无盲区铯光泵磁力仪研究

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铯光泵磁力仪用途

极其微弱的磁场和它的微小扰动都蕴含着极其重要的信息，这促使我们去寻找测量这些物理量的方法。

铯光泵磁力仪就是高精密测量的一个实例。

它是量子磁力仪的一种，广泛应用于航空磁测、海洋监测、地质勘探（矿产资源开发、考古）、地震预报、甚至医疗卫生系统等领域。

实用型光泵磁力仪无论在军事还是民用磁测领域，都具有非常重要的应用价值与前景。

相比于其它磁力仪，铯谱灯光泵磁力仪拥有很多优势：铯原子塞曼能级跃迁谱线强度大，灵敏度可高达pT/Hz1/2量级，适用于飞行器搭载实测等。

铯光泵磁力仪工作原理

铯光泵磁力仪工作原理
铯光泵磁力仪是一种基于核磁共振现象应用于物质分析的仪器。

它的工作原理是利用核自旋与外磁场相互作用的特性，将样品中的核
自旋通过射频脉冲加以激发，使得核自旋从基态跃迁到激发态。

在激
发态时，如果再施加一个相干的射频场，就可以引起核自旋之间的相
互作用，产生共振吸收信号。

通过测量这个信号的强度和频率，就可
以得到样品中各种核自旋的参数信息。

铯光泵磁力仪的主要组成部分包括超导磁体、射频发生器、探头
和信号处理系统等。

其中，超导磁体产生高强度的静态磁场，射频发
生器产生射频脉冲和相干场，探头用于感应信号，信号处理系统用于
分析处理信号。

在测量过程中，样品被置于探头中的感应线圈中，以与静态磁场
垂直的方向施加高强度的射频场。

此时样品中的核自旋就在静态磁场
的作用下进入稳定的布居状态。

当施加一个相干的射频场时，样品中
的核自旋将从基态跃迁到激发态，此时感应线圈中感应出的信号强度
将会变化。

这个变化被称为共振吸收信号，可以用来确定样品中各种
核自旋的参数信息。

除了上述的共振吸收信号外，铯光泵磁力仪还可以检测到其他类
型的信号，如自由感应信号和自旋回波信号等。

这些信号可以通过不
同的测量方法来解析出样品中核自旋的时序特征，从而得到更为准确
的参数信息。

总而言之，铯光泵磁力仪是一种基于核磁共振现象应用于物质分
析的仪器。

它利用核自旋与外磁场相互作用的特性，通过测量共振吸
收信号等信号类型，得到样品中各种核自旋的参数信息。

在生物医学、材料科学、化学等领域具有广泛的应用前景。

铯光泵磁力仪安全操作及保养规程

铯光泵磁力仪安全操作及保养规程前言铯光泵磁力仪是一种用于测量和检测磁场的仪器。

它的工作原理是基于铯原子的吸收谱线来确定磁场的强度。

然而，由于其内部结构比较复杂，使用时必须小心谨慎，否则可能会导致故障或危险事件。

此文档旨在介绍铯光泵磁力仪的操作规程和保养措施，以确保其正常运行并避免危险事件的发生。

操作规程1.准备工作在使用铯光泵磁力仪之前，必须确保它所在的环境符合以下标准：1.磁场干扰极小；2.荷电粒子辐射低；3.有足够的空气流通。

同时还需要做好以下准备工作：1.检查设备的各个部件，确认没有松动，无虚焊和损坏现象；2.仔细检查所有连接器的插头并确认已插牢；3.确认设备的电源线已正确连接。

2.开机操作1.确认设备已正确接通电源，并按下电源开关；2.等待设备启动成功（一般在几秒钟内），确认屏幕正常显示；3.进行零场校准，具体步骤如下：a.零场校准前，要求磁场干扰极小；b.用短路铁短接探测线；c.在软件栏中点击“零场校准”，等待程序运行结束；d.零场校准后，可以在“磁场测量”中查看当前磁场值。

