設(shè)備）
功率 總計(jì) 5W（0.7 W 傳感器頭）
電纜長(zhǎng)度 6.5 m（標(biāo)準(zhǔn)）
原子種類 銣
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