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1、2014年第33卷第1期傳感器與微系統(tǒng)(TransducerandMicrosystemTechnologies)49高靈敏度弱磁傳感器研究曾憲金，李慶萌，趙文輝，張軍海，孫偉民(哈爾濱工程大學(xué)理學(xué)院，黑龍江哈爾濱150001)摘要：磁傳感器在生物醫(yī)學(xué)、資源探測(cè)和航空航天等領(lǐng)域有巨大的應(yīng)用價(jià)值，基于原子自旋的弱磁傳感器擁有目前最高的磁場(chǎng)測(cè)量靈敏度。但通常的方案采用射頻場(chǎng)調(diào)制或遠(yuǎn)離共振的激光檢測(cè)，前者增加了磁力儀的線寬，而后者對(duì)激光頻率的鎖定帶來(lái)了困難。為了解決以上問(wèn)題，提出了一種基于激光強(qiáng)度調(diào)制和圓二向色性檢測(cè)的原子弱磁
2、傳感器方案，詳細(xì)描述了其工作原理和系統(tǒng)構(gòu)成，并對(duì)原子弱磁傳感器的性能進(jìn)行了測(cè)試。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：原子弱磁傳感器的磁共振線寬為22Hz，在對(duì)恒定磁場(chǎng)進(jìn)行30min連續(xù)測(cè)量時(shí)，峰峰值抖動(dòng)小于9pT，靈敏度達(dá)到了0．12pT／Hz。關(guān)鍵詞：弱磁傳感器；激光強(qiáng)度調(diào)制；圓二向色性檢測(cè)中圖分類號(hào)：TP212文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1000--9787(2014)01-0049-03ResearchofhighsensitivityweakmagneticsensorZENGXian-jin，LIQing-meng，ZHAOWen-hu
3、i，ZHANGJun—hai，SUNWei—rain(SchoolofScience，HarbinEngineeringUniversity，Harbin150001，China)Abstract：Magneticsensorshasgreatapplicationvalueinbiomedical，resourceexploration，aeronauticsandastronautics．Weakmagneticsensorsbasedonatomicspineffecthasbeenthemostsensitive
4、instrumentsinmagneticfieldmeasurement．ThesesensorsusuallyemploytheshemeofRFmodulationoroff-resonantlaserlightdetection．Theformerwillgiverisetomagnetometerlinewidthbroadeningandthelatterwillmakeitdificulttolocklaser~eqency．Inordertosolveaboveproblem，aprojectbasedo
5、nlaserintensitymodulationandcirculardichroismdetectionisproposed．Theoperationprincipleandsystemconfigurationaredescribedindetail，andthepropertiesofatomicweakmagneticsensoristested．Experimentalresultsshowthatthemagneticresonantlinewidthis22Hz，with30mincontinuousme
6、asurementofconstantmagneticfield，itspeaktopeakvalueislessthan9pTandsensitivityachieves0．12pT／Hz．Keywords：weakmagneticsensor；laserintensitymodulation；circulardichroismdetection0引言目前，靈敏度最高的原子弱磁傳感器是工作于無(wú)自旋磁傳感器在生物醫(yī)學(xué)、資源探測(cè)、地震災(zāi)害預(yù)警等領(lǐng)域交換弛豫機(jī)制下的。為了消除自旋交換弛豫，需要將原子有著廣泛的應(yīng)用≈J。隨著對(duì)
7、磁場(chǎng)探測(cè)精度越來(lái)越高的要?dú)馐壹訜岬胶芨叩臏囟?>100℃)，這時(shí)原子氣室對(duì)光的求，磁傳感器的性能也不斷的提高。從最常用的霍爾效應(yīng)吸收很強(qiáng)。因此，需要將檢測(cè)激光鎖定到遠(yuǎn)離原子共振線磁傳感器、磁阻傳感器、磁通門磁傳感器到超導(dǎo)量子干涉的頻率上，通常采用法布里一珀羅腔(F—Pcavity)對(duì)激光進(jìn)(SQUID)器件和基于巨磁阻效應(yīng)的磁傳感器，磁傳感器技行穩(wěn)頻。但F—P腔對(duì)溫度，振動(dòng)等都非常敏感，這給實(shí)際應(yīng)術(shù)不斷的向前發(fā)展。其中，SQUID長(zhǎng)期占據(jù)著磁傳感器中用帶來(lái)了很大的困難。為了避免這些問(wèn)題，本文提出了一最高靈敏度的位置。但這
8、種磁傳感器體積龐大，需要液氦種基于激光強(qiáng)度調(diào)制和圓二向色性檢測(cè)方案的銫(Cs)原制冷，裝備和維護(hù)費(fèi)用都非常昂貴，極大地限制了其應(yīng)用范子磁傳感器。這種原子磁傳感器可以工作在4O℃的較低圍。最近十幾年來(lái)，出現(xiàn)了基于原子自旋磁矩與磁場(chǎng)相互溫度下，激光頻率可以通過(guò)飽和吸收譜技術(shù)很容易地穩(wěn)定作用的原子弱磁傳感器，其靈敏度已經(jīng)超