4.进行磁场扫描：a.确认测量区域无任何磁场干扰；b.进入“磁场扫描”模式；c.设定扫描范围;d.点击“扫描”按钮，等待程序完成。

3. 关机操作1.卸下所有连接器的插头，防止在拔下时拔坏；2.按下电源开关，使设备断电；3.关闭设备的电源开关，断开电源线。

保养规程铯光泵磁力仪的日常保养是确保其长久稳定运行的关键。

以下为日常保养规程：1.避免使用时撞击和震动；2.切勿将磁力仪在强磁场下工作或移位；3.定期清洁表面灰尘；4.定期清理磁控模块，长期不清理会导致磁场起伏；5.切勿随意拆卸磁力仪各个部件；6.日常操作完毕后，应尽量将设备关机或搁置干燥、通风、无磁场、荷电粒子低的安全地方；注意事项铯光泵磁力仪是一种高精度、高灵敏度的仪器，使用时应遵循以下注意事项：1.确认使用环境符合要求；2.切勿将磁力仪与强电场和强磁场放在一起工作；3.操作过程中要注意防静电、防污染；4.长时间不使用，室内湿度高时，磁力仪会呈现吸收信号过强、频率重合的现象，这是因为光盘被湿气浸润所致，可把磁力仪放在通风、干燥处，使湿气挥发即可；5.切勿触摸芯片和元器件，以免导致对仪器的损害。

浅谈磁力仪研究论文

浅谈磁力仪研究论文•相关推荐浅谈磁力仪研究论文１.光泵磁力仪光泵磁力仪是高灵敏的磁测设备。

它是以某些元素的原子在外磁场中产生的蔡曼分裂为基础，并采用光泵技术与磁共振技术研制成的。

按照量子理论，在外磁场T中，具有自旋的亚原子粒子（如核子和电子）能级简并（degeneracy）解除，分裂为一些磁次能级（或称为蔡曼能级），在光谱上的表现，就是谱线分裂，这就是蔡曼效应，蔡曼因此获得1902(第二届)诺贝尔物理学奖。

分裂的能级间的能量差一般与外界磁场成正比。

当粒子在分裂的能级间发生跃迁时，就会发射或吸收电磁波，其频率与磁次能级间的能量差成正比，测定这个电磁波的频率，即可测定磁场。

光泵磁力仪是目前实际生产和科学技术应用中灵敏度较高的一种磁测仪器。

它灵敏度高，一般为0.01nT量级，理论灵敏度高达10－２-10－４nT;响应频率高，可在快速变化中进行测量;可测量地磁场的总向量T及其分量，并能进行连续测量。

光泵磁力仪的种类甚多。

按共振元素的不同，可分为氦（He）光泵磁力仪和碱金属光泵磁力仪，共振元素有氦（He4）、铷（Rb85、Rb87）、铯（Cs133）、钾（K39）、汞（Hg）等。

对碱金属而言，受温度影响较大，如铯（Cs133）元素在恒温430C左右，方可变成蒸汽状态，而只有在蒸汽状态时才能产生光泵作用。

对He3、He4而言，因其本身是气体状态，无需加热至恒温，只需将它激励使其处于亚稳态，就能产生光泵作用。

这些条件在设计与制造仪器时，必须予以重视。

光泵磁力仪未来的发展水平，主要取决于光泵光源及共振元素的发展程度。

法国曾用可调谐的激光器代替常规的氦灯制成光泵磁力仪，由于谱线的选择性较好，激光又比氦灯的光要强，因此提高了磁力仪的灵敏度，达到10pT/Hz1/2。

美国的R.Slcum博士利用二极管激光器作为氦同位素光泵磁力仪的光源，并申请了专利，与氦灯光源相比，灵敏度提高一个量级。

最新的激光光泵氦（He4）磁力仪的灵敏度已突破１PT/Hz1/2的界限，达到0.4PT/Hz1/2，而用高频激发的灯室作为光泵的光源的氦４航空磁力仪达到了20pT/Hz1/2的灵敏度［2-3］。

无盲区铯光泵磁力仪研究

无盲区铯光泵磁力仪研究本文设计了一种铯光泵磁力仪探头，这种探头采用单光源和4个原子吸收室的设计，可以克服Mz结构、Mx结构以及Bell-bloom结构等类型光泵磁力仪所固有的盲区特性。

当光泵磁力仪探头与磁场之间的夹角在一定范围时，磁力仪获取不到信号，产生盲区，本探头结构对任意方向的磁场均能正常工作，且采用单光源与凹面镜的设计，具有结构简单、体积较小的技术特点。

