摘要：超低磁噪声(0~10 nT)的碱金属加热技术是无自旋交换弛豫原子磁力仪实现超高灵敏度的关键,文章提出一种基于遗传算法的磁自抑制加热器多目标优化设计方法。该方法基于毕奥-萨伐尔定律推导目标函数新模型,优化的目标包括加热丝的长度、宽度、厚度和电流方向4类(18个)参数,以此获取加热器最佳磁自抑制性能。利用有限元分析方法,仿真分析了目标区域的磁场分布和温度分布,结果表明:加热器在目标区域的中心区域产生0.02 nT/mA的平均磁场和180.34℃的平均温度。实验测试结果显示:目标区域的磁通密度取值在0.13 nT/mA和0.14 nT/mA范围内,这表明加热器的磁场自抑制性能较好。该研究有助于进一步提高原子磁力仪的性能。

摘要：为提高无自旋交换弛豫(SERF)原子磁力仪的探测灵敏度,提出一种通过增加探测光在气室内部与泵浦光相互作用的光程长来提高SERF原子磁力仪探测灵敏度的方法,该方法采用在原子气室外侧搭建Herriott型多通池系统来实现复杂光路以及长光程,将系统整体放置在屏蔽筒内部,并利用3D软件对该无磁检测系统进行设计与制作。与传统型SERF原子磁力仪进行实验对比,该方案实现了在多频点的探测灵敏度不低于34 fT/Hz1/2的性能,可解决复杂光路的光学结构与原子磁力仪相结合这一问题,为未来采用F-P积分腔的形式来进一步提升磁力仪性能打下良好基础。

摘要：原子气室温度是直接影响无自旋交换弛豫(SERF)原子磁力仪的测量灵敏度的重要因素,本文设计研制了一种高精度的原子气室无磁加热系统。在硬件设计中,采用PTC加热装置与Pt1000温度检测电路共同构成完整的闭环控制系统。在软件设计中,针对不同目标温度范围,分别对P、I、D三个参数完成整定。同时采用积分分离式PID控制方法,以消除超调,并通过间断加热的方式满足磁力仪检测时的极低干扰磁场要求。利用该系统进行温度控制实验,温度控制范围为80~190℃,温度控制精度为±0.02℃,稳定时间为60s,间断加热期间产生的干扰磁场低于0.1nT,为SERF原子磁力仪的性能提升提供了可靠保障。