高灵敏度弱磁传感器研究.pdf

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1、2014年第33卷第1期传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies)49高灵敏度弱磁传感器研究曾宪金，李庆萌，赵文辉，张军海，孙伟民(哈尔滨工程大学理学院，黑龙江哈尔滨150001)摘要：磁传感器在生物医学、资源探测和航空航天等领域有巨大的应用价值，基于原子自旋的弱磁传感器拥有目前最高的磁场测量灵敏度。但通常的方案采用射频场调制或远离共振的激光检测，前者增加了磁力仪的线宽，而后者对激光频率的锁定带来了困难。为了解决以上问题，提出了一种基于激光强度调制和圆二向色性检测的原子弱磁

2、传感器方案，详细描述了其工作原理和系统构成，并对原子弱磁传感器的性能进行了测试。实验结果表明：原子弱磁传感器的磁共振线宽为22Hz，在对恒定磁场进行30min连续测量时，峰峰值抖动小于9pT，灵敏度达到了0．12pT／Hz。关键词：弱磁传感器；激光强度调制；圆二向色性检测中图分类号：TP212文献标识码：A文章编号：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，灵敏度最高的原子弱磁传感器是工作于无自旋磁传感器在生物医学、资源探测、地震灾害预警等领域交换弛豫机制下的。为了消除自旋交换弛豫，需要将原子有着广泛的应用≈J。随着对

7、磁场探测精度越来越高的要气室加热到很高的温度(>100℃)，这时原子气室对光的求，磁传感器的性能也不断的提高。从最常用的霍尔效应吸收很强。因此，需要将检测激光锁定到远离原子共振线磁传感器、磁阻传感器、磁通门磁传感器到超导量子干涉的频率上，通常采用法布里一珀罗腔(F—Pcavity)对激光进(SQUID)器件和基于巨磁阻效应的磁传感器，磁传感器技行稳频。但F—P腔对温度，振动等都非常敏感，这给实际应术不断的向前发展。其中，SQUID长期占据着磁传感器中用带来了很大的困难。为了避免这些问题，本文提出了一最高灵敏度的位置。但这

8、种磁传感器体积庞大，需要液氦种基于激光强度调制和圆二向色性检测方案的铯(Cs)原制冷，装备和维护费用都非常昂贵，极大地限制了其应用范子磁传感器。这种原子磁传感器可以工作在4O℃的较低围。最近十几年来，出现了基于原子自旋磁矩与磁场相互温度下，激光频率可以通过饱和吸收谱技术很容易地稳定作用的原子弱磁传感器，其灵敏度已经超