标签：盲区;光泵磁力仪;Cs原子0 引言光泵原子磁力仪是通过测量原子磁矩在静磁场中的拉莫尔进动频率来测量静磁场的一种磁场标量测量仪器[1]。

共振光源用于极化原子使原子自旋取向产生宏观磁矩，然后，通过检测原子气体对共振光吸收系数来检测磁矩进动效应。

碱金属或氦原子能级在弱磁场中产生塞曼分裂，能级分裂大小与磁场大小成正比。

在热平衡条件下，各塞曼子能级遵从波尔兹曼分布，各能级接近均匀分布。

在光泵浦作用下，特定偏振状态的光被工作原子吸收，原子对光的吸收在满足能量守恒的同时还受到选择定则的约束，原子热平衡状态在光泵浦作用下被打破而产生一定的自旋取向，在光传播方向上形成宏观磁矩。

宏观磁矩使原子在磁场中受到力矩作用，其围绕磁场作拉莫尔进动，进动频率与磁场成正比，可表示为ω=γB，γ为旋磁比。

利用射频线圈产生的射频频率与拉莫尔频率产生共振的方法，或者利用对激光波长、强度或偏振态的调制频率与拉莫尔频率产生共振的方法，通过信号检测系统获取拉莫尔频率，根据其与磁场的正比例关系，得到磁场大小[2-3]。

以磁场方向为z方向，磁场与光传播方向的夹角用θ表示，信号大小与θ角相关。

对于Mz结构光泵原子磁力仪，信号大小与cos2θ成正比，当θ=0o、180o 时，信号最大，而当θ=90o、270o时，信号为0，产生盲区。

对于Mx结构光泵原子磁力仪，信号大小与sinθcosθ成正比，当θ=45o、135o、225o、315o时，信号最大，而当θ=0o、90o、180o、270o时，信号为0，产生盲区。

面向双气室铯光泵磁力仪的VCSEL稳频研究

面向双气室铯光泵磁力仪的VCSEL稳频研究
张弛;李绍良;赵擎阳;舒适;吴招才;刘华
【期刊名称】《激光杂志》
【年(卷),期】2024(45)4
【摘要】在地磁场测量领域中,自激振荡式碱金属原子光泵磁力仪因为快速响应与高精度成为一项重要技术。

其中自激式双气室光泵磁力仪无需考虑移相电路带来的信号误差,电路简单。

使用垂直腔面发射激光器作为泵浦光源有效降低了磁力仪功耗和体积。

针对使用垂直腔面发射激光器的便携式双气室铯光泵磁力仪激光稳频方法进行设计,设计方案包括激光器温度控制电路,光泵磁力仪信号反馈电路,激光器电流源调制与控制电路。

将注入电流调制的稳频方法用于双气室光泵磁力仪结构,减小稳频代价的同时具有较好稳定性,温度控制精度达到0.002℃,10秒内波长稳定度达到4.36×10^(-10),初步探索了自激式双气室光泵磁力仪集成化与小型化的可能性。

【总页数】9页(P26-34)
【作者】张弛;李绍良;赵擎阳;舒适;吴招才;刘华
【作者单位】上海交通大学电子信息与电气工程学院;上海航天控制技术研究所;自然资源部第二海洋研究所
【正文语种】中文
【中图分类】TN248.4
【相关文献】
1.自激式铯光泵磁力仪吸收室恒温控制系统
2.铯光泵磁力仪测频方法的研究和实现
3.光泵磁力仪原子气室无磁加热腔数值模拟与实验验证
4.双气室铯光泵磁力仪设计与验证
5.基于铯光泵磁力仪的地震地磁矢量测量系统
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G858铯光泵磁力仪

便携式铯光泵磁力仪型号：G858产地：美国技术参数磁力仪/电子线路工作原理：自振荡离散波束铯蒸气型（无放射性CS-133）工作范围：17,000~100,000nT(γ)工作区域：为了取得最高的信噪比，探头的长轴与地磁场的夹角应为45±30°,但一般作业是在40±30°条件下进行的。

探头在各个半球内工作时自动切换。

灵敏度：（90%读数处于P-P范围内）测量速度0.1s时0.15nT测量速度0.2s时0.11nT测量速度0.5s时0.07nT测量速度1.0s时0.05nT信息宽带：<0.02nT(γ)/√Hz RMS方位误差：<±1nT(γ)温漂：0.05nT(γ)/°C梯度容差：>500 nT(γ)/英寸>20,000 nT(γ)/m采样间隔：0.1s~1hr（每步0.1s）或外触发数据存储：固存RAM 容量：磁力仪、时间标志、位置记录，8小时；外加梯度仪，GPS，最高采样率时，3小时。

