在原子与光相互作用的过程中，磁场调控为量子精密测量中操纵原子能级和相互作用提供了一种有价值的方法。在高精密量子传感实验中，实现精确测量离不开磁场系统和光学探测系统之间的配合。
据麦姆斯咨询报道，为了满足不同光学探测系统的磁场需求，中国科学院上海光学精密机械研究所、中国科学院大学的研究团队制作了一套可快速切换的磁场系统和交变磁场系统，并将此装置与Lee-Whiting线圈结合实现了kHz的交变磁场信号。这项研究对于开发高精密原子物理实验平台具有重要意义。相关研究成果以“基于光探测的原子量子传感磁场系统设计”为题发表在《激光与光电子学进展》期刊上。
在这项工作中，研究人员设计并制作了一种应用于原子物理实验平台的磁场调控的装置，可在较低的功率放大条件下产生宽频带交变磁场。在此系统中，DDS信号经过功率放大器后，连接到RLC回路中，通过RLC驱动使得负载回路发生谐振，进而产生交变电源。在磁场方面，采用Lee-Whiting线圈保证磁场的均匀性。通过实验测试，Lee-Whiting线圈在［−0.05 m，0.05 m］范围内实现了均匀度误差小于4‰，磁场强度为±4 Gs、频率范围为2 kHz ~ 16 kHz的交变磁场。为了改善磁场线圈的性能，研究人员采用了分组独立控制的方法，优化了磁场线圈的上升沿时间。为了检测磁场均匀性对量子精密测量中的影响，研究人员进一步将该交变磁场系统置于准二维各向同性激光冷却实验平台，对比分析了冷原子在不同磁场条件下的吸收谱线，并研究了磁场不均匀性对原子吸收谱线的影响。
图1 交流磁场驱动电路设计示意图
图2 磁场快速切换原理图
图3 轴向磁场均匀性实验结果
综上所述，这项研究工作开发了一套可快速切换的交变磁场系统。这种采用RLC回路进行交变磁场的设计方案，在降低谐振电路阻抗的同时，有效地提高了系统的功率因数，而且所述系统还包含分层线圈的独立控制装置，可以满足磁场快速启动的需求，对于高精密原子物理实验平台有重要意义。
论文信息：
DOI: 0.3788/LOP240615
