示。来自精确调谐的半导体激光器（1）的光穿过包含铷原子的玻璃蒸汽电池（2），并被
光电探测器（3）捕获。 当背景磁场等于零时，铷原子变得基本上透明。 垂直于光路方向的
磁场使原子吸收更多的光。 光电检测器检测到透明度的这种变化，并产生与透过蒸气室的光
成比例的电流。 以这种方式， 磁信号被转换成形成零磁场磁力计的电信号。
要介绍零场（ZF）共振的概念[Dupont Roc，1969]，请想象磁力计处于绝对零磁场环境中。
如果在垂直于光束的方向上施加磁场，并且施加的场的振幅从正值
扫到负值，则，原子的透明度会发生变化，从而当原子经历磁性时会观察到最大的透明度 非常
接近零的字段。 如果将光检测器的输出看成是所施加场的函数， 则将看到输出具有洛伦兹线
形。 洛伦兹输出被称为 ZF 共振（见图 2），是磁力计的响应。 在我们的 QZFM 中，其典型宽度
（半峰全宽– FWHM）约为 30 nT。
获得的洛伦兹导数。 我们使用内部线圈施加大约 1 kHz 的小振荡磁场（称为调制场）。 利
用参考调制频率的相敏锁相放大器，我们对光电检测器的输出进行解调，以产生称为色散
曲线的反对称线形（见图 2）。 色散曲线在零场处具有最大斜率，并用作磁力计的输出。
图 2：零磁场（ZF）共振是光电探测器的输出，因为磁场在垂直于通过蒸气室的光束的方向上从正值扫
描到负值。 ZF 谐振的 FWHM 通常为 30 nT。 锁相放大器的解调输出（也称为误差信号）具有不对称
的洛伦兹形状。
磁力计的敏感轴由调制场的方向（投影在垂直于光束的平面上）定义。 为了使
磁力计同时对两个正交轴（垂直于光束）敏感，我们使用单独的正交线圈应用两个单独的调
制场。
ZF-OPM 非常敏感，并且由于它们需要零场环境才能运行，因此需要磁屏蔽环境来运行这些
传感器。磁屏蔽室（MSR）并不完美，通常在内部存在一些残余磁场
（数十 nT）。这些残留磁场通常要求用户为 MSR 配备大型线圈，这些线圈可以全局偏移背景
磁场并将其归零。这并不总是可行的。取而代之的是，我们在传感器头中集成了一组三轴正
交电磁线圈，该线圈可以将每个 OPM 蒸气室周围的磁场局部归零。磁场归零线圈可以补偿
多达 50 nT 的剩余磁场，并且该过程是全自动的，仅需几秒钟。当多个传感器紧密靠近工作
时，所有传感器同时进行磁场归
零过程，这会导致所有传感器的合并磁场崩溃，从而使每个传感器最大程度地经历零磁场。每
当 OPM 经历的背景场发生显着变化或传感器布置发生变化时，都应重复进行场归零过程。
ZF-OPM 的带宽约为 150 Hz，并受系统物理限制。 OPM 的频率响应表现为一阶低通滤波器，
其滚降为 150 Hz。 此外，我们还有一个 500 Hz 的六阶硬件数字滤波器，可消除高于该频率的
任何残留响应。 带宽的任何可能增加将以灵敏度为代价。 磁力计响应的未补偿线性度（输出
电压的振幅作为施加磁场强度的函数） 由零磁场附近的误差信号的非线性决定（例如 1 nT 磁
场振幅可导致 1％ 线性偏差）。
为了获得最佳的传感器性能，将蒸气室加热到大约 150°C，以增加蒸气密度。这会导致电池附
近的传感器外壳略微变热。
参考资料: :
QZFM Gen- -2 2
QuSpin 零磁场磁力仪（QZFM）是一种超灵敏的矢量磁力仪，可在低场环境下运行。 它是性
能最强的超导技术中最灵敏的电磁探测器之一。 传感器头在室温下工作，并将激光与其他组件
完全集成在一起，从而消除了光纤或低温技术带来的复杂性。 每个 QZFM 都是自校准的，并且
可以沿两个轴同时测量场分量。 带有专用微处理器的紧凑型电子模块提供了所有必要的功
能，只需单击几下鼠标即可简单地操作传感器。
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