音频输出：1）. 地磁波动的音频信号，音调和音量调节（搜索）2）. 每秒一个音频脉冲（步测节拍）3）. 丢失信号或电池低电压报警数据输出：三线RS-232标准串引口，通过RS-232连续实时传输数据到PC机（选项）。

输出转传时间少于5min。

视屏输出：微控制器驱动的320液晶显示屏，日光型200×可选输出有：1）. 数据显示：5个迭加剖面，实时或重显示模式2）. 系统设置功能：即存储器状态，数据传输，采样时间3）. 调查设置功能：调查剖面数及方向，站位或GPS序号，试验测线号4）. 调查监测功能：总磁场，噪声电平，剖面数X或Xy坐标。

内装时钟：分辨率0.1s，漂移<1s/天电池寿命12VDC可充电电池，磁力仪用时寿命6小时梯度仪用时寿命3小时，磁效应小于1nT(γ)/3ft。

1. 内装电池，用于时钟和固存RAM软件与基本系统同时供货，装在Geometrics公司或用户提供的PC机上，其功能有：1. 调查模式a）搜索调查b）简单调查c）绘图调查d）基准站2. 数据采集/显示a）采集、存储数据及调查功能b）显示剖面、总磁场（分辨率0.1nT）、梯度（0.1nT）、调查/绘图参数和诊断PC支持软件（1）数据传输及修正a）将现场磁力仪、梯度仪、差分GPS或基站的数据传至PC机b）数据变化及质量检测c）利用基站数据进行日变修正d）将修正过的数据处理成ASCⅡ码X-Y-Z值（对磁力仪）或ASCⅡ码X-Y-Z1-Z2-Z3值（对梯度仪）（2）选项：Golden公司“Surfer for Windows”软件，提供数据显示、绘图或带文字注释彩色三维等磁图机械部分探头：直径6cm，长15cm，重340g控制盒：宽15cm，高8cm，长28cm，重1.6kg装在腰带上，磁场效应小于1nT/3ft 杆/皮带：磁力仪或梯度仪长杆：0.9~1.1kg尼龙带加电缆1~1.3kg电池：高8cm，宽13cm，长20cm，附在尼龙腰带上环境条件：工作温度：-25~+50°C贮存温度：-35~+60°C 水密：0.9m水深振动：从3ft处落到硬地面不致损坏选项：1）梯度仪（水平或垂直式）2）GPS导航仪（实时差分，无线电传输至GPS基站或调频RTCM码传输）3）计算机、数据存储、打印机4）最大似然偶极模式匹配目标分析软件，工作在分批模式或局部异常模式，用于武器或环境目标。

光泵原子磁力仪原理

光泵原子磁力仪原理答案：光泵原子磁力仪的原理基于铯原子的超精细结构能级在外部磁场的作用下出现的塞曼分裂现象。

当外部磁场B存在时，铯原子能级会分裂，分裂的大小与磁感应强度成比例。

通过精确测定塞曼子能级间的频率，可以计算出外部磁场的大小。

具体实现过程中，无极铯光谱灯发出的光经过圆极化后，通过充有合适缓冲气体的铯气室，实现铯原子的光抽运，即原子全部聚集在某一个塞曼子能级上。

平衡后，铯原子不再吸收光子，光电二极管接收到的是稳定的光强值。

之后，调节铯气室周围的射频线圈中的射频场频率，当射频场RF频率为fL恰好等于塞曼子能级之间的跃迁频率时，引起铯原子在塞曼子能级间的跃迁，铯原子将继续吸收光子，导致光电二极管接收到的光强变小，即获得了塞曼跃迁谱线。

利用锁频装置（包括扫频式和自激式），可以实现系统的闭环锁定，利用频率计测量拉莫尔频率fL，再通过关系式γB=fL 即可求出磁场值。

光泵原子磁力仪是一种高灵敏度的磁场探测量子技术，利用光与原子相互作用实现对磁场的高灵敏度测量。

它利用特定的光束照射某些元素（如铷或氦的样品），在加热或放电激发的条件下，相当大一部分原子磁矩将相对于外磁场作一定方向的有序排列，即原子吸收光的能量由低能级提到高能级。

这种技术的基础是光泵作用和磁共振技术，由于采用磁共振的元素不同，光泵磁力仪分为氦磁力仪和碱金属磁力仪；按采用的电路不同可分为自激式磁力仪和跟踪式磁力仪。

延伸：一、光泵磁力仪的原理及应用光泵磁力仪是一种精确测量磁场的仪器，其原理是利用光泵浦技术将样品中的原子或分子激发到高能级，再通过探测技术来测量磁场的强度和方向。

它广泛应用于物理学、化学、材料科学等领域中的磁场研究和应用中。

二、为什么不能进行单分量的测量光泵磁力仪测量的磁场是由多个分量组成的，因此不能进行单分量的测量。

这是因为，磁场分量中的自由度并不是独立的，如果只测量其中一个分量，就无法得出整个磁场的准确信息。

三、多分量磁场测量方法针对光泵磁力仪不能进行单分量测量的问题，科学家们提出了多分量磁场测量方法。

铯光泵磁力仪测频方法的研究和实现

铯光泵磁力仪测频方法的研究和实现卞骁炜;李醒飞;李立;杨颖【摘要】It is necessary for cesium optically pumped magnetometer to measure magnetic resonance frequency and change it to magnetic field intensity. An improved method was proposed to reduce errors based on complete synchro⁃nization frequency measurement method. When the numbers of measured signal cycles in two consecutive measure⁃ments are the same,the count value will be used to calculate the frequency of the measured signal,or it will be dis⁃carded. The biggest error of the improved method is as half as the original method.A FPGA-basedfrequencymea⁃surement system was designed and implemented. The results of the experiment show that the improved method can effectively reduce errors and the absolute accuracy changed tomagnetic field intensity meets the design requirement.%铯光泵磁力仪需要通过测量磁共振频率换算得到被测磁场值。

铯光泵磁力工作原理及其应用介绍

金属矿产资源勘探中铯光泵磁力计的贡献
磁性矿物识别
铯光泵磁力计能够检测到与磁性矿物相关的磁场异常，从而帮助识别金属矿产资源的存在。
矿体定位和形态描述
通过分析铯光泵磁力计测量的磁场数据，可以确定矿体的位置和形态，为勘探和开发提供重要信息。
矿体深度估计
铯光泵磁力计测量的磁场数据可以用于估计矿体的深度，为矿产资源开发提供重要参考。
磁刺激治疗
通过铯光泵磁力计产生的磁场，对生物体进行磁刺激治疗，如经颅磁刺激等，可用于治疗抑郁症、帕金森病等疾病。
生物磁场检测
利用铯光泵磁力计高灵敏度的特点，检测生物体内微弱的磁场信号，如脑磁图、心磁图等，为生物医学研究提供新的检测手段。
环境监测与治理中的潜在价值
地下管线探测
利用铯光泵磁力计对地下管线进行无损探测，识别管线的位置、走向和埋深，为城市建设和规划提供重要信息。
性度、稳定性等。
性能指标评估方法
灵敏度测试
采用标准磁场源，测量磁力计输出信号变化，评估其灵敏度。
分辨率测试
在微弱磁场环境下，测量磁力计能够分辨的最小磁场变化，评估其分辨率。
线性度测试
在不同磁场强度下，测量磁力计输出信号与实际磁场强度的线性关系，评估其线性度。
稳定性测试
在长时间工作过程中，定期测量磁力计的性能指标，评估其稳定性。
光泵作用原理
光泵是一种利用光与物质的相互作用来实现粒子数反转和放大光的技术。在铯光泵磁力计中，光泵作用用于将铯原子的自旋极化方向从无序状态转变为有序状态，从而泵作用过程包括铯原子的激发、自旋极化和驰豫。首先，通过特定波长的激光将铯原子从基态激发至激发态。然后，在激发态的铯原子受到磁场的作用，自旋极化方向逐渐

光泵磁力仪中磁共振光学检测方法研究

ＺＡＧＺｅ —ｕ＇ＨＮｅｆ，ＷＡＧＪｎ，ＺＯｈ．ａ，ＩＮＭｉｇｃａｇ’ ＨＮｈｎｙ，ＣＥＧＤ．，ｕＮＨＵＺｉｉ，ＬＡｎ — ｎｕｊｎｈ
（．ＫｙＬｂｒｔｒｒＧｏｈｓａＩｓｕｎａｏｆｎｓｙｏｄｃｔｎａｅａｏａｏｆｅｐｙｉｌｎｔｍｅｔｉｎｏＭｉｉｒｆｕａｏ；ｙｏｃｒｔｔＥｉ
ｃｌ’ ｒｎｐｒｎｙ，ｄｅｅｔｎｏｒｈｇｎｌｂａ，ｓｉｘｈｎｅｃｌｉｉｎａｄｔｅｍｅｈｏｆｐｍｐｂａｍｏｕｅｌｔａｓａｅｃＳｔｃｉｆｏｔｏｏａｅｍｓｐｎｅｃａｇｏｌｓｏｎｈｔｄｏｕｅｍｄ — ｏｌｔｏａｉｎ．Ｔｈａａｔｒｓｉｓｏｓｔｏｓａｅａａｙｅｎｏｈｅｃｒｃｅｔｃｆｔｅｍｅｈｄｒｎｌｚｄａｄｃｍｐａｅｉｈｅｒｄ，ｔｅａｌｃｔｏｎｏｌｘｔｒｏ — ｈｐｐｉａｉｎａｄｃｍｐｅｉｙａｅｃｎ
摘要：在光泵磁力仪中，直接检测塞曼能级跃迁时的信噪比非常低，而采用磁共振光学检测技术，可把对微
波量子的检测变换到对能量较微波量子大数万倍的光子的检测上，可大幅度得提高检测信号的信噪比。为此，
针对光泵磁力仪中磁共振的光学检测方法进行了研究，论述了吸收室透明度检测法、正交光束检测法、自旋交换碰撞法和调制泵浦光法的基本原理及实验装置，分析对比了这些方法的测量特点，给出其适用对象及实现的难易程度，为光泵磁力仪的设计提供了依据。

双气室铯光泵磁力仪设计与验证

第 31 卷第 9 期2023 年 5 月Vol.31 No.9May 2023光学精密工程Optics and Precision Engineering双气室铯光泵磁力仪设计与验证黄艺明1，李绍良2，骆曼箬1，吴招才3，刘华1*（1.上海交通大学电子信息与电气工程学院，上海 200240；2.上海航天控制技术研究所，上海惯性工程技术研究中心，上海 201109；3.自然资源部第二海洋研究所，浙江杭州 310012）摘要：由于自激振荡式单气室光泵磁力仪受移相电路限制测量范围较窄，对双气室光泵磁力仪进行集成化研究和改进，基于对光泵磁力仪基本原理的推导论证，提出了双气室铯光泵磁力仪的一种高度集成的设计结构。

该方案中以垂直腔面发射激光器作为泵浦光源，以刀锋直角棱镜反射镜作为分光镜片，其余元件沿光轴对称排布，利用左旋、右旋圆偏振光的双泵浦光结构和双气室布置实现相移互补，不需要移相电路。

利用搭建的原理样机测得实验环境下地磁场强度为37 586.79 nT，并利用扫描方式测得三轴分量。

双气室铯光泵磁力仪原理样机的测量范围为25 700~77 000 nT，灵敏度约为理论计算结果相吻合，验证了双气室光泵磁力仪的理论分析，证实了该双气室光泵磁力仪结构的可行性和精确度。

关键词：地磁场；光泵磁力仪；磁共振；双气室；测量范围；集成化中图分类号：TH744；TM937.1 文献标识码：A doi：10.37188/OPE.20233109.1325Design and verification of dual-cell cesiumoptically pumped magnetometerHUANG Yiming1，LI Shaoliang2，LUO Manruo1，WU Zhaocai3，LIU Hua1*（1.School of Electronic Information and Electrical Engineering， Shanghai Jiao Tong University，Shanghai 200240， China；2.Shanghai Aerospace Control Technology Institute，Shanghai Inertia Engineering Technology Research Center， Shanghai 201109， China；3.Second Institute of Oceanography， The Ministry of Natural Resources， Hangzhou 310012， China）* Corresponding author， E-mail： liuyuhua@Abstract： Regarding the wide application of geomagnetic field measurement in magnetic prospecting， nav⁃igation， and positioning， the measurement range of the single-cell self-oscillating optically pumped magne⁃tometer （OPM） is limited by the phase-shift circuit， and the existing dual-cell OPM abroad exhibits a low integration degree and poor portability. In this study， the integration of the dual-cell OPM is improved to break the blockade and improve the research level of the domestic OPM. Through the derivation and dem⁃onstration of the principle of the OPM， a highly integrated structure design of the dual-cell cesium OPM is 文章编号1004-924X（2023）09-1325-10收稿日期：2022-09-22；修订日期：2022-10-14.基金项目：上海航天先进技术联合研究基金资助项目（CAST2019-23）；上海交通大学“深蓝计划”基金资助项目（No.SL2021ZD202）；“十三五”装备预研领域基金资助项目（No.61405170103）第 31 卷光学精密工程presented. A VCSEL is used as the pump light source， and a knife-edge right-angle prism mirror is used as the spectroscope，while other components are arranged symmetrically along the optical axis.A dual-pump light structure with left-and right-handed circularly polarized light and a dual-cell arrangement is used，which achieves precise phase-shift compensation and avoids the need for a phase-shift circuit.The geomagnetic field in the experimental environment is 37 586.79 nT， as measured by a prototype， and the magnitude of the triaxial component is obtained via the scanning method. The measurement range of the OPM prototype is 25 700-77 000 nT， and the sensitivity is approximately 20 pT Hz. The experimental results are consistent with the comparative measurement and theoretical calculation results， validating the theoretical analysis of the dual-cell OPM and confirming its feasibility，accuracy，and advantages for im⁃proving the system integration.Key words： geomagnetic field；optically pumped magnetometer；magnetic resonance；dual-cell；mea⁃surement range； integration1 引言地磁场是地球内部天然存在的磁性现象，平均强度约为5×10-5 T，属于弱磁场，但却蕴藏着地球内部的压力、温度和物质分布等丰富信息。

光泵磁力仪工作原理

光泵磁力仪工作原理光泵磁力仪是一种利用光泵磁效应测量材料磁化强度的仪器。

在工业和科研领域中，磁力测量是一项重要的技术，用于研究材料的磁性和磁性材料的性能。

光泵磁力仪通过利用光泵磁效应，可以非常精确地测量材料的磁化强度，具有很高的灵敏度和分辨率。

光泵磁力仪的工作原理可以简单地概括为以下几个步骤：1. 光泵过程：首先，通过一个激光器产生一个偏振光束，然后将光束通过一个偏振器，使其成为一个线偏振光。

这个线偏振光束被分成两束，一束通过样品，另一束不经过样品。

通过样品的光束被样品吸收，而不经过样品的光束则不受影响。

2. 磁力过程：在样品中存在磁场的情况下，样品的磁性会影响通过样品的光束。

具体而言，磁性材料中的自旋会与光子的自旋相互作用，从而导致光束的相位发生变化。

这个相位差可以通过光干涉的方法进行测量。

3. 光检测过程：通过将通过样品的光束与不经过样品的光束进行干涉，可以得到两束光的相位差。

这个相位差可以通过干涉仪进行测量，从而得到样品中的磁化强度。

干涉仪通常使用光电探测器将光信号转换为电信号，然后通过信号处理电路进行数据分析和处理。

光泵磁力仪的工作原理基于光泵磁效应，这是一种由于光的吸收和自旋与光子的相互作用而产生的磁力效应。

在磁性材料中，光子与材料中的电子自旋之间存在相互作用，这种相互作用会导致光的相位发生变化。

通过测量光的相位差，可以得到材料的磁化强度。

光泵磁力仪具有很高的灵敏度和分辨率，可以非常精确地测量材料的磁化强度。

它可以用于研究材料的磁性和磁性材料的性能，在材料科学、物理学和电子学等领域具有广泛的应用。

通过对材料的磁化强度进行测量，可以揭示材料中的微观结构和物理性质，为材料的设计和开发提供重要的参考。

光泵磁力仪是一种利用光泵磁效应测量材料磁化强度的仪器。

通过光泵过程、磁力过程和光检测过程，可以非常精确地测量材料的磁化强度。

光泵磁力仪具有很高的灵敏度和分辨率，在材料科学和物理学等领域有着广泛的应用。